SMT工藝不良與組裝可靠性

目 錄
第一部分 工藝基礎\t1
第1章 概述\t3
1．1 電子組裝技術的發(fā)展\t3
1．2 表面組裝技術\t4
1．2．1 元器件封裝形式的發(fā)展\t4
1．2．2 印制電路板技術的發(fā)展\t5
1．2．3 表面組裝技術的發(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 表面組裝技術的核心與關鍵點\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的球窩與開焊\t11
1．7 表面組裝技術知識體系\t12
第2章 焊接基礎\t14
2．1 軟釬焊工藝\t14
2．2 焊點與焊錫材料\t14
2．3 焊點形成過程及影響因素\t15
2．4 潤濕\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 表面張力對液態(tài)焊料表面外形的影響\t26
2．6．4 表面張力對焊點形成過程的影響\t26
案例3 片式元件再流焊接時焊點的形成過程\t26
案例4 BGA再流焊接時焊點的形成過程\t27
2．7 助焊劑在焊接過程中的作用行為\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 可焊性測試方法\t32
2．8．4 潤濕稱量法\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 提高焊點可靠性的途徑\t40
3．1．6 無鉛合金中常用添加合金元素的作用\t40
3．2 焊點的微觀結構與影響因素\t42
3．2．1 組成元素\t42
3．2．2 工藝條件\t44
3．3 焊點的微觀結構與機械性能\t44
3．3．1 焊點（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)助焊劑的分類標準與代碼\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)助焊劑的技術指標與檢測\t71
4．5 助焊劑的選型評估\t75
4．5．1 橋連缺陷率\t75
4．5．2 通孔透錫率\t76
4．5．3 焊盤上錫飽滿度\t76
4．5．4 焊后PCB表面潔凈度\t77
4．5．5 ICT測試直通率\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 有機金屬鹽\t81
4．6．4 無機金屬鹽\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 焊膏配方設計的工藝性考慮\t89
5．3 焊粉\t89
5．4 助焊反應\t90
5．4．1 酸基反應\t90
5．4．2 氧化-還原反應\t91
5．5 焊膏流變性要求\t91
5．5．1 黏度及測量\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 焊膏的性能評估與選型\t96
5．7 焊膏的儲存與應用\t100
5．7．1 儲存、解凍與攪拌\t100
5．7．2 使用時間與再使用注意事項\t101
5．7．3 常見不良\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　應用問題\t107
6．2 Im-Sn鍍層\t108
6．2．1　工藝特性\t109
6．2．2　應用問題\t109
案例6　鍍Sn層薄導致虛焊\t109
6．3 Im-Ag鍍層\t112
6．3．1　工藝特性\t112
6．3．2 應用問題\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)勢與劣勢\t119
6．4．6　應用問題\t119
6．5　無鉛噴錫\t119
6．5．1　工藝特性\t120
6．5．2　應用問題\t122
6．6　無鉛表面耐焊接性對比\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　電極鍍層結構\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 實際生產中影響焊膏填充與轉移的其他因素\t141
8．4 常見印刷不良現(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應用探討\t151
8．5．1 焊膏印刷不良對焊接質量的影響\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)設計與常見不良\t157
9．1 鋼網(wǎng)\t157
9．2 鋼網(wǎng)制造要求\t160
9．3 模板開口設計基本要求\t161
9．3．1 面積比\t161
9．3．2 階梯模板\t162
9．4 模板開口設計\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 常見的不良開口設計\t168
9．5．1 模板設計的主要問題\t168
案例7 模板避孔距離不夠導致散熱焊盤少錫\t169
案例8 焊盤寬、引腳窄導致SIM卡移位\t170
案例9 熔融焊錫漂浮導致變壓器移位\t170
案例10 防錫珠開孔導致圓柱形二極管爐后飛料問題\t171
9．5．2 模板開窗在改善焊接良率方面的應用\t171
案例11 兼顧開焊與橋連的葫蘆形開窗設計\t171
案例12 電解電容底座鼓包導致移位\t173
案例13 超薄BGA變形導致橋連與球窩\t174
第10章 再流焊接與常見不良\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 熱風再流焊接技術\t176
10．4 熱風再流焊接加熱特性\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)與設置要求\t180
10．5．3 爐溫設置與溫度曲線測試\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 常見焊接不良\t197
10．7．1 冷焊\t197
10．7．2 不潤濕\t199
案例14 連接器引腳潤濕不良現(xiàn)象\t200
案例15 沉錫板焊盤不上錫現(xiàn)象\t201
10．7．3 半潤濕\t202
10．7．4 滲析\t203
10．7．5 立碑\t204
10．7．6 偏移\t207
案例16 限位導致手機電池連接器偏移\t207
案例17 元器件安裝底部噴出的熱氣流導致元器件偏移\t208
案例18 元器件焊盤比引腳寬導致元器件偏移\t208
案例19 片式元件底部有半塞導通孔導致偏移\t209
案例20 不對稱焊端容易導致偏移\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焊球表面氧化等導致空洞形成\t218
案例25 焊盤上的樹脂填孔吸潮導致空洞形成\t219
案例26 HDI微盲孔導致BGA焊點空洞形成\t219
案例27 焊膏不足導致空洞產生\t220
案例28 排氣通道不暢導致空洞產生\t220
案例29 噴印焊膏導致空洞產生\t221
案例30 QFP引腳表面污染導致空洞產生\t221
10．7．10 開路\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0．4mm間距QFP橋連率達到75%\t234
案例32 QFP焊盤加工尺寸偏窄導致橋連率增加\t235
11．2．2 虛焊\t235
11．3 QFN\t236
11．3．1 QFN封裝與工藝特點\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\t244
11．4．2 無潤濕開焊\t245
11．4．3 球窩焊點\t246
11．4．4 縮錫斷裂\t248
11．4．5 二次焊開裂\t249
11．4．6 應力斷裂\t250
11．4．7 坑裂\t251
11．4．8 塊狀IMC斷裂\t252
11．4．9 熱循環(huán)疲勞斷裂\t253
第12章　波峰焊接與常見不良\t256
12．1　波峰焊接\t256
12．2　波峰焊接設備的組成及功能\t256
12．3　波峰焊接設備的選擇\t257
12．4　波峰焊接工藝參數(shù)設置與溫度曲線的測量\t257
12．4．1　工藝參數(shù)\t258
12．4．2　工藝參數(shù)設置要求\t258
12．4．3　波峰焊接溫度曲線測量\t258
12．5　助焊劑在波峰焊接工藝過程中的行為\t259
12．6　波峰焊接焊點的要求\t260
12．7　波峰焊接常見不良\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　焊點剝離\t272
12．7．11　焊盤剝離\t273
12．7．12　凝固開裂\t274
12．7．13　引線潤濕不良\t275
12．7．14　焊盤潤濕不良\t275
第13章　返工與手工焊接常見不良\t276
13．1　返工工藝目標\t276
13．2　返工程序\t276
13．2．1 元器件拆除\t276
13．2．2　焊盤整理\t277
13．2．3　元器件安裝\t277
13．2．4　工藝的選擇\t277
13．3　常用返工設備/工具與工藝特點\t278
13．3．1　烙鐵\t278
13．3．2　熱風返修工作站\t279
13．3．3　吸錫器\t281
13．4　常見返修失效案例\t282
案例34　采用加焊劑方式對虛焊的QFN進行重焊導致返工失敗\t282
案例35　采用加焊劑方式對虛焊的BGA進行重焊導致BGA中心焊點斷裂\t282
案例36　風槍返修導致周邊鄰近帶散熱器的BGA焊點開裂\t283
案例37　返修時加熱速率太大導致BGA角部焊點橋連\t284
案例38　手工焊接大尺寸片式電容導致開裂\t284
案例39　手工焊接插件導致相連片式電容失效\t285
案例40　手工焊接大熱容量插件時長時間加熱導致PCB分層\t285
案例41　采用銅辮子返修細間距元器件容易發(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　影響電子產品可靠性的因素\t293
14．2．1　常見設計不良\t293
14．2．2　制造影響因素\t294
14．2．3　使用時的劣化因素\t295
14．3　常用的可靠性試驗評估方法―溫度循環(huán)試驗\t296
第15章　完整焊點要求\t298
15．1　組裝可靠性\t298
15．2　完整焊點\t298
15．3　常見不完整焊點\t298
第16章　組裝應力失效\t304
16．1　應力敏感封裝\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　高溫下金屬的擴散\t308
17．1．2　界面劣化\t309
17．2　蠕變\t309
17．3　機械疲勞與溫度循環(huán)\t310
案例42　拉應力疊加時的熱疲勞斷裂\t310
案例43　某模塊灌封工藝失控導致焊點受到拉應力作用\t310
案例44　灌封膠與PCB的CTE不匹配導致焊點早期疲勞失效（開裂）\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　電化學腐蝕\t313
18．1．2　化學腐蝕\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　錫須產生的原因\t322
19．3　錫須產生的五種基本場景\t323
19．4　室溫下錫須的生長\t324
19．5　溫度循環(huán)（熱沖擊）作用下錫須的生長\t325
19．6　氧化腐蝕引起的錫須生長\t326
案例45　某產品單板上的輕觸開關因錫須短路\t327
19．7　外界壓力作用下的錫須生長\t327
19．8　控制錫須生長的建議\t328
后記\t330
參考文獻\t331