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第1章 概论 1

1.1铅污染的危害 1

铅污染的形成 1

对人类健康的危害 2

1.2电子产品无铅化组装必须关注的问题 2

全面实施有铅向无铅的转换是一项复杂的系统工程 2

现代电子产品组装无铅化的核心是无铅焊接 4

1.3无铅钎料合金 4

无铅钎料合金的定义 4

评价无铅钎料合金应用性能的标准 4

实用的无铅钎料合金 5

1.4无铅助焊剂 13

无铅焊接对助焊剂的要求 13

无铅焊接用助焊剂应具备的特性 15

无铅助焊剂应用时需要关注的主要性能与可靠性指标 15

助焊剂在焊接中所起的作用 16

助焊剂在焊接中的作用机理 18

1.5无铅焊膏 23

何谓无铅焊膏 23

无铅焊膏的特点 23

无铅焊膏的主要成分及其作用 24

如何选择和评估无铅焊膏 26

无铅失活焊膏 28

1.6无铅电子元器件 31

无铅电子元器件的定义 31

电子元器件无铅化面临的挑战 32

对无铅电子元器件焊接的工艺性要求 33

1.7 PCB基材及其金属涂覆层的无铅化 34

PCB基材无铅化中的主要问题 34

无铅PCB基材的选择要求 35

PCB焊盘可焊性镀层的无铅化 35

第2章 无铅焊接连接的界面理论 37

2.1电子装联概述 37

电子装联的基本概念 37

软焊接在电子装联工艺中的地位 37

软焊接技术所涉及的学科领域及其影响 37

2.2软焊接原理——冶金连接 38

冶金连接 38

钎料及软钎接 38

电子互连焊接机理 39

钎料的润湿作用 39

扩散 43

2.3界面的金属状态 45

界面层的金属组织 45

合金层（金属间化合物）的形成 46

毛细现象 52

界面层的结晶和凝固 52

2.4界面反应和组织 53

Sn基钎料合金和Cu的界面反应 53

Sn基钎料合金和Ni的界面反应 56

Sn基钎料合金和Ni／Au镀层的冶金反应 58

Sn基钎料合金和Pd及Ni／Pd／Au涂覆层的冶金反应 59

Sn基钎料合金和Fe基合金的界面反应 60

Sn基钎料和被OSP保护金属的界面反应 61

第3章 无铅波峰焊接技术 64

3.1波峰焊接技术的进化和无铅应用 64

波峰焊接技术的进化 64

无铅波峰焊接的技术特点 64

3.2无铅波峰焊接设备技术 67

适宜于无铅波峰焊接工艺的设备技术 67

无铅波峰焊接设备技术的新发展 71

3.3无铅波峰焊接工艺过程控制 75

传统波峰焊接工艺过程控制理论的局限性 75

新的波峰焊接工艺过程控制理论要点 75

波峰焊接机器参数 76

无铅波峰焊接工艺设定参数及其优化 79

波峰焊接工艺过程记录参数 84

3.4无铅波峰焊接工艺质量控制 85

无铅波峰焊接工艺质量控制中应关注的问题 85

无铅波峰焊接工艺质量控制要素 85

3.5影响无铅波峰焊接焊点质量的因素 87

无铅波峰焊接的主要缺陷现象 87

影响无铅波峰焊接焊点质量的因素 87

第4章 无铅再流焊接技术 90

4.1无铅再流焊接技术所面临的挑战 90

无铅应用推动了再流焊接技术的进步 90

无铅再流焊接的技术特点 91

4.2无铅再流焊接设备技术及其发展 93

无铅再流焊接设备技术面临的挑战 93

无铅再流焊接设备加热技术的发展 96

无铅汽相再流焊接（VPS） 106

4.3无铅再流焊接工艺技术 107

无铅再流焊接的物理化学过程 107

无铅再流焊接工艺参数 108

再流焊接工艺参数的优化 113

4.4无铅再流焊接焊点缺陷 116

无铅再流焊接缺陷的主要类型 116

影响无铅再流焊接焊点质量的因素 118

第5章 无铅手工焊接技术 119

5.1无铅手工焊接技术所面临的问题 119

5.2无铅钎料合金的手工焊接工艺 119

无铅手工焊接在现代电子装联工艺中的意义 119

无铅手工焊接的物理、化学过程及要求 119

5.3无铅手工焊接工具 121

无铅手工焊接工具的特性 121

电烙铁分类 123

电烙铁的选择 123

无铅手工焊接电烙铁头温度的选择 123

5.4影响无铅手工焊接效果的因素 125

无铅钎料丝的选择 125

助焊剂的考虑 125

优化热传递 126

5.5无铅手工焊接工艺过程控制 127

无铅手工焊接的基本过程 127

无铅手工焊接工艺参数控制 128

5.6无铅手工焊接中的工艺性缺陷及其对策 130

第6章 有铅、无铅混合组装的工艺问题 135

6.1由有铅向无铅转换中所面临的工艺问题 135

转换早期的有铅焊端对无铅钎料的混用 135

转换中、后期的无铅焊端对有铅钎料的混用 135

6.2无铅、有铅混用的分类和组合 135

混用中的引脚焊端涂覆层 135

无铅、有铅混用的几种常见形式 136

无铅、有铅混用对焊点质量的影响 137

6.3无铅、有铅混用的工艺性分析 138

高温对元器件的不利影响 138

电气可靠性 139

混合组装的返修工艺问题 139

焊膏与BGA／CSP焊球的相容性 139

炉温曲线与控制问题 141

6.4有铅、无铅混合组装的可行性评估 143

焊点机械强度 143

分层剥离（Lift-off）现象 144

第7章 无铅焊点的主要缺陷现象和质量标准 145

7.1概述 145

7.2无铅焊接典型缺陷分析及质量要求 146

共性的缺陷分析及其质量要求 146

无铅波峰焊接特有的缺陷现象及其质量要求 151

无铅再流焊接缺陷分析及其质量要求 156

7.3无铅焊接焊点的质量标准 163

第8章 虚焊和冷焊 164

8.1概述 164

8.2虚焊和冷焊的异同 164

相似性 164

差异性及物理定位 165

8.3虚焊 167

定义和特征 167

焊接中金属间化合物的生成 167

虚焊发生的机理 168

影响虚焊的因素 169

8.4冷焊 171

定义和特征 171

机理 171

冷焊焊点的判据 172

冷焊焊点缺陷程度分析 174

诱发冷焊的原因及其抑制对策 175

第9章 无铅再流焊接的爆板、分层现象 179

9.1概述 179

9.2爆板、分层现象的特征 179

现象特征 179

爆板沿厚度方向的分布 181

9.3分层和爆板的定义 182

9.4影响分层、爆板的因素 183

有挥发物的形成源是产生分层、爆板的必要条件 183

PP与铜箔面黏附力差是产生分层、爆板的充分条件 185

再流焊接温度选择不适是分层、爆板的诱发因素 188

可挥发物逃逸不畅是分层、爆板的助长因素 188

9.5分层、爆板发生的机理 189

分层发生的机理 189

爆板发生的机理 189

9.6预防分层、爆板的对策 191

根除爆板发生的必要条件 191

抑制爆板发生的充分条件 191

改善大铜箔面的透气性 192

第10章 无铅焊接中焊盘、焊缘起翘及芯片变形 194

10.1无铅焊接过程中的凝固过程 194

10.2起翘、剥离及对策 194

起翘的定义及研究动向 194

起翘现象发生的机理 195

从起翘发生的机理看抑制的对策 203

10.3 PBGA封装体翘曲及其对传统MSL分级的影响 205

背景 205

PBGA封装体翘曲发生的机理 206

现行标准的不足 206

B.T.Vaccaro等人的研究试验结论 207

第11章 无铅再流焊接中PBGA、CSP焊点空洞和球窝缺陷 209

11.1概述 209

11.2无铅焊接中PBGA、CSP焊点的空洞 210

PBGA、CSP焊点中空洞的分类及物理特征 210

空洞的影响因素 213

空洞的形成机理 220

空洞的检测和控制 224

空洞是问题吗 224

11.3无铅焊接中PBGA、CSP焊点的球窝现象 226

球窝现象的表现 226

球窝的分类和形位特征 226

在再流焊接过程中与球窝相关事件的研究 228

球窝发生的机理 232

球窝的危害 234

球窝的抑制措施 234

第12章 电子产品无铅制程的可靠性问题与失效分析 235

12.1电子产品无铅制程的可靠性评估 235

电子产品无铅制程可靠性概述 235

电子产品无铅制程对环境的适应性 235

12.2无铅焊点的可靠性问题 235

影响无铅焊点可靠性的因素 235

无铅焊点工艺可靠性设计 238

无铅焊点的可靠性评估 240

无铅电子产品长期工作的可靠性问题 242

12.3焊点失效分析基础 246

名词及定义 246

失效分析的目的和失效率曲线 247

失效分析的层次和原则 248

失效分析方法 248

焊点的主要失效模式 249

焊点的失效机理 251

12.4批量生产中无铅焊点失效特点及案例分析 257

无铅焊点失效的特有现象 257

SMT／THT混合组装无铅波峰焊接的可靠性问题 262

批量生产中无铅焊点失效案例分析 263

12.5无铅焊点的可靠性试验 271

无铅焊点可靠性试验的目的 271

试验分类和检测技术的适用性 272

主要的试验内容和方法 272

参考文献 287