书籍详情
SMT单板互连可靠性与典型失效场景
作者：贾忠中
出版社：电子工业出版社
出版时间：2024-08-01
ISBN：9787121486371
定价：¥168.00
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内容简介
本书是作者从事电子制造40年来有关单板互连可靠性方面的经验总结，讨论了单板常见的失效模式、典型失效场景以及如何设计与制造高可靠性产品的广泛问题，并通过大量篇幅重点讨论了焊点的断裂失效现象及裂纹特征。 全书内容共4个部分，第一部分为焊点失效机理与裂纹特征，详细介绍焊点的失效模式、失效机理、裂纹特征及失效分析方法;第二部分为高可靠性产品的焊点设计，包括封装选型、PCBA的互连结构设计、组装热设计及焊点的寿命评估技术;第三部分为环境腐蚀与三防处理，重点介绍腐蚀失效与锡须问题，以及与之相关的清洗和三防工艺;第四部分为高可靠性产品的制造，重点介绍组装工艺控制要点与典型缺陷焊点。 本书可供从手电子制造、可靠性、失效分析工作的工程师学习与参考。
作者简介
贾忠中中兴通讯股份有限公司首席工艺专家，从事电子制造工艺研究与管理工作近40年。在中兴通讯工作期间，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、首席工艺专家。担任广东电子学会SMT专委会副主任委员、中国电子学会委员。对SMT、可制造性设计、失效分析、焊接可靠性等有着深入、系统的研究，擅长组装不良分析、焊点失效分析。出版作品有：《SMT工艺质量控制》《SMT可制造性设计》《SMT工艺不良与组装可靠性》《SMT核心工艺解析与案例分析》等，发表论文多篇，被粉丝誉为“实战专家”。
目录
第一部分 焊点失效机理与裂纹特征
第 1 章 焊点的可靠性 ............................................................................................ 3
1.1 焊点 ...........................................................................................................................................3
1.1.1 焊点的微观组织结构及常见失效位置 ........................................................................4
1.1.2 焊点的失效标准 ............................................................................................................4
1.1.3 焊点的断裂类型 ............................................................................................................5
1.2 导致焊点失效的载荷条件 .......................................................................................................7
1.3 焊点失效机理 ...........................................................................................................................7
1.3.1 温度循环引发的焊点失效机理 ....................................................................................7
1.3.2 机械应力引发的焊点失效机理 ..................................................................................10
1.3.3 热冲击引发的焊点失效机理 ......................................................................................12
1.3.4 蠕变引发的焊点失效机理 ..........................................................................................13
1.4 焊点的可靠性评价 .................................................................................................................14
1.4.1 焊点的可靠性取决于 PCBA 的互连结构设计 ..........................................................14
1.4.2 焊点的可靠性工作 ......................................................................................................14
1.4.3 焊点失效原因分析流程 ..............................................................................................15
案例 1：某单板上的 BGA 使用两年后失效 .............................................................15
第 2 章 温度循环导致的焊点失效........................................................................... 17
2.1 疲劳失效的典型场景 .............................................................................................................17
2.1.1 整体热膨胀失配 ..........................................................................................................17
2.1.2 局部热膨胀失配 ..........................................................................................................18
2.1.3 内部热膨胀失配 ..........................................................................................................18
2.2 疲劳失效的裂纹演进过程与特征 .........................................................................................18
2.2.1 片式元件焊点疲劳失效典型裂纹特征 ......................................................................19
2.2.2 翼形引脚焊点疲劳失效典型裂纹特征 ......................................................................19
2.2.3 BGA 焊点疲劳失效典型裂纹特征 .............................................................................20
SMT 单板互连可靠性与典型失效场景
2.2.4 QFN 焊点疲劳失效典型裂纹特征 .............................................................................21
2.2.5 CBGA 焊点疲劳失效典型裂纹特征 ..........................................................................22
2.2.6 CCGA 焊点疲劳失效典型裂纹特征 ..........................................................................23
2.2.7 通孔插装焊点疲劳失效典型裂纹特征 ......................................................................24
2.2.8 焊接工艺对裂纹特征的影响 ......................................................................................24
2.3 小结 .........................................................................................................................................25
第 3 章 机械应力导致的焊点失效........................................................................... 27
3.1 机械应力失效的典型场景 .....................................................................................................27
3.1.1 冲击 ..............................................................................................................................27
案例 2：BGA 脱落 ......................................................................................................27
3.1.2 瞬时弯曲 ......................................................................................................................29
案例 3：插件操作导致 BGA 焊点开裂 .....................................................................29
3.1.3 循环弯曲 ......................................................................................................................31
3.1.4 振动 ..............................................................................................................................31
3.2 机械应力失效的裂纹特征 .....................................................................................................31
3.3 脆性的界面 IMC ....................................................................................................................33
3.3.1 ENIG 镀层形成的焊点具有脆性 ................................................................................34
案例 4：Ni 氧化导致焊点界面脆化 ...........................................................................37
3.3.2 不连续的块状 IMC ......................................................................................................40
3.4 典型应力敏感元件及应力失效 .............................................................................................41
3.4.1 应力敏感封装 ..............................................................................................................41
3.4.2 片式电容 .....................................................................................................................41
3.4.3 球栅阵列封装 ..............................................................................................................46
案例 5：ICT 测试导致 BGA 焊点开裂 ......................................................................46
案例 6：压接导致 BGA 焊点开裂 .............................................................................48
第 4 章 焊点失效分析方法.................................................................................... 51
4.1 失效分析及方法 .....................................................................................................................51
4.1.1 失效分析 ......................................................................................................................51
4.1.2 失效分析思路 ..............................................................................................................51
4.1.3 失效分析基本流程与方法 ..........................................................................................51
4.1.4 焊点失效分析的常用方法 ..........................................................................................52
4.2 X 射线检测 .............................................................................................................................53
4.2.1 X 射线图像的采集原理...............................................................................................54
4.2.2 X 射线图像的分析.......................................................................................................56
4.3 超声扫描显微镜 .....................................................................................................................58
4.3.1 超声扫描显微镜概述 ..................................................................................................58
4.3.2 超声扫描显微镜的工作原理 ...............................
第 1 章 焊点的可靠性 ............................................................................................ 3
1.1 焊点 ...........................................................................................................................................3
1.1.1 焊点的微观组织结构及常见失效位置 ........................................................................4
1.1.2 焊点的失效标准 ............................................................................................................4
1.1.3 焊点的断裂类型 ............................................................................................................5
1.2 导致焊点失效的载荷条件 .......................................................................................................7
1.3 焊点失效机理 ...........................................................................................................................7
1.3.1 温度循环引发的焊点失效机理 ....................................................................................7
1.3.2 机械应力引发的焊点失效机理 ..................................................................................10
1.3.3 热冲击引发的焊点失效机理 ......................................................................................12
1.3.4 蠕变引发的焊点失效机理 ..........................................................................................13
1.4 焊点的可靠性评价 .................................................................................................................14
1.4.1 焊点的可靠性取决于 PCBA 的互连结构设计 ..........................................................14
1.4.2 焊点的可靠性工作 ......................................................................................................14
1.4.3 焊点失效原因分析流程 ..............................................................................................15
案例 1：某单板上的 BGA 使用两年后失效 .............................................................15
第 2 章 温度循环导致的焊点失效........................................................................... 17
2.1 疲劳失效的典型场景 .............................................................................................................17
2.1.1 整体热膨胀失配 ..........................................................................................................17
2.1.2 局部热膨胀失配 ..........................................................................................................18
2.1.3 内部热膨胀失配 ..........................................................................................................18
2.2 疲劳失效的裂纹演进过程与特征 .........................................................................................18
2.2.1 片式元件焊点疲劳失效典型裂纹特征 ......................................................................19
2.2.2 翼形引脚焊点疲劳失效典型裂纹特征 ......................................................................19
2.2.3 BGA 焊点疲劳失效典型裂纹特征 .............................................................................20
SMT 单板互连可靠性与典型失效场景
2.2.4 QFN 焊点疲劳失效典型裂纹特征 .............................................................................21
2.2.5 CBGA 焊点疲劳失效典型裂纹特征 ..........................................................................22
2.2.6 CCGA 焊点疲劳失效典型裂纹特征 ..........................................................................23
2.2.7 通孔插装焊点疲劳失效典型裂纹特征 ......................................................................24
2.2.8 焊接工艺对裂纹特征的影响 ......................................................................................24
2.3 小结 .........................................................................................................................................25
第 3 章 机械应力导致的焊点失效........................................................................... 27
3.1 机械应力失效的典型场景 .....................................................................................................27
3.1.1 冲击 ..............................................................................................................................27
案例 2：BGA 脱落 ......................................................................................................27
3.1.2 瞬时弯曲 ......................................................................................................................29
案例 3：插件操作导致 BGA 焊点开裂 .....................................................................29
3.1.3 循环弯曲 ......................................................................................................................31
3.1.4 振动 ..............................................................................................................................31
3.2 机械应力失效的裂纹特征 .....................................................................................................31
3.3 脆性的界面 IMC ....................................................................................................................33
3.3.1 ENIG 镀层形成的焊点具有脆性 ................................................................................34
案例 4：Ni 氧化导致焊点界面脆化 ...........................................................................37
3.3.2 不连续的块状 IMC ......................................................................................................40
3.4 典型应力敏感元件及应力失效 .............................................................................................41
3.4.1 应力敏感封装 ..............................................................................................................41
3.4.2 片式电容 .....................................................................................................................41
3.4.3 球栅阵列封装 ..............................................................................................................46
案例 5：ICT 测试导致 BGA 焊点开裂 ......................................................................46
案例 6：压接导致 BGA 焊点开裂 .............................................................................48
第 4 章 焊点失效分析方法.................................................................................... 51
4.1 失效分析及方法 .....................................................................................................................51
4.1.1 失效分析 ......................................................................................................................51
4.1.2 失效分析思路 ..............................................................................................................51
4.1.3 失效分析基本流程与方法 ..........................................................................................51
4.1.4 焊点失效分析的常用方法 ..........................................................................................52
4.2 X 射线检测 .............................................................................................................................53
4.2.1 X 射线图像的采集原理...............................................................................................54
4.2.2 X 射线图像的分析.......................................................................................................56
4.3 超声扫描显微镜 .....................................................................................................................58
4.3.1 超声扫描显微镜概述 ..................................................................................................58
4.3.2 超声扫描显微镜的工作原理 ...............................
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