现代电子装联无铅焊接技术

第1章概论

1.1铅污染的危害

1.1.1铅污染的形成

1.1.2对人类健康的危害

1.2电子产品无铅化组装必须关注的问题

1.2.1全面实施有铅向无铅的转换是一项复杂的系统工程

1.2.2现代电子产品组装无铅化的核心是无铅焊接

1.3无铅钎料合金

1.3.1无铅钎料合金的定义

1.3.2评价无铅钎料合金应用性能的标准

1.3.3实用的无铅钎料合金

1.4无铅助焊剂

1.4.1无铅焊接对助焊剂的要求

1.4.2无铅焊接用助焊剂应具备的特性

1.4.3无铅助焊剂应用时需要关注的主要性能与可靠性指标

1.4.4助焊剂在焊接中所起的作用

1.4.5助焊剂在焊接中的作用机理

1.5无铅焊膏

1.5.1何谓无铅焊膏

1.5.2无铅焊膏的特点

1.5.3无铅焊膏的主要成分及其作用

1.5.4如何选择和评估无铅焊膏

1.5.5无铅失活焊膏

1.6无铅电子元器件

1.6.1无铅电子元器件的定义

1.6.2电子元器件无铅化面临的挑战

1.6.3对无铅电子元器件焊接的工艺性要求

1.7PCB基材及其金属涂覆层的无铅化

1.7.1PCB基材无铅化中的主要问题

1.7.2无铅PCB基材的选择要求

1.7.3PCB焊盘可焊性镀层的无铅化

第2章无铅焊接连接的界面理论

2.1电子装联概述

2.1.1电子装联的基本概念

2.1.2软焊接在电子装联工艺中的地位

2.1.3软焊接技术所涉及的学科领域及其影响

2.2软焊接原理冶金连接

2.2.1冶金连接

2.2.2钎料及软钎接

2.2.3电子互连焊接机理

2.2.4钎料的润湿作用

2.2.5扩散

2.3界面的金属状态

2.3.1界面层的金属组织

2.3.2合金层(金属间化合物)的形成

2.3.3毛细现象

2.3.4界面层的结晶和凝固

2.4界面反应和组织

2.4.1Sn基钎料合金和Cu的界面反应

2.4.2Sn基钎料合金和Ni的界面反应

2.4.3Sn基钎料合金和Ni／Au镀层的冶金反应

2.4.4Sn基钎料合金和Pd及Ni／Pd／Au涂覆层的冶金反应

2.4.5Sn基钎料合金和Fe基合金的界面反应

2.4.6Sn基钎料和被OSP保护金属的界面反应

第3章无铅波峰焊接技术

3.1波峰焊接技术的进化和无铅应用

3.1.1波峰焊接技术的进化

3.1.2无铅波峰焊接的技术特点

3.2无铅波峰焊接设备技术

3.2.1适宜于无铅波峰焊接工艺的设备技术

3.2.2无铅波峰焊接设备技术的新发展

3.3无铅波峰焊接工艺过程控制

3.3.1传统波峰焊接工艺过程控制理论的局限性

3.3.2新的波峰焊接工艺过程控制理论要点

3.3.3波峰焊接机器参数

3.3.4无铅波峰焊接工艺设定参数及其优化

3.3.5波峰焊接工艺过程记录参数

3.4无铅波峰焊接工艺质量控制

3.4.1无铅波峰焊接工艺质量控制中应关注的问题

3.4.2无铅波峰焊接工艺质量控制要素

3.5影响无铅波峰焊接焊点质量的因素

3.5.1无铅波峰焊接的主要缺陷现象

3.5.2影响无铅波峰焊接焊点质量的因素

第4章无铅再流焊接技术

4.1无铅再流焊接技术所面临的挑战

4.1.1无铅应用推动了再流焊接技术的进步

4.1.2无铅再流焊接的技术特点

4.2无铅再流焊接设备技术及其发展

4.2.1无铅再流焊接设备技术面临的挑战

4.2.2无铅再流焊接设备加热技术的发展

4.2.3无铅汽相再流焊接(VPS)

4.3无铅再流焊接工艺技术

4.3.1无铅再流焊接的物理化学过程

4.3.2无铅再流焊接工艺参数

4.3.3再流焊接工艺参数的优化

4.4无铅再流焊接焊点缺陷

4.4.1无铅再流焊接缺陷的主要类型

4.4.2影响无铅再流焊接焊点质量的因素

第5章无铅手工焊接技术

5.1无铅手工焊接技术所面临的问题

5.2无铅钎料合金的手工焊接工艺

5.2.1无铅手工焊接在现代电子装联工艺中的意义

5.2.2无铅手工焊接的物理、化学过程及要求

5.3无铅手工焊接工具

5.3.1无铅手工焊接工具的特性

5.3.2电烙铁分类

5.3.3电烙铁的选择

5.3.4无铅手工焊接电烙铁头温度的选择

5.4影响无铅手工焊接效果的因素

5.4.1无铅钎料丝的选择

5.4.2助焊剂的考虑

5.4.3优化热传递

5.5无铅手工焊接工艺过程控制

5.5.1无铅手工焊接的基本过程

5.5.2无铅手工焊接工艺参数控制

5.6无铅手工焊接中的工艺性缺陷及其对策

第6章有铅、无铅混合组装的工艺问题

6.1由有铅向无铅转换中所面临的工艺问题

6.1.1转换早期的有铅焊端对无铅钎料的混用

6.1.2转换中、后期的无铅焊端对有铅钎料的混用

6.2无铅、有铅混用的分类和组合

6.2.1混用中的引脚焊端涂覆层

6.2.2无铅、有铅混用的几种常见形式

6.2.3无铅、有铅混用对焊点质量的影响

6.3无铅、有铅混用的工艺性分析

6.3.1高温对元器件的不利影响

6.3.2电气可靠性

6.3.3混合组装的返修工艺问题

6.3.4焊膏与BGA/CSP焊球的相容性

6.3.5炉温曲线与控制问题

6.4有铅、无铅混合组装的可行性评估

6.4.1焊点机械强度

6.4.2分层剥离(Lift-off)现象

第7章无铅焊点的主要缺陷现象和质量标准

7.1概述

7.2无铅焊接典型缺陷分析及质量要求

7.2.1共性的缺陷分析及其质量要求

7.2.2无铅波峰焊接特有的缺陷现象及其质量要求

7.2.3无铅再流焊接缺陷分析及其质量要求

7.3无铅焊接焊点的质量标准

第8章虚焊和冷焊

8.1概述

8.2虚焊和冷焊的异同

8.2.1相似性

8.2.2差异性及物理定位

8.3虚焊

8.3.1定义和特征

8.3.2焊接中金属间化合物的生成

8.3.3虚焊发生的机理

8.3.4影响虚焊的因素

8.4冷焊

8.4.1定义和特征

8.4.2机理

8.4.3冷焊焊点的判据

8.4.4冷焊焊点缺陷程度分析

8.4.5诱发冷焊的原因及其抑制对策

第9章无铅再流焊接的爆板、分层现象

9.1概述

9.2爆板、分层现象的特征

9.2.1现象特征

9.2.2爆板沿厚度方向的分布

9.3分层和爆板的定义

9.4影响分层、爆板的因素

9.4.1有挥发物的形成源是产生分层、爆板的必要条件

9.4.2PP与铜箔面黏附力差是产生分层、爆板的充分条件

9.4.3再流焊接温度选择不适是分层、爆板的诱发因素

9.4.4可挥发物逃逸不畅是分层、爆板的助长因素

9.5分层、爆板发生的机理

9.5.1分层发生的机理

9.5.2爆板发生的机理

9.6预防分层、爆板的对策

9.6.1根除爆板发生的必要条件

9.6.2抑制爆板发生的充分条件

9.6.3改善大铜箔面的透气性

第10章无铅焊接中焊盘、焊缘起翘及芯片变形

10.1无铅焊接过程中的凝固过程

10.2起翘、剥离及对策

10.2.1起翘的定义及研究动向

10.2.2起翘现象发生的机理

10.2.3从起翘发生的机理看抑制的对策

10.3PBGA封装体翘曲及其对传统MSL分级的影响

10.3.1背景

10.3.2PBGA封装体翘曲发生的机理

10.3.3现行标准的不足

10.3.4B.T.Vaccaro等人的研究试验结论

第11章无铅再流焊接中PBGA、CSP焊点空洞和球窝缺陷

11.1概述

11.2无铅焊接中PBGA、CSP焊点的空洞

11.2.1PBGA、CsP焊点中空洞的分类及物理特征

11.2.2空洞的影响因素

11.2.3空洞的形成机理

11.2.4空洞的检测和控制

11.2.5空洞是问题吗

11.3无铅焊接中PBGA、CSP焊点的球窝现象

11.3.1球窝现象的表现

11.3.2球窝的分类和形位特征

11.3.3在再流焊接过程中与球窝相关事件的研究

11.3.4球窝发生的机理

11.3.5球窝的危害

11.3.6球窝的抑制措施

第12章电子产品无铅制程的可靠性问题与失效分析

12.1电子产品无铅制程的可靠性评估

12.1.1电子产品无铅制程可靠性概述

12.1.2电子产品无铅制程对环境的适应性

12.2无铅焊点的可靠性问题

12.2.1影响无铅焊点可靠性的因素

12.2.2无铅焊点工艺可靠性设计

12.2.3无铅焊点的可靠性评估

12.2.4无铅电子产品长期工作的可靠性问题

12.3焊点失效分析基础

12.3.1名词及定义

12.3.2失效分析的目的和失效率曲线

12.3.3失效分析的层次和原则

12.3.4失效分析方法

12.3.5焊点的主要失效模式

12.3.6焊点的失效机理

12.4批量生产中无铅焊点失效特点及案例分析

12.4.1无铅焊点失效的特有现象

12.4.2SMT／THT混合组装无铅波峰焊接的可靠性问题

12.4.3批量生产中无铅焊点失效案例分析

12.5无铅焊点的可靠性试验

12.5.1无铅焊点可靠性试验的目的

12.5.2试验分类和检测技术的适用性

12.5.3主要的试验内容和方法

参考文献

　　中兴通讯股份有限公司的工艺专家樊融融研究员，以其深厚的理论功底，多年的从业经验，主导了中兴通讯公司技术层面的无铅化进程，并将其研究和实践成果编著成本书，以供同行参考学习。本书涉及了无铅化过程的各个要素，基本涵盖了电子组装的全过程。从理论上阐述了软钎焊的机理和影响因素，列举了大量的数据和图片。特别值得称道的是，作者借鉴了国际先进公司的做法和自己长期身体力行的实践对焊接技术、工艺技术、焊接材料、焊接缺陷及解决方法进行了详尽论述，使本书具有很强的可读性和实际指导意义，是一本具有很高价值的电子无铅化组装技术的参考书。相信本书的出版一定会对中国电子产品的无铅化产生深远的影响。　　无铅电子制造正成为电子产业中的大趋势，各企业都将其视为提高竞争力和扩大市场份额的有效手段。然而实现这一过程是一项系统工程，在无铅生产实施过程中将遇到许多陌生的应用性技术问题，本书从生产实际应用出发，对电子产品无铅制程中的一些典型性问题展开讨论，并采用大量来自业界生产实践的典型真实案例进行辅助说明，图文并茂，让从事电子制造的工艺工程师们面对这些问题时，不仅知道如何去处理，还要懂得为什么要这样处理。　　本书主要面向从事电子产品组装的工艺工程师、质量工程师、物料工程师以及相关的管理工程师，对生产现场的操作者也有很好的参考价值。