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本书主要介绍了绿色电子组装工艺过程所涉及的环保、标准、材料、工艺、质量与可靠性技术，其中包括工艺可靠性基础、试验分析技术、材料与元器件的选择与应用技术、18个类型的近40个典型的失效与故障案例研究、工艺缺陷控制技术等。这些内容汇聚了作者及同事多年从事电子制造工艺与可靠性技术工作的积累，案例以及技术都来自生产一线，具有非常重要的参考价值。

第1章　基础篇 / 1
1.1　电子组装技术与可靠性概述 / 1
1.1.1　电子组装技术概述 / 1
1.1.2　可靠性概论 / 3
1.2　电子组件的可靠性试验方法 / 11
1.2.1　可靠性试验的基本内容 / 12
1.2.2　焊点的可靠性试验标准 / 12
1.2.3　焊点的失效判据与失效率分布 / 13
1.2.4　主要的可靠性试验方法 / 14
1.2.5　可靠性试验中的焊点强度检测技术 / 25
1.3　电子组件的失效分析技术 / 32
1.3.1　焊点形成过程与影响因素 / 32
1.3.2　导致焊点缺陷的主要原因与机理分析 / 33
1.3.3　焊点失效分析基本流程 / 36
1.3.4　焊点失效分析技术 / 36

第2章　环保与标准篇 / 54
2.1　电子电气产品的环保法规与标准化 / 54
2.1.1　欧盟RoHS  / 55
2.1.2　中国RoHS最新进展 / 58
2.1.3　REACH法规——毒害物质的管理 / 60
2.1.4　废弃电子电气产品的回收处理法规 / 62
2.1.5　EuP/ErP指令——产品能源消耗的源头管控 / 65
2.2　电子电气产品的无卤化及其检测方法 / 66
2.2.1　电子电气产品的无卤化简介 / 66
2.2.2　无卤的相关标准或技术要求 / 67
2.2.3　电子电气产品无卤化检测方法 / 68
2.3　无铅工艺的标准化进展 / 69
2.3.1　无铅工艺概述 / 69
2.3.2　无铅工艺标准化的重要性 / 71
2.3.3　无铅工艺的标准体系 / 72
2.3.4　配套中国RoHS实施的无铅标准制定情况 / 75
2.3.5　国内外已有的无铅标准简介 / 76
2.3.6　无铅工艺及其标准化展望 / 79

第3章　材料篇 / 81
3.1　无铅助焊剂的选择和应用 / 81
3.1.1　无铅助焊剂概述 / 81
3.1.2　无铅助焊剂的选择 / 84
3.1.3　无铅助焊剂的发展趋势 / 95
3.2　无铅元器件工艺适应性要求 / 97
3.2.1　无铅工艺特点 / 97
3.2.2　无铅元器件的要求 / 98
3.2.3　无铅元器件工艺适应性 / 100
3.2.4　结束语 / 105
3.3　无铅焊料的选择与应用 / 106
3.3.1　电子装联行业常用无铅焊料 / 106
3.3.2　无铅焊料的选择与应用 / 117
3.4　印制电路板的选择与评估 / 123
3.4.1　印制电路板概述 / 123
3.4.2　绿色制造工艺给印制电路板带来的挑战 / 124
3.4.3　绿色制造工艺对印制电路板的要求 / 129
3.4.4　印制电路板的选用 / 132
3.4.5　印制电路板的评估 / 139
3.4.6　印制板及基材的检测、验收通用标准 / 144
3.4.7　印制板技术的发展 / 147
3.5　元器件镀层表面晶须风险评估与对策 / 148
3.5.1　锡须现象及其危害 / 149
3.5.2　锡须的生长机理 / 151
3.5.3　锡须生长的影响因素 / 153
3.5.4　锡须评估方法 / 156
3.5.5　锡须生长的抑制 / 159
3.5.6　结束语 / 164
3.6　电子组件的三防技术及最新进展 / 168
3.6.1　湿热、盐雾以及霉菌对电子组件可靠性的影响 / 170
3.6.2　电子组件的防护技术 / 172
3.6.3　传统防护涂料及涂覆工艺 / 174
3.6.4　电子组件三防技术最新进展 / 177
3.6.5　结束语 / 182
3.7　焊锡膏的选用与评估 / 185
3.7.1　焊锡膏概述 / 185
3.7.2　焊锡膏的选用与评估 / 189
3.7.3　焊锡膏的现状及发展趋势 / 195
第4章　方法篇 / 196
4.1　助焊剂的扩展率测试方法的研究 / 196
4.1.1　扩展率的物理含义 / 196
4.1.2　目前的测试方法 / 197
4.1.3　试验方法研究 / 198
4.1.4　结果与讨论 / 199
4.1.5　结论 / 202
4.2　SMT焊点的染色与渗透试验方法研究  / 202
4.2.1　染色与渗透试验的基本原理 / 203
4.2.2　染色与渗透试验方法描述 / 203
4.2.3　染色与渗透试验结果分析与应用 / 205
4.2.4　试验过程的质量控制 / 207
4.2.5　结论 / 209
4.3　热分析技术在PCB失效分析中的应用 / 210
4.3.1　热分析技术 / 210
4.3.2　典型的失效案例 / 212
4.3.3　结论 / 215
4.4　红外显微镜技术在组件失效分析中的应用 / 216
4.4.1　红外显微镜分析技术的基本原理 / 216
4.4.2　显微红外技术在电子组件失效分析中的应用 / 217
4.4.3　结论 / 219
4.5　阴影云纹技术在工艺失效分析中的应用 / 220
4.5.1　阴影云纹技术的测试原理 / 220
4.5.2　阴影云纹技术的特点 / 221
4.5.3　阴影云纹技术在失效分析中的典型应用 / 222
4.5.4　典型分析案例 / 224
4.6　离子色谱分析技术及其在工艺分析中的应用 / 227
4.6.1　离子色谱的基本原理 / 228
4.6.2　离子色谱系统 / 228
4.6.3　色谱图 / 229
4.6.4　基本分析程序 / 230
4.6.5　离子色谱分析法在电子制造业中的应用 / 230
4.7　应变电测技术及其在PCBA可靠性评估中的应用 / 232
4.7.1　应变电测技术的基本原理 / 233
4.7.2　应变电测技术在PCBA可靠性评估中的应用 / 235
4.7.3　典型应用案例 / 241
4.7.4　结束语 / 244
第5章　案例研究篇 / 245
5.1　阳极导电丝（CAF）生长失效案例  / 245
5.1.1　CAF生长机理 / 245
5.1.2　CAF生长影响因素 / 246
5.1.3　CAF生长失效典型案例 / 247
5.1.4　启示与建议 / 249
5.2　兼容性试验方案设计及案例 / 250
5.2.1　兼容性试验原理 / 250
5.2.2　兼容性试验方案 / 251
5.2.3　案例研究 / 251
5.2.4　启示与建议 / 254
5.3　波峰焊中不熔锡产生的机理与控制对策  / 254
5.3.1　不熔锡产生机理分析 / 255
5.3.2　不熔锡产生的机理 / 258
5.3.3　不熔锡产生的控制对策 / 259
5.4　PCB导线开路失效案例研究 / 259
5.4.1　主要开路机理 / 259
5.4.2　表面导线开路影响因素 / 260
5.4.3　PCB表面导线开路典型案例 / 260
5.4.4　启示与建议 / 263
5.5　PCB爆板分层案例研究 / 263
5.5.1　主要爆板分层机理 / 264
5.5.2　主要爆板分层模式 / 264
5.5.3　PCB爆板分层典型案例 / 264
5.5.4　启示与建议 / 266
5.6　PCB孔铜断裂失效案例研究 / 267
5.6.1　主要孔铜断裂机理 / 267
5.6.2　孔铜断裂主要影响因素 / 268
5.6.3　孔铜断裂典型案例 / 268
5.6.4　启示与建议 / 270
5.7　电迁移与枝晶生长失效案例 / 271
5.7.1　电迁移与枝晶产生的机理 / 271
5.7.2　枝晶生长风险分析 / 272
5.7.3　电迁移与枝晶生长失效典型案例 / 273
5.7.4　启示与建议 / 277
5.8　波峰焊通孔填充不良案例研究 / 278
5.8.1　通孔波峰焊焊点填充不良现象描述 / 278
5.8.2　波峰焊通孔填锡的物理过程 / 279
5.8.3　影响波峰焊通孔填充不良的因素分析 / 281
5.8.4　PTH填充不良典型案例 / 281
5.8.5　启示与建议 / 287
5.9　PCBA组件腐蚀失效案例研究 / 287
5.9.1　PCBA腐蚀机理 / 287
5.9.2　PCBA腐蚀失效典型案例 / 288
5.9.3　启示与建议 / 293
5.10　漏电失效案例研究 / 293
5.10.1　主要漏电失效机理 / 294
5.10.2　漏电主要影响因素 / 294
5.10.3　漏电失效典型案例 / 294
5.10.4　启示与建议 / 300
5.11　化学镍金黑焊盘失效案例 / 300
5.11.1　黑焊盘形成机理 / 301
5.11.2　黑焊盘形成的影响因素及控制措施 / 302
5.11.3　黑焊盘失效案例 / 302
5.11.4　启示与建议 / 308
5.12　焊盘坑裂失效案例 / 309
5.12.1　焊盘坑裂机理 / 309
5.12.2　焊盘坑裂形成的影响因素 / 310
5.12.3　焊盘坑裂失效案例 / 311
5.12.4　启示与建议 / 318
5.13　疲劳失效案例研究 / 318
5.13.1　疲劳失效机理 / 318
5.13.2　引起疲劳的因素 / 319
5.13.3　疲劳失效典型案例 / 319
5.13.4　启示与建议 / 325
5.14　HASL焊盘可焊性不良案例研究 / 325
5.14.1　HASL焊盘可焊性不良的主要机理 / 326
5.14.2　HASL焊盘可焊性不良的主要影响因素 / 327
5.14.3　HASL焊盘可焊性不良案例 / 327
5.14.4　启示与建议 / 330
5.15　混合封装FCBGA的典型失效模式与控制 / 331
5.15.1　FCBGA的封装结构和工艺介绍 / 331
5.15.2　混合封装FCBGA的典型失效案例分析 / 332
5.15.3　针对混合封装FCBGA类似失效模式的控制对策 / 335
5.16　混装不良典型案例研究 / 336
5.16.1　混装常见缺陷与机理 / 337
5.16.2　混装工艺失效典型案例 / 338
5.16.3　启示与建议 / 341
5.17　枕头效应失效案例 / 341
5.17.1　枕头效应产生的机理 / 341
5.17.2　枕头效应形成的因素 / 343
5.17.3　枕头效应失效案例 / 343
5.17.4　启示与建议 / 348
5.18　LED引线框架镀银层腐蚀变色失效案例  / 348
5.18.1　LED支架镀银层的腐蚀变色机理 / 349
5.18.2　LED支架镀银层的腐蚀影响因素 / 349
5.18.3　LED支架镀银层的腐蚀典型案例 / 350
5.18.4　启示与建议 / 353

序

任何电子整机都是将各种电子零部件通过线路板组装在一起形成的一种电子产品，而将电子元器件组合形成电子整机的过程就是人们常说的“电子组装”过程，该过程涉及原材料、元器件、印制电路板（PCB）及其工艺和设计、绿色环保、质量与可靠性分析等众多关键环节和复杂的工程技术内容。
该书的作者长期在我国唯一的专业进行电子产品质量与可靠性研究的权威机构――中国赛宝实验室（CEPREI）工作，对于电子组装技术领域从相关材料的检测分析到产品的研究开发、可靠性试验、产品质量解析和改进，以及工艺研究咨询等，几乎涵盖整个电子组装技术领域中所涉及的电子产品质量与可靠性方面的问题，进行过广泛而深入的研究，积累了十分丰富的知识与宝贵的经验。
该书是作者在多年工作过程中有关电子组装技术与可靠性方面部分科技文章的一个整理与汇集，也是一种工作经验与心得的汇集与交流。全书主要介绍了绿色电子组装工艺过程所涉及的环保、质量与可靠性技术，其中包括各种近代试验与分析技术、电子材料与电子元器件的选择与应用技术、典型的失效与故障案例研究等。内容十分丰富，是一本近年来电子制造业十分稀缺、少见，而在产业界又十分需求的有关质量与可靠性方面特色鲜明的专著。
我在阅读了该书的书稿之后，深感该书的出版不仅可为从事电子组装技术领域工作的相关技术人员提供参考和借鉴，还可为从事电子产品质量与可靠性研究、从事新型电子产品开发的相关部门和相关技术人员提供有益参考。同时，也可作为工科高等院校电子科学与技术专业和微电子与固体电子学专业的教学参考资料。

电子科技大学
微电子与固体电子学院
杨邦朝（教授、博导）


前言

人们生活品质日新月异的变化得益于21世纪初以来电子信息技术取得了飞速的发展，从而带动了电子制造业在国内特别是珠三角与长三角地区的快速成长。电子组装作为电子制造业的核心环节，决定了电子信息产品的品质水平，也是制造业价值的核心来源。电子组装就是将各种零部件通过线路板组装在一起形成电子产品的核心部分——PCBA电子组件，该过程涉及了材料、元器件、PCB以及工艺和设计等多个关键环节和复杂的技术内容。一直以来，业界一直存在重设计轻工艺的根深蒂固的观念，导致组装生产出来的产品质量问题不断，给需要大规模生产的消费类电子产品带来成本的显著增加与品牌形象的损失。与此同时，由于以欧盟RoHS指令为代表的国内外环保法规的要求和限制，许多传统上含有有毒有害物质的电子材料和零部件将逐步不能继续使用，这股绿色环保的旋风导致了整个电子制造业产业链的技术革命，也给电子组装工艺技术与产品的可靠性带来了更加严峻的挑战。我国如要从制造大国迈向制造强国则必须经过“使产品可靠”这道坎。
随着消费电子产品从极度匮乏到极大丰富再到好品牌的形成，人们经历了对产品质量与可靠性问题认识的深刻转变，从当初哪里有质量事故或投诉就到哪里的消防队员工作模式，亦即客户要我做的被动迎接质量审核的模式开始到主动进行产品的可靠性设计、试验、分析评价以及改进增长等各种质量可靠性技术手段的应用，再到今天产品的可靠性已经成为品牌与竞争力的体现，可靠性已经真真正正成为了当今最时髦的工业技术词汇了。作者有幸参与了这一转变过程，并且体会和感慨良多，现将部分经验技术汇集于此跟各位分享。
本书作者20世纪90年代初期进入电子组装技术这个领域，从相关材料的检测技术到产品的研究开发、工艺研究咨询、可靠性试验、分析和改进等，几乎涉猎整个电子组装技术领域。同时还参与了国内外有关电子绿色环保法规和标准的制定工作。本书汇聚了作者及其团队在电子组装技术与可靠性方面的实际经验与技术的积累，与传统类似技术专著不同的是，本书主要是通过介绍工艺可靠性基础知识加活生生的案例集的方式来呈现这些成果或经验积累，内容包括环保、材料、元器件与PCB、可靠性试验技术、失效分析技术、工艺改进、失效案例研究等，其中的案例都是众多企业实际碰到的问题的研究和解决方法。希望本书可以为从事该技术和工作领域的工程技术人员，相关企业的品质、工程、设计等部门的管理人员提供有益的参考。
本书主要内容包括介绍工艺可靠性技术的基础篇、环保与标准篇，包括电子组装材料与元器件和PCB的材料篇、方法篇和案例研究篇等，由中国赛宝实验室可靠性研究分析中心的许多同仁共同完成。其中1.1～1.3节以及2.3、3.2、4.1～4.4、5.3、5.14、5.15节由罗道军编写，3.4和5.17节由贺光辉编写，4.5、5.1、5.11和5.12节由邹雅冰编写，3.5、4.7、5.7～5.9节由肖慧编写，5.4～5.6和5.10节由胡朝辉编写， 3.1节由刘子莲编写，3.3和3.7节由王宏芹编写，5.13和5.16节由许慧编写，2.1和2.2节由雷敏编写，4.6和5.2节由李勇编写，3.6节由李伟明编写，5.18节由赵振博编写；全书最后由罗道军统一修改定稿。此外，书中的许多内容得到了作者单位许多同事的大力支持和帮助，图谱绘制和论文与案例中的试验部分基本上都是他们完成的，在此一并感谢；同时，本书成书还得到许多电子行业的相关企业的大力支持，是它们提供给我们很好的学习和研究案例的机会，由于保密的原因我们隐去其相关信息，在此深表感谢！

编著者

电子技术

中国电子学会高级会员以及SMT专家咨询委员会委员、中国印制电路协会理事、广东省电子学会SMT专委会委员、国标委电工电子产品与系统环境标准化（SAC/TC297/SC3）的副主任委员、全国焊接标准化技术委员会（SAC/TC55）委员；IPC中国技术顾问等。1995年起从事军事电子产品可靠性工程技术、工艺可靠性技术、电子电气产品RoHS符合性技术、电子材料检测分析技术等方面的科研和技术服务；为电子制造行业提供数百次的公开或内部培训，主要课程包括无铅工艺与可靠性技术、波峰焊技术、工艺可靠性与案例研究、RoHS符合性技术等。

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