SMT工艺不良与组装可靠性
| 作者 |
| 贾忠中 |
| 丛书名 |
| 出版社 |
| 电子工业出版社 |
| ISBN |
| 9787121368097 |
| 简要 |
| 简介 |
| 内容简介 本书是写给那些在生产一线忙碌的工程师的。全书以工程应用为目标，聚焦基本概念与原理、表面组装核心工艺、主要组装工艺问题及最新应用问题，以图文并茂的形式，介绍了焊接的基础原理与概念、表面组装的核心工艺与常见不良现象，以及组装工艺带来的可靠性问题。 本书适合于从事电子产品制造的工艺与质量工程师学习与参考。 |
| 目录 |
| 第一部分 工艺基础 1 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 7 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 案例1 QFN的桥连 11 案例2 BGA的球窝与开焊 11 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 24 2.6.1 表面张力概述 24 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 26 案例3 片式元件再流焊接时焊点的形成过程 26 案例4 BGA再流焊接时焊点的形成过程 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 28 2.7.2 波峰焊接工艺中助焊剂的作用行为 29 案例5 OSP板采用水基助焊剂波峰焊时漏焊 29 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 30 2.8.3 可焊性测试方法 32 2.8.4 润湿称量法 33 2.8.5 浸渍法 35 2.8.6 铺展法 35 2.8.7 老化 36 第3章 焊料合金、微观组织与性能 37 3.1 常用焊料合金 37 3.1.1 Sn-Ag合金 37 3.1.2 Sn-Cu合金 38 3.1.3 Sn-Bi合金 39 3.1.4 Sn-Sb合金 39 3.1.5 提高焊点可靠性的途径 40 3.1.6 无铅合金中常用添加合金元素的作用 40 3.2 焊点的微观结构与影响因素 42 3.2.1 组成元素 42 3.2.2 工艺条件 44 3.3 焊点的微观结构与机械性能 44 3.3.1 焊点（焊料合金）的金相组织 45 3.3.2 焊接界面金属间化合物 46 3.3.3 不良的微观组织 50 3.4 无铅焊料合金的表面形貌 61 第二部分 工艺原理与不良 63 第4章 助焊剂 65 4.1 助焊剂的发展历程 65 4.2 液态助焊剂的分类标准与代码 66 4.3 液态助焊剂的组成、功能与常用类别 68 4.3.1 组成 68 4.3.2 功能 69 4.3.3 常用类别 70 4.4 液态助焊剂的技术指标与检测 71 4.5 助焊剂的选型评估 75 4.5.1 桥连缺陷率 75 4.5.2 通孔透锡率 76 4.5.3 焊盘上锡饱满度 76 4.5.4 焊后PCB表面洁净度 77 4.5.5 ICT测试直通率 78 4.5.6 助焊剂的多元化 78 4.6 白色残留物 79 4.6.1 焊剂中的松香 80 4.6.2 松香变形物 81 4.6.3 有机金属盐 81 4.6.4 无机金属盐 81 第5章 焊膏 83 5.1 焊膏及组成 83 5.2 助焊剂的组成与功能 84 5.2.1 树脂 84 5.2.2 活化剂 85 5.2.3 溶剂 87 5.2.4 流变添加剂 88 5.2.5 焊膏配方设计的工艺性考虑 89 5.3 焊粉 89 5.4 助焊反应 90 5.4.1 酸基反应 90 5.4.2 氧化-还原反应 91 5.5 焊膏流变性要求 91 5.5.1 黏度及测量 91 5.5.2 流体的流变特性 92 5.5.3 影响焊膏流变性的因素 94 5.6 焊膏的性能评估与选型 96 5.7 焊膏的储存与应用 100 5.7.1 储存、解冻与搅拌 100 5.7.2 使用时间与再使用注意事项 101 5.7.3 常见不良 101 第6章 PCB表面镀层及工艺特性 106 6.1 ENIG镀层 106 6.1.1 工艺特性 106 6.1.2 应用问题 107 6.2 Im-Sn镀层 108 6.2.1 工艺特性 109 6.2.2 应用问题 109 案例6 镀Sn层薄导致虚焊 109 6.3 Im-Ag镀层 112 6.3.1 工艺特性 112 6.3.2 应用问题 113 6.4 OSP膜 114 6.4.1 OSP膜及其发展历程 114 6.4.2 OSP工艺 115 6.4.3 铜面氧化来源与影响 115 6.4.4 氧化层的形成程度与通孔爬锡能力 117 6.4.5 OSP膜的优势与劣势 119 6.4.6 应用问题 119 6.5 无铅喷锡 119 6.5.1 工艺特性 120 6.5.2 应用问题 122 6.6 无铅表面耐焊接性对比 122 第7章 元器件引脚/焊端镀层及工艺性 124 7.1 表面组装元器件封装类别 124 7.2 电极镀层结构 125 7.3 Chip类封装 126 7.4 SOP/QFP类封装 127 7.5 BGA类封装 127 7.6 QFN类封装 127 7.7 插件类封装 128 第8章 焊膏印刷与常见不良 129 8.1 焊膏印刷 129 8.2 印刷原理 129 8.3 影响焊膏印刷的因素 130 8.3.1 焊膏性能 130 8.3.2 模板因素 133 8.3.3 印刷参数 134 8.3.4 擦网/底部擦洗 137 8.3.5 PCB支撑 140 8.3.6 实际生产中影响焊膏填充与转移的其他因素 141 8.4 常见印刷不良现象及原因 143 8.4.1 印刷不良现象 143 8.4.2 印刷厚度不良 143 8.4.3 污斑/边缘挤出 145 8.4.4 少锡与漏印 146 8.4.5 拉尖/狗耳朵 148 8.4.6 塌陷 148 8.5 SPI应用探讨 151 8.5.1 焊膏印刷不良对焊接质量的影响 151 8.5.2 焊膏印刷图形可接受条件 152 8.5.3 0.4mm间距CSP 153 8.5.4 0.4mm间距QFP 154 8.5.5 0.4～0.5mm间距QFN 155 8.5.6 0201 155 第9章 钢网设计与常见不良 157 9.1 钢网 157 9.2 钢网制造要求 160 9.3 模板开口设计基本要求 161 9.3.1 面积比 161 9.3.2 阶梯模板 162 9.4 模板开口设计 163 9.4.1 通用原则 163 9.4.2 片式元件 165 9.4.3 QFP 165 9.4.4 BGA 166 9.4.5 QFN 166 9.5 常见的不良开口设计 168 9.5.1 模板设计的主要问题 168 案例7 模板避孔距离不够导致散热焊盘少锡 169 案例8 焊盘宽、引脚窄导致SIM卡移位 170 案例9 熔融焊锡漂浮导致变压器移位 170 案例10 防锡珠开孔导致圆柱形二极管炉后飞料问题 171 9.5.2 模板开窗在改善焊接良率方面的应用 171 案例11 兼顾开焊与桥连的葫芦形开窗设计 171 案例12 电解电容底座鼓包导致移位 173 案例13 超薄BGA变形导致桥连与球窝 174 第10章 再流焊接与常见不良 175 10.1 再流焊接 175 10.2 再流焊接工艺的发展历程 175 10.3 热风再流焊接技术 176 10.4 热风再流焊接加热特性 177 10.5 温度曲线 178 10.5.1 温度曲线的形状 179 10.5.2 温度曲线主要参数与设置要求 180 10.5.3 炉温设置与温度曲线测试 186 10.5.4 再流焊接曲线优化 189 10.6 低温焊料焊接SAC锡球的BGA混装再流焊接工艺 191 10.6.1 有铅焊料焊接无铅BGA的混装工艺 192 10.6.2 低温焊料焊接SAC锡球的混装再流焊接工艺 196 10.7 常见焊接不良 197 10.7.1 冷焊 197 10.7.2 不润湿 199 案例14 连接器引脚润湿不良现象 200 案例15 沉锡板焊盘不上锡现象 201 10.7.3 半润湿 202 10.7.4 渗析 203 10.7.5 立碑 204 10.7.6 偏移 207 案例16 限位导致手机电池连接器偏移 207 案例17 元器件安装底部喷出的热气流导致元器件偏移 208 案例18 元器件焊盘比引脚宽导致元器件偏移 208 案例19 片式元件底部有半塞导通孔导致偏移 209 案例20 不对称焊端容易导致偏移 209 10.7.7 芯吸 210 10.7.8 桥连 212 案例21 0.4mm QFP桥连 212 案例22 0.4mm间距CSP（也称?BGA）桥连 213 案例23 铆接锡块表贴连接器桥连 214 10.7.9 空洞 216 案例24 BGA焊球表面氧化等导致空洞形成 218 案例25 焊盘上的树脂填孔吸潮导致空洞形成 219 案例26 HDI微盲孔导致BGA焊点空洞形成 219 案例27 焊膏不足导致空洞产生 220 案例28 排气通道不畅导致空洞产生 220 案例29 喷印焊膏导致空洞产生 221 案例30 QFP引脚表面污染导致空洞产生 221 10.7.10 开路 222 10.7.11 锡球 223 10.7.12 锡珠 226 10.7.13 飞溅物 229 10.8 不同工艺条件下用63Sn/37Pb焊接SAC305 BGA的切片图 230 第11章 特定封装的焊接与常见不良 232 11.1 封装焊接 232 11.2 SOP/QFP 232 11.2.1 桥连 232 案例31 某板上一个0.4mm间距QFP桥连率达到75% 234 案例32 QFP焊盘加工尺寸偏窄导致桥连率增加 235 11.2.2 虚焊 235 11.3 QFN 236 11.3.1 QFN封装与工艺特点 236 11.3.2 虚焊 238 11.3.3 桥连 240 11.3.4 空洞 241 11.4 BGA 244 11.4.1 BGA封装类别与工艺特点 244 11.4.2 无润湿开焊 245 11.4.3 球窝焊点 246 11.4.4 缩锡断裂 248 11.4.5 二次焊开裂 249 11.4.6 应力断裂 250 11.4.7 坑裂 251 11.4.8 块状IMC断裂 252 11.4.9 热循环疲劳断裂 253 第12章 波峰焊接与常见不良 256 12.1 波峰焊接 256 12.2 波峰焊接设备的组成及功能 256 12.3 波峰焊接设备的选择 257 12.4 波峰焊接工艺参数设置与温度曲线的测量 257 12.4.1 工艺参数 258 12.4.2 工艺参数设置要求 258 12.4.3 波峰焊接温度曲线测量 258 12.5 助焊剂在波峰焊接工艺过程中的行为 259 12.6 波峰焊接焊点的要求 260 12.7 波峰焊接常见不良 262 12.7.1 桥连 262 12.7.2 透锡不足 265 12.7.3 锡珠 266 12.7.4 漏焊 268 12.7.5 尖状物 269 12.7.6 气孔—吹气孔/针孔 269 12.7.7 孔填充不良 270 12.7.8 板面脏 271 12.7.9 元器件浮起 271 案例33 连接器浮起 272 12.7.10 焊点剥离 272 12.7.11 焊盘剥离 273 12.7.12 凝固开裂 274 12.7.13 引线润湿不良 275 12.7.14 焊盘润湿不良 275 第13章 返工与手工焊接常见不良 276 13.1 返工工艺目标 276 13.2 返工程序 276 13.2.1 元器件拆除 276 13.2.2 焊盘整理 277 13.2.3 元器件安装 277 13.2.4 工艺的选择 277 13.3 常用返工设备/工具与工艺特点 278 13.3.1 烙铁 278 13.3.2 热风返修工作站 279 13.3.3 吸锡器 281 13.4 常见返修失效案例 282 案例34 采用加焊剂方式对虚焊的QFN进行重焊导致返工失败 282 案例35 采用加焊剂方式对虚焊的BGA进行重焊导致BGA中心焊点断裂 282 案例36 风枪返修导致周边邻近带散热器的BGA焊点开裂 283 案例37 返修时加热速率太大导致BGA角部焊点桥连 284 案例38 手工焊接大尺寸片式电容导致开裂 284 案例39 手工焊接插件导致相连片式电容失效 285 案例40 手工焊接大热容量插件时长时间加热导致PCB分层 285 案例41 采用铜辫子返修细间距元器件容易发生微桥连现象 286 第三部分 组装可靠性 289 第14章 可靠性概念 291 14.1 可靠性定义 291 14.1.1 可靠度 291 14.1.2 MTBF与MTTF 291 14.1.3 故障率 292 14.2 影响电子产品可靠性的因素 293 14.2.1 常见设计不良 293 14.2.2 制造影响因素 294 14.2.3 使用时的劣化因素 295 14.3 常用的可靠性试验评估方法—温度循环试验 296 第15章 完整焊点要求 298 15.1 组装可靠性 298 15.2 完整焊点 298 15.3 常见不完整焊点 298 第16章 组装应力失效 304 16.1 应力敏感封装 304 16.2 片式电容 304 16.2.1 分板作业 304 16.2.2 烙铁焊接 306 16.3 BGA 307 第17章 使用中温度循环疲劳失效 308 17.1 高温环境下的劣化 308 17.1.1 高温下金属的扩散 308 17.1.2 界面劣化 309 17.2 蠕变 309 17.3 机械疲劳与温度循环 310 案例42 拉应力叠加时的热疲劳断裂 310 案例43 某模块灌封工艺失控导致焊点受到拉应力作用 310 案例44 灌封胶与PCB的CTE不匹配导致焊点早期疲劳失效（开裂） 312 第18章 环境因素引起的失效 313 18.1 环境引起的失效 313 18.1.1 电化学腐蚀 313 18.1.2 化学腐蚀 315 18.2 CAF 316 18.3 银迁移 317 18.4 硫化腐蚀 318 18.5 爬行腐蚀 318 第19章 锡须 321 19.1 锡须概述 321 19.2 锡须产生的原因 322 19.3 锡须产生的五种基本场景 323 19.4 室温下锡须的生长 324 19.5 温度循环（热冲击）作用下锡须的生长 325 19.6 氧化腐蚀引起的锡须生长 326 案例45 某产品单板上的轻触开关因锡须短路 327 19.7 外界压力作用下的锡须生长 327 19.8 控制锡须生长的建议 328 后记 330 参考文献 331 |
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