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[简中]什么是IMC(Intermetallic Compound)？IMC与PCB焊接强度有何关系？IMC层厚度有IPC标准？
在电路板的组装焊接过程中，经常会听到工程师或实验室的分析报告里提到IMC这个名词，那究竟IMC是啥东西？IMC在电路板组装(PCBA)焊接的过程当中又扮演了什么样的角色？它会影响到焊接的强度吗？常常听到有人说这个IMC层太薄，那个IMC层长得太厚，那究竟IMC层的厚度应该落在多少才比较合理呢？
下面的文章是工作熊有一次去上了一堂“白蓉生”老师关于PCB焊接强度与IMC的课程后的心得整理，大师开讲还真的可以学到不少东西。
1. 什么是IMC？
这里所谈论的IMC是【Intermetallic Compound】的英文缩写简称，依据白蓉生老师的说法，中文应该翻译成【界面金属共化物】或【介金属】。
而IMC是一种化学分子式，不是合金（注：但也有人把IMC归类为合金(alloy)的一种），也不是纯金属。
既然IMC是一种化学反应后的分子组成（IMC也可以透过常温扩散形成，但速度很慢），所以一般IMC的形成必须给予能量才能加速其进行，这也就是为何锡膏在焊接过程中需要加热的原因，这也就是为何锡膏在焊接过程中需要加热的原因，而且锡膏的成分中只有纯锡(Sn)才会与铜基地（例如OSP, I-Ag, I-Sn表面处理的板子）或是镍基地（ENIG表面处理的板子）在强热中发生扩散反应，进而生成牢固的界面性IMC。
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2. 合金(alloy)】与【界面金属共化物(Intermetallic Compound)】有何差别？
界面金属化合物是两种以上金属元素以「固定比例」所形成的化合物，是一种「化学反应」后的结果，属于纯物质。比如说Cu6Sn5、Ni3Sn4、AuSn4…等这样的物质。
而合金(alloy)则是两种以上金属的混合物，其比例并无固定，可以随时调整，只是均匀的将不同的元素混合在一起就可以了。
所以你可以说男人与女人混在一起称之为合金；而男女结合后所生下的小孩就称为化合物。这样比喻会不会被打啊！
3. 既然称为【锡膏】，为何还有其他的金属成份在里面？
这是因为纯锡的熔点高达232°C，不易用于一般的PCBA组装焊接，或者说目前的电子元件无法达到这样的高温，所以必须以锡为基础，然后加入其他合金焊料来降低其熔点，以达到可以量产并节省能源的主要目的，其次要目的是某些金属可以改善焊点的韧度(Toughness)与强度(Strength)。
比如说加入少量的银与铜作成SAC305，其共熔点就可以降到217°C。加入铜及镍作成SCNi，其共熔点就会变成227°C。这是个很有趣的题目，为什么原本两个熔点都很高的金属，以一定比率混合在一起之后其「共熔点」反而会大大降低，有兴趣的朋友可以先找锡铅的二元平衡金相图来参考一下。
4. 经常看到IMC中有Cu6Sn5、Ni3Sn4、Cu3Sn、AuSn4、Ag3Sn与PdSn4的化学式，请问这些化学式的形成与地点？
铜基地的表面处理PCB，如OSP(有机保焊膜), I-Ag(浸镀银), I-Sn(浸镀锡), HASL(喷锡)与锡膏的焊接，在高热的回焊炉中会形成良性IMC的Cu6Sn5化合物，但是随着时间的老化，或PCB通过回焊炉过久，就会从Cu6Sn5慢慢再演化成劣性IMC的Cu3Sn。
Cu6Sn5基本上是由Cu与Sn液态反应所生成，会最先生长在铜基地与焊锡之间，而Cu3Sn基本上则是从已生成的Cu6Sn5与Cu固态反应所生成，所以一般长在Cu与Cu6Sn5的界面处。
镍基地的表面处理PCB，如ENIG, ENXG, 与ENEPIG，经过高热回焊炉与锡膏结合后会生成良性IMC的Ni3Sn4。
金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)也会与锡(Sn)形成AuSn4、跟Ag3Sn与PdSn4等化合物，但却是游走式的IMC，这些IMC如果留存在焊接的界面处通常对焊点的强度是有害而无利，焊垫上的金与银的最大作用就是保护底镍与底铜免于与空气接触生锈而已，金与银越厚者，焊点强度就越弱，但是不能薄到无法全面覆盖住底镍及底铜，否则就无法保护底镍或底铜了。
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5. 各种IMC的强度为何？
- 再次提醒，焊接是一种化学反应。
建议延伸阅读：用數據比較OSP及ENIG表面處理電路板之焊接焊錫焊點強度
命名 分子式 含锡量W% 出现经过 位置所在 颜色 结晶 性能 表面能 η-phase
(Eta)Cu6Sn5 60% 高温熔锡沾焊到干净的铜面时生成 介于焊锡或纯锡之间的界面 白色 球狀組織 良性IMC为焊接强度之必须 甚高 ε-phase
(Epsilon)Cu3Sn 30% 焊接后经过高温或长期老化逐渐生成 介于Cu6Sn5与铜面之间 灰色 柱狀結晶 恶性IMC将造成缩锡或不沾锡 较低，只有Eta的一半
6. IMC层的厚度是不是越厚越好？IMC层厚度有IPC工业标准吗？
会问这个问题表示你没有读过书，不够了解IMC是什么？白老师一直以农夫称之，但现在高级知识份子当农夫者多得是，所以工作熊个人还是很尊敬农夫的，而且工作熊的老爸以前也是农夫啊，自己小时候还耕过田呢，怎能说农夫见识浅薄呢！
白老师一直强调，界面IMC层只要有长出来且长得均匀就可以了，因为IMC层会随着时间与热量的累积而越长越厚，当IMC层长得太厚时强度反而就会变差，变得容易脆裂。IMC层有点像砌墙时砖块与砖块之间的水泥一样，适量的水泥可以将不同的砖块结合在一起，但水泥太厚了反而容易被推倒（影片中有图表做更进一步的说明）。
IMC层的生成速度基本上与时间的平方及温度成正比（影片中有图表说明）。
另外，影片中也有说明合理IMC层厚度的建议值应该落在1～3um，一般来说IMC层厚度在1～5um都是可以接受的（请注意：这仅为个人建议值），如果你曾经了解过 IMC的形成原理，就会知道IMC层厚度实际上是没有任何IPC工业标准的，甚至连建议值也没有。
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用影片解说【什么是IMC？】(包含合金、共晶、共化物差异说明、IMC的建议厚度)
关于IMC（Intermetallic Compounds，介金属共化物）的解说影片。
2013/3/8更新：影片中提到IMC厚度单位已更正为um。 不是micro-inch(u")
1 µm = 39.37 µin
1 µin = 0.0254 µm
1 mil = 25.4 µm
延伸閱讀：
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零件掉落與鍍金厚度的關係
浸金及電鍍金在電路板焊接中所扮演的角色
SMT與Wave soldering焊錫的中文翻譯與觀念澄清
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