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何謂IMC (Intermetallic Compound)？IMC與PCB焊接強度有何關係？IMC厚度有IPC標準？
在電路板的組裝焊接過程中，經常會聽到工程師或實驗室的分析報告裡提到IMC這個名詞，那究竟IMC是什麼東西？IMC在電路板組裝(PCBA)焊接的過程當中又扮演了什麼樣的角色？它會影響到焊接的強度嗎？常常聽到有人說這個IMC太薄，那個IMC長得太厚，那究竟IMC的厚度應該落在多少才比較合理呢？
下面的文章是工作熊有一次去上了一堂「白蓉生」老師關於PCB焊接強度與IMC的課程後的心得整理，大師開講還真的可以學到不少東西。
1. 何謂IMC?
IMC是【Intermetallic Compound】的英文縮寫簡稱，依據白蓉生老師的說法，中文應該翻譯成【介面金屬共化物】或【介金屬】。
而IMC是一種化學分子式，不是合金（註：但也有人把IMC歸類為合金(alloy)的一種），也不是純金屬。
既然IMC是一種化學反應後的分子組成（IMC也可以透過常溫擴散形成，但速度很慢），所以一般IMC的形成必須給予能量才能加速其進行，這也就是為何錫膏在焊接過程中需要加熱的原因，而且錫膏的成份中只有純錫(Sn)才會與銅基地（例如OSP, I-Ag, I-Sn表面處理的板子）或是鎳基地（ENIG表面處理的板子）在強熱中發生擴散反應，進而生成牢固的介面性IMC。
2. 【合金(alloy)】與【介面金屬共化物(Intermetallic Compound)】有何差別？
介面金屬化合物是兩種以上金屬元素以「固定比例」所形成的化合物，是一種「化學反應」後的結果，屬於純物質。比如說Cu6Sn5、Ni3Sn4、AuSn4…等這樣的物質。
而合金(alloy)則是兩種以上金屬的混合物，其比例並無固定，可以隨時調整，只是均勻的將不同的元素混合在一起就可以了。
所以你可以說男人與女人混在一起稱之為合金；而男女結合後所生下的小孩就稱為化合物。這樣比喻會不會被打啊！
3. 既然稱為【錫膏】，為何還有其他的金屬成份在裡面？
這是因為純錫的融點高達232°C，不易用於一般的PCB板組裝焊接，或者說目前的電子零件無法達到這樣的高溫，所以必須以錫為基礎，然後加入其他合金焊料來降低其融點，以達到可以量產並節省能源的主要目的，其次要目的是某些金屬可以改善焊點的韌度(Toughness)與強度(Strength)。
比如說加入少量的銀與銅作成SAC305，其共熔點就可以降到217°C。加入銅及鎳作成SCNi，其共熔點就會變成227°C。這是個很有趣的題目，為什麼原本兩個熔點都很高的金屬，以一定比率混合在一起之後其「共熔點」反而會大大降低，有興趣的朋友可以先找錫鉛的二元平衡金相圖來參考一下。
4. 經常看到IMC中有Cu6Sn5、Ni3Sn4、Cu3Sn、AuSn4、Ag3Sn與PdSn4的化學式，請問這些化學式的形成與地點？
銅基地的表面處理PCB，如OSP(有機保焊膜), I-Ag(浸鍍銀), I-Sn(浸鍍錫), HASL(噴錫)與錫膏的焊接，在高熱的回焊爐中會形成良性IMC的Cu6Sn5化合物，但是隨著時間的老化，或PCB通過回焊爐過久，就會從Cu6Sn5慢慢再演化成劣性IMC的Cu3Sn。
Cu6Sn5基本上是由Cu與Sn液態反應所生成，會最先生長在銅基地與焊錫之間，而Cu3Sn基本上則是從已生成的Cu6Sn5與Cu固態反應所生成，所以一般長在Cu與Cu6Sn5的介面處。
鎳基地的表面處理PCB，如ENIG, ENXG, 與ENEPIG，經過高熱回焊爐與錫膏結合後會生成良性IMC的Ni3Sn4。
另外，金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)也會與錫(Sn)形成AuSn4、Ag3Sn和PdSn4等化合物，但卻是遊走式的IMC，這些IMC如果留存在焊接的介面處通常對焊點的強度是有害而無利，焊墊上的金與銀的最大作用就是保護底鎳與底銅免於與空氣接觸生鏽而已，金與銀越厚者，焊點強度就越弱，但是不能薄到無法全面覆蓋住底鎳及底銅，否則就無法保護底鎳或底銅了。
5. 各種IMC的強度為何？
- 再次提醒，焊接是一種化學反應。
建議延伸閱讀：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 含錫量W% 出現經過 位置所在 顏色 結晶 性能 表面能 η-phase
(Eta)Cu6Sn5 60% 高溫熔錫沾焊到乾淨的銅面時生成 介於焊錫或純錫之間的介面 白色 球狀組織 良性IMC為焊接強度之必須 甚高 ε-phase
(Epsilon)Cu3Sn 30% 焊接後經過高溫或長期老化逐漸生成 介於Cu6Sn5與銅面之間 灰色 柱狀結晶 惡性IMC將造成縮錫或不沾錫 較低，只有Eta的一半
6. IMC的厚度是不是越厚越好？IMC厚度有IPC工業標準嗎？
會問這個問題表示你沒有讀過書，不夠瞭解IMC是什麼？白老師一直以農夫稱之，但現在高級知識份子當農夫者多得是，所以工作熊個人還是很尊敬農夫的，而且工作熊的老爸以前也是農夫啊，自己小時候還耕過田呢，怎能說農夫見識淺薄呢！
白老師一直強調，介面IMC只要有長出來且長得均勻就可以了，因為IMC會隨著時間與熱量的累積而越長越厚，當IMC長得太厚時強度反而就會變差，變得容易脆裂。IMC有點像砌牆時磚塊與磚塊之間的水泥一樣，適量的水泥可以將不同的磚塊結合在一起，但水泥太厚了反而容易被推倒（影片中有圖表做更進一步的說明）。
IMC的生成速度基本上與時間的平方及溫度成正比（影片中有圖表說明）。
另外，影片中也有說明合理IMC厚度的建議應該落在1～3um，但這只是建議，如果你瞭解了IMC的形成原理，就會知道IMC厚度是沒有IPC工業標準的。
用影片解說【什麼是IMC？】(包含合金、共晶、共化物差異說明、IMC的建議厚度)
關於IMC（Intermetallic Compounds，介金屬共化物）的解說影片。
2013/3/8更新：影片中提到IMC厚度單位已更正為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：
PCB爆板的真因剖析與防止
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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訪客留言內容（Comments）
想請問工作熊大：
IMC與共晶化合物(eutectic composition)是相同的嗎？
另外看到維基百科內提到以下內容請問primary是位在相圖中的哪個位置？代表的意思是primary可能會是ε-phase嗎？
“在降溫過程中不會經過共晶點，而是由 ( L + α ) 態或 ( L + β ) 態轉變為 ( α + β ) 態，則原先便已長出的晶粒稱為 ( primary )，而當溫度達到共晶溫度時才長出的晶粒則稱為 ( eutectic )”
请问：焊接元件的基材和镀层是steel+Ni+Sn, reflow之后，IMC层在Ni层形成，是吗？元件掉落后，在元件焊接面做X-RAY测试，未发现任何镀层，元件基材和镀层材料分离了。有可能是因为Ni层过薄，大部分的Ni层都被转化为IMC层，由于IMC层过厚，导致的掉落吗？谢谢分享
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這一篇很不錯啊!!!
很多人只知道SMT/PCBA製程,
但不知道什麼是介面合金化合物(IMC,我是這麼稱呼他)
IMC厚度在業界一直沒有真正的規範在
都是靠前人的經驗所累積的經驗,然後提出一個較佳的厚度範圍!!!
非常多的公司並不會去量測這個東西,除非有焊接有異常出現才會去看這個
因為這要用電子顯微鏡(EDS)去看才看的清楚
一般都是真正的Lab才會擁有這種顯微鏡
(如:SGS/宜特…etc <==不是打廣告-.-")