IMC对焊点可靠性的影响

2019-03-05 10:19

一、IMC对焊点强度的影响

焊接是依靠在接合界面上生成IMC而实现连接强度要求的。焊接界面的稳定性依赖于IMC的厚度，由此也可预测IMC对构成焊点钎料的体积的影响。随着安装越来越朝着微细化方向发展，IMC的相对体积也将增加。如图1所示，随着焊接部的微小型化，为了确保可靠性，必须充分考虑焊接界面所可能出现的各种各样的形态，选择最优化的合金设计，这对焊接接头的机械、化学、电气等性能有着关键性的意义。

图1

界面层的形态对焊接接续部分的结构可靠性有很大的影响。特别是厚度，要特别注意避免过厚的IMC层，易导致诸如组织结构变化、微小空洞、尺寸等不必要的缺陷。

二、IMC状态对焊点可靠性的影响

以SnPb钎料为例，当两种被连接的母材金属均为Cu时，要达到持久牢固的机械连接目的，就必须将焊点的温度加热到钎料熔点以上约15℃，时间为2～15s。这时钎料才有可能在焊盘和元器件引脚之间形成一种新的化学物质，而达到持久地将二者牢固地连接起来的目的。Cu与Sn的化学亲和力很强，因此，在焊接界面上Cu和Sn间的金属间化合物生长得很快，在焊接过程中对固相Cu的扩散过程的描述如图2所示。

图2

1.焊接之前通常母材金属（元器件引脚）在焊接之前都涂敷有可焊性涂层，如Sn涂层。它们经过了一段储存期后，由于扩散作用在镀层和母材表面之间的界面上都会不同程度地生成一层η-Cu6Sn5的IMC层，如图2（a）所示。2.接触当两种被连接的母材金属接触在一起时，它们间接触界面中间是一层纯Sn，如图2（b）所示。3.加热接合在Cu基板和共晶或近似共晶钎料SnPb、SnAg、SAC及纯Sn的界面处的初始生成的IMC为η-Cu6Sn5。不大确定的是，在Cu基板和η相之间的界面处另一稳定的ε-Cu3Sn相能否生成，这种不确定性的原因是ε相非常薄，即使存在也需要透射电镜（TEM）才可分辨出来，而普通扫描电镜（SEM）不能识别焊点凝固后的ε相。而在较高温度下ε相却能在更早的反应时间内生成。Cu3Sn比较薄，且Cu和Cu3Sn的界面比较平坦，而Cu6Sn5比较厚，在钎料侧形成许多像半岛状的突起。图3照片中的界面组织虽然是在实验的条件形成的，然而由再流焊接所形成的组织也是相同的。