近年来，随着电子工业无铅化的要求，研究以Sn为基体的无铅钎料与基板的界面反应日益增多，其中SnAgCu无铅焊料被国际上公认为最有可能替代SnPb焊料的合金系统。

在电子产品中，常常以铜为基板材料，焊接和服役过程中焊料与铜基板之间界面上反应是引起广泛关注的研究课题。由于SnAgCu无铅焊料中Sn的含量较高，焊接温度也比较高，导致了焊点中Cu的溶解速度和界面金属间化合物(intermetallic compound，IMC)的生长速度远高于SnPb系焊料焊点中的情况。相关研究表明，焊点与金属接点间的金属间化合物的形态和长大对焊点缺陷的萌生及发展、电子组装件的可靠性等有十分重要的影响。如何避免IMC的过多生长已成为研究者普遍关注的问题，而对IMC形貌及其生长规律的理解和表征是控制IMC生长的前提。

本文以Sn-Ag-Cu系无铅焊料与Cu基板间的交互作用为例，介绍IMC的形成、形貌与性质。

本文中仅讨论含锡的IMC，将不深入涉及其他的IMC。

焊锡与被焊底金属之间，在热量足够的条件下，锡原子和被焊金属原子(如铜、镍)相互结合、渗入、迁移及扩散等动作，会很快在两者之间形成一层类似“锡合金”的化合物，被称为金属间化合物(intermetallic compound，IMC)。

IMC以锡铜之间形成良性Cu6Sn5和恶性Cu3Sn最常见；必须先生成良性的IMC才会有良好的焊接，但老化后与铜底之间会生成恶性IMC。

（1）IMC形貌

（2）IMC的性质

由于IMC曾是一种可以写出分子式的”准化合物”，故其性质与原来的金属已大不相同，对整体焊点强度也有不同程度的影响，首先将其特性简述于下：

IMC在PCB高温焊接或锡铅重熔(即熔锡板或喷锡)时才会发生，有一定的组成及晶体结构，且其生长速度与温度成正比，常温中较慢。一直到出现全铅的阻绝层(Barrier)才会停止。

IMC本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对疲劳强度(Fatigue Strength)危害最烈，且其熔点也较金属要高。

由于焊锡在介面附近的锡原子会逐渐移走，而与被焊金属组成IMC，使得该处的锡量减少，相对的使得铅量之比例增加，以致使焊点展性增大及固着强度降低，甚至带来整个焊锡体的松弛。

一旦焊垫原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已出现”较厚”间距过小的IMC后，对该焊垫以后再续作焊接时会有很大的妨碍；也就是在焊锡性(Solderability)或沾锡性(Wettability)上都将会出现劣化的情形。

焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的渗入，使得该焊锡本身的硬度也随之增加，久之会有脆化的麻烦。

焊料与焊盘发生反应在界面处形成一定厚度的金属间化合物，表明界面实现了较好的润湿和连接，但是金属间化合物在低温下较脆，裂纹容易在界面处萌生和扩展，因此该界面层是金属体系失效的潜在因素。因此，如何适当的控制IMC成为急需解决的首要问题。

Au/Ni/Cu三层结构是一种广泛应用在电子封装器件中采用的焊盘结构。Au层作为Ni表面的保护膜，具有良好的导电性能、润湿性能和防腐蚀性能等。Ni层由于在钎料中溶解速率很慢，可作为Cu层的阻隔层以防止Cu6Sn5，Cu3Sn等IMC的过量形成。

另外，在化学镀Ni工艺中，镀层中含有一定量的P元素。研究发现，在回流焊过程中，P不会溶入焊料，并且在Ni层与IMC层形成由Ni，P和Sn富集的高应力层。P的含量对IMC的厚度有一定影响。但镀层中 P含量较高时，形成在Ni层和IMC之间的富P层有效的阻止了Ni参入反应，减少IMC生成几率，从而降低了IMC厚度。