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電子零件掉落或BGA錫裂一定是SMT製程問題迷思(3)？IMC是良好焊錫結果的必要之惡
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一般來說，一個良好的PCA焊錫形成，其焊錫結合力最脆弱的地方為IMC(Inter-Metallic Compound)層，IMC層是一種金屬化合物，IMC更為形成良好焊接的必然物，工作熊之前將IMC層形容為男女結合後所誕下的小孩，這裡你可以將這層IMC想像成黏合磚塊與磚塊之間的水泥層，它起到接合兩種不同磚塊的目的，IMC層也是一樣，如果沒有這層IMC就無法在兩種不同的金屬間形成良好的焊接，但這層IMC卻也是整個焊接結構中最脆弱的地方，想像磚牆受到撞擊時，大部分會從水泥處裂開（早期的水泥磚牆啦！現在似乎有些不太一樣），IMC層也是一樣，所以才會說如果焊錫受到應力影響時，一般會最先從IMC層裂開。
IMC層是PCA焊接的必然物卻也是焊錫結合力(bonding-force)最脆弱之處
建議你先看看這篇文章以了解【何謂IMC (Intermetallic Compound)？IMC與PCB焊接強度有何關係】。
那如果水泥塗得不好或塗得不均勻，或是部份有塗到、部份未塗到或是IMC層長得太厚或太薄，是不是會影響磚塊間的結合力呢？答案當然是肯定的。如果你在分析不良現象時發現零件焊錫斷裂發生是在IMC層，那你就得進一步再分析IMC層長得好不好，一般判斷的標準是檢查IMC層是否生長連續，是否均勻分佈，通常會採用切片(cross-section)並利用高倍顯微鏡來加以觀察，並輔以EDX查看元素分析做進一步判斷。
一般來說，如果PCB的焊墊/焊盤或電子零件焊腳的表面處理(finished)有氧化發生時，就會造成IMC層長不出來或部份地方長不出IMC。另外，回焊爐溫如果加熱不足時也可能造成類似現象。
至於IMC層長得太厚或太薄，雖然也會影響到焊錫結合力，但這已經與SMT的生產製程沒有不太關係了，SMT製程基本上只要確保IMC有長出來且長得均勻就算完成任務，而且IMC層會隨著時間與熱量的累積而越長越厚，當IMC層長得太厚時強度反而會變差，變得容易脆裂，這就有點像磚塊與磚塊之間的水泥一樣，適量的水泥厚度可以將不同的磚塊緊密的結合在一起，但水泥如果太厚反而容易被從水泥處推開，這也可以說明，為何大部分產品在使用一段長時間後其信賴度會變差。
工作熊後來還是一直被追問，到底IMC層應該要長到多厚才是理想的厚度？工作熊以現在的銅錫或銅鎳化合物為例，其最佳厚度應該要落在1~3um，但一般IMC厚度只要在1~5um都是可以接受的。
另外一個SMT製程中可能出現且影響焊錫強度的因素是焊錫中殘留有氣泡孔洞(Void)，這些孔洞是因為焊錫在熔融狀態時無法及時逃逸出焊錫的空氣或助焊劑的揮發物，等到焊錫冷卻後被包覆於其中所形成的空洞，判斷是否為包風孔洞有兩個非常明顯的特徵：
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孔洞的內表面呈現光滑。
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孔洞在焊錫中呈現出圓形狀。
孔洞越大當然越不利焊錫強度，蛀空的木頭怎麼還能耐折，但是孔洞又很難在焊接過程中被完全避免，尤其是對那些需要大量焊錫的BGA或QFN、LGA等零件，既然目前技術不可行，退而求其次，那就規定一定的孔洞比率下是可以接受就得了，日後技術進步了改規格就是了。依據IPC-7095B及IPC-A-610D之後版本的要求，BGA錫球的總孔洞直徑不可以超過錫球總直徑的25%，大部分電子廠也都以此來判定孔洞的可允收率。日後如有修改請以最新的規格為準。
所以，只有當發現IMC長不出來或IMC與界面間有分佈不均勻現象發生時才跟SMT的品質或製程有正相關性。這個相關性可能跟回焊爐(reflow oven)的熱量不足有關，也可能跟PCB的表面處理不佳或儲存環境有關，也可能與電子零件的品質相關，這個需要得到更多的切片與元素分析才能判斷。
現在你應該也是專家了，下次要是再碰到有焊錫破裂的問題，請不要馬上就跑來質詢工作熊了，請自己先稍微做點功課。
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- 電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(11)？應力是造成BGA焊錫破裂的最大兇手
- 電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(12)？製造工廠中可能出現較大應力的製程
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延伸閱讀：
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如何判斷BGA掉件是SMT工廠製程或是設計問題?
電路板零件掉落，該如何著手分析、判斷並釐清問題點
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