《IMC层介绍》PPT课件.ppt
IMC层介绍,目录一、焊接二、IMC定义和一般性质三、PCB表面处理方式与IMC层的种类,一、焊接,熔焊焊接种类 压焊 钎焊,钎焊,压焊,熔焊,超声压焊金丝球焊激光焊,何谓焊接?以锡铜焊接为例，将熔化的锡銲附着于很洁净的铜金属的表面，此时銲锡成分中的锡和铜变成金属化合物相互接连在一起。,焊接是一种物理的，也是化学反应；即使焊锡熔解也不可能完全从金属表面上把它擦掉，因为它已变成金属的一部分，它生成了锡铜化合物。,锡,铅,铜锡化合物,焊接学中，把焊接温度低于450的焊接称为软钎焊，所用焊料为软钎焊料。软钎焊的特点：1、钎料熔点低于焊件熔点。2、加热到钎料熔化，润湿焊件。3、焊接过程焊件不熔化。4、焊接过程需要加焊剂。（清除氧化层）5、焊接过程可逆。（解焊）,焊接的重要性1.构成任何一种电子产品，绝不可能与焊锡作业无关!2.焊锡作业的良莠可能成为产品信赖度的关键之一!3.焊锡作业同时也是影响制造成本高低的因素之一。关键：在一个足够热量的条件下形成金属间化合物(IMC)。,电子焊接属于软钎焊,二、IMC定义和一般性质定义：能够被锡铅合金焊料(或称焊锡Solder)所焊接的金属，如铜、镍等，其焊锡与被焊底金属之间，在高温中会快速形成一薄层类似锡合金的化合物。此物起源于锡原子及被焊金属原子之相互结合、渗入、迁移、及扩散等动作，而在冷却固化之后立即出现一层薄薄的共化物，且事后还会逐渐成长增厚。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。这种由焊锡与其被焊金属介面之间所形成的各种共合物，统称Intermetallic Compound 简称IMC。,一般性质由于IMC层是一种可以写出分子式的准化合物，故其性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。1、IMC之生长与温度和时间成正比。长成的厚度与时间大约形成抛物线的关系。,2、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危害最烈，且其熔点也较金属要高。3、由于焊锡在介面附近得锡原子会逐渐移走，而与被焊金属组成IMC，对于有铅焊，使得该处的锡量减少，相对的使得铅量之比例增加，久之会出现多铅的阻绝层，使整个焊锡体的松弛。4、一旦焊盘原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已出现较厚的IMC后，在焊锡性或沾锡性上都将会出现劣化的情形。5、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。,三、PCB表面处理方式与IMC层的种类PCB表面处理方式分类1、喷锡2、OSP3、化学锡4、化学银5、电镀镍金6、化学镀镍金,1、无铅喷锡PCB喷锡时，浸在熔融的无铅焊料中（约270），快速提起PCB，热风刀（温度265-270）从板子的前后吹平液态焊料，使铜面上的弯月形焊料变平，并防止焊料桥搭。2、OSP又称为preflux（耐热预焊剂），在铜表面上形成一层有机膜，牢固地保护着新鲜铜表面，并在高温下也能防氧化和污染。3、化学锡基于金属铜和溶液中的锡离子的置换反应。,4、化学银基于金属铜和溶液中的银离子的置换反应。5、电镀镍金镍打底，再镀金6、化学镍金化镍：铜面在金属钯催化下，通过溶液中的还原剂和镍离子开始镀镍反应。溶液中的还原剂是次磷酸钠，镀镍层实际上是镍-磷（Ni-P）合金层。沉金：氧化还原反应。通过镍金置换反应在镍面上沉积上金。,铜,Cu3Sn,Cu6Sn5,铅,最初状态,锡,锡份渗耗期,多铅之阻绝层,IMC暴露期,銲锡后立即生成良性IMC(Cu6Sn5),锡成份渗向Cu6Sn5，致使铅成份比例增高，铜成份渗向Cu6Sn5而生成Cu3Sn。,在锡成份不断渗向Cu6Sn5 的情况下，形成了多铅之阻绝层，在多铅层的阻挡下，终于停止了锡成份的渗移。,由于锡成份的流失，造成銲锡层的松散不堪而露出IMC 底层，最后到不沾锡的程度。,最后阶段,1、锡铜IMC,Cu3Sn因为组织较松散,且会形成K洞,其生成将会导致銲点老化，可靠度降低,2、锡镍IMC 化Ni沉Au层作无铅焊接时，金层在充足的热量下，会迅速溶入焊锡的主体中，形成四处分散的AuSn4的介面金属间化合物。金溶入的速度比镍要快几万倍（溶速为117微英寸/秒）。而只有镍和锡在较慢的速度下形成的共晶化合物Ni3Sn4而焊牢。但是，熔融的Sn易于通过NiSn的空隙进入到Ni3Sn4界面，并形成Ni3SnP的界面共晶化合物，引起Ni3Sn4破裂，造成可焊性问题。,焊接完成镍与锡形成IMC层（金完全融解后扩散到IMC层中，磷由于部份镍参与形成IMC再次富集在镍层与IMC层之间。）,富磷层,3、锡金IMC 焊锡与金层之间的IMC生长比铜锡合金快了很多，由先后出现顺序所得到分子式有AuSn、AuSn2、AuSn4等。在150中老化300小时后，其IMC居然可增长到50m之厚，因而镀金零件脚经过焊锡之后，其焊点将因IMC生长太快，而变得强度减弱脆性增大。幸好仍被大量柔软的焊锡所包围，故内中缺点尚不曝露出来。有人做实验将金线压入焊锡中，于是黄金开始向四周焊锡中扩散，逐渐开成白色散开的IMC,但若将金层镀在镍面上，或在焊锡中故意加入少许的铟，即可大大减缓这种黄金扩散速度达5倍之多。,4、锡银IMC 锡与银也会迅速形成的界面合金共化物Cu3Sn，使得许多镀银零件脚在焊锡后很快发生银份流失入锡中，使焊点结构强度恶化，即“渗银”为解决此问题，常有在焊锡中加入少量的银(2%)，从而减轻避免发生“渗银”现象，并解决焊点不牢的烦恼。,
