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IMC层是PCBA焊接的必然物也是焊锡结合力最脆弱之处

发布时间 :2018-03-07 17:08 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
一般来说,一个良好的PCBA焊锡形成,其焊锡结合力最脆弱的地方为IMC(Inter-Metallic Compound)层,IMC层是一种金属化合物,IMC更为形成良好焊接的必然物。深圳宏力捷之前将IMC层形容为男女结合后所延下的小孩,这里你可以将这层IMC想像成黏合砖块与砖块之间的水泥,它起到接合两种不同砖块的目的,IMC也是一样,如果没有这层IMC就无法在两种不同的金属间形成良好的焊接,但这层IMC却也是整个焊接结构中最脆弱的地方,想像砖墙受到撞击时,大部分会从水泥处裂开,IMC层也是一样,所以才会说如果焊锡受到应力影响时,一般会最先从IMC层裂开。
 
建议你先看看这篇文章以了解【何谓IMC (Intermetallic Compound)?IMC与PCB焊接强度有何关系】。
 
那如果水泥涂得不好或涂得不均匀,部份有涂到、部份未涂到或是IMC层长得太厚或太薄,是不是会影响砖块间的结合力呢?答案是肯定的,如果发现零件焊锡断裂在IMC层,就得进一步分析IMC层长得好不好,一般判断的标淮就是看IMC层是否连续,是否均匀分布,通常会采用切片(cross-section)并利用高倍显微镜来加以观察,并辅以EDX查看元素分析做进一步判断。
 
一般来说,如果PCB的焊垫/焊盘或电子零件焊脚的表面处理(finished)有氧化发生时,就会造成IMC层长不出来或部份地方长不出IMC。另外,回焊炉温如果加热不足时也可能造成类似现象。
 
至于IMC层长得太厚或太薄,虽然也会影响到焊锡结合力,但这已经与SMT的生产制程没有不太关系了,SMT制程基本上只要确保IMC有长出来且长得均匀就算完成任务,因为IMC层会随着时间与热量的累积而越长越厚,当IMC长得太厚时强度反而会变差,变得容易脆裂,这就有点像砖块与砖块之间的水泥一样,适量的水泥厚度可以将不同的砖块紧密的结合在一起,但水泥如果太厚反而容易被从水泥处推倒,这也可以说明,为何大部分产品使用一段长时间后其信赖度会变差。
 
深圳宏力捷后来还是一直被追问,到底IMC层应该多厚才是理想的厚度?深圳宏力捷会以现在的铜锡或铜镍化合物,其最佳厚度应该在1~3u",但一般厚度只要在1~5u"都是可以接受的。
 
另外一个SMT制程中可能出现且影响焊锡强度的因素是焊锡中残留有气泡孔洞(Void),这些孔洞是因为焊锡在熔融状态时无法及时逃逸出焊锡的空气或助焊剂挥发物,等到焊锡冷却后被包覆于其中所形成,判断是否为包风孔洞有两个非常明显的特征:
1、其内表面光滑。
2、在焊锡中呈现出圆形状。
 
孔洞越大当然越不利焊锡强度,中空的莲藕怎么能耐折,但是孔洞又很难在焊接过程中完全避免,尤其是有大量焊锡的BGA或QFN、LGA等零件,那规定一定比率下的孔洞可以接受就得了,日后技术进步了改规格就是了,依据IPC-7095B及IPC-A-610D之后版本的要求,BGA锡球的总孔洞直径不可以超过锡球总直径的25%,大部分电子厂也都以此来判定孔洞的可允收率。日后如有修改请以最新的规格为淮。
 
BGA的孔洞

BGA孔洞 (void)大小的计算
 
所以,只有当发现IMC长不出来或IMC与界面间有分布不均匀现象发生时才跟SMT的品质或制程有正相关性。这个相关性可能跟回焊炉(reflow oven)的热量不足有关,也可能跟PCB的表面处理不佳或储存环境有关,也可能与电子零件的品质相关,这个需要得到更多的切片与元素分析才能判断。
 
现在你应该也是专家了,下次要是再碰到有焊锡破裂的问题,请不要马上就跑来质询深圳宏力捷了,请自己先稍微做点功课。


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