2022-05-13 22:15:32, 刘跃辉 北京欧波同光学技术有限公司
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IMC是Intermetallic compound 的缩写,译为"介面合金共化物"。广义上说是指某些金属相互紧密接触之介面间,会产生一种原子迁移互动的行为,组成一层类似合金的"化合物",并可写出分子式。在焊接领域的狭义上是指铜锡、金锡、镍锡及银锡之间的共化物。其中尤以铜锡间之良性Cu6Sn5(Eta Phase)及恶性Cu3Sn(Epsilon Phase)最为常见,对焊锡性及焊点可靠度(即焊点强度)两者影响最大。
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钨灯丝电镜分析
用大型钨灯丝电镜Axia来看PCB版上的典型IMC层(如图1所示)。可以看到他的IMC层大约是2微米。这个厚度是比较好的IMC层厚度。由于Axia电镜有着独有的实时元素分析,可以瞬间完成元素分析。这样就可以轻易得到一个可以直观显示IMC分层的元素分布(如图2)。接下来,把倍数提高一些,得到5000倍的SEM图片。基于Axia卓越的分辨率,可以发现IMC层下部有着明显的恶性Cu3Sn(Epsilon Phase)层(如图3)。
图1 PCB版上的典型IMC层
图2 Axia ChemiSEM实时元素分析
图3 铜锡间之良性Cu6Sn5(Eta Phase)及恶性Cu3Sn(Epsilon Phase)
此类物质其老化程度受到锡原子与底金属原子互相渗入的多少,而又可分出好几道层次来。这种由焊锡与其被焊金属界面之间所形成的各种共合物,统称IMC (如图4/图5) 。
图4 锡原子与底金属原子渗入分层
图5 锡原子与底金属原子渗入分层
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IMC层形成过程
再看看IMC层形成过程。当熔融态的焊锡落在洁铜面的瞬间,将会立即发生沾锡(Wetting俗称吃锡)的焊接动作。此时也立即会有锡原子扩散(Diffuse)到铜层中去,而铜原子也同时会扩散进入焊锡中,二者在交接口上形成良性且必须是Cu6Sn5的IMC,称为η-phase(读做Eta相),此种新生”准化合物”中含锡之重量比约占60%。
一起看看Axia能谱的结果吧(如图6)。它的质量百分比是55.1%,真的和理论上的相差无几呢。
图6 IMC层能谱点扫描
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