IMC到底是越厚越好?还是越薄越好

 

谈起IMC这个问题，有点困惑

IMC到底是越厚越好？还是越薄越好？

IMC全称为intermetallic（金属间化合物），金属化合物是两种不同金属原子按照一定比例进行化合，形成与原来两者晶格不同的新化合物。金属化合物的形成是在两种不同金属的接触面上，通过原子的热扩散运动形成的；

在半导体封装中，我们的芯片PAD主要是由金或铝两种金属材料，bonding wire的材料就比较丰富了，有铝、铜、钯铜、金、银等材料；WB焊接四要素：压力(（bond force),功率(power)，时间(time)，温度(temperature)，WB的四要素共同加速界面的金属原子的相互扩散，从而形成Au-Al、Cu-Al和Ag-Al等金属化合物，从而达到两种不同材质金属间的键合。

而随着时间的推移，相互接触的两种金属原子将会继续扩散，导致IMC不停地朝着两种金属深处生长；且由于靠近不同材质界面原子浓度的差异，导致各金属间化合物原子数量比不同，从而会同时存在多种不同成分的IMC；其次因其不同金属原子扩散速率的差异，导致Au-Al、Cu-Al和Ag-Al IMC生长方向也各有特点。

 

我们接下来聊聊

对于如何检验IMC是否接触良好，IMC面积是否满足要求，哪些可靠性实验是检验IMC，失效分析如何检查IMC等问题；

在封装工艺过程中，对于IMC接触是否满足封装要求的快速简单的方法就是打线的推拉力实验，抽检打线的推拉力也是生产线质量管控的重要环节；根据打线材质和线径的不同来参考不同的推拉力值；

IMC面积的要求大于60%以上，不同的类型的器件对IMC的面积要求也是有差异的；

HTSL/HAST可靠性实验是检验IMC的重要手段；

HTSL：高温存储实验，其实验条件为150℃环境下将产品储存1000h，而高温会加速原子扩散，从而加速IMC生长速度，因此HTSL是评估因IMC生长引起失效的重要手段。

HAST：高温高湿实验，其实验条件为85℃和85%湿度的环境金线存储，高温高湿会促进水汽和卤素进入到封装体中，如果有Cl元素就会腐蚀IMC，导致IMC出现高阻。

IMC的物质特性是硬而脆，因此形成了一个相互"矛盾"的概念，IMC的生成代表焊球与焊盘之间形成了有效焊接，但当其生长达到一定厚度时，由于其自身的脆性又会导致使用过程中的热电疲劳在其内部产生裂痕，这种失效风险由IMC生长速度决定，因此Au-Al > Ag-Al > Cu-Al。

所以我们在生产调试过程中会尽量增加IMC的覆盖面积以达到有效焊接，而在可靠性过程中又会想方设法降低其生长速率，通常是在线材中进行掺杂，以抑制原子扩散速率，尤其是金线；

IMC随着时间的增加和温度的增加，IMC会越来越厚，最终会出现柯肯达尔现象，导致一焊点出现高阻失效。

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