（2）厚度合适（＜5μm）的IMC层。① 生长过厚的合金层将影响焊点的机电性能。德国ERSA研究所的研究表明，生成的金属间化合物厚度在4μm以下时，对焊点机械强度影响不大。IMC的厚度随母材镀层不同有不同的要求，根据工业实践数据统计，最适宜的厚度如下：●Cu-Sn合金层的厚度通常应控制在2～4μm为宜；●Ni-Sn 合金层的厚度通常应控制在1～2μm为好。② 过厚的IMC是导致焊点可靠性下降的原因。由于金属间化合物一般是既硬而脆的，它的形成是导致焊接接头部疲劳强度、弯曲强度等机械性能以及导电性和耐腐蚀性下降的原因。特别是对微小焊接点来说，合金层的增厚会使合金层在焊点中的比例增大，这对焊点的连接可靠性是非常不利的。（3）影响IMC生长的因素。●纯Sn在265℃液态下与Cu生成的IMC，1min就能达到1.25μm的厚度。与上相反，如果温度过低，会导致焊点过冷，因而生成的IMC太薄，焊点机械强度不够，形成冷焊点。●合金层的生长速度一般服从于扩散定律，即一方面和加热时间的平方根成比例，另一方面也和受加热温度影响的扩散系数的平方根成正比。●合金层的生长通常随钎料中Sn的浓度的增大和环境温度的增高而变厚，所形成的IMC层包括η相（Cu6Sn5）、ε相（Cu3Sn）、δ相、γ相（Cu31Sn8），由于反应温度的不同而形成的IMC也是不同的。●熔融Sn和固体Cu在不同温度下反应形成的合金层的种类和厚度的关系如图5所示。

图5 熔融Sn和Cu在不同温度下反应形成的合金层的种类和厚度的关系

（4）抑制IMC过度生长的措施。●合金层的生长受扩散作用支配，由于扩散是温度的函数，因此，为了抑制IMC层的过分生长，控制好焊接温度不能过高是非常重要的。●上面已讨论到IMC生成的厚度（W）与加热时间（t）的平方根成正比，显然，控制加热的时间（t），也是控制IMC不致过厚的重要因素。●IMC生长的厚度与再流焊接后冷却速率关系密切，因此，增大从峰值温度→150℃区间的冷却速率，可有效地抑制IMC层厚度的增长。

3. 界面体内粒度小于100nm的微细强化粒子受焊接后冷却速率的影响。近些年来，随着无铅制程的推广应用，人们在焊点可靠性实践中，不断发现焊接后特别是无铅再流焊接后，冷却速率对焊点内晶粒粗细的影响很大，进而明显影响焊点的可靠性。实践案例的积累表明，提高冷却速率易于使焊点获得强化的微细晶粒结构；而降低冷却速率，便会导致焊点内晶粒粗化，如图6所示，从而使焊点可靠性劣化。

图6不同的SAC合金组织成分随冷却速率变化的影响

形成焊点的钎料组织中晶粒的粗细对焊点的机、电性能有较大的影响。例如：（1）SnPb系合金。上面讨论的SnPb系中的3种组分：Sn37Pb、Sn40Pb、Sn50Pb的机、电综合性能比较如表1所示。

表1

由上述分析可知，焊点内的晶粒度：Sn37Pb＜Sn40Pb＜Sn50Pb；比较表1可知，焊点的机、电性能：Sn37Pb＞Sn40Pb＞Sn50Pb。由于共晶成分的钎料晶粒最细，而机、电综合性能又最高，这就是在工程应用上要尽量选用共晶成分的钎料合金的原因之一。避免晶粒粗大化的主要措施是：●尽可能选择共晶组分或靠近共晶组分的钎料合金；●选择合适的焊接温度，避免过热；●避免过长的焊接加热时间；●提高焊后的冷却速率，特别是无铅制程情况下；●在焊接时要尽量避免非钎料成分中的其他金属元素溶入钎料中。

4 偏析少的钎料组织偏析对焊点可靠性的影响

（1）偏析少的微细强化相均匀分布的钎料结晶组织是人们所追求的。而由于偏析等形成的脆性相，即使在低应力下也会成为破坏的起点。（2）ENIG Ni/Au镀层在再流过程中Au层会溶解于钎料中，因为界面上形成的AuSn4层是相邻于富Pb区域的，热循环试验中，可识别出元器件和PCB焊盘界面间的AuSn4合金层，建立在相邻于该层的局部Sn耗尽区域（富Pb区）的界面是不牢固的。缺陷有可能快速蔓延，并沿着AuSn4金属化合物产生断裂。3)富P层是脆弱的，而且每每随着Ni3Sn2（或Ni2SnP）层的生成，在其上要形成许多空隙（龟裂），并且这些空隙沿富P层内纵向延伸形成龟裂，如图7所示。由于这些和界面并列的空隙或富P层内的纵向裂纹而导致了焊点强度的劣化。

图7 Ni（P）镀层和Sn37Pb钎料焊接的界面生成的裂纹