无铅焊接之IMC介绍
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
-- P22 --
現將四種常見含錫的IMC不同溫度下，其生成速度進行比較：
各種IMC在不同溫度中之生長速度(nm/√s) 金屬介面 20℃ 100℃ 135℃ 150℃ 170℃ 1.錫/金 40 2.錫/銀 0.08 17-35 3.錫/鎳 0.08 1 5 4.錫/銅 0.26 1.4 3.8 10
何謂焊接?
將熔化的錫銲附著于很洁淨的銅金屬的表面，此時銲 錫成分中的錫和銅變成金屬化合物相互接連在一起。
錫 鉛
銲錫
鉛 錫
銅錫化合物 合金
銅
銅
焊接是一種物理的，也是化學反應；即使焊錫熔解也 不可能完全從金屬表面上把它擦掉，因為它已變成金 屬的一部分，它生成了錫銅化合物。
-- P2 --
壹、介面合金共化物
良性IMC為 球狀組織 焊接強度之 必須
40%
灰色
惡性IMC將 較低只有 柱狀結晶 造成縮錫或 Eta的一半 不沾錫
Cu3Sn因 為組織較 鬆散,且會 形成K洞, 其生成將 會導致銲 點老化後 的可靠度!
P415-2005
常見的幾種IMC
常见的IMC及其活化能比较:
System Cu-Sn Ni-Sn Au-Sn Fe-Sn Ag-Sn
錫量與熱量充足下，IMC 呈鵝卵石狀。
熱量不太充足時，長出短棒狀IMC!
IMC長時間老化變化過程(有鉛)
最 初 狀 態 錫 份 滲 耗 期
銲錫後立即生成良性IMC(Cu6Sn5) 錫成份滲向Cu6Sn5，致使鉛成份 比例增高，銅成份滲向Cu6Sn5而 生成Cu3Sn。 在錫成份不斷滲向Cu6Sn5 的狀況下 ， 形成了多鉛之阻絕層，在多鉛層 的阻擋下，終於停止了錫成份的滲 移。 由於錫成份的流失，造成銲錫層的 鬆散不堪而露出IMC 底層，最後到 達不沾錫的下場。
銅
Cu3Sn
多 鉛 之 阻 絕 層
最 侯 階 段
Cu6Sn5
鉛
錫
IMC暴露期
命 名
分子式 含錫量W% 出 現 經 過 60%
位置所在
顏 色 白色
結 晶
性 能
表 面 能 甚高
η-phase Cu Sn 6 5 (Eta) ε-phase Cu Sn 3 (Epsilon)
高溫融錫沾焊 介於焊錫或 到清潔銅面時 純錫與銅之 立即生成 間的介面 焊后經高溫或 介於Cu,Sn,與 長期老化而逐 銅面之間 漸發生
-- P24 --
Biblioteka Baidu鎳IMC
在一般常溫下錫與鎳所生成的IMC，其生長速度與錫銅IMC 相差很有限，但在高溫下卻比錫銅合金要慢了很多，故可 當成銅與錫或金與錫之間的阻隔層。
結
論
各種待焊表面其焊錫性劣化，以及焊點強度的減弱，都是 一種自然現象，分析其發生的根本原因與過程，找出其改 善的對策。才為上上之策。
Cu6Sn5,Cu3Sn Ni3Sn2,Ni3Sn4,Ni3Sn7 AuSn,AuSn2,AuSn FeSn,FeSn2 Ag3Sn
IMC
Activation Energy(J/mol) 80,000 68,000 73,000 62,000 64,000
在台達，除对锡铜IMC应清楚外，还应对錫金，锡银，錫鎳 IMC作了解。
-- P23 --
錫銀IMC
錫與銀也會迅速形成的介面合金共化物Cu3Sn ，使得許多鍍 銀零件腳在焊錫後很快發生銀份流失入錫中，使焊點結構強 度惡化，即“滲銀Silver leaching” 為解決此問題，常有 在錫鉛63/37焊錫中加入少量的銀(2%)，成為62/36/2比例從 而減輕避免發生 “滲銀”現象，並解決焊點不牢的煩惱。 最近又興起銅墊浸銀處理(鍍銀層 4-6um)，在焊的瞬間銀熔 入焊錫主體中，最後焊點構成之IMC層仍為銅錫Cu6Sn5,即銀 層起到保護銅面不被氧化，此與有機護銅(OSP)極為類似。 應用：在SMT 改善有鉛焊錫品質，特別是0402以下零件貼片 時，若採用含銀的錫膏，則可避免很多空焊和墓碑不良。 小結：在錫鉛焊錫中加入少量的銀，可以改善錫銅IMC。
IMC與焊錫原理
介面合金共化物 IMC
焊接的重要性和作用
焊接的重要性
1.构成任何一种电子产品，绝不可能与焊锡作业无关!
2.焊锡作业的良莠可能成为产品信赖度的关键之一! 3.焊锡作业同时也是影响制造成本高低的因素之一。
焊接的作用
1. 起一个连接和导通的作用。 2. 起一个固定的作用。
关键：在一个足夠熱量的條件下形成锡铜化合物(IMC)。
IMC的增厚，除了與溫度、時間有關系外，還與錫量多少 有關系。
-- P14 --
錫金IMC
焊錫與金層之間的IMC生長比銅錫合金快了很多，由先 後出現順序所得到分子式有AuSn、AuSn2、AuSn4等。 在150℃中老化300小時後，其IMC居然可增長到50μm 之厚，因而鍍金零件腳經過焊錫之後，其焊點將因IMC 生長太快，而變得強度減弱脆性增大。幸好仍被大量 柔軟的焊錫所包圍，故內中缺點尚不曝露出來。 有人做實驗將金線壓入焊錫中，於是黃金開始向四周 焊錫中擴散，逐漸開成白色散開的IMC,但若將金層鍍 在鎳面上，或在焊錫中故意加入少許的銦，即可大大 減緩這種黃金擴散速度達5倍之多。
過一次波焊
過二次波焊
照片所見焊料中的白點即是Cu6Sn5崩離!
4.良性IMC雖然分子式完全相同，但當生長環境不同時外觀
卻極大差異。
將清潔銅面熱浸於熔融態 的純錫中，錫量與熱量充 足下，生成良性IMC 呈鵝 卵石狀。
若用錫鉛合金之錫膏與熱 風在銅面上熔焊時，錫量 與熱量不太充足時，長出 短棒狀IMC。
必須先生成良性的IMC才會有良好的焊接，但老化後
與銅底之間會生成惡性IMC。
X 50倍
X 200倍
X 500倍
•
IMC的基本性質
1.IMC是一種可以寫出分子式的”準化合物”,有一定的組 成及晶體結構!
2. IMC之生長與溫度和時間成正比。長成的厚度與 時間大約形成拋物線的關系。
3.過程中還會向主體銲料內崩離(Spalling)，以波焊最明顯。 此現象將使得該銲點本身的硬度也隨之增加，久之會有脆化 的麻煩。
IMC定義和分類
定義：指銲錫與被焊底金屬之間，在熱量(=溫度X時間)足夠 的條件下，錫原子和被焊金屬原子(如銅、鎳)相互結 合，滲入，遷移及擴散等動作，會很快在兩者之間形 成一層類似“錫合金”的化合物。稱為介面合金共化 物。英文稱Inter-metallic Compound 簡稱IMC。 分類：IMC以錫銅之間形成良性Cu6Sn5和惡性Cu3Sn最常見；
-- P25 --
現將四種常見含錫的IMC不同溫度下，其生成速度進行比較：
各種IMC在不同溫度中之生長速度(nm/√s) 金屬介面 20℃ 100℃ 135℃ 150℃ 170℃ 1.錫/金 40 2.錫/銀 0.08 17-35 3.錫/鎳 0.08 1 5 4.錫/銅 0.26 1.4 3.8 10
何謂焊接?
將熔化的錫銲附著于很洁淨的銅金屬的表面，此時銲 錫成分中的錫和銅變成金屬化合物相互接連在一起。
錫 鉛
銲錫
鉛 錫
銅錫化合物 合金
銅
銅
焊接是一種物理的，也是化學反應；即使焊錫熔解也 不可能完全從金屬表面上把它擦掉，因為它已變成金 屬的一部分，它生成了錫銅化合物。
-- P2 --
壹、介面合金共化物
良性IMC為 球狀組織 焊接強度之 必須
40%
灰色
惡性IMC將 較低只有 柱狀結晶 造成縮錫或 Eta的一半 不沾錫
Cu3Sn因 為組織較 鬆散,且會 形成K洞, 其生成將 會導致銲 點老化後 的可靠度!
P415-2005
常見的幾種IMC
常见的IMC及其活化能比较:
System Cu-Sn Ni-Sn Au-Sn Fe-Sn Ag-Sn
錫量與熱量充足下，IMC 呈鵝卵石狀。
熱量不太充足時，長出短棒狀IMC!
IMC長時間老化變化過程(有鉛)
最 初 狀 態 錫 份 滲 耗 期
銲錫後立即生成良性IMC(Cu6Sn5) 錫成份滲向Cu6Sn5，致使鉛成份 比例增高，銅成份滲向Cu6Sn5而 生成Cu3Sn。 在錫成份不斷滲向Cu6Sn5 的狀況下 ， 形成了多鉛之阻絕層，在多鉛層 的阻擋下，終於停止了錫成份的滲 移。 由於錫成份的流失，造成銲錫層的 鬆散不堪而露出IMC 底層，最後到 達不沾錫的下場。
銅
Cu3Sn
多 鉛 之 阻 絕 層
最 侯 階 段
Cu6Sn5
鉛
錫
IMC暴露期
命 名
分子式 含錫量W% 出 現 經 過 60%
位置所在
顏 色 白色
結 晶
性 能
表 面 能 甚高
η-phase Cu Sn 6 5 (Eta) ε-phase Cu Sn 3 (Epsilon)
高溫融錫沾焊 介於焊錫或 到清潔銅面時 純錫與銅之 立即生成 間的介面 焊后經高溫或 介於Cu,Sn,與 長期老化而逐 銅面之間 漸發生
-- P24 --
Biblioteka Baidu鎳IMC
在一般常溫下錫與鎳所生成的IMC，其生長速度與錫銅IMC 相差很有限，但在高溫下卻比錫銅合金要慢了很多，故可 當成銅與錫或金與錫之間的阻隔層。
結
論
各種待焊表面其焊錫性劣化，以及焊點強度的減弱，都是 一種自然現象，分析其發生的根本原因與過程，找出其改 善的對策。才為上上之策。
Cu6Sn5,Cu3Sn Ni3Sn2,Ni3Sn4,Ni3Sn7 AuSn,AuSn2,AuSn FeSn,FeSn2 Ag3Sn
IMC
Activation Energy(J/mol) 80,000 68,000 73,000 62,000 64,000
在台達，除对锡铜IMC应清楚外，还应对錫金，锡银，錫鎳 IMC作了解。
-- P23 --
錫銀IMC
錫與銀也會迅速形成的介面合金共化物Cu3Sn ，使得許多鍍 銀零件腳在焊錫後很快發生銀份流失入錫中，使焊點結構強 度惡化，即“滲銀Silver leaching” 為解決此問題，常有 在錫鉛63/37焊錫中加入少量的銀(2%)，成為62/36/2比例從 而減輕避免發生 “滲銀”現象，並解決焊點不牢的煩惱。 最近又興起銅墊浸銀處理(鍍銀層 4-6um)，在焊的瞬間銀熔 入焊錫主體中，最後焊點構成之IMC層仍為銅錫Cu6Sn5,即銀 層起到保護銅面不被氧化，此與有機護銅(OSP)極為類似。 應用：在SMT 改善有鉛焊錫品質，特別是0402以下零件貼片 時，若採用含銀的錫膏，則可避免很多空焊和墓碑不良。 小結：在錫鉛焊錫中加入少量的銀，可以改善錫銅IMC。
IMC與焊錫原理
介面合金共化物 IMC
焊接的重要性和作用
焊接的重要性
1.构成任何一种电子产品，绝不可能与焊锡作业无关!
2.焊锡作业的良莠可能成为产品信赖度的关键之一! 3.焊锡作业同时也是影响制造成本高低的因素之一。
焊接的作用
1. 起一个连接和导通的作用。 2. 起一个固定的作用。
关键：在一个足夠熱量的條件下形成锡铜化合物(IMC)。
IMC的增厚，除了與溫度、時間有關系外，還與錫量多少 有關系。
-- P14 --
錫金IMC
焊錫與金層之間的IMC生長比銅錫合金快了很多，由先 後出現順序所得到分子式有AuSn、AuSn2、AuSn4等。 在150℃中老化300小時後，其IMC居然可增長到50μm 之厚，因而鍍金零件腳經過焊錫之後，其焊點將因IMC 生長太快，而變得強度減弱脆性增大。幸好仍被大量 柔軟的焊錫所包圍，故內中缺點尚不曝露出來。 有人做實驗將金線壓入焊錫中，於是黃金開始向四周 焊錫中擴散，逐漸開成白色散開的IMC,但若將金層鍍 在鎳面上，或在焊錫中故意加入少許的銦，即可大大 減緩這種黃金擴散速度達5倍之多。
過一次波焊
過二次波焊
照片所見焊料中的白點即是Cu6Sn5崩離!
4.良性IMC雖然分子式完全相同，但當生長環境不同時外觀
卻極大差異。
將清潔銅面熱浸於熔融態 的純錫中，錫量與熱量充 足下，生成良性IMC 呈鵝 卵石狀。
若用錫鉛合金之錫膏與熱 風在銅面上熔焊時，錫量 與熱量不太充足時，長出 短棒狀IMC。
必須先生成良性的IMC才會有良好的焊接，但老化後
與銅底之間會生成惡性IMC。
X 50倍
X 200倍
X 500倍
•
IMC的基本性質
1.IMC是一種可以寫出分子式的”準化合物”,有一定的組 成及晶體結構!
2. IMC之生長與溫度和時間成正比。長成的厚度與 時間大約形成拋物線的關系。
3.過程中還會向主體銲料內崩離(Spalling)，以波焊最明顯。 此現象將使得該銲點本身的硬度也隨之增加，久之會有脆化 的麻煩。
IMC定義和分類
定義：指銲錫與被焊底金屬之間，在熱量(=溫度X時間)足夠 的條件下，錫原子和被焊金屬原子(如銅、鎳)相互結 合，滲入，遷移及擴散等動作，會很快在兩者之間形 成一層類似“錫合金”的化合物。稱為介面合金共化 物。英文稱Inter-metallic Compound 簡稱IMC。 分類：IMC以錫銅之間形成良性Cu6Sn5和惡性Cu3Sn最常見；
-- P25 --