SMT工藝不良與組裝可靠性

目 錄
第一部分 工藝基礎(chǔ)\t1
第1章 概述\t3
1．1 電子組裝技術(shù)的發(fā)展\t3
1．2 表面組裝技術(shù)\t4
1．2．1 元器件封裝形式的發(fā)展\t4
1．2．2 印制電路板技術(shù)的發(fā)展\t5
1．2．3 表面組裝技術(shù)的發(fā)展\t6
1．3 表面組裝基本工藝流程\t7
1．3．1 再流焊接工藝流程\t7
1．3．2 波峰焊接工藝流程\t7
1．4 表面組裝方式與工藝路徑\t8
1．5 表面組裝技術(shù)的核心與關(guān)鍵點(diǎn)\t9
1．6 表面組裝元器件的焊接\t10
案例1　QFN的橋連\t11
案例2　BGA的球窩與開(kāi)焊\t11
1．7 表面組裝技術(shù)知識(shí)體系\t12
第2章 焊接基礎(chǔ)\t14
2．1 軟釬焊工藝\t14
2．2 焊點(diǎn)與焊錫材料\t14
2．3 焊點(diǎn)形成過(guò)程及影響因素\t15
2．4 潤(rùn)濕\t16
2．4．1 焊料的表面張力\t17
2．4．2 焊接溫度\t18
2．4．3 焊料合金元素與添加量\t18
2．4．4 金屬在熔融Sn合金中的溶解率\t19
2．4．5 金屬間化合物\t20
2．5 相位圖和焊接\t23
2．6 表面張力\t24
2．6．1 表面張力概述\t24
2．6．2 表面張力起因\t26
2．6．3 表面張力對(duì)液態(tài)焊料表面外形的影響\t26
2．6．4 表面張力對(duì)焊點(diǎn)形成過(guò)程的影響\t26
案例3 片式元件再流焊接時(shí)焊點(diǎn)的形成過(guò)程\t26
案例4 BGA再流焊接時(shí)焊點(diǎn)的形成過(guò)程\t27
2．7 助焊劑在焊接過(guò)程中的作用行為\t28
2．7．1 再流焊接工藝中助焊劑的作用行為\t28
2．7．2 波峰焊接工藝中助焊劑的作用行為\t29
案例5 OSP板采用水基助焊劑波峰焊時(shí)漏焊\t29
2．8 可焊性\t30
2．8．1 可焊性概述\t30
2．8．2 影響可焊性的因素\t30
2．8．3 可焊性測(cè)試方法\t32
2．8．4 潤(rùn)濕稱量法\t33
2．8．5 浸漬法\t35
2．8．6 鋪展法\t35
2．8．7 老化\t36
第3章 焊料合金、微觀組織與性能\t37
3．1 常用焊料合金\t37
3．1．1 Sn-Ag合金\t37
3．1．2 Sn-Cu合金\t38
3．1．3 Sn-Bi合金\t39
3．1．4 Sn-Sb合金\t39
3．1．5 提高焊點(diǎn)可靠性的途徑\t40
3．1．6 無(wú)鉛合金中常用添加合金元素的作用\t40
3．2 焊點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)與影響因素\t42
3．2．1 組成元素\t42
3．2．2 工藝條件\t44
3．3 焊點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)與機(jī)械性能\t44
3．3．1 焊點(diǎn)（焊料合金）的金相組織\t45
3．3．2 焊接界面金屬間化合物\t46
3．3．3 不良的微觀組織\t50
3．4 無(wú)鉛焊料合金的表面形貌\t61
第二部分 工藝原理與不良\t63
第4章 助焊劑\t65
4．1 助焊劑的發(fā)展歷程\t65
4．2 液態(tài)助焊劑的分類標(biāo)準(zhǔn)與代碼\t66
4．3 液態(tài)助焊劑的組成、功能與常用類別\t68
4．3．1 組成\t68
4．3．2 功能\t69
4．3．3 常用類別\t70
4．4 液態(tài)助焊劑的技術(shù)指標(biāo)與檢測(cè)\t71
4．5 助焊劑的選型評(píng)估\t75
4．5．1 橋連缺陷率\t75
4．5．2 通孔透錫率\t76
4．5．3 焊盤(pán)上錫飽滿度\t76
4．5．4 焊后PCB表面潔凈度\t77
4．5．5 ICT測(cè)試直通率\t78
4．5．6 助焊劑的多元化\t78
4．6 白色殘留物\t79
4．6．1 焊劑中的松香\t80
4．6．2 松香變形物\t81
4．6．3 有機(jī)金屬鹽\t81
4．6．4 無(wú)機(jī)金屬鹽\t81
第5章 焊膏\t83
5．1 焊膏及組成\t83
5．2 助焊劑的組成與功能\t84
5．2．1 樹(shù)脂\t84
5．2．2 活化劑\t85
5．2．3 溶劑\t87
5．2．4 流變添加劑\t88
5．2．5 焊膏配方設(shè)計(jì)的工藝性考慮\t89
5．3 焊粉\t89
5．4 助焊反應(yīng)\t90
5．4．1 酸基反應(yīng)\t90
5．4．2 氧化-還原反應(yīng)\t91
5．5 焊膏流變性要求\t91
5．5．1 黏度及測(cè)量\t91
5．5．2 流體的流變特性\t92
5．5．3 影響焊膏流變性的因素\t94
5．6 焊膏的性能評(píng)估與選型\t96
5．7 焊膏的儲(chǔ)存與應(yīng)用\t100
5．7．1 儲(chǔ)存、解凍與攪拌\t100
5．7．2 使用時(shí)間與再使用注意事項(xiàng)\t101
5．7．3 常見(jiàn)不良\t101
第6章　PCB表面鍍層及工藝特性\t106
6．1 ENIG鍍層\t106
6．1．1　工藝特性\t106
6．1．2　應(yīng)用問(wèn)題\t107
6．2 Im-Sn鍍層\t108
6．2．1　工藝特性\t109
6．2．2　應(yīng)用問(wèn)題\t109
案例6　鍍Sn層薄導(dǎo)致虛焊\t109
6．3 Im-Ag鍍層\t112
6．3．1　工藝特性\t112
6．3．2 應(yīng)用問(wèn)題\t113
6．4　OSP膜\t114
6．4．1　OSP膜及其發(fā)展歷程\t114
6．4．2　OSP工藝\t115
6．4．3　銅面氧化來(lái)源與影響\t115
6．4．4　氧化層的形成程度與通孔爬錫能力\t117
6．4．5　OSP膜的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)\t119
6．4．6　應(yīng)用問(wèn)題\t119
6．5　無(wú)鉛噴錫\t119
6．5．1　工藝特性\t120
6．5．2　應(yīng)用問(wèn)題\t122
6．6　無(wú)鉛表面耐焊接性對(duì)比\t122
第7章　元器件引腳/焊端鍍層及工藝性\t124
7．1　表面組裝元器件封裝類別\t124
7．2　電極鍍層結(jié)構(gòu)\t125
7．3　Chip類封裝\t126
7．4　SOP/QFP類封裝\t127
7．5　BGA類封裝\t127
7．6　QFN類封裝\t127
7．7　插件類封裝\t128
第8章 焊膏印刷與常見(jiàn)不良\t129
8．1 焊膏印刷\t129
8．2 印刷原理\t129
8．3 影響焊膏印刷的因素\t130
8．3．1 焊膏性能\t130
8．3．2 模板因素\t133
8．3．3 印刷參數(shù)\t134
8．3．4 擦網(wǎng)/底部擦洗\t137
8．3．5 PCB支撐\t140
8．3．6 實(shí)際生產(chǎn)中影響焊膏填充與轉(zhuǎn)移的其他因素\t141
8．4 常見(jiàn)印刷不良現(xiàn)象及原因\t143
8．4．1 印刷不良現(xiàn)象\t143
8．4．2 印刷厚度不良\t143
8．4．3 污斑/邊緣擠出\t145
8．4．4 少錫與漏印\t146
8．4．5 拉尖/狗耳朵\t148
8．4．6 塌陷\t148
8．5 SPI應(yīng)用探討\t151
8．5．1 焊膏印刷不良對(duì)焊接質(zhì)量的影響\t151
8．5．2 焊膏印刷圖形可接受條件\t152
8．5．3 0．4mm間距CSP\t153
8．5．4 0．4mm間距QFP\t154
8．5．5 0．4～0．5mm間距QFN\t155
8．5．6 0201\t155
第9章 鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)與常見(jiàn)不良\t157
9．1 鋼網(wǎng)\t157
9．2 鋼網(wǎng)制造要求\t160
9．3 模板開(kāi)口設(shè)計(jì)基本要求\t161
9．3．1 面積比\t161
9．3．2 階梯模板\t162
9．4 模板開(kāi)口設(shè)計(jì)\t163
9．4．1 通用原則\t163
9．4．2 片式元件\t165
9．4．3 QFP\t165
9．4．4 BGA\t166
9．4．5 QFN\t166
9．5 常見(jiàn)的不良開(kāi)口設(shè)計(jì)\t168
9．5．1 模板設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題\t168
案例7 模板避孔距離不夠?qū)е律岷副P(pán)少錫\t169
案例8 焊盤(pán)寬、引腳窄導(dǎo)致SIM卡移位\t170
案例9 熔融焊錫漂浮導(dǎo)致變壓器移位\t170
案例10 防錫珠開(kāi)孔導(dǎo)致圓柱形二極管爐后飛料問(wèn)題\t171
9．5．2 模板開(kāi)窗在改善焊接良率方面的應(yīng)用\t171
案例11 兼顧開(kāi)焊與橋連的葫蘆形開(kāi)窗設(shè)計(jì)\t171
案例12 電解電容底座鼓包導(dǎo)致移位\t173
案例13 超薄BGA變形導(dǎo)致橋連與球窩\t174
第10章 再流焊接與常見(jiàn)不良\t175
10．1 再流焊接\t175
10．2 再流焊接工藝的發(fā)展歷程\t175
10．3 熱風(fēng)再流焊接技術(shù)\t176
10．4 熱風(fēng)再流焊接加熱特性\t177
10．5 溫度曲線\t178
10．5．1 溫度曲線的形狀\t179
10．5．2 溫度曲線主要參數(shù)與設(shè)置要求\t180
10．5．3 爐溫設(shè)置與溫度曲線測(cè)試\t186
10．5．4 再流焊接曲線優(yōu)化\t189
10．6 低溫焊料焊接SAC錫球的BGA混裝再流焊接工藝\t191
10．6．1 有鉛焊料焊接無(wú)鉛BGA的混裝工藝\t192
10．6．2 低溫焊料焊接SAC錫球的混裝再流焊接工藝\t196
10．7 常見(jiàn)焊接不良\t197
10．7．1 冷焊\t197
10．7．2 不潤(rùn)濕\t199
案例14 連接器引腳潤(rùn)濕不良現(xiàn)象\t200
案例15 沉錫板焊盤(pán)不上錫現(xiàn)象\t201
10．7．3 半潤(rùn)濕\t202
10．7．4 滲析\t203
10．7．5 立碑\t204
10．7．6 偏移\t207
案例16 限位導(dǎo)致手機(jī)電池連接器偏移\t207
案例17 元器件安裝底部噴出的熱氣流導(dǎo)致元器件偏移\t208
案例18 元器件焊盤(pán)比引腳寬導(dǎo)致元器件偏移\t208
案例19 片式元件底部有半塞導(dǎo)通孔導(dǎo)致偏移\t209
案例20 不對(duì)稱焊端容易導(dǎo)致偏移\t209
10．7．7 芯吸\t210
10．7．8 橋連\t212
案例21 0．4mm QFP橋連\t212
案例22 0．4mm間距CSP（也稱?BGA）橋連\t213
案例23 鉚接錫塊表貼連接器橋連\t214
10．7．9 空洞\t216
案例24 BGA焊球表面氧化等導(dǎo)致空洞形成\t218
案例25 焊盤(pán)上的樹(shù)脂填孔吸潮導(dǎo)致空洞形成\t219
案例26 HDI微盲孔導(dǎo)致BGA焊點(diǎn)空洞形成\t219
案例27 焊膏不足導(dǎo)致空洞產(chǎn)生\t220
案例28 排氣通道不暢導(dǎo)致空洞產(chǎn)生\t220
案例29 噴印焊膏導(dǎo)致空洞產(chǎn)生\t221
案例30 QFP引腳表面污染導(dǎo)致空洞產(chǎn)生\t221
10．7．10 開(kāi)路\t222
10．7．11 錫球\t223
10．7．12 錫珠\t226
10．7．13 飛濺物\t229
10．8 不同工藝條件下用63Sn/37Pb焊接SAC305 BGA的切片圖\t230
第11章 特定封裝的焊接與常見(jiàn)不良\t232
11．1 封裝焊接\t232
11．2 SOP/QFP\t232
11．2．1 橋連\t232
案例31 某板上一個(gè)0．4mm間距QFP橋連率達(dá)到75%\t234
案例32 QFP焊盤(pán)加工尺寸偏窄導(dǎo)致橋連率增加\t235
11．2．2 虛焊\t235
11．3 QFN\t236
11．3．1 QFN封裝與工藝特點(diǎn)\t236
11．3．2 虛焊\t238
11．3．3 橋連\t240
11．3．4 空洞\t241
11．4 BGA\t244
11．4．1 BGA封裝類別與工藝特點(diǎn)\t244
11．4．2 無(wú)潤(rùn)濕開(kāi)焊\t245
11．4．3 球窩焊點(diǎn)\t246
11．4．4 縮錫斷裂\t248
11．4．5 二次焊開(kāi)裂\t249
11．4．6 應(yīng)力斷裂\t250
11．4．7 坑裂\t251
11．4．8 塊狀I(lǐng)MC斷裂\t252
11．4．9 熱循環(huán)疲勞斷裂\t253
第12章　波峰焊接與常見(jiàn)不良\t256
12．1　波峰焊接\t256
12．2　波峰焊接設(shè)備的組成及功能\t256
12．3　波峰焊接設(shè)備的選擇\t257
12．4　波峰焊接工藝參數(shù)設(shè)置與溫度曲線的測(cè)量\t257
12．4．1　工藝參數(shù)\t258
12．4．2　工藝參數(shù)設(shè)置要求\t258
12．4．3　波峰焊接溫度曲線測(cè)量\t258
12．5　助焊劑在波峰焊接工藝過(guò)程中的行為\t259
12．6　波峰焊接焊點(diǎn)的要求\t260
12．7　波峰焊接常見(jiàn)不良\t262
12．7．1　橋連\t262
12．7．2　透錫不足\t265
12．7．3　錫珠\t266
12．7．4　漏焊\t268
12．7．5　尖狀物\t269
12．7．6　氣孔―吹氣孔/針孔\t269
12．7．7 孔填充不良\t270
12．7．8　板面臟\t271
12．7．9　元器件浮起\t271
案例33　連接器浮起\t272
12．7．10　焊點(diǎn)剝離\t272
12．7．11　焊盤(pán)剝離\t273
12．7．12　凝固開(kāi)裂\t274
12．7．13　引線潤(rùn)濕不良\t275
12．7．14　焊盤(pán)潤(rùn)濕不良\t275
第13章　返工與手工焊接常見(jiàn)不良\t276
13．1　返工工藝目標(biāo)\t276
13．2　返工程序\t276
13．2．1 元器件拆除\t276
13．2．2　焊盤(pán)整理\t277
13．2．3　元器件安裝\t277
13．2．4　工藝的選擇\t277
13．3　常用返工設(shè)備/工具與工藝特點(diǎn)\t278
13．3．1　烙鐵\t278
13．3．2　熱風(fēng)返修工作站\t279
13．3．3　吸錫器\t281
13．4　常見(jiàn)返修失效案例\t282
案例34　采用加焊劑方式對(duì)虛焊的QFN進(jìn)行重焊導(dǎo)致返工失敗\t282
案例35　采用加焊劑方式對(duì)虛焊的BGA進(jìn)行重焊導(dǎo)致BGA中心焊點(diǎn)斷裂\t282
案例36　風(fēng)槍返修導(dǎo)致周邊鄰近帶散熱器的BGA焊點(diǎn)開(kāi)裂\t283
案例37　返修時(shí)加熱速率太大導(dǎo)致BGA角部焊點(diǎn)橋連\t284
案例38　手工焊接大尺寸片式電容導(dǎo)致開(kāi)裂\t284
案例39　手工焊接插件導(dǎo)致相連片式電容失效\t285
案例40　手工焊接大熱容量插件時(shí)長(zhǎng)時(shí)間加熱導(dǎo)致PCB分層\t285
案例41　采用銅辮子返修細(xì)間距元器件容易發(fā)生微橋連現(xiàn)象\t286
第三部分　組裝可靠性\t289
第14章　可靠性概念\t291
14．1　可靠性定義\t291
14．1．1　可靠度\t291
14．1．2　MTBF與MTTF\t291
14．1．3　故障率\t292
14．2　影響電子產(chǎn)品可靠性的因素\t293
14．2．1　常見(jiàn)設(shè)計(jì)不良\t293
14．2．2　制造影響因素\t294
14．2．3　使用時(shí)的劣化因素\t295
14．3　常用的可靠性試驗(yàn)評(píng)估方法―溫度循環(huán)試驗(yàn)\t296
第15章　完整焊點(diǎn)要求\t298
15．1　組裝可靠性\t298
15．2　完整焊點(diǎn)\t298
15．3　常見(jiàn)不完整焊點(diǎn)\t298
第16章　組裝應(yīng)力失效\t304
16．1　應(yīng)力敏感封裝\t304
16．2　片式電容\t304
16．2．1　分板作業(yè)\t304
16．2．2　烙鐵焊接\t306
16．3　BGA\t307
第17章　使用中溫度循環(huán)疲勞失效\t308
17．1　高溫環(huán)境下的劣化\t308
17．1．1　高溫下金屬的擴(kuò)散\t308
17．1．2　界面劣化\t309
17．2　蠕變\t309
17．3　機(jī)械疲勞與溫度循環(huán)\t310
案例42　拉應(yīng)力疊加時(shí)的熱疲勞斷裂\t310
案例43　某模塊灌封工藝失控導(dǎo)致焊點(diǎn)受到拉應(yīng)力作用\t310
案例44　灌封膠與PCB的CTE不匹配導(dǎo)致焊點(diǎn)早期疲勞失效（開(kāi)裂）\t312
第18章　環(huán)境因素引起的失效\t313
18．1 環(huán)境引起的失效\t313
18．1．1　電化學(xué)腐蝕\t313
18．1．2　化學(xué)腐蝕\t315
18．2　CAF\t316
18．3　銀遷移\t317
18．4　硫化腐蝕\t318
18．5　爬行腐蝕\t318
第19章　錫須\t321
19．1　錫須概述\t321
19．2　錫須產(chǎn)生的原因\t322
19．3　錫須產(chǎn)生的五種基本場(chǎng)景\t323
19．4　室溫下錫須的生長(zhǎng)\t324
19．5　溫度循環(huán)（熱沖擊）作用下錫須的生長(zhǎng)\t325
19．6　氧化腐蝕引起的錫須生長(zhǎng)\t326
案例45　某產(chǎn)品單板上的輕觸開(kāi)關(guān)因錫須短路\t327
19．7　外界壓力作用下的錫須生長(zhǎng)\t327
19．8　控制錫須生長(zhǎng)的建議\t328
后記\t330
參考文獻(xiàn)\t331