在SMT回流焊焊接工藝中，金屬間化合物(IMC)的形成與生長(zhǎng)是影響焊點(diǎn)可靠性的關(guān)鍵因素。當(dāng)錫鉛焊料(Sn-Pb)與銅基材接觸時(shí)，在界面處會(huì)發(fā)生復(fù)雜的冶金反應(yīng)，主要形成兩種錫銅金屬間化合物：靠近銅側(cè)的Cu3Sn(ε相)和靠近焊料側(cè)的Cu6Sn5(η相)。這些化合物的形成機(jī)理和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)直接影響焊點(diǎn)的機(jī)械性能和長(zhǎng)期可靠性。

  一、對(duì)焊點(diǎn)可靠性的影響

  隨著IMC層增厚，焊點(diǎn)可靠性面臨多重挑戰(zhàn)：

  (1)機(jī)械性能劣化：IMC的硬度(HV300-500)遠(yuǎn)高于焊料(HV10-20)，但斷裂韌性顯著降低

  (2)熱機(jī)械疲勞：由于CTE失配(銅17ppm/°C，Sn-Pb25ppm/°C，Cu6Sn516.3ppm/°C)，在溫度循環(huán)中產(chǎn)生應(yīng)力集中

  (3)脆性斷裂：厚度超過5μm時(shí)，IMC層容易成為裂紋萌生和擴(kuò)展的路徑

  二、工藝控制要點(diǎn)

  為抑制過度的IMC生長(zhǎng)，需優(yōu)化以下工藝參數(shù)：

  嚴(yán)格控制回流曲線：液相線以上時(shí)間(TAL)應(yīng)控制在30-90秒

  峰值溫度不超過焊料熔點(diǎn)30-40°C

  對(duì)于雙面板，第二次回流時(shí)需考慮第一次回流形成的IMC影響

  返修工藝應(yīng)限制局部加熱時(shí)間和溫度

  三、失效分析技術(shù)

  常用的IMC表征方法包括：

  金相切片分析(SEM/EDS)

  X射線衍射(XRD)物相分析

  聚焦離子束(FIB)納米級(jí)觀測(cè)

  電子背散射衍射(EBSD)晶體取向分析

  四、新型解決方案

  針對(duì)IMC問題的最新研究方向包括：

  開發(fā)低溫焊料(Sn-Bi，Sn-In系)

  采用納米復(fù)合焊料(添加Ni，Co等納米顆粒)

  優(yōu)化表面處理工藝(如ENEPIG)

  開發(fā)新型阻隔層技術(shù)(如石墨烯涂層)

  通過深入理解IMC的生長(zhǎng)機(jī)理并優(yōu)化工藝參數(shù)，可以有效提高電子組件的長(zhǎng)期可靠性，特別是在汽車電子、航空航天等對(duì)可靠性要求極高的應(yīng)用領(lǐng)域。