金属间化合物，即Intemetallic Compound,缩写为IMC,我们通常把SMT加工厂的焊料与被焊金属界面上反应生成的IMC作为良好焊点的一个标志。

在各种SMT加工厂的焊料合金中，大量的Sn是主角，它是参与IMC形成的主要元素，其余各元素仅起配角作用，主要是为了降低焊料的熔点以及压制IMC的生长，量很少的Cu和Ni也会参加IMC的结构。

SMT加工厂的界面金属间化合物(IMC)的形貌与焊后老化时间有关。常见的界面反应与IMC形貌如下。

1)Sn与Cu界面反应

Sn-Pb、SAC、Sn-Cu焊料与OSP、Im-Ag、Im-Sn及HASL的界面反应一一样，本质都是Sn与Cu的界面反应。

在200~ 350ºC范围内,Sn与Cu界面反应总会形成Cu6Sn5 、Cu3Sn的双层结构，如图1-41所示。在240~ 330ºC范围内，Cu6Sn5 和Cu3Sn同时生长，Cu6Sn5主要在Cu/Sn边界形成，Cu3Sn一般在Cu6Sn5与金属Cu边界形成，且在富Sn相中Cu6Sn5要比Cu3Sn生长快得多。另外，在再SMT加工厂的流焊接过程中，Cu6Sn5以扇贝形态生长，  晶粒粗化过程和扩散过程也发生在Cu6Sn5中。Cu3Sn 一般非常薄，约为0.2 ~ 0.5um，如果放大倍数≤ 1000，-一般看不到。一般认为Cu3Sn属于不好的组织，它使焊缝变得十分脆弱。                

通常看到SMT加工厂的Sn-Pb与Cu表面形成的IMC形貌如图1-42所示。

2）Sn与Ni的界面反应

SMT加工厂的Sn-Pb焊料与ENIG的界面反应属于Sn与Ni的界面反应。由于Ni比较稳定，界面反应层与Cu相比一般薄得多。根据相图推测的反应结构为Ni3Sn/Ni3Sn2/Ni3Sn4，然而在实际的钎焊界面却看不到Ni3Sn，但在NiP合金镀层中，很容易观察到Ni3Sn4。

Sn与Ni形成的IMC为Ni3Sn4典型形貌如图1-43所示。

通常看到SMT加工厂的Sn-Pn与ENIG表面形成的IMC形貌如图1-44所示。

3) Sn-Cu-N的界面反应

SMT加工厂的SAC、SnCu焊料与ENIG的界面反应本质一样， 属于Sn、Cu与Ni的界面反应。

N与SAC反应，一次再流焊接，一般形成(Cu, Ni)3Sn4单层IMC，如图1-45。如果经过多次再流焊接，就会形成(Ni，Cu）3sn4与(Ca，Ni）6sn5的双层的IMC结构，这种结构的切片图形貌具有显著著特点，是薄的、连续的、灰白色的(Ni,Cu)3Sn4与独立块状(  (即不连续)、暗灰色的(Cu, Ni)6Sns,如图1-58所示。许多案例表明，这种结构的焊点强度比较低，不耐冲击。

形成过程为：Sn与Ni形成Ni3Sn4→基材Cu通过Ni晶界扩散到Ni3Sn4，形成(Ni, Cu)3Sn4→焊料中富集的Cu与Ni3Sn4反应形成(Cu, Ni)6Sns，随着再流焊接次数的增加，不断长大，同时，(Ni,Cu)3Sn4基本维持原有尺度。

多次或长时间再流焊接条件下，SAC与ENIC表面形成的双层形貌如图1-46所示。

3）不良界面IMC的切片图

（1）块状化IMC，并不是一个专业术语，作者用它来描述（切片图呈现的形貌）一种超厚、超宽且有断续的IMC形态——扇贝形IMC组织粗大（W、h≥5μm）、连续层非常薄甚至个别地方断开（切片图，放大倍数≥1000），如图1-47所示。

图1-48所示为高温长时间再流焊接形成的焊点切片图，呈典型的块状化IMC结构。其BGA为SAC焊球、OSP焊盘处理工艺，焊接采用的是SnPb焊膏（混装工艺），焊接峰值温度为235ºC，217ºC以上时间为70s。测试表明其剪切强度比正常焊点低20%以上。

正常的IMC形貌应有比较厚的连续层，且扇贝形IMC是长在连续层以上的，是焊料周中Cu扩散的结果，如图1-49所示。

在Ni/SAC界面，如果再流焊接时间比较长也会形成块状化的IMC。如图1-50所示为电镀镍金工艺处理的BGA，在焊接峰值温度243ºC、217ºC以上焊接时间95s条件下形成的(Ni,Cu)3Sn4块状IMC形貌。此切片图来源于BGA掉落的样品，因此看不到BGA载板焊盘。

图1-50中的IMC组织并不相大，但符合块状化的特征。此类形貌的IMC不耐机械应力作用，如果SMT加工厂的PCBA在生产周转、运输过程中不规范，很容易导致BGA类应力敏感元器件焊点的开裂。

块状IMC的形成机理还不清楚，可能是IMC高温熔解再结晶的结果，这可以解释连续层比较薄、块状化的形貌。

(2) 含Ag镀层QFN形成的富Pb焊缝，如图1-51所示。此图片来源于某早期失效单板上的QFN切片分析报告。由于焊缝中富Pb相组织的存在，降低了焊缝强度，导致早起失效。

(3) SMT加工厂的焊点中的Ag3Sn颗粒尺寸一般在1μm，并均匀地分布于Sn母相中，若随着Ag含量的增加，达到3.5%以上，则Ag3Sn晶粒会出现粗化，以致出现针状（切片图中的表现，实为板状，如图1-52所示），此时如果合金受到外力作用容易出现龟裂。

当Ag的含量低于3.0%时，在焊缝中几乎看不到Ag3Sn。只有当Ag的含量达到3.5%以上并在较长的GA焊接时间、缓慢冷却条件下，才能形成明显的Ag3Sn。

(4) Cu对IMC的影响

随着Cu含量的增加，界面IMC结构也发生变化，如图1-53所示。