現(xiàn)代電子裝聯(lián)焊接技術基礎及其應用

第1章 電子裝聯(lián)焊接技術基礎理論\t1
1．1 電子裝聯(lián)焊接概論\t2
1．1．1 電子裝聯(lián)焊接的定義和分類\t2
1．1．2 在電子裝聯(lián)中為什么要采用軟釬焊工藝及其特點\t2
1．1．3 軟釬焊技術在電子裝聯(lián)工藝中的重要地位\t3
1．2 焊接科學及基礎理論\t4
1．2．1 焊接技術概述\t4
1．2．2 金屬焊接接合機理\t4
1．2．3 潤濕理論――楊氏公式\t9
1．2．4 接觸角 11
1．2．5 彎曲液面下的附加壓強――拉普拉斯方程\t12
1．2．6 擴散、菲克（Fick）定律及擴散激活能\t14
1．2．7 毛細現(xiàn)象\t18
1．2．8 母材的熔蝕\t20
1．3 焊接接頭及其形成過程\t21
1．3．1 潤濕和連接界面\t21
1．3．2 可焊性\t22
1．3．3 固著面積\t22
1．3．4 釬料接頭產(chǎn)生連接強度的機理\t22
1．3．5 形成焊接連接的必要條件\t24
1．3．6 焊接接頭形成的物理過程\t26
1．4 焊接接頭界面的金屬狀態(tài)\t28
1．4．1 界面層的金屬組織\t28
1．4．2 合金層（金屬間化合物）的形成\t29
1．4．3 界面層的結晶和凝固\t35
1．4．4 焊點的接頭厚度和釬接溫度對焊點的機械強度的影響\t35
思考題\t36
第2章 焊接接頭的界面特性\t39
2．1 焊料的潤濕和界面的形成\t40
2．1．1 焊料的潤濕\t40
2．1．2 界面的形成\t41
2．1．3 焊接界面反應機理\t42
2．2 界面反應和組織\t44
2．2．1 Sn和Cu的界面反應\t44
2．2．2 Sn基焊料和母材Cu的界面反應\t45
2．2．3 Sn基焊料合金和Ni的界面反應\t49
2．2．4 Sn基焊料和Ni/Au鍍層的冶金反應\t51
2．2．5 Sn基焊料和Pd及Ni/Pd/Au涂覆層的冶金反應\t53
2．2．6 Sn基焊料和Fe基合金的界面反應\t54
2．2．7 Sn基焊料和被OSP保護金屬的界面反應\t55
思考題\t57
第3章 電子裝聯(lián)焊接用焊料\t59
3．1 焊料冶金學知識\t60
3．1．1 冶金學導言\t60
3．1．2 相圖\t62
3．2 有Pb焊接用的SnPb基焊料\t64
3．2．1 焊料常用的幾種基本金屬元素特性\t64
3．2．2 SnPb合金\t66
3．2．3 工程用SnPb焊料應用分析\t67
3．2．4 SnPb焊料的蠕變性能\t70
3．2．5 SnPb焊料合金中的雜質及其影響\t70
3．2．6 Sn基有Pb焊料的工程應用\t73
3．3 無Pb焊料合金\t75
3．3．1 無Pb焊料合金的發(fā)展概況\t75
3．3．2 實用的無Pb焊料合金\t77
3．3．3 實用替代合金的應用特性\t78
3．3．4 SnAg系合金\t79
3．3．5 SnCu系合金\t81
3．4．6 SnBi系合金\t82
3．3．7 SnZn系合金\t83
3．3．8 SnAgCu 焊料合金\t84
3．3．9 SnAgCuBi四元合金\t88
3．3．10 SnAgBi、SnAgBiIn合金\t89
3．5 IPC SPVC推薦的無Pb焊料合金及其評估\t89
3．5．1 IPC SPVC推薦的無Pb焊料合金\t89
3．5．2 IPC SPVC對所推薦焊料的研究評估\t89
3．6 無Pb焊料合金性能比較\t89
3．6．1 SnAgCu與Sn37Pb的工藝性比較\t89
3．6．2 常用的無Pb焊料合金的應用性能\t90
3．6．3 成分、熔化溫度范圍和成本\t90
3．6．4 潤濕性\t91
2．6．5 其他主要物理性能\t91
2．6．6 接合界面\t91
思考題\t92
第4章 電子裝聯(lián)焊接用助焊劑\t93
4．1 焊料的氧化\t94
4．1．1 焊料氧化的基本概念\t94
4．1．2 影響焊料氧化的基本因素\t94
4．2 助焊劑化學\t95
4．2．1 助焊劑在焊接過程中的意義\t95
4．2．2 助焊劑的作用及作用機理\t97
4．2．3 助焊劑應具備的技術特性\t99
4．2．4 助焊劑應具備的應用特性\t102
4．2．5 助焊劑的分類\t102
4．2．6 電子裝聯(lián)焊接用助焊劑的溶劑\t107
4．2．7 無鉛工藝對助焊劑的挑戰(zhàn)\t107
4．2．8 無鉛助焊劑需要關注的主要性能與可靠性指標\t110
4．2．9 助焊劑中活性物質的化學物理特性\t110
思考題\t113
第5章 電子裝聯(lián)焊接用焊膏\t115
5．1 概述\t116
5．1．1 定義和用途\t116
5．1．2 組成和特性\t116
5．2 焊膏中常用的焊料合金成分及特性\t116
5．2．1 焊膏中常用的焊料合金成分\t116
5．2．2 焊膏中常用的焊料合金的特性\t119
5．3 焊膏中的糊狀助焊劑\t121
5．3．1 焊膏中糊狀助焊劑的組成及其要求\t121
5．3．2 糊狀助焊劑各組成部分的作用及作用機理\t121
5．3．3 黏合劑\t125
5．3．4 觸變劑\t125
5．3．5 溶劑\t126
5．4 焊膏的應用特性\t126
5．4．1 焊膏的應用特性\t126
5．4．2 焊膏組成及特性對應用特性的影響\t127
5．4．3 無鉛焊膏應用的工藝性問題\t127
5．5 如何選擇和評估焊膏\t128
5．5．1 選用焊膏時應注意的問題\t128
5．5．2 如何評估焊膏\t129
5．6 焊膏產(chǎn)品的新發(fā)展\t130
5．6．1 新概念焊膏1――失活焊膏介紹\t130
5．6．2 新概念焊膏2――不用冷藏和解凍，拿來就用的焊膏\t134
5．6．3 摻入微量Co的無鉛低銀焊膏\t134
思考題\t142
第6章 電子裝聯(lián)焊接接頭設計\t145
6．1 焊點的接頭\t146
6．1．1 焊接接頭設計的意義\t146
6．1．2 焊點的接頭模型\t146
6．1．3 焊接的基本接頭結構\t147
6．2 焊接接頭結構設計對接頭機電性能的影響\t148
6．2．1 接頭的幾何形狀設計及強度分析\t148
6．2．2 焊接接頭的電氣特性\t151
6．3 影響焊接接頭機械強度的因素\t154
6．3．1 施用的焊料量對焊點剪切強度的影響\t154
6．3．2 與熔化焊料接觸的時間對焊點剪切強度的影響\t155
6．3．3 焊接溫度對接頭剪切強度的影響\t155
6．3．4 接頭厚度對強度的影響\t156
6．3．5 接頭強度隨焊料合金成分和基體金屬的變化\t157
6．3．6 焊料接頭的抗蠕變強度\t158
6．4 SMT再流焊接接合部的工藝設計\t160
6．4．1 THT和SMT焊點接合部的差異\t160
6．4．2 再流焊接接合部的工藝設計\t162
6．4．3 片式元器件焊接接合部的工藝設計\t164
6．4．4 QFP焊接接合部的工藝設計\t171
6．4．5 BGA、CSP再流焊接接合部的工藝設計\t175
思考題\t179
第7章 焊接接頭母材的預處理及可焊性檢測和評估\t181
7．1 焊接接頭母材的概述\t182
7．1．1 母材及其要求\t182
7．1．2 母材常用的材料及其特性\t182
7．2 母材金屬焊接的前處理\t184
7．2．1 母材金屬焊接前處理的意義及處理方法\t184
7．2．2 母材的可焊性涂覆\t185
7．2．3 鍍層的可焊性評估\t187
7．3 元器件引腳常用可焊性鍍層的特性描述\t188
7．3．1 Au鍍層\t188
7．3．2 Ag鍍層\t190
7．3．3 Ni鍍層\t190
7．3．4 Sn鍍層\t191
7．3．5 Cu鍍層\t192
7．3．6 Pd鍍層\t193
7．3．7 Sn基合金鍍層\t193
7．4 PCB焊盤常用涂層及其特性\t194
7．4．1 PCB焊盤涂層材料選擇時應考慮的因素\t194
7．4．2 HASL- Sn、SnPb\t195
7．4．3 ENIG Ni（P）/Au涂覆層\t195
7．4．4 Im-Sn涂覆層\t197
7．4．5 Im-Ag涂層\t197
7．4．6 OSP涂覆\t198
7．4．7 PCB表面涂覆體系的比較\t199
7．5 母材金屬鍍層的腐蝕（氧化）\t199
7．5．1 金屬腐蝕的定義\t199
7．5．2 金屬腐蝕的分類\t200
7．6 母材金屬鍍層的可焊性試驗\t205
7．6．1 可焊性概念\t205
7．6．2 母材鍍層在貯存期可焊性的蛻變及其試驗方法\t206
7．6．3 可焊性試驗方法\t208
思考題\t212
第8章 現(xiàn)代電子裝聯(lián)PCBA焊接的DMF要求\t215
8．1 PCBA焊接DFM 要求對產(chǎn)品生產(chǎn)質量的意義\t216
8．1．1 概述\t216
8．1．2 DFM是貫徹執(zhí)行相關產(chǎn)品焊接質量標準的前提\t216
8．1．3 良好的DFM對PCBA生產(chǎn)的重要意義\t216
8．2 電子產(chǎn)品的分類及安裝焊接的質量等級和要求\t217
8．2．1 電子產(chǎn)品安裝焊接的質量等級\t217
8．2．2 電子產(chǎn)品的最終使用類型\t218
8．2．3 電子產(chǎn)品的安裝類型\t218
8．2．4 電子產(chǎn)品的可生產(chǎn)性級別\t219
8．3 PCBA波峰焊接安裝設計的DFM要求\t219
8．3．1 現(xiàn)代電子裝聯(lián)波峰焊接技術特征\t219
8．3．2 PCB布線設計應遵循的DFM規(guī)則及考慮的因素\t220
8．3．3 元器件在PCB上的安裝布局要求\t220
8．3．4 安裝結構形態(tài)的選擇\t221
8．3．5 電源線、地線及導通孔的考慮\t223
8．3．6 采用拼板結構時應注意的問題\t223
8．3．7 測試焊盤的設置\t224
8．3．8 元器件間距\t224
8．3．9 阻焊膜的設計\t224
8．3．10 排版與布局\t225
8．3．11 元器件的安放\t225
8．3．12 THT方式的圖形布局\t226
8．3．13 導線的線形設計\t229
8．4 PCBA-SMT方式波峰焊接安裝設計的DFM要求\t232
8．4．1 PCBA-SMT方式的圖形設計\t232
8．4．2 IC插座焊盤的排列走向\t234
8．4．3 直線密集型焊盤\t235
8．4．4 引線伸出焊盤的高度\t235
8．4．5 工藝區(qū)的設置\t235
8．4．6 熱工方面的考慮\t236
8．4．7 SMT方式安裝結構的波峰焊接要求\t236
8．4．8 減少熱損壞的安裝和焊法\t239
8．4．9 減少波峰焊接橋連率的安裝法\t239
8．5 PCBA再流焊接安裝設計的DFM要求\t240
8．5．1 選用SMT的原則\t240
8．5．2 元器件間隔\t240
8．5．3 適于清潔的元器件離板高度\t241
8．5．4 基準點標記\t241
8．5．5 布線設計的DMF要求\t243
8．5．6 再流焊接對PCB焊盤的設計要求\t245
8．5．7 元器件安裝\t247
思考題\t248
第9章 電子裝聯(lián)焊接技術應用概論\t249
9．1 電子裝聯(lián)焊接技術概論\t250
9．1．1 概述\t250
9．1．2 電子裝聯(lián)高效焊接技術\t250
9．1．3 焊接方法的分類\t250
9．2 電子裝聯(lián)焊接技術的發(fā)展\t252
9．2．1 傳熱式焊接方式\t252
9．2．2 輻射熱焊接方式\t257
9．3 自動化焊接系統(tǒng)\t259
9．3．1 概述\t259
9．3．2 波峰焊接技術的發(fā)展\t260
9．3．3 再流焊接技術的發(fā)展\t269
思考題\t273
第10章 波峰焊接工藝窗口設計及其控制\t275
10．1 影響波峰焊接效果的四要素\t276
10．1．1 母材金屬的可焊性\t276
10．1．2 波峰焊接設備\t277
10．1．3 PCB圖形設計的波峰焊接工藝性\t279
10．1．4 波峰焊接工藝的優(yōu)化\t279
10．1．5 無鉛波峰焊接的工藝性問題\t281
10．2 SMA波峰焊接的波形選擇\t281
10．2．1 SMA波峰焊接工藝的特殊性\t281
10．2．2 氣泡遮蔽效應\t282
10．2．3 陰影效應\t282
10．2．4 SMC/SMD的焊接特性和安裝設計中應注意的事項\t283
10．3 波峰焊接工藝窗口設計\t284
10．3．1 正確進行波峰焊接工藝窗口設計的重要性\t284
10．3．2 上機前的烘干處理\t284
10．3．3 涂覆助焊劑\t285
10．3．4 預熱溫度\t285
10．3．5 焊料槽溫度\t288
10．3．6 夾送速度\t290
10．3．7 夾送傾角\t291
10．3．8 波峰高度\t292
10．3．9 壓波深度\t292
10．3．10 冷卻\t293
10．4 波峰焊接工藝窗口控制\t293
10．4．1 工藝窗口控制的意義\t293
10．4．2 波峰焊接工藝窗口必須受控\t293
10．4．3 PCB可焊性的監(jiān)控\t294
10．4．4 波峰焊接設備工序能力系數(shù)（Cpk）的實時監(jiān)控\t294
10．4．5 助焊劑涂覆監(jiān)控\t296
10．4．6 波峰焊接溫度曲線的監(jiān)控\t296
10．4．7 波峰焊接中焊料槽雜質污染的危害\t297
10．4．8 防污染的對策\t298
思考題\t300
第11章 再流焊接工藝窗口設計及其控制\t303
11．1 再流焊接工藝要素分析\t304
11．1．1 焊前應確認的調節(jié)條件及檢查項目\t304
11．1．2 SMT組裝工藝影響因素\t304
11．2 再流焊接溫度-時間曲線\t305
11．2．1 再流焊接工藝過程中的溫度特性\t305
11．2．2 再流焊接過程中影響溫度-時間曲線的因素\t307
11．2．3 正確設置再流溫度-時間曲線的意義\t309
11．2．4 怎樣設定再流溫度-時間曲線\t310
11．2．5 目前流行的再流溫度-時間曲線的類型\t315
11．3 再流焊接工藝窗口設計\t317
11．3．1 再流焊接工藝參數(shù)\t317
11．3．2 再流焊接工藝窗口控制\t320
11．4 有鉛和無鉛混合安裝PCBA再流焊接工藝窗口設計\t322
11．4．1 無鉛PCBA的再流焊接問題\t322
11．4．2 有鉛和無鉛混合安裝的過渡時期\t323
11．5 再流焊接中的其他相關問題\t326
11．5．1 氣相再流焊接\t326
11．5．2 在氮氣保護氣氛中的再流焊接\t326
11．5．3 清洗與免清洗\t327
11．5．4 雙面PCB再流\t328
思考題\t328
第12章 電子裝聯(lián)的選擇焊法及模組焊法\t329
12．1 電子裝聯(lián)的選擇焊法\t330
12．1．1 問題的提出\t330
12．1．2 選擇性焊接工藝應運而生\t331
12．2 選擇性焊接技術\t331
12．2．1 選擇性焊接技術的適用性\t331
12．2．2 選擇性焊接設備及其應用\t332
12．2．3 選用購選擇性焊接工藝時需考慮的問題\t334
12．2．4 點波峰選擇性焊接的工序組成\t334
12．3 模組焊接系統(tǒng)\t339
12．3．1 模組焊接系統(tǒng)的發(fā)展\t339
12．3．2 ERSA VERSAFLOW 純模組焊接設備\t339
12．3．3 ERSA VERSAFLOW的點選擇＋模組焊接復合焊接系統(tǒng)\t340
12．3．4 日本模式\t341
思考題\t342
第13章 電子裝聯(lián)焊接缺陷概論\t343
13．1 波峰焊接常見缺陷及其抑制\t344
13．1．1 波峰焊接中常見的缺陷現(xiàn)象\t344
13．1．2 虛焊\t344
13．1．3 冷焊\t346
13．1．4 不潤濕及反潤濕\t348
13．1．5 其他的缺陷\t349
13．2 無鉛波峰焊接中的特有缺陷現(xiàn)象\t364
13．2．1 概述\t364
13．2．2 無鉛焊點的外觀\t364
13．2．3 焊緣起翹現(xiàn)象\t365
13．2．4 焊緣起翹實例\t370
13．2．5 從起翹發(fā)生的機理看抑制的對策\t374
13．3 再流焊接常見缺陷及其抑制\t377
13．3．1 脫焊\t377
13．3．2 焊膏再流不完全\t378
13．3．3 不潤濕和反潤濕\t378
13．3．4 焊料小球\t379
13．3．5 墓碑現(xiàn)象\t382
13．3．6 芯吸現(xiàn)象\t385
13．3．7 橋連現(xiàn)象\t385
13．3．8 封裝體起泡和開裂\t386
13．3．9 焊料殘渣\t386
13．3．10 球狀面陣列器件（BGA、CSP）焊料再流不完全\t387
13．3．11 器件焊點破裂\t387
13．4 再流焊接中的空洞和球窩\t387
13．4．1 空洞\t387
13．4．2 球窩（HIP）\t389
思考題\t393
參考文獻\t395
跋\t397