本案例涉及項目：  形貌觀察與測量    顯微結構分析

IMC是什么？

專業文獻指出：IMC是Intermetallic compound 的縮寫，譯為"介面合金共化物"。

廣義上說是指某些金屬相互緊密接觸之介面間，會產生一種原子遷移互動的行為，組成一層類似合金的"化合物"，并可寫出分子式。

在焊接領域的狹義上是指銅錫、金錫、鎳錫及銀錫之間的共化物。其中尤以銅錫間之良性Cu6Sn5(Eta Phase)及惡性Cu3Sn(Epsilon Phase)最為常見，對焊錫性及焊點可靠度(即焊點強度)兩者影響最大。

IMC的定義

♦ 能夠被錫鉛合金焊料(或稱焊錫Solder)所焊接的金屬，如銅、鎳、金、銀等，其焊錫與被焊盤金屬之間，在高溫中會快速形成一薄層類似"錫合金"的化合物。

♦ 此物起源于錫原子及被焊金屬原子之相互結合、滲入、遷移、及擴散等動作，而在冷卻固化之后立即出現一層薄薄的"共化物"，且事后還會逐漸成長增厚。

♦ 此類物質其老化程度受到錫原子與底金屬原子互相滲入的多少，而又可分出好幾道層次來。這種由焊錫與其被焊金屬界面之間所形成的各種共合物，統稱IMC。

IMC對焊接可靠性至關重要！IMC太厚or太薄均會影響焊點可靠性：

IMC 太薄會形成焊接不良冷焊、虛焊、假焊等現象。

IMC太厚隨著厚度的增加，也會引起焊點中的微裂紋萌生。當其厚度超過某一臨界值時，就會表現出脆性，使焊點在服役過程中會經歷周期性的應變而導致失效。過厚的IMC層會導致焊點產生裂紋，韌性和抗周期疲勞性下降，從而導致焊點的可靠性降低或是失效。

因此，在焊接過程中，IMC必須形成并具有適當的厚度。只有適量的IMC才可以起到提高焊接強度、阻礙焊料擴散和氧化的作用，那么IMC層的厚度到底多少才合適呢？

對于IMC層，會因為工藝的不同形成不同的IMC層。IMC通常在合金熔點之后即開始發生，其發生速度受溫度（液相+N℃）和時間制約。一般IMC的厚度控制在1~3μm時有一個比較理想的機械強度。

另外，IMC在較高的溫度下（環境、器件的熱傳導等）其厚度還會進一步的生長，在產品使用過程中IMC仍不斷生長, 因此產品的可靠性問題就會在到達使用年限后出現。

如何了解自身產品的IMC層厚度是否達標呢？需要通過專業的檢測設備進行測量，通過測量IMC厚度可預測焊點的可靠性強度，也可追溯工藝制造并改善優化，控制IMC層的厚度在合理范圍內。 

典型IMC厚度測量案例

美信檢測實驗室收到客戶送檢樣品為某同型號FPCA板兩個，想通過測量指定位置的IMC層的厚度來了解該位置的焊點可靠性。

檢測環境：環境溫度  22.3℃；  濕度  52％R.H

檢測標準：

IPC-TM 6502.1.1測試方法手冊:手動微切片法

GB/T 16594-2008微米級長度的掃描電鏡測量方法通則 

檢測條件：

先將樣品切割、冷鑲、研磨、拋光、微蝕后，樣品表面鍍Pt30s,按照標準作業流程放入掃描電子顯微鏡樣品室中對客戶要求之檢測位置進行放大觀察與測量。 

按照客戶要求對樣品的C12和R1位置進行了測量：

樣品1的C12位置	樣品2的C12位置
樣品1的R1位置	樣品2的R1位置

最終得到檢測結果：

美信檢測實驗室能夠通過專業的檢測技術手段、先進的儀器設備和科學的檢測方法/標準，精確測量產品的IMC厚度，同時我們的工程師還能通過專業的分析，追溯產品的制造工藝，并提出改善和優化的建議及方案，幫助企業將IMC層的厚度控制在合理范圍內。

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最后，我們的工程師分享了一個如何適當控制IMC層的知識點，供大家學習交流！

如何適當控制IMC ？

焊料與焊盤發生反應在界面處形成一定厚度的金屬間化合物，表明界面實現了較好的潤濕和連接，但是金屬間化合物在低溫下較脆，裂紋容易在界面處萌生和擴展，因此該界面層是金屬體系失效的潛在因素。因此，如何適當的控制IMC成為急需解決的首要問題。

Au/Ni/Cu三層結構是一種廣泛應用在電子封裝器件中采用的焊盤結構。 Au層作為Ni表面的保護膜，具有良好的導電性能、潤濕性能和防腐蝕性能等。Ni層由于在釬料中溶解速率很慢，可作為Cu層的阻隔層以防止Cu6Sn5，Cu3Sn等IMC的過量形成。

另外，在化學鍍Ni工藝中，鍍層中含有一定量的P元素。研究發現， 在回流焊過程中，P不會溶入焊料，并且在Ni層與IMC層形成由Ni，P 和Sn富集的高應力層。P的含量對IMC的厚度有一定影響。當鍍層中 P含量較高時，形成在Ni層和IMC之間的富P層能有效的阻止Ni參入反應，減少IMC生成幾率，從而降低IMC厚度。

（以上內容僅討論含錫的IMC，將不深入涉及其他的IMC。）

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