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上篇 表面组装技术（SMT）基础与可制造性设计（DFM） 3

第1章 表面组装元器件（SMC/SMD） 3

1.1 对SMC/SMD的基本要求及无铅焊接对元器件的要求 3

1.2 SMC的封装命名及标称 4

1.3 SMD的封装命名 5

1.4 SMC/SMD的焊端结构 6

1.5 SMC/SMD的包装类型 7

1.6 SMC/SMD与静电敏感元器件（SSD）的运输、存储、使用要求 8

1.7 湿度敏感器件（MSD）的管理、存储、使用要求 9

1.8 SMC/SMD方向发展 10

思考题 12

第2章 表面组装印制电路板（SMB） 14

2.1 印制电路板 14

2.1.1 印制电路板的定义和作用 14

2.1.2 常用印制电路板的基板材料 14

2.1.3 评估PCB基材质量的相关参数 15

2.2 SMT对表面组装印制电路的一些要求 16

2.2.1 SMT对印制电路板的总体要求 16

2.2.2 表面组装PCB材料的选择 17

2.2.3 无铅焊接用FR-4特性 17

2.3 PCB焊盘表面涂（镀）层及无铅PCB焊盘涂镀层的选择 17

2.3.1 PCB焊盘表面涂（镀）层 17

2.3.2 无铅PCB焊盘涂镀层的选择 19

2.4 当前国际先进印制电路板及其制造技术的发展动向 21

思考题 22

第3章 表面组装工艺材料 23

3.1 锡铅焊料合金 24

3.1.1 锡的基本物理和化学特性 24

3.1.2 铅的基本物理和化学特性 26

3.1.3 63Sn-37Pb锡铅共晶合金的基本特性 26

3.1.4 铅在焊料中的作用 27

3.1.5 锡铅合金中的杂质及其影响 27

3.2 无铅焊料合金 28

3.2.1 对无铅焊料合金的要求 28

3.2.2 目前最有可能替代Sn-Pb焊料的合金材料 29

3.2.3 目前应用最多的无铅焊料合金 32

3.2.4 Sn-Ag-Cu系焊料的最佳成分 33

3.2.5 继续研究更理想的无铅焊料 33

3.3 助焊剂 33

3.3.1 对助焊剂物理和化学特性的要求 33

3.3.2 助焊剂的分类和组成 34

3.3.3 助焊剂的作用 36

3.3.4 四类常用助焊剂 37

3.3.5 助焊剂的选择 38

3.3.6 无铅助焊剂的特点、问题与对策 39

3.4 焊膏 39

3.4.1 焊膏的技术要求 39

3.4.2 焊膏的分类 40

3.4.3 焊膏的组成 40

3.4.4 影响焊膏特性的主要参数 42

3.4.5 焊膏的选择 44

3.4.6 焊膏的检测与评估 45

3.4.7 焊膏的发展动态 46

3.5 焊料棒和丝状焊料 46

3.6 贴片胶（粘结剂） 47

3.6.1 常用贴片胶 47

3.6.2 贴片胶的选择方法 47

3.6.3 贴片胶的存储、使用工艺要求 48

3.7 清洗剂 48

3.7.1 对清洗剂的要求 48

3.7.2 清洗剂的种类 49

3.7.3 有机溶剂清洗剂的性能要求 49

3.7.4 清洗效果的评价方法与标准 49

思考题 50

第4章 SMT生产线及主要设备 51

4.1 SMT生产线 51

4.2 印刷机 52

4.3 点胶机 54

4.4 贴装机 55

4.4.1 贴装机的分类 55

4.4.2 贴装机的基本结构 57

4.4.3 贴装头 58

4.4.4 X、 Y与Z/θ的传动定位（伺服）系统 60

4.4.5 贴装机对中定位系统 61

4.4.6 传感器 63

4.4.7 送料器 64

4.4.8 吸嘴 66

4.4.9 贴装机的主要易损件 66

4.4.10 贴装机的主要技术指标 67

4.4.11 贴装机的发展方向 68

4.5 再流焊炉 69

4.5.1 再流焊炉的分类 69

4.5.2 全热风再流焊炉的基本结构与性能 70

4.5.3 再流焊炉的主要技术指标 72

4.5.4 再流焊炉的发展方向 73

4.5.5 气相再流焊（VPS）炉的新发展 73

4.6 波峰焊机 74

4.6.1 波峰焊机的种类 74

4.6.2 双波峰焊机的基本结构 74

4.6.3 波峰焊机的主要技术参数 76

4.6.4 波峰焊机的发展方向及无铅焊接对波峰焊设备的要求 77

4.6.5 选择性波峰焊机 77

4.7 检测设备 79

4.7.1 自动光学检查设备（AOI） 80

4.7.2 自动X射线检查设备（AXI） 82

4.7.3 在线测试设备 84

4.7.4 功能测试设备 85

4.7.5 锡膏检查设备（SPI） 85

4.7.6 三次元影像测量仪 86

4.8 手工焊接与返修设备 87

4.8.1 电烙铁 87

4.8.2 焊接机器人和非接触式焊接机器人 90

4.8.3 SMD返修系统 90

4.8.4 手工贴片工具 92

4.9 清洗设备 93

4.9.1 超声清洗设备 93

4.9.2 气相清洗设备 93

4.9.3 水清洗设备 94

4.10 选择性涂覆设备 94

4.11 其他辅助设备 95

思考题 95

第5章 SMT印制电路板的可制造性设计（DFM） 97

5.1 不良设计在SMT生产中的危害 97

5.2 国内SMT印制电路板设计中普遍存在的问题及解决措施 98

5.2.1 SMT印制电路板设计中的常见问题举例 98

5.2.2 消除不良设计、实现DFM的措施 101

5.3 编制本企业可制造性设计规范文件 101

5.4 PCB设计包含的内容及可制造性设计实施程序 101

5.5 SMT工艺对设计的要求 105

5.5.1 表面贴装元器件（SMC/SMD）焊盘设计 106

5.5.2 通孔插装元器件（THC）焊盘设计 126

5.5.3 布线设计 128

5.5.4 焊盘与印制导线连接的设置 129

5.5.5 导通孔的设置 130

5.5.6 测试孔和测试盘设计——可测试性设计DFT （Design for Testability） 131

5.5.7 阻焊、丝网的设置 133

5.5.8 元器件整体布局设置 133

5.5.9 再流焊与波峰焊贴片元件的排列方向设计 135

5.5.10 元器件最小间距设计 137

5.5.11 模板设计 137

5.6 SMT设备对设计的要求 140

5.6.1 PCB外形、尺寸设计 140

5.6.2 PCB定位孔和夹持边的设置 141

5.6.3 基准标志（Mark）设计 142

5.6.4 拼板设计 143

5.6.5 PCB设计的输出文件 144

5.7 印制电路板可靠性设计 145

5.7.1 散热设计简介 145

5.7.2 电磁兼容性（高频及抗电磁干扰）设计简介 146

5.8 无铅产品PCB设计 148

5.9 PCB可加工性设计 149

5.10 SMT产品设计评审和印制电路板可制造性设计审核 149

5.10.1 SMT产品设计评审 149

5.10.2 SMT印制电路板可制造性设计审核 150

5.11 IPC-7351《表面贴装设计和焊盘图形标准通用要求》简介 154

思考题 158

下篇 表面组装技术（SM）通用工艺 161

第6章 表面组装工艺条件 161

6.1 厂房承重能力、振动、噪声及防火防爆要求 161

6.2 电源、气源、排风、烟气排放及废弃物处理、照明、工作环境 161

6.3 SMT制造中的静电防护技术 162

6.3.1 防静电基础知识 163

6.3.2 国际静电防护协会推荐的6个原则 170

6.3.3 高密度组装对防静电的新要求 170

6.3.4 IPC推荐的电子组装件操作的习惯做法 170

6.3.5 手工焊接中防静电的一般要求和防静电措施 171

6.4 对SMT生产线设备、仪器、工具的要求 172

6.5 SMT制造中的工艺控制与质量管理 173

6.5.1 SMT制造中的工艺控制 173

6.5.2 SMT制造中的质量管理 176

6.5.3 SPC和六西格玛质量管理理念简介 177

思考题 178

第7章 典型表面组装方式及其工艺流程 179

7.1 典型表面组装方式 179

7.2 纯表面组装工艺流程 180

7.3 表面组装和插装混装工艺流程 180

7.4 工艺流程的设计原则 181

7.5 选择表面组装工艺流程应考虑的因素 181

7.6 表面组装工艺的发展 181

思考题 182

第8章 施加焊膏通用工艺 183

8.1 施加焊膏技术要求 183

8.2 焊膏的选择和正确使用 184

8.3 施加焊膏的方法 184

8.4 印刷焊膏的原理 185

8.5 印刷机金属模板印刷焊膏工艺 186

8.6 影响印刷质量的主要因素 189

8.7 印刷焊膏的主要缺陷与不良品的判定和调整方法 194

8.8 印刷机安全操作规程及设备维护 195

8.9 手动滴涂焊膏工艺介绍 195

8.10 SMT不锈钢激光模板制作外协程序及工艺要求 196

思考题 199

第9章 施加贴片胶通用工艺 200

9.1 施加贴片胶的技术要求 200

9.2 施加贴片胶的方法和工艺参数的控制 201

9.2.1 针式转印法 201

9.2.2 印刷法 201

9.2.3 压力注射法 203

9.3 施加贴片胶的工艺流程 206

9.4 贴片胶固化 206

9.4.1 热固化 206

9.4.2 光固化 207

9.5 施加贴片胶检验、清洗、返修 207

9.6 点胶中常见的缺陷与解决方法 208

思考题 209

第10章 自动贴装机贴片通用工艺 210

10.1 贴装元器件的工艺要求 210

10.2 全自动贴装机贴片工艺流程 212

10.3 贴装前准备 213

10.4 开机 213

10.5 编程 213

10.5.1 离线编程 215

10.5.2 在线编程 217

10.6 安装供料器 219

10.7 做基准标志（Mark）和元器件的视觉图像 219

10.8 首件试贴并检验 221

10.9 根据首件试贴和检验结果调整程序或重做视觉图像 221

10.10 连续贴装生产 222

10.11 检验 222

10.12 转再流焊工序 223

10.13 提高自动贴装机的贴装效率 223

10.14 生产线多台贴片机的任务平衡 223

10.15 贴片故障分析及排除方法 224

10.16 贴装机的设备维护和安全操作规程 227

10.17 手工贴装工艺介绍 230

思考题 231

第11章 再流焊通用工艺 232

11.1 再流焊的工艺目的和原理 232

11.2 再流焊的工艺要求 233

11.3 再流焊的工艺流程 233

11.4 焊接前准备 234

11.5 开炉 234

11.6 编程（设置温度、速度等参数）或调程序 234

11.7 测试实时温度曲线 235

11.7.1 温度曲线测量、分析系统 235

11.7.2 实时温度曲线的测试方法和步骤 236

11.7.3 BGA/CSP、QFN实时温度曲线的测试方法 237

11.8 正确设置、分析与优化再流焊温度曲线 238

11.8.1 设置最佳（理想）的温度曲线 238

11.8.2 正确分析与优化再流焊温度曲线 238

11.9 首件表面组装板焊接与检测 240

11.10 连续焊接 240

11.11 检测 241

11.12 停炉 241

11.13 注意事项与紧急情况处理 241

11.14 再流焊炉的安全操作规程 242

11.15 双面再流焊工艺控制 242

11.16 双面贴装BGA工艺 243

11.17 常见再流焊焊接缺陷、原因分析及预防和解决措施 244

11.17.1 再流焊的工艺特点 244

11.17.2 影响再流焊质量的原因分析 244

11.17.3 SMT再流焊中常见的焊接缺陷分析与预防对策 246

11.18 再流焊炉的设备维护 254

思考题 254

第12章 通孔插装元件再流焊工艺（PIHR）介绍 256

12.1 通孔插装元件再流焊工艺的优点及应用 256

12.2 通孔插装元件再流焊工艺对设备的特殊要求 257

12.3 通孔插装元件再流焊工艺对元件的要求 257

12.4 通孔插装元件焊膏量的计算 257

12.5 通孔插装元件的焊盘设计 258

12.6 通孔插装元件的模板设计 258

12.7 施加焊膏工艺 259

12.8 插装工艺 263

12.9 再流焊工艺 263

12.10 焊点检测 264

思考题 264

第13章 波峰焊通用工艺 265

13.1 波峰焊原理 265

13.2 波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求 268

13.3 波峰焊的设备、工具及工艺材料 269

13.3.1 设备、工具 269

13.3.2 工艺材料 269

13.4 波峰焊的工艺流程和操作步骤 270

13.5 波峰焊工艺参数控制要点 272

13.6 无铅波峰焊工艺控制 275

13.7 无铅波峰焊必须预防和控制Pb污染 277

13.8 波峰焊机安全技术操作规程 277

13.9 影响波峰焊质量的因素与波峰焊常见焊接缺陷分析及预防对策 278

13.9.1 影响波峰焊质量的因素 278

13.9.2 波峰焊常见焊接缺陷的原因分析及预防对策 279

思考题 287

第14章 手工焊、修板和返修工艺 288

14.1 手工焊接基础知识 288

14.2 表面贴装元器件（SMC/SMD）手工焊工艺 291

14.2.1 两个端头无引线片式元件的手工焊接方法 292

14.2.2 翼形引脚元件的手工焊接方法 293

14.2.3 J形引脚元件的手工焊接方法 294

14.3 表面贴装元器件修板与返修工艺 294

14.3.1 虚焊、桥接、拉尖、不润湿、焊料量少、焊膏未熔化等焊点缺陷的修整 295

14.3.2 Chip元件立碑、元件移位的修整 295

14.3.3 三焊端的电位器、SOT、 SOP、 SOJ移位的返修 296

14.3.4 QFP和PLCC表面组装器件移位的返修 297

14.3.5 BGA的返修和置球工艺 297

14.4 无铅手工焊接和返修技术 302

14.5 手工焊接、返修质量的评估和缺陷的判断 303

思考题 303

第15章 表面组装板焊后清洗工艺 304

15.1 清洗机理 305

15.2 表面组装板焊后有机溶剂清洗工艺 306

15.2.1 超声波清洗 306

15.2.2 气相清洗 308

15.3 非ODS清洗介绍 309

15.3.1 免清洗技术 309

15.3.2 有机溶剂清洗 311

15.3.3 水洗技术 311

15.3.4 半水清洗技术 311

15.4 水清洗和半水清洗的清洗过程 311

15.5 无铅焊后清洗 312

15.6 清洗后的检验 312

思考题 313

第16章 表面组装检验（检测）工艺 314

16.1 组装前的检验（或称来料检测） 314

16.1.1 表面组装元器件（SMC/SMD）检验 315

16.1.2 印制电路板（PCB）检验 315

16.1.3 工艺材料检验 315

16.2 工序检验（检测） 316

16.2.1 印刷焊膏工序检验 316

16.2.2 贴装工序检验（包括机器贴装和手工贴装） 317

16.2.3 再流焊工序检验（焊后检验） 317

16.2.4 清洗工序检验 318

16.3 表面组装板检验 318

16.4 自动光学检测（AOI） 319

16.4.1 AOI在SMT中的作用 319

16.4.2 AOI编程 320

16.5 自动X射线检测（AXI） 320

16.5.1 X射线评估和判断BGA、 CSP焊点缺陷的标准 320

16.5.2 X射线检测BGA、 CSP焊点图像的评估和判断及其他应用 321

16.6 美国电子装联协会《电子组装件验收标准IPC-A-610E》简介 323

16.6.1 IPC-A-610概述 324

16.6.2 IPC-A-610E简介 325

思考题 326

第17章 电子组装件三防涂覆工艺 327

17.1 环境对电子设备的影响 327

17.2 三防设计的基本概念 327

17.3 三防涂覆材料 328

17.4 电子组装件新型防护技术——选择性涂覆工艺 330

17.4.1 工艺流程 330

17.4.2 选择性涂覆工艺 331

17.4.3 印制电路板和组装件敷形涂覆的质量检测 333

思考题 335

第18章 运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线 336

18.1 概述 336

18.2 锡焊（钎焊）机理 337

18.2.1 钎焊过程中助焊剂与金属表面（母材）、熔融焊料之间的相互作用 337

18.2.2 熔融焊料与焊件（母材）表面之间的反应 338

18.2.3 钎缝的金相组织 343

18.3 焊点强度、连接可靠性分析 344

18.4 如何获得理想的界面组织 345

18.5 无铅焊接机理 345

18.6 Sn-Ag-Cu焊料与不同材料的金属焊接时的界面反应和钎缝组织 347

18.6.1 无铅焊料合金、元器件焊端镀层材料、PCB焊盘表面镀层三要素 347

18.6.2 焊料合金元素与各种金属电极焊接后在界面形成的化合物 348

18.6.3 Sn系焊料与Ni/Au （ENIG）焊盘焊接的界面反应和钎缝组织 348

18.6.4 Sn系焊料与42号合金钢（Fe-42Ni合金）焊接的界面反应和钎缝组织 349

18.7 运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线 350

18.7.1 以焊接理论为指导、分析再流焊的焊接机理 350

18.7.2 影响钎缝（金属间结合层）质量与厚度的因素 351

18.7.3 运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线 353

18.7.4 几种典型的温度曲线 357

思考题 359

第19章 无铅焊接可靠性讨论及无铅再流焊工艺控制 360

19.1 无铅焊接可靠性讨论 360

19.2 无铅再流焊的特点及对策 364

19.3 如何正确实施无铅工艺 365

19.4 无铅再流焊工艺控制 371

19.4.1 三种无铅再流焊温度曲线 372

19.4.2 无铅再流焊工艺控制 372

思考题 376

第20章 有铅、无铅混装再流焊工艺控制 377

20.1 有铅、无铅混装制程分析 377

20.1.1 再流焊工艺中无铅焊料与有铅元件混装 377

20.1.2 再流焊工艺中有铅焊料与无铅元件混装 380

20.1.3 再流焊工艺中有铅焊料焊接有铅和无铅元器件的混装工艺 381

20.2 有铅焊料与有铅、无铅元件混装工艺必须考虑相容性问题 382

20.2.1 材料相容性 382

20.2.2 工艺相容性 383

20.2.3 设计相容性 383

20.3 有铅焊料与有铅、无铅元件混装工艺质量控制方案的建议 384

思考题 387

第21章 其他工艺和新技术介绍 388

21.1 0201、 01005的印刷与贴装技术 388

21.1.1 0201、 01005的焊膏印刷技术 388

21.1.2 0201、01005的贴装技术 389

21.2 PQFN的印刷、贴装与返修工艺 391

21.2.1 PQFN的印刷和贴装 391

21.2.2 PQFN的返修工艺 393

21.3 COB技术 393

21.4 倒装芯片FC （Flip Chip）与晶圆级CSP （WL-CSP）、WLP （Wafer Level Processing）的组装技术 396

21.5 倒装芯片（Flip Chip）、晶圆级CSP和CSP底部填充工艺 400

21.6 三维堆叠POP （Package On Package）技术 404

21.7 ACA、 ACF与ESC技术 408

21.7.1 ACA、ACF技术 408

21.7.2 ESC技术 410

21.8 FPC的应用与发展 410

21.9 LED应用的迅速发展 412

21.10 PCBA无焊压入式连接技术 413

21.11 无焊料电子装配工艺——Occam倒序互连工艺介绍 418

思考题 420

附录A SMT常用缩略语、术语、金属元素中英文名称及物理性能表 421

参考文献 428