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| 編輯推薦： |
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由中兴公司首席工艺专家精心打造。精选45个典型案例，聚焦工程应用，图文并茂，全彩印刷，是SMT一线工程师必备参考书。
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| 內容簡介： |
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本书是写给那些在生产一线忙碌的工程师的。全书以工程应用为目标，聚焦基本概念与原理、表面组装核心工艺、主要组装工艺问题及*应用问题，以图文并茂的形式，介绍了焊接的基础原理与概念、表面组装的核心工艺与常见不良现象，以及组装工艺带来的可靠性问题。 本书适合于从事电子产品制造的工艺与质量工程师学习与参考。
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| 關於作者： |
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贾忠中，高级工程师，先后供职于中国电子集团工艺研究所、中兴通讯股份有限公司，从事电子制造工艺研究与管理工作近30年。在中兴通讯股份有限公司工作也超过20年，见证并参与了中兴工艺的发展历程，历任工艺研究部部长、副总工艺师、总工艺师、首席工艺专家。担任广东电子学会SMT专委会副主任委员、中国电子学会委员。对SMT、可制造性设计、失效分析、焊接可靠性有深入、系统的研究，擅长组装不良分析、焊点失效分析。出版了《SMT工艺质量控制》《SMT核心工艺解析与案例分析》《SMT可制造性设计》等专著。
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| 目錄：
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目录
第一部分工艺基础1
第1章概述3
1.1电子组装技术的发展3
1.2表面组装技术4
1.2.1元器件封装形式的发展4
1.2.2印制电路板技术的发展5
1.2.3表面组装技术的发展6
1.3表面组装基本工艺流程7
1.3.1再流焊接工艺流程7
1.3.2波峰焊接工艺流程7
1.4表面组装方式与工艺路径8
1.5表面组装技术的核心与关键点9
1.6表面组装元器件的焊接10
案例1 QFN的桥连11
案例2 BGA的球窝与开焊11
1.7表面组装技术知识体系12
第2章焊接基础14
2.1软钎焊工艺14
2.2焊点与焊锡材料14
2.3焊点形成过程及影响因素15
2.4润湿16
2.4.1焊料的表面张力17
2.4.2焊接温度18
2.4.3焊料合金元素与添加量18
2.4.4金属在熔融Sn合金中的溶解率19
2.4.5金属间化合物20
2.5相位图和焊接23
2.6表面张力24
2.6.1表面张力概述24
2.6.2表面张力起因26
2.6.3表面张力对液态焊料表面外形的影响26
2.6.4表面张力对焊点形成过程的影响26
案例3片式元件再流焊接时焊点的形成过程26
案例4BGA再流焊接时焊点的形成过程27
2.7助焊剂在焊接过程中的作用行为28
2.7.1再流焊接工艺中助焊剂的作用行为28
2.7.2波峰焊接工艺中助焊剂的作用行为29
案例5OSP板采用水基助焊剂波峰焊时漏焊29
2.8可焊性30
2.8.1可焊性概述30
2.8.2影响可焊性的因素30
2.8.3可焊性测试方法32
2.8.4润湿称量法33
2.8.5浸渍法35
2.8.6铺展法35
2.8.7老化36
第3章焊料合金、微观组织与性能37
3.1常用焊料合金37
3.1.1Sn-Ag合金37
3.1.2Sn-Cu合金38
3.1.3Sn-Bi合金39
3.1.4Sn-Sb合金39
3.1.5提高焊点可靠性的途径40
3.1.6无铅合金中常用添加合金元素的作用40
3.2焊点的微观结构与影响因素42
3.2.1组成元素42
3.2.2工艺条件44
3.3焊点的微观结构与机械性能44
3.3.1焊点（焊料合金）的金相组织45
3.3.2焊接界面金属间化合物46
3.3.3不良的微观组织50
3.4无铅焊料合金的表面形貌61
第二部分工艺原理与不良63
第4章助焊剂65
4.1助焊剂的发展历程65
4.2液态助焊剂的分类标准与代码66
4.3液态助焊剂的组成、功能与常用类别68
4.3.1组成68
4.3.2功能69
4.3.3常用类别70
4.4液态助焊剂的技术指标与检测71
4.5助焊剂的选型评估75
4.5.1桥连缺陷率75
4.5.2通孔透锡率76
4.5.3焊盘上锡饱满度76
4.5.4焊后PCB表面洁净度77
4.5.5ICT测试直通率78
4.5.6助焊剂的多元化78
4.6白色残留物79
4.6.1焊剂中的松香80
4.6.2松香变形物81
4.6.3有机金属盐81
4.6.4无机金属盐81
第5章焊膏83
5.1焊膏及组成83
5.2助焊剂的组成与功能84
5.2.1树脂84
5.2.2活化剂85
5.2.3溶剂87
5.2.4流变添加剂88
5.2.5焊膏配方设计的工艺性考虑89
5.3焊粉89
5.4助焊反应90
5.4.1酸基反应90
5.4.2氧化-还原反应91
5.5焊膏流变性要求91
5.5.1黏度及测量91
5.5.2流体的流变特性92
5.5.3影响焊膏流变性的因素94
5.6焊膏的性能评估与选型96
5.7焊膏的储存与应用100
5.7.1储存、解冻与搅拌100
5.7.2使用时间与再使用注意事项101
5.7.3常见不良101
第6章 PCB表面镀层及工艺特性106
6.1ENIG镀层106
6.1.1 工艺特性106
6.1.2 应用问题107
6.2Im-Sn镀层108
6.2.1 工艺特性109
6.2.2 应用问题109
案例6 镀Sn层薄导致虚焊109
6.3Im-Ag镀层112
6.3.1 工艺特性112
6.3.2应用问题113
6.4 OSP膜114
6.4.1 OSP膜及其发展历程114
6.4.2 OSP工艺115
6.4.3 铜面氧化来源与影响115
6.4.4 氧化层的形成程度与通孔爬锡能力117
6.4.5 OSP膜的优势与劣势119
6.4.6 应用问题119
6.5 无铅喷锡119
6.5.1 工艺特性120
6.5.2 应用问题122
6.6 无铅表面耐焊接性对比122
第7章 元器件引脚焊端镀层及工艺性124
7.1 表面组装元器件封装类别124
7.2 电极镀层结构125
7.3 Chip类封装126
7.4 SOPQFP类封装127
7.5 BGA类封装127
7.6 QFN类封装127
7.7 插件类封装128
第8章焊膏印刷与常见不良129
8.1焊膏印刷129
8.2印刷原理129
8.3影响焊膏印刷的因素130
8.3.1焊膏性能130
8.3.2模板因素133
8.3.3印刷参数134
8.3.4擦网底部擦洗137
8.3.5PCB支撑140
8.3.6实际生产中影响焊膏填充与转移的其他因素141
8.4常见印刷不良现象及原因143
8.4.1印刷不良现象143
8.4.2印刷厚度不良143
8.4.3污斑边缘挤出145
8.4.4少锡与漏印146
8.4.5拉尖狗耳朵148
8.4.6塌陷148
8.5SPI应用探讨151
8.5.1焊膏印刷不良对焊接质量的影响151
8.5.2焊膏印刷图形可接受条件152
8.5.30.4mm间距CSP153
8.5.40.4mm间距QFP154
8.5.50.4～0.5mm间距QFN155
8.5.60201155
第9章钢网设计与常见不良157
9.1钢网157
9.2钢网制造要求160
9.3模板开口设计基本要求161
9.3.1面积比161
9.3.2阶梯模板162
9.4模板开口设计163
9.4.1通用原则163
9.4.2片式元件165
9.4.3QFP165
9.4.4BGA166
9.4.5QFN166
9.5常见的不良开口设计168
9.5.1模板设计的主要问题168
案例7模板避孔距离不够导致散热焊盘少锡169
案例8焊盘宽、引脚窄导致SIM卡移位170
案例9熔融焊锡漂浮导致变压器移位170
案例10防锡珠开孔导致圆柱形二极管炉后飞料问题171
9.5.2模板开窗在改善焊接良率方面的应用171
案例11兼顾开焊与桥连的葫芦形开窗设计171
案例12电解电容底座鼓包导致移位173
案例13超薄BGA变形导致桥连与球窝174
第10章再流焊接与常见不良175
10.1再流焊接175
10.2再流焊接工艺的发展历程175
10.3热风再流焊接技术176
10.4热风再流焊接加热特性177
10.5温度曲线178
10.5.1温度曲线的形状179
10.5.2温度曲线主要参数与设置要求180
10.5.3炉温设置与温度曲线测试186
10.5.4再流焊接曲线优化189
10.6低温焊料焊接SAC锡球的BGA混装再流焊接工艺191
10.6.1有铅焊料焊接无铅BGA的混装工艺192
10.6.2低温焊料焊接SAC锡球的混装再流焊接工艺196
10.7常见焊接不良197
10.7.1冷焊197
10.7.2不润湿199
案例14连接器引脚润湿不良现象200
案例15沉锡板焊盘不上锡现象201
10.7.3半润湿202
10.7.4渗析203
10.7.5立碑204
10.7.6偏移207
案例16限位导致手机电池连接器偏移207
案例17元器件安装底部喷出的热气流导致元器件偏移208
案例18元器件焊盘比引脚宽导致元器件偏移208
案例19片式元件底部有半塞导通孔导致偏移209
案例20不对称焊端容易导致偏移209
10.7.7芯吸210
10.7.8桥连212
案例210.4mm QFP桥连212
案例220.4mm间距CSP（也称?BGA）桥连213
案例23铆接锡块表贴连接器桥连214
10.7.9空洞216
案例24BGA焊球表面氧化等导致空洞形成218
案例25焊盘上的树脂填孔吸潮导致空洞形成219
案例26HDI微盲孔导致BGA焊点空洞形成219
案例27焊膏不足导致空洞产生220
案例28排气通道不畅导致空洞产生220
案例29喷印焊膏导致空洞产生221
案例30QFP引脚表面污染导致空洞产生221
10.7.10开路222
10.7.11锡球223
10.7.12锡珠226
10.7.13飞溅物229
10.8不同工艺条件下用63Sn37Pb焊接SAC305 BGA的切片图230
第11章特定封装的焊接与常见不良232
11.1封装焊接232
11.2SOPQFP232
11.2.1桥连232
案例31某板上一个0.4mm间距QFP桥连率达到75%234
案例32QFP焊盘加工尺寸偏窄导致桥连率增加235
11.2.2虚焊235
11.3QFN236
11.3.1QFN封装与工艺特点236
11.3.2虚焊238
11.3.3桥连240
11.3.4空洞241
11.4BGA244
11.4.1BGA封装类别与工艺特点244
11.4.2无润湿开焊245
11.4.3球窝焊点246
11.4.4缩锡断裂248
11.4.5二次焊开裂249
11.4.6应力断裂250
11.4.7坑裂251
11.4.8块状IMC断裂252
11.4.9热循环疲劳断裂253
第12章 波峰焊接与常见不良256
12.1 波峰焊接256
12.2 波峰焊接设备的组成及功能256
12.3 波峰焊接设备的选择257
12.4 波峰焊接工艺参数设置与温度曲线的测量257
12.4.1 工艺参数258
12.4.2 工艺参数设置要求258
12.4.3 波峰焊接温度曲线测量258
12.5 助焊剂在波峰焊接工艺过程中的行为259
12.6 波峰焊接焊点的要求260
12.7 波峰焊接常见不良262
12.7.1 桥连262
12.7.2 透锡不足265
12.7.3 锡珠266
12.7.4 漏焊268
12.7.5 尖状物
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序
忠中的这本书给我带来了很大的惊喜。
本书的前半部着重点在SMT不良工艺的成因及解决方法。在进入实际的工艺问题前，忠中很系统地介绍了SMT 的工艺基础，包括SMT 的组装基础知识、焊接基础及焊接材料本身，以及助焊剂及焊膏。除此之外，还介绍了跟焊接紧密相关的PCB 表面镀层工艺及元件表面镀层工艺。这些背景资料的铺垫，为接下来的不良工艺的讨论提供了必要的基础知识。
不良工艺的成因及解决方法，可是本书的大菜。它包括了焊膏印刷及相关的钢板设计、再流焊、波峰焊及返修这几个主要环节。忠中详细地介绍了各环节常见的不良种类，讨论了它们的成因及解决办法，还包括了对特定封装所遭遇问题的解决方法。在讨论成因时，忠中展示了深厚的功力，对问题的解决办法则提供了周详的选择。
再接下来的下半部是更精彩的可靠性的论述。在这部分忠中着重介绍了可靠性的概念及评估方法，以及其用在焊点上所表现出的特质。随后忠中重点讨论了组装应力失效、温循疲劳失效、环境因素影响及锡须等现象。
在组装应力部分，着重讨论了三种常见的元件，包括应力敏感封装、片式电容及BGA；在温度循环失效部分，以深入浅出的方式向读者说明了基本的失效机理；而在环境失效方面，则详细介绍了四个主要的失效模式，这对读者是一个很大的帮助。
在锡须方面，忠中做了相当深入的讨论；对于控制锡须的生长，则给出了极其实用的建议。
综观全书，固然脉络分明、析理深入，但让我最感惊喜的还是极其丰富的实例。忠中以其在业界数十年的经验，实例信手拈来，包括材料、设计、组装及应用，将理论与实际紧密、生动地结合起来，在工业界实难一见。
我觉得此书不仅可以在生产线上作为工程师的随身参考书，更可以作为教材在课堂上传诸莘莘学子！
李宁成 博士
2019年3月25日
前言
表面组装技术（SMT）的发展，如果从彩色电视机调谐器的广泛应用作为起点算起，已经有30年以上的历史了，但是，其发展仍然日新月异，每隔半年，我们都会看到新的材料、新的封装或新的工艺出现。技术的进步远比我们解决问题的步伐要快，旧的问题还没有完全解决，新的问题又出现了，挑战不断，这就是表面组装技术的魅力，也是作者写作此书的动力。
本书是写给那些在生产一线忙碌的工程师的，以核心工艺为纲、工程实战经验为目来组织材料。内容上聚焦工程应用主题，突出基本概念与原理、核心工艺、主要组装问题及最新应用，希望能够为读者提供全新视角、接地气的SMT应用工程知识。同时，也探讨了一些新出现的工艺问题，如ENIG表面处理Ni氧化现象，这部分内容带有一点学术性质，分析不一定完全正确，仅供参考。
表面组装过程中出现的不良现象很多，但是，对焊接质量影响比较大的主要是印刷的少印（少锡）、漏印，再流焊接的桥连、开路、焊点应力开裂，波峰焊接的桥连与透锡不良等。统计数据表明，只要解决了这些问题，就等于解决了90%以上的组装不良问题。这些组装不良现象之所以难以有效地管控，主要是这些问题不全是现场工艺问题，往往与元器件的封装、PCB的设计、焊膏的选用与模板的设计等很多因素有关，如波峰焊的透锡问题，很大程度上是一个设计问题。要解决这些问题，需要从产生问题的根本原因去解决。
本书写作风格延续了本人作品一贯的图文并茂的特点。现代社会，生活节奏很快，读图比读文字更加高效与有趣，希望读者在快乐中学习。写作上力求简明、实用，使读者入得门、看得懂，结论性的论述做到有言必有据，经验性的论述做到背后有案例支持。希望能够为读者提供适用、实用、管用的电子制造知识。
本书聚焦三部分内容：工艺基础、工艺原理与不良及组装可靠性。
工艺基础部分：主要介绍表面组装技术（SMT）的概念、工艺流程与核心；软钎焊的基本原理加热、润湿、扩散和界面反应，以及润湿、界面反应、可焊性等重要概念；焊点的微观组织与机械性能、焊料合金组分和工艺条件的关系；焊点焊接与元器件焊接的异同，这是理解SMT工艺原理、优化生产工艺条件的依据与基础。这部分内容是电子制造工程师必须了解的知识。
工艺原理与不良部分，主要介绍SMT主要工艺辅料、核心工艺的原理与常见的工艺不良现象及产生的原因，包括：①焊膏、焊剂；②模板设计；③焊膏印刷原理与常见不良现象及产生原因；④再流焊接、波峰焊接原理与常见不良现象及产生原因。这部分内容是电子制造工程师必须掌握的知识。
组装可靠性部分，重点介绍组装过程中产生的、有潜在可靠性风险的组装不良问题，诸如应力引发的焊点开裂、焊剂引发的绝缘下降等，聚焦板级互联的工艺失效，如焊点开裂、绝缘性能下降、腐蚀失效。
电子组件焊接的内涵，归根到底就是一个特字。不同的封装结构，工艺特性不同；不同的焊点结构，焊料的熔化顺序与流动过程不同，等等。这些特决定了模板开口的图形形状与尺寸、焊膏量的大小及温度曲线形状设计，也即每个封装的焊接工艺都是独特的。只有理解了这点，才可称之为入了门、摸到了边，希望读者阅读本书时始终思考特这样一个内涵。
本书采用了45个案例来强化对工艺原理的理解，这些案例及实物图均具有工艺的典型性，对于理解工艺的原理有很大的帮助。这些案例是本书的亮点，也是价值所在。
读完本书，希望读者能够了解以下五点：
（1）焊点的焊接与封装的焊接有很大的不同，封装的焊接必须考虑封装本身的结构、焊点的结构、焊点的微观形成过程焊料的熔化顺序、流向与流动过程及封装的变形。
（2）SMT的核心是工艺，工艺的核心是焊膏印刷，印刷工艺的核心是支撑和擦网（有人把支撑和擦网称为工艺中的工艺）。影响焊膏印刷的因素包括但不限于焊膏黏度与触变性、模板、PCB的设计（布局与阻焊）、印刷参数、印刷支撑与擦网。
（3）SMT焊接不良主要与焊膏用量有关，焊盘大小决定其相关性的大小即敏感度，与微焊盘、下锡性能相关联。
（4）焊点微观组织决定焊点机械性能，焊料合金的成分与工艺条件决定焊点的微观组织。对焊点可靠性而言，界面微观组织是主要的影响因素。对于高可靠性产品，需要关注界面金属间化合物形貌与尺寸（如连续层厚度、IMC高宽比等）。
（5）工艺技术是一门工程技术，往往先有实践后有理论，因此，在解决实际生产中疑难工艺问题时，如果无从下手，试是一个比较有效的方法换元件、换焊膏、调参数，通过试，往往能够找到解决问题的方向或思路。必须意识到，业界仍然有很多的工艺疑难问题，机理不是很清楚，但这不妨碍我们解决这些问题，只要了解这些问题发生的场景，就可以避免再次发生同样的问题。
本书部分机理性解析是基于本人的工程实践，不一定正确，不当之处敬请批评指正，反馈邮箱：1079585920@qq.com。
李宁成（Ning-Cheng Lee）博士是一位在SMT业界享有很高声望的顶级专家，对电子焊接技术有非常系统、全面和深入的研究，对SMT的发展有诸多贡献，参与和主导了多份IPC标准的编制。他在百忙之中审阅了本书的原稿，并提出了很好的建议，同时为本书题写了序言，在此深表感谢。还需要说明的是，本书焊膏和再流焊接与常见不良两章，部分参考了李宁成博士所著《再流焊接工艺及缺陷诊断》一书有关内容，再次表示感谢。
还要感谢东莞市凯格精密机械有限公司的大力支持，使得本书能以全彩的形式呈现给读者。在此特别感谢邱国良董事长和刘勇军总经理的支持。
我的同事，中兴通讯工艺专家刘哲、邱华盛、王玉、孙磊阅读了本书初稿并提出了很多很好的建议，在此深表感谢！
贾忠中
2018年10月于深圳
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