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1、定义定义 指焊锡与被焊底金属之间，在热量足够的条件下，锡原子和被焊金属原子(如铜、镍) 相互结合、 渗入、 迁移及扩散等动作， 会很快在两者之间形成一层类似 “锡合金” 的化合物， 称为金属间化合物(intermetallic compound，IMC) 。 IMC 以锡铜之间形成良性 Cu6Sn5 和恶性 Cu3Sn 最常见；必须先生成良性的 IMC 才会有 良好的焊接，但老化后与铜底之间会生成恶性 IMC。 常见的 IMC 1 1IMCIMC 形貌形貌 下图为一组 IMC 观察的典型图片。 2.IMC2.IMC 的性质的性质 由于 IMC 曾是一种可以写出分子式的” 准化合物” ， 故其性
2、质与原来的金属已大不相同， 对整体焊点强度也有不同程度的影响，首先将其特性简述于下： IMC 在 PCB 高温焊接或锡铅重熔(即熔锡板或喷锡)时才会发生， 有一定的组成及晶体结 构，且其生长速度与温度成正比，常温中较慢。一直到出现全铅的阻绝层(Barrier)才会停 止。 IMC 本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对抗劳强度 (Fatigue Strength)危害最烈，且其熔点也较金属要高。 由于焊锡在介面附近的锡原子会逐渐移走，而与被焊金属组成 IMC，使得该处的锡量减 少，相对的使得铅量之比例增加，以致使焊点展性增大及固着强度降低，甚至带来整个焊锡 体的松弛。 一
3、旦焊垫原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已出现”较厚”间距过小的 IMC 后，对 该焊垫以后再续作焊接时会有很大的妨碍；也就是在焊锡性(Solderability)或沾锡性 (Wettability)上都将会出现劣化的情形。 焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的渗入， 使得该焊锡本身的硬度也随之增加， 久之会有 脆化的麻烦。 3. IMC3. IMC 对焊接性能的影响对焊接性能的影响 IMC 对焊接性能的影响是很复杂的，IMC 越厚，焊点在热疲劳测试中越容易失效，其失 效模式主要是断裂，裂纹通常发生在焊点内部 IMC 与焊料形成的界面处，在焊料内部接近 IMC 边界处， IMC 层内部， 所形成的金
4、属间化合物的作用主要是形成焊料与基板之间的连接。 IMC 是脆性的，而焊料是软的，微小厚度的 IMC 都会形成稳固的连接，较厚的金属间化合物 在热循环的作用下会引起界面处的应力集中，导致脆性断裂。 4. 4. 如何适当控制如何适当控制 IMC IMC 焊料与焊盘发生反应在界面处形成一定厚度的金属间化合物， 表明界面实现了较好的润 湿和连接，但是金属间化合物在低温下较脆，裂纹容易在界面处萌生和扩展，因此该界面层 是金属体系失效的潜在因素。 因此，如何适当的控制 IMC 成为急需解决的首要问题。 Au/Ni/Cu 三层结构是一种广泛应用在电子封装器件中采用的焊盘结构。 Au 层作为 Ni 表面的保
5、护膜，具有良好的导电性能、润湿性能和防腐蚀性能等。Ni 层由于在钎料中溶解 速率很慢，可作为 Cu 层的阻隔层以防止 Cu6Sn5，Cu3Sn 等 IMC 的过量形成。 另外， 在化学镀 Ni 工艺中， 镀层中含有一定量的 P 元素。 研究发现， 在回流焊过程中， P 不会溶入焊料， 并且在 Ni 层与 IMC 层形成由 Ni， P 和 Sn 富集的高应力层。 P 的含量对 IMC 的厚度有一定影响。但镀层中 P 含量较高时，形成在 Ni 层和 IMC 之间的富 P 层有效的阻止 了 Ni 参入反应，减少 IMC 生成几率，从而降低了 IMC 厚度。 5. 5. 结论结论 电子封装的无铅化是新
6、一代微电子产品的发展趋势 SnAgCu 合金是公认的最有可能替代 SnPb 焊料的无铅焊料。 已有的研究表明， SnAgCu 焊料合金与 Cu 基板间在焊接和使用过程中 生成并生长的金属间化合物对界面的强度和破坏行为有重要的影响。焊接过程中界面 IMC 的形成保证了焊料和基板的冶金结合， 而使用过程中 IMC 的过度生长导致了界面的弱化机械 强度甚至开裂。 目前，对 SnAgCu-Cu 界面 IMC 生长的机理虽然从扩散理论上有一定的认识，但对 IMC 生长形貌及其对破坏行为的影响还缺乏定量表征的合适参量， 对 SnAgCu-Cu 界面 IMC 生长动 力学的研究才刚刚开始。 对上述问题的深入研究一方面有利于在理论上揭示 IMC 的形成与长 大机理，确定表征 IMC 生长的合适参量，另一方面对预测 SnAgCu 无铅焊料焊接器件的可靠 性有重要意义。金属间化合物（IMC）广泛应用于工业生产，尤其是新材料领域，具有极诱 人的应用前景。 6. 6. 参考标准参考标准 JYT 010-1996 分析型扫描电子显微镜方法通则 GB/T 16594-2008 微米级长度的扫描电镜测量方法通则
