本書以工程應(yīng)用為目標(biāo)，聚焦基本概念與原理、表面組裝核心工藝、主要組裝工藝問題及最新應(yīng)用問題，以圖文并茂的形式，介紹了焊接的基礎(chǔ)原理與概念、表面組裝的核心工藝與常見不良現(xiàn)象，以及組裝工藝帶來的可靠性問題。全書結(jié)合內(nèi)容需求，編入了幾十個經(jīng)典案例，這些案例非常典型，不僅有助于讀者深入理解有關(guān)工藝的概念和原理，也可作為類似不良現(xiàn)象分析的參考。 本書系統(tǒng)的理論知識與豐富的典型案例，特別適合于從事電子產(chǎn)品設(shè)計與制造的工程師學(xué)習(xí)與參考，也可用作職業(yè)技術(shù)院校電子制造工藝與實訓(xùn)的教材。
中興通訊股份有限公司總工藝師，廣東電子學(xué)會SMT專委會副主任，中國電子學(xué)會委員。 在中興通訊工作亦超過20年，見證并參與了中興工藝的發(fā)展歷程，歷任工藝研究部部長、副總工藝師、總工藝師，負責(zé)中興通訊產(chǎn)品工程化工作，分管結(jié)構(gòu)設(shè)計、EDA和電子裝聯(lián)工藝。對SMT、可制造性設(shè)計、失效分析、焊接可靠性有深入系統(tǒng)的研究。出版著作：《SMT工藝質(zhì)量控制》 《SMT 核心工藝解析與案例分析》 《SMT焊接不良與組裝可靠性》 《SMT可制造性設(shè)計》。
第一部分 工藝基礎(chǔ)
第1章 概述 3
1.1 電子組裝技術(shù)的發(fā)展 3
1.2 表面組裝技術(shù) 4
1.2.1 元器件封裝形式的發(fā)展 4
1.2.2 印制電路板技術(shù)的發(fā)展 5
1.2.3 表面組裝技術(shù)的發(fā)展 6
1.3 表面組裝基本工藝流程 7
1.3.1 再流焊接工藝流程 7
1.3.2 波峰焊接工藝流程 8
1.4 表面組裝方式與工藝路徑 8
1.5 表面組裝技術(shù)的核心與關(guān)鍵點 9
1.6 表面組裝元器件的焊接 10
1.7 表面組裝技術(shù)知識體系 12
第2章 焊接基礎(chǔ) 14
2.1 軟釬焊工藝 14
2.2 焊點與焊錫材料 14
2.3 焊點形成過程及影響因素 15
2.4 潤濕 16
2.4.1 焊料的表面張力 17
2.4.2 焊接溫度 18
2.4.3 焊料合金元素與添加量 18
2.4.4 金屬在熔融Sn合金中的溶解率 19
2.4.5 金屬間化合物 20
2.5 相位圖和焊接 23
2.6 表面張力 25
2.6.1 表面張力概述 25
2.6.2 表面張力起因 26
2.6.3 表面張力對液態(tài)焊料表面外形的影響 26
2.6.4 表面張力對焊點形成過程的影響 27
2.7 助焊劑在焊接過程中的作用行為 28
2.7.1 再流焊接工藝中助焊劑的作用行為 29
2.7.2 波峰焊接工藝中助焊劑的作用行為 30
2.8 可焊性 30
2.8.1 可焊性概述 30
2.8.2 影響可焊性的因素 31
2.8.3 可焊性測試方法 33
2.8.4 潤濕稱量法 33
2.8.5 浸漬法 35
2.8.6 鋪展法 36
2.8.7 老化 37
第3章 焊料合金、微觀組織與性能 38
3.1 常用焊料合金 38
3.1.1 Sn-Ag合金 38
3.1.2 Sn-Cu合金 39
3.1.3 Sn-Bi合金 40
3.1.4 Sn-Sb合金 40
3.1.5 提高焊點可靠性的途徑 41
3.1.6 無鉛合金中常用添加合金元素的作用 41
3.2 焊點的微觀結(jié)構(gòu)與影響因素 46
3.2.1 微觀結(jié)構(gòu) 46
3.2.2 組成元素 46
3.2.3 工藝條件 48
3.3 焊點的微觀結(jié)構(gòu)與機械性能 48
3.3.1 焊點（焊料合金）的金相組織 49
3.3.2 焊接界面金屬間化合物 51
3.3.3 不良的微觀組織 55
3.3.4 不常見微觀組織 68
3.4 無鉛焊料合金的表面形貌 69
第二部分 工藝原理與不良
第4章 助焊劑 73
4.1 助焊劑的發(fā)展歷程 73
4.2 液態(tài)助焊劑的分類標(biāo)準(zhǔn)與代碼 74
4.3 液態(tài)助焊劑的組成、功能與常用類別 76
4.3.1 組成 76
4.3.2 功能 78
4.3.3 常用類別 78
4.4 液態(tài)助焊劑的技術(shù)指標(biāo)與檢測 80
4.5 助焊劑的選型評估 87
4.5.1 助焊劑類型選擇 87
4.5.2 工藝性評估 88
4.6 白色殘留物 92
4.6.1 焊劑中的松香 93
4.6.2 松香變形物 93
4.6.3 有機金屬鹽 94
4.6.4 無機金屬鹽 94
4.6.5 白色殘留物的危害性 95
4.7 松香及其性能 95
4.7.1 一般物理特性 95
4.7.2 熔點 96
4.7.3 松香的組成與常見異構(gòu)體 96
4.7.4 松香的化學(xué)反應(yīng) 96
第5章 焊膏 99
5.1 焊膏簡介 99
5.2 助焊劑的組成與功能 100
5.2.1 樹脂 101
5.2.2 活化劑 102
5.2.3 溶劑 103
5.2.4 流變添加劑 105
5.2.5 焊膏配方設(shè)計的工藝性考慮 105
5.3 焊粉 106
5.3.1 焊粉尺寸 106
5.3.2 焊粉的形狀 108
5.4 助焊反應(yīng) 109
5.4.1 酸基反應(yīng) 109
5.4.2 氧化-還原反應(yīng) 109
5.5 焊膏流變性要求 110
5.5.1 流變學(xué)基本概念 110
5.5.2 流體的流變特性 112
5.5.3 焊膏對流變特性的要求 113
5.5.4 影響焊膏流變性的因素 114
5.5.5 焊膏黏度的測量 115
5.6 焊膏的性能評估與選型 117
5.7 焊膏的儲存與應(yīng)用 122
5.7.1 儲存、解凍與攪拌 122
5.7.2 使用時間與再使用注意事項 123
5.7.3 常見不良 123
第6章 PCB表面鍍層及工藝特性 128
6.1 ENIG鍍層 128
6.1.1 工藝特性 128
6.1.2 應(yīng)用問題 129
6.2 Im-Sn鍍層 133
6.2.1 工藝特性 134
6.2.2 應(yīng)用問題 135
6.3 Im-Ag鍍層 137
6.3.1 工藝特性 138
6.3.2 應(yīng)用問題 139
6.4 OSP膜 140
6.4.1 OSP膜及其發(fā)展歷程 140
6.4.2 OSP工藝 141
6.4.3 銅面氧化來源與影響 141
6.4.4 氧化層的形成程度與通孔爬錫能力 143
6.4.5 OSP膜的優(yōu)勢與劣勢 145
6.4.6 應(yīng)用問題 145
6.5 無鉛噴錫 145
6.5.1 工藝特性 146
6.5.2 應(yīng)用問題 148
6.6 無鉛表面耐焊接性對比 148
6.7 表面處理對焊點可靠性的影響 149
第7章 元器件引腳/焊端鍍層 150
7.1 表面組裝元器件封裝類別 150
7.2 電極鍍層結(jié)構(gòu) 151
7.3 Chip類封裝 152
7.4 SOP/QFP類封裝 153
7.5 BGA類封裝 153
7.6 QFN類封裝 153
7.7 插件類封裝 154
第8章 焊膏印刷與常見不良 155
8.1 焊膏印刷 155
8.2 印刷原理 155
8.3 影響焊膏印刷的因素 156
8.3.1 焊膏性能 156
8.3.2 模板因素 158
8.3.3 印刷參數(shù) 159
8.3.4 擦網(wǎng)/底部擦洗 163
8.3.5 PCB支撐 167
8.3.6 PCB的清潔 168
8.3.7 印刷作業(yè)停頓時間對焊膏轉(zhuǎn)移率的影響 169
8.3.8 實際生產(chǎn)中影響焊膏填充與轉(zhuǎn)移的其他因素 169
8.4 常見印刷不良現(xiàn)象及原因 171
8.4.1 印刷不良現(xiàn)象 171
8.4.2 印刷厚度不良 171
8.4.3 污斑/邊緣擠出 173
8.4.4 少錫與漏印 174
8.4.5 拉尖/狗耳朵 176
8.4.6 塌陷 176
8.5 SPI應(yīng)用探討 179
8.5.1 焊膏印刷不良對焊接質(zhì)量的影響 179
8.5.2 焊膏印刷圖形可接受條件 180
8.5.3 0.4mm間距CSP 181
8.5.4 0.4mm間距QFP 182
8.5.5 0.4～0.5mm間距QFN 183
8.5.6 0201 183
8.6 實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)（舉例） 184
第9章 鋼網(wǎng)設(shè)計與常見不良 186
9.1 鋼網(wǎng) 186
9.2 鋼網(wǎng)制造要求 189
9.3 模板開口設(shè)計基本要求 191
9.3.1 面積比 191
9.3.2 階梯模板 191
9.4 模板開口設(shè)計 192
9.4.1 通用原則 192
9.4.2 片式元件 194
9.4.3 QFP 195
9.4.4 BGA 195
9.4.5 QFN 195
9.5 常見的不良開口設(shè)計 197
9.5.1 模板設(shè)計主要問題 197
9.5.2 常見不良設(shè)計 197
9.5.3 模板開窗在改善焊接良率方面的應(yīng)用 200
第10章 再流焊接與常見不良 205
10.1 再流焊接 205
10.2 再流焊接工藝的發(fā)展歷程 205
10.3 熱風(fēng)再流焊接技術(shù) 206
10.4 熱風(fēng)再流焊接加熱特性 207
10.5 溫度曲線 208
10.5.1 溫度曲線的形狀 209
10.5.2 溫度曲線主要參數(shù)與設(shè)置要求 210
10.5.3 業(yè)界推薦的溫度曲線 216
10.5.4 爐溫設(shè)置與溫度曲線測試 221
10.5.5 再流焊接曲線優(yōu)化 224
10.6 低溫焊料焊接SAC錫球的BGA混裝再流焊接工藝 226
10.6.1 有鉛焊料焊接無鉛BGA的混裝工藝 227
10.6.2 低溫焊料焊接SAC錫球的混裝再流焊接工藝 231
10.6.3 混裝焊點的可靠性 234
10.7 常見焊接不良 237
10.7.1 冷焊 237
10.7.2 不潤濕 238
10.7.3 半潤濕 241
10.7.4 滲析 242
10.7.5 立碑 244
10.7.6 偏移 246
10.7.7 芯吸 250
10.7.8 橋連 252
10.7.9 空洞 256
10.7.10 開路 264
10.7.11 錫球 265
10.7.12 錫珠 267
10.7.13 飛濺物 274
10.7.14 底面QFN二次過爐時掉件 275
10.8 不同工藝條件下用Sn-37Pb焊接SAC305 BGA的切片圖 277
第11章 特定封裝的焊接與常見不良 279
11.1 封裝焊接 279
11.2 SOP/QFP 279
11.2.1 橋連 279
11.2.2 虛焊 282
11.3 QFN 283
11.3.1 QFN封裝與工藝特點 283
11.3.2 焊點形成過程 284
11.3.3 虛焊 285
11.3.4 橋連 289
11.3.5 空洞 291
11.4 BGA 293
11.4.1 BGA封裝類別與工藝特點 293
11.4.2 無潤濕開焊 296
11.4.3 球窩焊點 297
11.4.4 縮錫斷裂 299
11.4.5 二次焊開裂 300
11.4.6 應(yīng)力斷裂 301
11.4.7 坑裂 302
11.4.8 塊狀I(lǐng)MC斷裂 304
11.4.9 熱循環(huán)疲勞斷裂 305
第12章 波峰焊接與常見不良 307
12.1 波峰焊接 307
12.2 波峰焊接設(shè)備的組成及功能 307
12.3 波峰焊接設(shè)備的選擇 308
12.4 波峰焊接工藝參數(shù)設(shè)置與溫度曲線的測量 310
12.4.1 工藝參數(shù) 310
12.4.2 工藝參數(shù)設(shè)置要求 310
12.4.3 波峰焊接溫度曲線測量 311
12.5 助焊劑在波峰焊接工藝過程中的行為 312
12.6 波峰焊接焊點的要求 313
12.7 波峰焊接元器件的布局要求 315
12.7.1 布局方向要求 315
12.7.2 元器件/焊盤間隔要求 317
12.8 波峰焊接焊點的形成機理 319
12.9 波峰焊接常見不良 320
12.9.1 橋連 320
12.9.2 透錫（垂直填充）不足 324
12.9.3 錫珠 326
12.9.4 漏焊 327
12.9.5 孔盤潤濕不良 328
12.9.6 孔/空洞 331
12.9.7 尖狀物 335
12.9.8 板面臟 336
12.9.9 元器件浮起 336
12.9.10 焊點剝離 337
12.9.11 焊盤剝離 338
12.9.12 凝固開裂 339
12.9.13 引線潤濕不良 339
12.9.14 焊盤潤濕不良 340
12.10 波峰焊接錫渣 340
12.10.1 錫的氧化物及錫渣 340
12.10.2 波峰焊接錫渣的形成機理與形態(tài) 341
12.10.3 錫渣影響及其控制 343
12.10.4 大塊不熔錫 345
第13章 返工與手工焊接常見不良 347
13.1 返工工藝目標(biāo) 347
13.2 返工程序 347
13.2.1 元器件拆除 347
13.2.2 焊盤整理 348
13.2.3 元器件安裝 348
13.2.4 工藝的選擇 349
13.3 常用返工設(shè)備/工具與工藝特點 349
13.3.1 烙鐵 349
13.3.2 熱風(fēng)返修工作站 350
13.3.3 吸錫器 353
13.4 典型元器件的手工焊接 353
13.4.1 片式元器件的焊接 353
13.4.2 QFP的焊接 354
13.4.3 QFN的焊接 355
13.5 常見返修失效案例 355
第三部分 組裝可靠性
第14章 可靠性概述 365
14.1 可靠性及其度量 365
14.1.1 可靠度及可靠度函數(shù) 365
14.1.2 不可靠度 366
14.1.3 故障概率密度函數(shù) 366
14.1.4 故障率與浴盆曲線 367
14.1.5 平均壽命時間 368
14.2 可靠性工程 369
14.2.1 可靠性設(shè)計與分析 369
14.2.2 可靠性試驗 371
14.3 電子產(chǎn)品的可靠性 372
14.3.1 電子產(chǎn)品可靠性的概念 372
14.3.2 損傷/失效機理 374
14.3.3 影響電子產(chǎn)品可靠性的因素 376
14.4 溫度循環(huán)試驗 379
14.4.1 溫度循環(huán)試驗簡介 379
14.4.2 加速因子 380
14.4.3 EIAJ ET-7407給出的BGA焊點壽命評估加速因子 381
14.5 有鉛焊點和無鉛焊點可靠性對比 382
14.5.1 無鉛焊點與有鉛焊點疲勞壽命取決于應(yīng)變大小 382
14.5.2 無鉛焊點在應(yīng)變小時焊點失效率范圍比較寬 382
14.5.3 無鉛焊點在高載荷條件下可靠性不如有鉛焊點 383
14.5.4 無鉛焊點在應(yīng)用早期失效率高于有鉛焊點 383
14.5.5 不均勻的無鉛焊點金相組織對可靠性影響很大 384
第15章 完整焊點要求 385
15.1 組裝可靠性 385
15.2 完整焊點 385
15.3 常見不完整焊點 385
第16章 組裝應(yīng)力失效 391
16.1 應(yīng)力敏感封裝 391
16.2 片式電容 391
16.2.1 分板作業(yè) 391
16.2.2 烙鐵焊接 393
16.2.3 熱應(yīng)力 394
16.2.4 電應(yīng)力 395
16.3 BGA 396
第17章 溫度對焊點性能的影響 401
17.1 高溫下焊點界面性能劣化 401
17.1.1 高溫下金屬的擴散 401
17.1.2 界面劣化 402
17.2 高溫下焊料的蠕變 402
17.3 溫度變化導(dǎo)致的焊點疲勞失效 403
第18章 環(huán)境因素引起的失效 407
18.1 環(huán)境引起的失效 407
18.1.1 電化學(xué)腐蝕 407
18.1.2 化學(xué)腐蝕 408
18.2 枝晶生長 408
18.2.1 枝晶形貌 409
18.2.2 枝晶形成的三要素 409
18.2.3 枝晶生長的3個階段 410
18.2.4 枝晶生長影響因素 411
18.2.5 枝晶生長測試 411
18.3 CAF 413
18.4 銀離子遷移 414
18.5 Ag的硫化腐蝕 416
18.6 爬行腐蝕 421
18.7 實際環(huán)境下的腐蝕 423
第19章 錫須 425
19.1 錫須概述 425
19.2 錫須產(chǎn)生的原因 426
19.3 錫須產(chǎn)生的五種基本場景 427
19.4 室溫下錫須的生長 428
19.5 溫度循環(huán)（熱沖擊）作用下錫須的生長 429
19.6 氧化腐蝕引起的錫須生長 430
19.7 外界壓力作用下錫須的生長 431
19.8 控制錫須生長的建議 432
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