什么是IMC及PCB焊接強度的控制
在電路板的組裝焊接過(guò)程中,經(jīng)常聽(tīng)到IMC這個(gè)名詞,那究竟IMC是什么東西? 它在PCB焊接的過(guò)程當中又扮演了什么樣的角色? 它會(huì )影響到焊接后的強度嗎? 那究竟IMC的厚度應該多少才比較合理呢?
1. 什么是IMC?
IMC是【Intermetallic Compound】的縮寫(xiě)簡(jiǎn)稱(chēng),中文應該翻譯成【接口金屬共化物】或【介金屬】。
而IMC是一種化學(xué)分子式,不是合金,也不是純金屬。
既然IMC是一種化學(xué)分子組成,所以IMC的形成必須給予能量,這也就是為何錫膏在焊接過(guò)程中需要加熱的原因,而且錫膏的成份中只有純錫(Sn)才會(huì )與銅基地(OSP, I-Ag, I-Sn))或是鎳基地(ENIG)在強熱中發(fā)生擴散反應,進(jìn)而生成牢固的接口性IMC。
2. 既然稱(chēng)為【錫膏】,為何還有其他的金屬成份在里面?
這是因為純錫的融點(diǎn)高達232°C,不易用于一般的PCB板組裝焊接,或者說(shuō)目前的電子零件都無(wú)法達到這樣的高溫,所以必須以錫為主,然后加入其他合金焊料來(lái)降低其融點(diǎn),以達到可以量產(chǎn)并節省能源的主要目的,其次要目的是可以改善焊點(diǎn)的韌度(Toughness)與強度(Strength)。
3. 各種IMC的強度為何?
再次提醒,焊接是一種化學(xué)反應。以銅基地的焊墊為例,良好的焊接時(shí)會(huì )立即生成η-phase (讀Eta)良性的Cu6Sn5,且還會(huì )隨著(zhù)焊接熱量的累積與老化時(shí)間而長(cháng)厚。
焊點(diǎn)在老化的過(guò)程中又會(huì )在原來(lái)的Cu6Sn5上長(cháng)出惡性ε-phase (讀Epsilon)惡性的 Cu3Sn。 總體而言銅基地的焊接強度比鎳基地來(lái)得好,可靠度也比較高。
鎳基地的化鎳浸金與電鍍鎳金之金較厚者,其焊點(diǎn)不但IMC較薄且更容易形成金脆,只有在 AuSn4游走后,鎳基地才會(huì )形成Ni3Sn4,不過(guò)其強度原本就不如Cu6Sn5。
4. IMC的厚度是不是越厚越好?
接口IMC只要有長(cháng)出來(lái)且長(cháng)得均勻就可以了,因為IMC會(huì )隨著(zhù)時(shí)間與熱量的累積而越長(cháng)越厚,當IMC長(cháng)得太厚時(shí)強度反而就會(huì )變差,容易脆裂。 這就有點(diǎn)像磚塊與磚塊之間的水泥一樣,適量的水泥可以將不同的磚塊結合在一起,但水泥太厚反而容易被推倒。
IMC的生成速度基本上與時(shí)間的平方與溫度成正比。