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第1章 无铅焊接与和谐环境：综述 1

1.1 引言 1

1.2 无铅焊接材料 2

1.2.1 无铅焊接合金 2

1.2.2 其他合金选择 3

1.2.3 助焊剂 4

1.2.4 印制电路板 4

1.2.5 器件 6

1.3 无铅焊接的工艺、设备和质量 7

1.3.1 SMT回流焊接 7

1.3.2 波峰焊接 10

1.3.3 返工和修理 10

1.3.4 设备 11

1.4 无铅焊接可靠性 12

1.4.1 器件的可靠性 12

1.4.2 印制电路板的可靠性 16

1.4.3 电化学可靠性 17

1.4.4 热和力学可靠性 18

1.5 无铅焊接设计和环境兼容 20

1.6 环境兼容展望 21

1.6.1 环保规则要求 21

1.6.2 电子产品循环和报废处理 22

1.6.3 环境兼容的挑战 23

1.7 总结 24

致谢 25

参考文献 25

第2章 无铅焊料互联中显微组织的演化和界面反应 35

2.1 引言 35

2.2 无铅焊料显微组织的演化 35

2.2.1 相图和平衡凝固 35

2.2.2 形核和生长 36

2.2.3 凝固后的显微组织 37

2.2.4 固相老化中显微组织的演化 39

2.3 基体和焊料间的反应：引言 40

2.4 熔化焊料-基板间的反应 40

2.4.1 焊接中的溶解行为 40

2.4.2 Cu-Sn界面金属间化合物的形成 45

2.4.3 Ni-Sn界面金属间化合物的形成 47

2.4.4 Cu-Sn界面金属间化合物的生长 51

2.4.5 液态焊料中Ni3Sn4的动力学 57

2.4.6 界面IMC的显微组织 57

2.5 固相焊料-基板间的反应 59

2.5.1 实验数据 60

2.6 界面可靠性 60

2.6.1 富Pb相区域 60

2.6.2 块状Ag3Sn 61

2.6.3 IMC的临界厚度 61

2.6.4 IMC中的柯肯达尔空洞 61

2.6.5 黑盘 62

2.6.6 Au脆 71

致谢 77

参考文献 77

第3章 无铅焊料合金的疲劳和蠕变：基本性质 84

3.1 引言 84

3.2 材料的变形 86

3.2.1 时间无关的变形 86

3.2.2 微观组织 87

3.2.3 无铅焊料 90

3.2.4 无铅焊料的微观组织 95

3.2.5 疲劳变形 95

3.2.6 微观组织 99

3.2.7 无铅焊料 100

3.2.8 无铅焊料的微观组织 105

3.3 蠕变变形 108

3.3.1 描述 108

3.3.2 微观组织 113

3.3.3 无铅焊料 113

3.3.4 无铅焊料的微观组织 126

3.4 总结 128

致谢 128

参考文献 128

第4章 无铅焊点可靠性研究进展 134

4.1 引言 134

4.2 SAC热循环测试数据的经验曲线 135

4.3 无铅与Sn-Pb的比较 137

4.4 关键组件数据 140

4.5 含Pb或Sn-Pb合金对无铅可靠性的影响 142

4.6 讨论 145

4.7 结论 153

参考文献 154

第5章 无铅焊料互联的化学反应与可靠性测试 159

5.1 前言 159

5.2 助焊剂化学的背景知识 159

5.3 电迁移 162

5.4 表面绝缘电阻（SIR） 165

5.4.1 SIR测试程序 165

5.5 腐蚀测试方法 167

5.6 导电阳极细丝的形成 170

5.6.1 描述 170

5.6.2 影响CAF形成的因素 173

5.6.3 测试 176

5.7 助焊剂残留物和RF信号完整性 176

5.8 结论 178

参考文献 178

第6章 无铅焊料表面的锡晶须生长 182

6.1 前言 182

6.2 无铅焊料表面锡晶须形貌 183

6.3 锡晶须生长过程中应力的产生（驱动力） 185

6.4 锡铜生成Cu6Sn5的室温反应 186

6.5 锡晶须生长中的应力松驰（动力学过程） 187

6.6 影响锡晶须生长的参数的测量 189

6.7 抑制锡晶须的生长 198

6.8 锡晶须生长的加速实验 199

6.9 总结 200

致谢 201

参考文献 201

第7章 无铅焊料互联的加速试验方法 203

7.1 前言 203

7.2 金属学基础 203

7.3 锡基焊料合金的变形 208

7.4 加速试验 210

7.5 试验设计 218

致谢 222

参考文献 222

第8章 无铅焊料的热机械可靠性 224

8.1 引言 224

8.2 无铅焊料合金的基本模型 224

8.2.1 热机械性能 225

8.2.2 非弹性形变的性能 225

8.3 几何模型 230

8.3.1 二维模型 231

8.3.2 广义平面形变（GPD）或2.5D模型 232

8.3.3 三维模型 233

8.3.4 其他的考虑 234

8.4 加载条件和热机械应力 234

8.4.1 工艺曲线 234

8.4.2 加速热循环 235

8.4.3 各种领域中使用的模拟 235

8.5 形变机理 236

8.6 封装中热机械可靠性 237

8.6.1 焊料的疲劳行为 237

8.6.2 无铅焊料的寿命预测模型 239

8.6.3 基于损伤力学的方法 241

8.7 模型的证实 241

8.8 结论 243

参考文献 243

第9章 可靠性设计——无铅焊料互联的有限元模拟 248

9.1 引言 248

9.2 模拟 249

9.3 模型的几何结构 250

9.4 材料性质的讨论 252

9.5 失效判据的讨论 257

9.6 模拟中的困难 259

9.7 推荐的有限元几何模型 261

9.8 一个模拟256 PBGA的例子 261

9.9 用文献数据对失效理论作检验 267

9.10 可靠性设计 276

9.11 进一步研究的需要 278

9.12 结论 279

致谢 279

参考文献 280

第10章 无铅焊料缺陷的检测及失效分析 285

10.1 前言 285

10.2 锡铅和无铅合金 285

10.3 检测及分析技术 286

10.3.1 金属组织学研究和腐蚀 287

10.3.2 锡铅和无铅合金的微结构特征 289

10.3.3 无铅焊料光学外观较差的原因 297

10.3.4 锡铅和无铅焊料多次回流焊后的微结构 298

10.3.5 无铅焊料深腐蚀后的微结构特征 298

10.4 有各种表面镀层的无铅和混合组装中的空洞出现程度 304

10.5 跌落测试前后的微结构 305

10.6 X光检测系统 307

10.7 结论 310

致谢 311

参考文献 311

第11章 导电胶连接的可靠性 313

11.1 导电胶连接技术简介 313

11.2 各向同性导电胶连接中的可靠性 315

11.2.1 金属化 315

11.2.2 固化程度 316

11.2.3 冲击强度 317

11.2.4 失效机理 318

11.3 各向异性导电胶连接中的可靠性 321

11.4 理论研究与数值模拟 331

11.4.1 氧化与裂缝生长的理论分析 331

11.4.2 电性能模拟 333

11.4.3 各向同性导电胶连接的有限元应力分析 336

11.4.4 各向异性导电胶连接的工艺模拟 342

11.5 结论 346

致谢 346

参考文献 347

第12章 无铅焊料连接可靠性展望 352

12.1 焊料合金特性和界面反应 352

12.2 锡晶须生长 352

12.3 印制电路板的可靠性 353

12.4 焊料本构方程和热疲劳可靠性预测 353

12.5 动态机械加载试验 353

12.6 加速试验温度曲线和加速因子 354

12.7 复杂加载条件和总体可靠性优化 354

12.8 可靠性退化评估和器件再生利用 355

致谢 355

参考文献 355

附录A 专业术语汇总表 358

附件B 化学元素符号 362