貼片加工焊接中金屬間化合物的特性分析

金屬間化合物（IMC）通常是凝固時(shí)在貼片加工焊接點(diǎn)的界面析出，因此，IMC位于母材與釬料的界面。IMC與母材及釬料的結(jié)晶體、固溶體相比較，強(qiáng)度是最弱的。其原因是：金屬間化合物是脆性的，與基板材料、焊盤、元器件焊端之間的熱膨脹系數(shù)差別很大，容易產(chǎn)生色裂造成失效。

有研究表明，SMT無(wú)鉛釬料與Sn-37Pb釬料最大的不同是，在smt貼片再流焊和隨后的熱處理及熱時(shí)效（老化）過(guò)程中，金屬間化合物會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大，從而影響長(zhǎng)期可靠性。

圖是有鉛焊接與無(wú)鉛焊接溫度曲線比較，圖中下方曲線是Sn-37Pb的溫度曲線，Sn-37Pb的熔點(diǎn)為183℃，峰值溫度為210～230℃，液相時(shí)間為60～90：圖中上方曲線是Sn-Ag-Cu的溫度曲線，Sn-Ag-Cu的熔點(diǎn)約為220℃，峰值溫度為235～245℃，液相時(shí)間為50～60s。圖中顯示了無(wú)鉛焊接與有鉛焊接的比較，SMT無(wú)鉛焊接的溫度高、工藝窗口窄，IMC的厚度不容易控制。

由于擴(kuò)散的速度與溫度成正比關(guān)系，擴(kuò)散的量與峰值溫度的持續(xù)時(shí)間和液相時(shí)間也成正比關(guān)系，焊接溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，化合物層會(huì)增厚。而無(wú)鉛焊料Sm-Ag-Cu熔點(diǎn)比Sn-37Pb高34℃，因此無(wú)鉛焊接的高溫會(huì)使IMC快速增長(zhǎng)：從兩條溫度曲線的比較中還可以看到，無(wú)鉛焊接從峰值溫度至爐子出口的時(shí)間也比Sn-37Pb長(zhǎng)，這相當(dāng)于增加了熱處理的時(shí)間，也會(huì)使無(wú)鉛焊點(diǎn)IMC增多。

另外，有研究表明，無(wú)鉛釬料在熱時(shí)效（老化）過(guò)程中金屬間化合物會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大，也就是說(shuō)，pcba產(chǎn)品在使用過(guò)程中由于環(huán)境溫度變化及加電發(fā)熱（相當(dāng)于老化），IMC還會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大IMC厚度過(guò)大并不斷增長(zhǎng)。由于IMC是脆性的，過(guò)厚的IMC也會(huì)影響無(wú)鉛焊點(diǎn)的長(zhǎng)期可靠性。Pcba電路板為了控制金屬間化合物的厚度不要太厚，設(shè)置溫度曲線時(shí)應(yīng)盡量考慮采用較低的峰值溫度和校短的峰值溫度持續(xù)時(shí)間，同時(shí)還要縮短液相時(shí)間。因此，無(wú)鉛焊接的工藝窗口非常窄。

總之，溫度過(guò)低、潤(rùn)濕性差，影響擴(kuò)散的發(fā)生，響焊點(diǎn)連接強(qiáng)度：溫度過(guò)高，金屬間化合物過(guò)多，也會(huì)響焊點(diǎn)連接弧度。

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