现代电子装联焊接技术基础及其应用PDF电子书下载

第1章 电子装联焊接技术基础理论 1

1.1 电子装联焊接概论 2

1.1.1 电子装联焊接的定义和分类 2

1.1.2 在电子装联中为什么要采用软钎焊工艺及其特点 2

1.1.3 软钎焊技术在电子装联工艺中的重要地位 3

1.2 焊接科学及基础理论 4

1.2.1 焊接技术概述 4

1.2.2 金属焊接接合机理 4

1.2.3 润湿理论——杨氏公式 9

1.2.4 接触角（θ） 11

1.2.5 弯曲液面下的附加压强——拉普拉斯方程 12

1.2.6 扩散、菲克（Fick）定律及扩散激活能 14

1.2.7 毛细现象 18

1.2.8 母材的熔蚀 20

1.3 焊接接头及其形成过程 21

1.3.1 润湿和连接界面 21

1.3.2 可焊性 22

1.3.3 固着面积 22

1.3.4 钎料接头产生连接强度的机理 22

1.3.5 形成焊接连接的必要条件 24

1.3.6 焊接接头形成的物理过程 26

1.4 焊接接头界面的金属状态 28

1.4.1 界面层的金属组织 28

1.4.2 合金层（金属间化合物）的形成 29

1.4.3 界面层的结晶和凝固 35

1.4.4 焊点的接头厚度和钎接温度对焊点的机械强度的影响 35

思考题 36

第2章 焊接接头的界面特性 39

2.1 焊料的润湿和界面的形成 40

2.1.1 焊料的润湿 40

2.1.2 界面的形成 41

2.1.3 焊接界面反应机理 42

2.2 界面反应和组织 44

2.2.1 Sn和Cu的界面反应 44

2.2.2 Sn基焊料和母材Cu的界面反应 45

2.2.3 Sn基焊料合金和Ni的界面反应 49

2.2.4 Sn基焊料和Ni/Au镀层的冶金反应 51

2.2.5 Sn基焊料和Pd及Ni/Pd/Au涂覆层的冶金反应 53

2.2.6 Sn基焊料和Fe基合金的界面反应 54

2.2.7 Sn基焊料和被OSP保护金属的界面反应 55

思考题 57

第3章 电子装联焊接用焊料 59

3.1 焊料冶金学知识 60

3.1.1 冶金学导言 60

3.1.2 相图 62

3.2 有Pb焊接用的SnPb基焊料 64

3.2.1 焊料常用的几种基本金属元素特性 64

3.2.2 SnPb合金 66

3.2.3 工程用SnPb焊料应用分析 67

3.2.4 SnPb焊料的蠕变性能 70

3.2.5 SnPb焊料合金中的杂质及其影响 70

3.2.6 Sn基有Pb焊料的工程应用 73

3.3 无Pb焊料合金 75

3.3.1 无Pb焊料合金的发展概况 75

3.3.2 实用的无Pb焊料合金 77

3.3.3 实用替代合金的应用特性 78

3.3.4 SnAg系合金 79

3.3.5 SnCu系合金 81

3.4.6 SnBi系合金 82

3.3.7 SnZn系合金 83

3.3.8 SnAgCu焊料合金 84

3.3.9 SnAgCuBi四元合金 88

3.3.10 SnAgBi、 SnAgBiIn合金 89

3.5 IPC SPVC推荐的无Pb焊料合金及其评估 89

3.5.1 IPC SPVC推荐的无Pb焊料合金 89

3.5.2 IPC SPVC对所推荐焊料的研究评估 89

3.6 无Pb焊料合金性能比较 89

3.6.1 SnAgCu与Sn37Pb的工艺性比较 89

3.6.2 常用的无Pb焊料合金的应用性能 90

3.6.3 成分、熔化温度范围和成本 90

3.6.4 润湿性 91

2.6.5 其他主要物理性能 91

2.6.6 接合界面 91

思考题 92

第4章 电子装联焊接用助焊剂 93

4.1 焊料的氧化 94

4.1.1 焊料氧化的基本概念 94

4.1.2 影响焊料氧化的基本因素 94

4.2 助焊剂化学 95

4.2.1 助焊剂在焊接过程中的意义 95

4.2.2 助焊剂的作用及作用机理 97

4.2.3 助焊剂应具备的技术特性 99

4.2.4 助焊剂应具备的应用特性 102

4.2.5 助焊剂的分类 102

4.2.6 电子装联焊接用助焊剂的溶剂 107

4.2.7 无铅工艺对助焊剂的挑战 107

4.2.8 无铅助焊剂需要关注的主要性能与可靠性指标 110

4.2.9 助焊剂中活性物质的化学物理特性 110

思考题 113

第5章 电子装联焊接用焊膏 115

5.1 概述 116

5.1.1 定义和用途 116

5.1.2 组成和特性 116

5.2 焊膏中常用的焊料合金成分及特性 116

5.2.1 焊膏中常用的焊料合金成分 116

5.2.2 焊膏中常用的焊料合金的特性 119

5.3 焊膏中的糊状助焊剂 121

5.3.1 焊膏中糊状助焊剂的组成及其要求 121

5.3.2 糊状助焊剂各组成部分的作用及作用机理 121

5.3.3 黏合剂 125

5.3.4 触变剂 125

5.3.5 溶剂 126

5.4 焊膏的应用特性 126

5.4.1 焊膏的应用特性 126

5.4.2 焊膏组成及特性对应用特性的影响 127

5.4.3 无铅焊膏应用的工艺性问题 127

5.5 如何选择和评估焊膏 128

5.5.1 选用焊膏时应注意的问题 128

5.5.2 如何评估焊膏 129

5.6 焊膏产品的新发展 130

5.6.1 新概念焊膏1——失活焊膏介绍 130

5.6.2 新概念焊膏2——不用冷藏和解冻，拿来就用的焊膏 134

5.6.3 掺入微量Co的无铅低银焊膏 134

思考题 142

第6章 电子装联焊接接头设计 145

6.1 焊点的接头 146

6.1.1 焊接接头设计的意义 146

6.1.2 焊点的接头模型 146

6.1.3 焊接的基本接头结构 147

6.2 焊接接头结构设计对接头机电性能的影响 148

6.2.1 接头的几何形状设计及强度分析 148

6.2.2 焊接接头的电气特性 151

6.3 影响焊接接头机械强度的因素 154

6.3.1 施用的焊料量对焊点剪切强度的影响 154

6.3.2 与熔化焊料接触的时间对焊点剪切强度的影响 155

6.3.3 焊接温度对接头剪切强度的影响 155

6.3.4 接头厚度对强度的影响 156

6.3.5 接头强度随焊料合金成分和基体金属的变化 157

6.3.6 焊料接头的抗蠕变强度 158

6.4 SMT再流焊接接合部的工艺设计 160

6.4.1 THT和SMT焊点接合部的差异 160

6.4.2 再流焊接接合部的工艺设计 162

6.4.3 片式元器件焊接接合部的工艺设计 164

6.4.4 QFP焊接接合部的工艺设计 171

6.4.5 BGA、 CSP再流焊接接合部的工艺设计 175

思考题 179

第7章 焊接接头母材的预处理及可焊性检测和评估 181

7.1 焊接接头母材的概述 182

7.1.1 母材及其要求 182

7.1.2 母材常用的材料及其特性 182

7.2 母材金属焊接的前处理 184

7.2.1 母材金属焊接前处理的意义及处理方法 184

7.2.2 母材的可焊性涂覆 185

7.2.3 镀层的可焊性评估 187

7.3 元器件引脚常用可焊性镀层的特性描述 188

7.3.1 Au镀层 188

7.3.2 Ag镀层 190

7.3.3 Ni镀层 190

7.3.4 Sn镀层 191

7.3.5 Cu镀层 192

7.3.6 Pd镀层 193

7.3.7 Sn基合金镀层 193

7.4 PCB焊盘常用涂层及其特性 194

7.4.1 PCB焊盘涂层材料选择时应考虑的因素 194

7.4.2 HASL- Sn、 SnPb 195

7.4.3 ENIG Ni （P） /Au涂覆层 195

7.4.4 Im-Sn涂覆层 197

7.4.5 Im-Ag涂层 197

7.4.6 OSP涂覆 198

7.4.7 PCB表面涂覆体系的比较 199

7.5 母材金属镀层的腐蚀（氧化） 199

7.5.1 金属腐蚀的定义 199

7.5.2 金属腐蚀的分类 200

7.6 母材金属镀层的可焊性试验 205

7.6.1 可焊性概念 205

7.6.2 母材镀层在贮存期可焊性的蜕变及其试验方法 206

7.6.3 可焊性试验方法 208

思考题 212

第8章 现代电子装联PCBA焊接的DFM要求 215

8.1 PCBA焊接DFM要求对产品生产质量的意义 216

8.1.1 概述 216

8.1.2 DFM是贯彻执行相关产品焊接质量标准的前提 216

8.1.3 良好的DFM对PCBA生产的重要意义 216

8.2 电子产品的分类及安装焊接的质量等级和要求 217

8.2.1 电子产品安装焊接的质量等级 217

8.2.2 电子产品的最终使用类型 218

8.2.3 电子产品的安装类型 218

8.2.4 电子产品的可生产性级别 219

8.3 PCBA波峰焊接安装设计的DFM要求 219

8.3.1 现代电子装联波峰焊接技术特征 219

8.3.2 PCB布线设计应遵循的DFM规则及考虑的因素 220

8.3.3 元器件在PCB上的安装布局要求 220

8.3.4 安装结构形态的选择 221

8.3.5 电源线、地线及导通孔的考虑 223

8.3.6 采用拼板结构时应注意的问题 223

8.3.7 测试焊盘的设置 224

8.3.8 元器件间距 224

8.3.9 阻焊膜的设计 224

8.3.10 排版与布局 225

8.3.11 元器件的安放 225

8.3.12 THT方式的图形布局 226

8.3.13 导线的线形设计 229

8.4 PCBA-SMT方式波峰焊接安装设计的DFM要求 232

8.4.1 PCBA-SMT方式的图形设计 232

8.4.2 IC插座焊盘的排列走向 234

8.4.3 直线密集型焊盘 235

8.4.4 引线伸出焊盘的高度 235

8.4.5 工艺区的设置 235

8.4.6 热工方面的考虑 236

8.4.7 SMT方式安装结构的波峰焊接要求 236

8.4.8 减少热损坏的安装和焊法 239

8.4.9 减少波峰焊接桥连率的安装法 239

8.5 PCBA再流焊接安装设计的DFM要求 240

8.5.1 选用SMT的原则 240

8.5.2 元器件间隔 240

8.5.3 适于清洁的元器件离板高度 241

8.5.4 基准点标记 241

8.5.5 布线设计的DFM要求 243

8.5.6 再流焊接对PCB焊盘的设计要求 245

8.5.7 元器件安装 247

思考题 248

第9章 电子装联焊接技术应用概论 249

9.1 电子装联焊接技术概论 250

9.1.1 概述 250

9.1.2 电子装联高效焊接技术 250

9.1.3 焊接方法的分类 250

9.2 电子装联焊接技术的发展 252

9.2.1 传热式焊接方式 252

9.2.2 辐射热焊接方式 257

9.3 自动化焊接系统 259

9.3.1 概述 259

9.3.2 波峰焊接技术的发展 260

9.3.3 再流焊接技术的发展 269

思考题 273

第10章 波峰焊接工艺窗口设计及其控制 275

10.1 影响波峰焊接效果的四要素 276

10.1.1 母材金属的可焊性 276

10.1.2 波峰焊接设备 277

10.1.3 PCB图形设计的波峰焊接工艺性 279

10.1.4 波峰焊接工艺的优化 279

10.1.5 无铅波峰焊接的工艺性问题 281

10.2 SMA波峰焊接的波形选择 281

10.2.1 SMA波峰焊接工艺的特殊性 281

10.2.2 气泡遮蔽效应 282

10.2.3 阴影效应 282

10.2.4 SMC/SMD的焊接特性和安装设计中应注意的事项 283

10.3 波峰焊接工艺窗口设计 284

10.3.1 正确进行波峰焊接工艺窗口设计的重要性 284

10.3.2 上机前的烘干处理 284

10.3.3 涂覆助焊剂 285

10.3.4 预热温度 285

10.3.5 焊料槽温度 288

10.3.6 夹送速度 290

10.3.7 夹送倾角 291

10.3.8 波峰高度 292

10.3.9 压波深度 292

10.3.10 冷却 293

10.4 波峰焊接工艺窗口控制 293

10.4.1 工艺窗口控制的意义 293

10.4.2 波峰焊接工艺窗口必须受控 293

10.4.3 PCB可焊性的监控 294

10.4.4 波峰焊接设备工序能力系数（Cpk）的实时监控 294

10.4.5 助焊剂涂覆监控 296

10.4.6 波峰焊接温度曲线的监控 296

10.4.7 波峰焊接中焊料槽杂质污染的危害 297

10.4.8 防污染的对策 298

思考题 300

第11章 再流焊接工艺窗口设计及其控制 303

11.1 再流焊接工艺要素分析 304

11.1.1 焊前应确认的调节条件及检查项目 304

11.1.2 SMT组装工艺影响因素 304

11.2 再流焊接温度-时间曲线 305

11.2.1 再流焊接工艺过程中的温度特性 305

11.2.2 再流焊接过程中影响温度-时间曲线的因素 307

11.2.3 正确设置再流温度-时间曲线的意义 309

11.2.4 怎样设定再流温度-时间曲线 310

11.2.5 目前流行的再流温度-时间曲线的类型 315

11.3 再流焊接工艺窗口设计 317

11.3.1 再流焊接工艺参数 317

11.3.2 再流焊接工艺窗口控制 320

11.4 有铅和无铅混合安装PCBA再流焊接工艺窗口设计 322

11.4.1 无铅PCBA的再流焊接问题 322

11.4.2 有铅和无铅混合安装的过渡时期 323

11.5 再流焊接中的其他相关问题 326

11.5.1 气相再流焊接 326

11.5.2 在氮气保护气氛中的再流焊接 326

11.5.3 清洗与免清洗 327

11.5.4 双面PCB再流 328

思考题 328

第12章 电子装联的选择焊法及模组焊法 329

12.1 电子装联的选择焊法 330

12.1.1 问题的提出 330

12.1.2 选择性焊接工艺应运而生 331

12.2 选择性焊接技术 331

12.2.1 选择性焊接技术的适用性 331

12.2.2 选择性焊接设备及其应用 332

12.2.3 选用购选择性焊接工艺时需考虑的问题 334

12.2.4 点波峰选择性焊接的工序组成 334

12.3 模组焊接系统 339

12.3.1 模组焊接系统的发展 339

12.3.2 ERSA VERSAFLOW纯模组焊接设备 339

12.3.3 ERSA VERSAFLOW的点选择+模组焊接复合+焊接系统 340

12.3.4 日本模式 341

思考题 342

第13章 电子装联焊接缺陷概述 343

13.1 波峰焊接常见缺陷及其抑制 344

13.1.1 波峰焊接中常见的缺陷现象 344

13.1.2 虚焊 344

13.1.3 冷焊 346

13.1.4 不润湿及反润湿 348

13.1.5 其他的缺陷 349

13.2 无铅波峰焊接中的特有缺陷现象 364

13.2.1 概述 364

13.2.2 无铅焊点的外观 364

13.2.3 焊缘起翘现象 365

13.2.4 焊缘起翘实例 370

13.2.5 从起翘发生的机理看抑制的对策 374

13.3 再流焊接常见缺陷及其抑制 377

13.3.1 脱焊 377

13.3.2 焊膏再流不完全 378

13.3.3 不润湿和反润湿 378

13.3.4 焊料小球 379

13.3.5 墓碑现象 382

13.3.6 芯吸现象 385

13.3.7 桥连现象 385

13.3.8 封装体起泡和开裂 386

13.3.9 焊料残渣 386

13.3.10 球状面阵列器件（BGA、 CSP）焊料再流不完全 387

13.3.11 器件焊点破裂 387

13.4 再流焊接中的空洞和球窝 387

13.4.1 空洞 387

13.4.2 球窝（HIP） 389

思考题 393

参考文献 395

跋 397