SMT工艺不良与组装可靠性（第2版）

　　本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。全书结合内容需求，编入了几十个经典案例，这些案例非常典型，不仅有助于读者深入理解有关工艺的概念和原理，也可作为类似不良现象分析的参考。 本书系统的理论知识与丰富的典型案例，特别适合于从事电子产品设计与制造的工程师学习与参考，也可用作职业技术院校电子制造工艺与实训的教材。

　　中兴通讯股份有限公司总工艺师，广东电子学会SMT专委会副主任，中国电子学会委员。在中兴通讯工作亦超过20年，见证并参与了中兴工艺的发展历程，历任工艺研究部部长、副总工艺师、总工艺师，负责中兴通讯产品工程化工作，分管结构设计、EDA和电子装联工艺。对SMT、可制造性设计、失效分析、焊接可靠性有深入系统的研究。出版著作：《SMT工艺质量控制》 《SMT 核心工艺解析与案例分析》 《SMT焊接不良与组装可靠性》 《SMT可制造性设计》。

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