首页 > 科技 > 电子技术 > 电子工艺与电子制造

SMT工艺不良与组装可靠性（第2版）

作译者：贾忠中

出版时间：2023-10 千字数：777 版次：01-01 页数：452

开本：16开装帧： I S B N ：9787121464133

换版：

纸质书定价：￥188.0

库存:有

分享到：

共有图书评论0条【查看评论摘要】

看了又看

{{data.bookName}}

￥{{data.price}}

内容简介

前言

上架建议

作者简介

编辑推荐

音视频专区

第一部分  工艺基础
第1章  概述	3
1.1  电子组装技术的发展	3
1.2  表面组装技术	4
1.2.1  元器件封装形式的发展	4
1.2.2  印制电路板技术的发展	5
1.2.3  表面组装技术的发展	6
1.3  表面组装基本工艺流程	7
1.3.1  再流焊接工艺流程	7
1.3.2  波峰焊接工艺流程	8
1.4  表面组装方式与工艺路径	8
1.5  表面组装技术的核心与关键点	9
1.6  表面组装元器件的焊接	10
1.7  表面组装技术知识体系	12
第2章  焊接基础	14
2.1  软钎焊工艺	14
2.2  焊点与焊锡材料	14
2.3  焊点形成过程及影响因素	15
2.4  润湿	16
2.4.1  焊料的表面张力	17
2.4.2  焊接温度	18
2.4.3  焊料合金元素与添加量	18
2.4.4  金属在熔融Sn合金中的溶解率	19
2.4.5  金属间化合物	20
2.5  相位图和焊接	23
2.6  表面张力	25
2.6.1  表面张力概述	25
2.6.2  表面张力起因	26
2.6.3  表面张力对液态焊料表面外形的影响	26
2.6.4  表面张力对焊点形成过程的影响	27
2.7  助焊剂在焊接过程中的作用行为	28
2.7.1  再流焊接工艺中助焊剂的作用行为	29
2.7.2  波峰焊接工艺中助焊剂的作用行为	30
2.8  可焊性	30
2.8.1  可焊性概述	30
2.8.2  影响可焊性的因素	31
2.8.3  可焊性测试方法	33
2.8.4  润湿称量法	33
2.8.5  浸渍法	35
2.8.6  铺展法	36
2.8.7  老化	37
第3章  焊料合金、微观组织与性能	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  提高焊点可靠性的途径	41
3.1.6  无铅合金中常用添加合金元素的作用	41
3.2  焊点的微观结构与影响因素	46
3.2.1  微观结构	46
3.2.2  组成元素	46
3.2.3  工艺条件	48
3.3  焊点的微观结构与机械性能	48
3.3.1  焊点（焊料合金）的金相组织	49
3.3.2  焊接界面金属间化合物	51
3.3.3  不良的微观组织	55
3.3.4  不常见微观组织	68
3.4  无铅焊料合金的表面形貌	69
第二部分  工艺原理与不良
第4章  助焊剂	73
4.1  助焊剂的发展历程	73
4.2  液态助焊剂的分类标准与代码	74
4.3  液态助焊剂的组成、功能与常用类别	76
4.3.1  组成	76
4.3.2  功能	78
4.3.3  常用类别	78
4.4  液态助焊剂的技术指标与检测	80
4.5  助焊剂的选型评估	87
4.5.1  助焊剂类型选择	87
4.5.2  工艺性评估	88
4.6  白色残留物	92
4.6.1  焊剂中的松香	93
4.6.2  松香变形物	93
4.6.3  有机金属盐	94
4.6.4  无机金属盐	94
4.6.5  白色残留物的危害性	95
4.7  松香及其性能	95
4.7.1  一般物理特性	95
4.7.2  熔点	96
4.7.3  松香的组成与常见异构体	96
4.7.4  松香的化学反应	96
第5章  焊膏	99
5.1  焊膏简介	99
5.2  助焊剂的组成与功能	100
5.2.1  树脂	101
5.2.2  活化剂	102
5.2.3  溶剂	103
5.2.4  流变添加剂	105
5.2.5  焊膏配方设计的工艺性考虑	105
5.3  焊粉	106
5.3.1  焊粉尺寸	106
5.3.2  焊粉的形状	108
5.4  助焊反应	109
5.4.1  酸基反应	109
5.4.2  氧化-还原反应	109
5.5  焊膏流变性要求	110
5.5.1  流变学基本概念	110
5.5.2  流体的流变特性	112
5.5.3  焊膏对流变特性的要求	113
5.5.4  影响焊膏流变性的因素	114
5.5.5  焊膏黏度的测量	115
5.6  焊膏的性能评估与选型	117
5.7  焊膏的储存与应用	122
5.7.1  储存、解冻与搅拌	122
5.7.2  使用时间与再使用注意事项	123
5.7.3  常见不良	123
第6章  PCB表面镀层及工艺特性	128
6.1  ENIG镀层	128
6.1.1　工艺特性	128
6.1.2　应用问题	129
6.2  Im-Sn镀层	133
6.2.1　工艺特性	134
6.2.2　应用问题	135
6.3  Im-Ag镀层	137
6.3.1　工艺特性	138
6.3.2  应用问题	139
6.4　OSP膜	140
6.4.1　OSP膜及其发展历程	140
6.4.2　OSP工艺	141
6.4.3　铜面氧化来源与影响	141
6.4.4　氧化层的形成程度与通孔爬锡能力	143
6.4.5　OSP膜的优势与劣势	145
6.4.6　应用问题	145
6.5　无铅喷锡	145
6.5.1　工艺特性	146
6.5.2　应用问题	148
6.6　无铅表面耐焊接性对比	148
6.7  表面处理对焊点可靠性的影响	149
第7章  元器件引脚/焊端镀层	150
7.1　表面组装元器件封装类别	150
7.2　电极镀层结构	151
7.3　Chip类封装	152
7.4　SOP/QFP类封装	153
7.5　BGA类封装	153
7.6　QFN类封装	153
7.7　插件类封装	154
第8章  焊膏印刷与常见不良	155
8.1  焊膏印刷	155
8.2  印刷原理	155
8.3  影响焊膏印刷的因素	156
8.3.1  焊膏性能	156
8.3.2  模板因素	158
8.3.3  印刷参数	159
8.3.4  擦网/底部擦洗	163
8.3.5  PCB支撑	167
8.3.6  PCB的清洁	168
8.3.7  印刷作业停顿时间对焊膏转移率的影响	169
8.3.8  实际生产中影响焊膏填充与转移的其他因素	169
8.4  常见印刷不良现象及原因	171
8.4.1  印刷不良现象	171
8.4.2  印刷厚度不良	171
8.4.3  污斑/边缘挤出	173
8.4.4  少锡与漏印	174
8.4.5  拉尖/狗耳朵	176
8.4.6  塌陷	176
8.5  SPI应用探讨	179
8.5.1  焊膏印刷不良对焊接质量的影响	179
8.5.2  焊膏印刷图形可接受条件	180
8.5.3  0.4mm间距CSP	181
8.5.4  0.4mm间距QFP	182
8.5.5  0.4～0.5mm间距QFN	183
8.5.6  0201	183
8.6  实际生产数据（举例）	184
第9章  钢网设计与常见不良	186
9.1  钢网	186
9.2  钢网制造要求	189
9.3  模板开口设计基本要求	191
9.3.1  面积比	191
9.3.2  阶梯模板	191
9.4  模板开口设计	192
9.4.1  通用原则	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  常见的不良开口设计	197
9.5.1  模板设计主要问题	197
9.5.2  常见不良设计	197
9.5.3  模板开窗在改善焊接良率方面的应用	200
第10章  再流焊接与常见不良	205
10.1  再流焊接	205
10.2  再流焊接工艺的发展历程	205
10.3  热风再流焊接技术	206
10.4  热风再流焊接加热特性	207
10.5  温度曲线	208
10.5.1  温度曲线的形状	209
10.5.2  温度曲线主要参数与设置要求	210
10.5.3  业界推荐的温度曲线	216
10.5.4  炉温设置与温度曲线测试	221
10.5.5  再流焊接曲线优化	224
10.6  低温焊料焊接SAC锡球的BGA混装再流焊接工艺	226
10.6.1  有铅焊料焊接无铅BGA的混装工艺	227
10.6.2  低温焊料焊接SAC锡球的混装再流焊接工艺	231
10.6.3  混装焊点的可靠性	234
10.7  常见焊接不良	237
10.7.1  冷焊	237
10.7.2  不润湿	238
10.7.3  半润湿	241
10.7.4  渗析	242
10.7.5  立碑	244
10.7.6  偏移	246
10.7.7  芯吸	250
10.7.8  桥连	252
10.7.9  空洞	256
10.7.10  开路	264
10.7.11  锡球	265
10.7.12  锡珠	267
10.7.13  飞溅物	274
10.7.14  底面QFN二次过炉时掉件	275
10.8  不同工艺条件下用Sn-37Pb焊接SAC305 BGA的切片图	277
第11章  特定封装的焊接与常见不良	279
11.1  封装焊接	279
11.2  SOP/QFP	279
11.2.1  桥连	279
11.2.2  虚焊	282
11.3  QFN	283
11.3.1  QFN封装与工艺特点	283
11.3.2  焊点形成过程	284
11.3.3  虚焊	285
11.3.4  桥连	289
11.3.5  空洞	291
11.4  BGA	293
11.4.1  BGA封装类别与工艺特点	293
11.4.2  无润湿开焊	296
11.4.3  球窝焊点	297
11.4.4  缩锡断裂	299
11.4.5  二次焊开裂	300
11.4.6  应力断裂	301
11.4.7  坑裂	302
11.4.8  块状IMC断裂	304
11.4.9  热循环疲劳断裂	305
第12章  波峰焊接与常见不良	307
12.1　波峰焊接	307
12.2　波峰焊接设备的组成及功能	307
12.3  波峰焊接设备的选择	308
12.4　波峰焊接工艺参数设置与温度曲线的测量	310
12.4.1　工艺参数	310
12.4.2　工艺参数设置要求	310
12.4.3　波峰焊接温度曲线测量	311
12.5　助焊剂在波峰焊接工艺过程中的行为	312
12.6　波峰焊接焊点的要求	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/焊盘间隔要求	317
12.8  波峰焊接焊点的形成机理	319
12.9　波峰焊接常见不良	320
12.9.1　桥连	320
12.9.2　透锡（垂直填充）不足	324
12.9.3　锡珠	326
12.9.4　漏焊	327
12.9.5  孔盘润湿不良	328
12.9.6  孔/空洞	331
12.9.7　尖状物	335
12.9.8　板面脏	336
12.9.9　元器件浮起	336
12.9.10　焊点剥离	337
12.9.11　焊盘剥离	338
12.9.12　凝固开裂	339
12.9.13　引线润湿不良	339
12.9.14　焊盘润湿不良	340
12.10  波峰焊接锡渣	340
12.10.1  锡的氧化物及锡渣	340
12.10.2  波峰焊接锡渣的形成机理与形态	341
12.10.3  锡渣影响及其控制	343
12.10.4  大块不熔锡	345
第13章  返工与手工焊接常见不良	347
13.1　返工工艺目标	347
13.2　返工程序	347
13.2.1  元器件拆除	347
13.2.2　焊盘整理	348
13.2.3　元器件安装	348
13.2.4　工艺的选择	349
13.3　常用返工设备/工具与工艺特点	349
13.3.1　烙铁	349
13.3.2　热风返修工作站	350
13.3.3　吸锡器	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  常见返修失效案例	355
第三部分  组装可靠性
第14章  可靠性概述	365
14.1  可靠性及其度量	365
14.1.1  可靠度及可靠度函数	365
14.1.2  不可靠度	366
14.1.3  故障概率密度函数	366
14.1.4  故障率与浴盆曲线	367
14.1.5  平均寿命时间	368
14.2  可靠性工程	369
14.2.1  可靠性设计与分析	369
14.2.2  可靠性试验	371
14.3　电子产品的可靠性	372
14.3.1  电子产品可靠性的概念	372
14.3.2  损伤/失效机理	374
14.3.3  影响电子产品可靠性的因素	376
14.4  温度循环试验	379
14.4.1  温度循环试验简介	379
14.4.2  加速因子	380
14.4.3  EIAJ ET-7407给出的BGA焊点寿命评估加速因子	381
14.5  有铅焊点和无铅焊点可靠性对比	382
14.5.1  无铅焊点与有铅焊点疲劳寿命取决于应变大小	382
14.5.2  无铅焊点在应变小时焊点失效率范围比较宽	382
14.5.3  无铅焊点在高载荷条件下可靠性不如有铅焊点	383
14.5.4  无铅焊点在应用早期失效率高于有铅焊点	383
14.5.5  不均匀的无铅焊点金相组织对可靠性影响很大	384
第15章  完整焊点要求	385
15.1　组装可靠性	385
15.2　完整焊点	385
15.3　常见不完整焊点	385
第16章  组装应力失效	391
16.1　应力敏感封装	391
16.2　片式电容	391
16.2.1　分板作业	391
16.2.2　烙铁焊接	393
16.2.3  热应力	394
16.2.4  电应力	395
16.3　BGA	396
第17章  温度对焊点性能的影响	401
17.1　高温下焊点界面性能劣化	401
17.1.1　高温下金属的扩散	401
17.1.2　界面劣化	402
17.2　高温下焊料的蠕变	402
17.3　温度变化导致的焊点疲劳失效	403
 
第18章  环境因素引起的失效	407
18.1  环境引起的失效	407
18.1.1　电化学腐蚀	407
18.1.2　化学腐蚀	408
18.2  枝晶生长	408
18.2.1  枝晶形貌	409
18.2.2  枝晶形成的三要素	409
18.2.3  枝晶生长的3个阶段	410
18.2.4  枝晶生长影响因素	411
18.2.5  枝晶生长测试	411
18.3　CAF	413
18.4　银离子迁移	414
18.5  Ag的硫化腐蚀	416
18.6　爬行腐蚀	421
18.7  实际环境下的腐蚀	423
第19章  锡须	425
19.1　锡须概述	425
19.2　锡须产生的原因	426
19.3　锡须产生的五种基本场景	427
19.4　室温下锡须的生长	428
19.5　温度循环（热冲击）作用下锡须的生长	429
19.6　氧化腐蚀引起的锡须生长	430
19.7　外界压力作用下锡须的生长	431
19.8　控制锡须生长的建议	432

前言

      表面组装技术（SMT）的发展，如果从彩色电视机调谐器的广泛应用作为起点，已经有30年以上的历史了，但是，其发展仍然日新月异，每隔半年，我们都会看到新的材料、新的封装或新的工艺出现。技术的进步远比我们解决问题的步伐要快，旧的问题还没有完全解决，新的问题又出现了，挑战不断，这是本次修订的一个重要原因。
      本次重点对液态助焊剂的技术指标测试、焊膏的流变性、焊膏印刷的擦网、再流焊接的焊接不良、波峰焊的焊接不良以及返修工艺等内容进行了部分修订，新增了33个典型案例，使得本书内容更加系统与完善。希望本书能成为电子产品设计与制造工程师们的常备工具书，为我国电子制造产业升级做出贡献。
       本书是写给电子产品设计与制造工程师的，以核心工艺为纲、工程实战经验为目来组织材料。内容上聚焦工程应用主题，突出基本概念与原理、核心工艺、主要组装问题及最新应用，希望能够为读者提供全新视角、接地气的SMT应用工程知识。同时，也探讨了一些新出现的工艺问题，如ENIG表面处理Ni氧化现象，这部分内容带有一点学术性质，分析不一定完全正确，仅供参考。
       表面组装过程中出现的不良现象很多，但是，对焊接质量影响比较大的主要是印刷的少印（少锡）、漏印，再流焊接的桥连、开路、焊点应力开裂，波峰焊接的桥连与透锡不良等。统计数据表明，只要解决了这些问题，就等于解决了 90%以上的组装不良问题。这些组装不良现象之所以难以有效地管控，主要是这些问题不全是现场工艺问题，往往与元器件的封装、PCB的设计、焊膏的选用与模板的设计等很多因素有关，如波峰焊的透锡问题，很大程度上是一个设计问题。要解决这些问题，需要从产生问题的根本原因入手。
        本书的写作风格延续了本人作品一贯的“图文并茂”的特点。现代社会，生活节奏很快，读图比读文字更加高效与有趣，希望读者在快乐中学习。写作上力求简明、实用，使读者入得门、看得懂，结论性的论述做到有言必有据，经验性的论述做到背后有案例支持。希望能够为读者提供适用、实用、管用的电子制造知识。
本书聚焦三部分内容：工艺基础、工艺原理与不良及组装可靠性。
工艺基础部分：主要介绍表面组装技术的概念、工艺流程与核心；软钎焊的基本原理—加热、润湿、扩散和界面反应，以及润湿、界面反应、可焊性等重要概念；焊点的微观组织与机械性能、焊料合金组分和工艺条件的关系；焊点焊接与元器件焊接的异同，这是理解SMT工艺原理、优化生产工艺条件的依据与基础。这部分内容是电子制造工程师必须了解的知识。
        工艺原理与不良部分：主要介绍SMT主要工艺辅料、核心工艺的原理与常见的工艺不良现象及其产生的原因。其中包括：①焊膏、焊剂；②模板设计；③焊膏印刷原理与常见不良现象及产生原因；④再流焊接、波峰焊接原理与常见不良现象及其产生的原因。这部分内容是电子制造工程师必须掌握的知识。
        组装可靠性部分：重点介绍组装过程中产生的、有潜在可靠性风险的组装不良问题，诸如应力引发的焊点开裂、助焊剂引发的绝缘性能下降等，聚焦板级互联的工艺失效，如焊点开裂、绝缘性能下降、腐蚀失效。
电子组件焊接的内涵，归根结底就是一个“特”字。不同的封装结构，工艺特性不同；不同的焊点结构，焊料的熔化顺序与流动过程不同，等等。这些“特”决定了模板开口的图形形状与尺寸、焊膏量的大小及温度曲线形状设计，即每个封装的焊接工艺都是独特的。只有理解了这一点，才可称之为“入了门、摸到了边”，希望读者阅读本书时始终思考“特”这样一个内涵。
       本书采用了78个典型案例来强化对工艺原理的理解，这些案例及实物图均具有工艺的典型性，对于理解工艺的原理有很大的帮助。这些案例是本书的“亮点”，也是本书的价值所在。
读完本书，希望读者能够了解以下五点：
    （1）焊点的焊接与封装的焊接有很大的不同，封装的焊接必须考虑封装本身的结构、焊点的结构、焊点的微观形成过程—焊料的熔化顺序、流向与流动过程及封装的变形。
    （2）SMT的核心是工艺，工艺的核心是焊膏印刷，印刷工艺的核心是支撑和擦网（有人把支撑和擦网称为工艺中的工艺）。影响焊膏印刷的因素包括但不限于焊膏黏度与触变性、模板、PCB的设计（布局与阻焊）、印刷参数、印刷支撑与擦网。
    （3）SMT焊接不良主要与焊膏用量有关，焊盘大小决定其相关性的大小（即敏感度），与微焊盘、下锡性能相关联。
     （4）焊点微观组织决定焊点机械性能，焊料合金的成分与工艺条件决定焊点的微观组织。对焊点可靠性而言，界面微观组织是主要的影响因素。对于高可靠性产品，需要关注界面金属间化合物形貌与尺寸（如连续层厚度、IMC高宽比等）。
     （5）工艺技术是一门工程技术，往往先有实践后有理论，因此，在解决实际生产中的疑难工艺问题时，如果无从下手，“试”是一个比较有效的方法—换元件、换焊膏、调参数，通过“试”，往往能够找到解决问题的方向或思路。必须意识到，业界仍然有很多的工艺疑难问题，机理不是很清楚，但这不妨碍我们解决这些问题，只要了解这些问题发生的场景，就可以避免再次发生同样的问题。
本书部分机理性解析基于本人的工程实践，不一定正确，不当之处敬请批评指正，反馈邮箱：1079585920@qq.com。
        李宁成博士是一位在SMT业界享有很高声望的顶级专家，对电子焊接技术有非常系统、全面和深入的研究，对SMT的发展有诸多贡献，参与和主导了多份IPC标准的编制。他在百忙之中审阅了本书的原稿，并提出了很好的建议，同时为本书题写了序言，在此深表感谢。还需要说明的是，本书焊膏和再流焊接与常见不良两章，部分参考了李宁成博士所著《再流焊接工艺及缺陷诊断》一书有关内容，再次表示感谢。
      我的同事—中兴通讯工艺专家邱华盛、王玉、孙磊，阅读了本书初稿并提出了很多很好的建议，在此深表感谢！

                                                                                                                                                               贾忠中    
                                                                                                                                                     2022年10月于深圳

查看更多 > 图书评论

暂无评论

发表图书评论

评论标题：
评论内容：
验证码：: 看不清楚
点击刷新
: 您还没有登录，请登录后再评论。
点击“登录”

购买过本书的顾客还买过

{{data.bookName}}

￥{{data.price}}