现代电子装联焊接技术基础及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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樊融融 著

图书标签:

• 电子装联
• 焊接技术
• SMT
• DIP
• 焊接材料
• 焊接工艺
• 质量控制
• 电路板
• 电子制造
• 实操指南

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121277542

版次：1

商品编码：11853580

包装：平装

丛书名： 现代电子制造系列丛书

开本：16开

出版时间：2015-12-01

用纸：胶版纸

页数：416

字数：666000

正文语种：中文

内容简介

　　现代电子制造的核心是工艺技术，而影响现代电子产品质量的关键环节，是电子产品互连工艺中的焊接技术。本书本着理论与实践相结合的原则，使工程师们在产品生产中面临问题时，不仅知道该怎样去处理，还懂得为什么要这样处理。这些都是从事电子制造技术研究的工艺工程师、质量工程师、生产管理工程师们所应了解和掌握的。

作者简介

　　樊融融，研究员，中兴通讯股份有限公司工艺技术专家，终生科学家，中兴通讯电子制造职业学院院长，中国印制电路行业协会（CPCA）专家组专家。先后有10项发明获国家专利，荣获*家级，部、省级科技进步奨共六次，部，省级优秀发明专利奖三次，享受“国务院政府特殊津贴”。

目录

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 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DMF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DMF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论 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

前言/序言

　　总序

　　当前，各种技术的日新月异以及这个时代的各种应用和需求迅速地推动着现代电子制造技术的革命。各门学科的深度融合，比如，物理学、化学、电子学、行为科学、生物学等，提供了现代电子制造技术广阔的发展空间，特别是移动互联网技术的不断升级换代、工业4。0技术推动着现代电子技术的高速发展。同时，现代电子制造技术将会在机遇和挑战中不断变革。比如，人们对环保、生态的需求，随着中国人口老龄化不断加剧，操作工人的短缺和生产的自动化，以及企业对生产效率提高的驱动，将会给现代电子制造技术带来深刻变革。伴随着完全不同的时代特征、运行环境和实现条件，使得现代电子制造的发展得以也必须建立在一个崭新的历史起点上。这就意味着，在这样一个深刻的、深远的时代转折时期，电子制造业生态和电子生产制造体系的变革，为增强制造业竞争力提供了难得的机遇。

　　作为全球电子产品的生产大国，电子制造技术对中国无疑是非常重要的。而中兴通讯作为中国最大的通信设备上市公司，30年来，其产品经历了从跟随、领先到超越的发展历程，市场经历了从国内起步扩展到国外的发展历程，目前已成为全球领先的通信产品和服务供应商，可以说是中国电子通信产品高速发展的缩影。在中兴通讯成功的因素中，技术创新是制胜法宝，而电子制造技术也是中兴通讯的核心竞争力。

　　无论是“中国智造”，还是“中国创造”，归根到底都依赖懂技术、肯实干的人才。中兴通讯要不断夯实自身生产制造雄厚的技术优势和特长，以更好地推动和支撑中兴通讯产品创新和技术创新。为此，2013年中兴通讯组建了电子制造职业学院，帮助工程师进修学习新知识和新技术，不断提升工程师的技术能力。为提升学习和培训效果，我们重点下功夫编写供工程师进修学习的精品教材。为此，公司组织了以樊融融教授为首的教材编写小组，这个小组集中了中兴通讯资深的既有丰富理论又有实践经验的专家队伍，这批专家也可以说是业界顶尖的工程师，这无疑保证了这套教材极高的水准。

　　《现代电子制造系列丛书》共分三个系列，分别用于高级班、中级班、初级班，高级班教材有4本，中级班教材有6本，初级班教材有2本。本套丛书基本上覆盖了现代电子制造所有方面的理论、知识、实际问题及其答案，体现了教材的系统性、全面性、实用性，不仅在理论和实际操作上有一定的深度，更在新技术、新应用和新趋势方面有许多突破。

　　本套丛书的内容也可以说是中兴通讯的核心技术，现在与电子工业出版社联合将此丛书公开出版发行，向社会和业界传播电子制造新技术，使现在和未来从事电子制造技术研究的工程师受益，将造福于中国电子制造整个行业，对推动中国制造提升能力有深远的影响，这无疑体现了“中兴通讯，中国兴旺”的公司愿景和一贯的社会责任。

　　中兴通讯股份有限公司董事长

　　前言

　　随着“现代电子装联焊接技术基础及其应用”的完稿，积聚在笔者人生中的最后一个梦想，在耗费了近十年的时光和心血，终于如愿以偿地了。在面对我所热爱的祖国和中兴通讯公司，终于可以说我圓梦了，终生无憾了。

　　2002年笔者从曾奋斗了40余年的军工系统退休，来到了中兴通讯这个改革开放的前哨阵地后，从中亲身感受了改革开放后，我国的民族工业精英们是如何绘制着我国民族工业的发展宏图，他们是如何开创了中国民族工业发展的新历史。2004年中兴公司最高层领导（侯为贵董事长和邱未召执行副总裁）两次指派笔者率工艺技木考察团，赴日本对几家知名的现代电子制造公司考察和交流，在广泛与对方的技术专家们进行了专题研讨，并深入到电子制造生产现场，面对面地与操作员工们进行交流。全程考察中的目睹耳闻，我一直有一个难解的疑结，凭心而言，他们的生产设备某些方面还不如我们的先进，工作场地的宽松度更不如我们，为什他们能以最小的人力资源获得最高的生产效率及最高的产品质量（不良率≤５ppm）呢？我一项一项地进行对比研究，也广泛研读了21世纪以来日本在电子制造技术方面的最新出版物，最后归结为四个字“技不如人”。

　　产品制造技术的核心是产品的工艺技术，多年来我国一直流行着“先进的设计，落后的工艺”的说法。这确实映射了我国的电子产品生产中所存在的问题。这也正是横在我国由电子制造大国奔向电子制造强国的征途上必须要攻克的瓶颈。尽快提升从事电子制造人才的智能和技能水平，更好地改善他们智能知识的沉淀和技能经验的积累。让我们从事电子制造的工程师们，在面对电子产品制造中的问题时，不仅知道怎样去处理，而且还必须懂得为什么要这样处理。这是作者近十年来持之以恒追求的目标，尽管作者能力非常有限，但只要尽心去作，也算对公司和国家尽责了。

　　圆梦过程是漫长和艰辛的，但这一过程却始终得到了公司创始人侯为贵董事长的重视，在公司总裁史立荣先生的关怀下，执行副总裁邱未召先生的直接领导下，公司高级顾问马庆魁先生的帮助下，当我写完人生中这最后一部书稿的最后一个字时，我回首了十年圆梦历程中最使我不能忘怀，令我激动的三件事是：

　　①中兴公司最高领导层在科技上的高瞻远瞩：他们营造了“尊重科学、尊敬人才”的公司文化，在这种浓厚的文化背景下，笔者终于圆了十年的梦，成了公司文化的最大受益者。

　　②中兴公司高层领导的高度社会责任心令人肃然起敬，他们不是仅考虑公司自身的发展，同时还不忘对对国家和社会进步的贡献。工艺技术是一项理论和实践高度结合的应用性学科，工艺研究和实践中必然会形成大量的工艺“诀窍”，这些诀窍”很多是“一点就明，一捅就破”。然而要获得它，就必需要经过工艺技术研究和试验才能得到。对笔者在工艺技术领域的研究成果和实践心得，公司从来就是釆取信任和开放的态度，只要对国家和社会科技进步有益的事，他们都是满腔热情地支持。因此，笔者在工艺技术领域公开的任何研究成果，均属于中兴公司对国家和社会进步的奉献。

　　③“尊重科学、尊敬人才”已成为公司高级领导层共同的风格。作者应聘来中兴公司工作的13年来，作者的高层主管领导从邱未召执行副总裁→樊庆峰执行副总裁→田文果执行副总裁再回到邱未召执行副总裁，不管领导怎样更迭，对作者的关心、帮助和支持却丝毫未受任何影响，实令作者激动和难忘。

　　现在电子制造的核心是工艺技术，而影响现代电子产品质量的关键环节，是电子产品互连工艺中的焊接技术，在通信终端产品生产和服役中，发生的缺陷和故障几乎90％都是源自于焊接工序。由于各种小型化和微型化微电子学器件的大量应用，特别是高密度安装和微焊接技木在工业生产中应用越来越来普遍的态势下，焊接工艺愈来愈精细，新的焊材层出不穷，新的缺陷和失效模式及机理不断刷新，这一切均对我们的工程师们构成了新的挑战。广大从事电子装联焊接技术的工程师们正面临着知识更新的新形势。

　　遵循侯为贵董事长对中兴电子制造职业学院教材建设的指示。在公司执行副总裁邱未召先生的直接领导下，我们编著了这部“现代电子装联焊接技术及其应用”的教材，本着理论和实践相结合的原则现在和未来，让我们的工程师们在产品生产中面临问题时，不仅知道该怎样去处理，还懂得为什么要这样处理。本书拟作为“中兴通讯电子制造职业学院”工程师研修班的教材。

　　本书在编写过程中，还得到了中兴通讯公司高级副总裁陈健洲先先、公司高级顾问马庆魁先生、公司人力资源部曾力部长、中兴通讯公司制造中心主任董海先生、副主任丁国兴先生、、质量部林彬部长；中兴通讯电子制造职业学院汪芸副院长、张加民副院长等领导的关杯和帮助，在此表示衷心的感谢。

　　作者在完成这一书稿过程中得到了我的学生制造中心和制造技术研究院的刘哲、邱华盛、孙磊、史建卫、付红志、潘华强等的协助，在此也表示由衷的谢谢。

　　樊融融

　　2015年12月15日于中兴通讯股份有限公司

现代电子装联焊接技术基础及其应用 一、 概述：为何焊接技术在现代电子产业中举足轻重？ 在日新月异的电子产业浪潮中，每一个微小的元器件都肩负着实现复杂功能的重任。而连接这些元器件，赋予它们生命力的关键工艺，便是焊接。从智能手机的精密电路板到庞大的数据中心服务器，从高性能的汽车电子到关乎国计民生的航空航航天设备，无一不依赖于可靠、高效的焊接技术。它不仅是物理连接的手段，更是保障电子产品性能、稳定性和寿命的基石。 随着电子产品集成度不断提高，元器件尺寸日益微小化，以及对产品性能和可靠性要求的持续攀升，传统的焊接方法已难以满足需求。现代电子装联焊接技术，正是为了应对这些挑战而发展起来的一系列先进工艺、材料和设备的总称。它涵盖了从焊料的选择、焊剂的作用、加热方式的控制，到焊点质量的检测与评估，每一个环节都蕴含着深厚的科学原理与精湛的工程实践。 本书旨在系统地阐述现代电子装联焊接技术的基础理论，深入剖析其核心工艺，并结合广泛的实际应用案例，为读者构建一个全面而深入的认知框架。我们将从焊接的基本原理出发，循序渐进地探讨各种主流焊接方法的特点、优势与局限，重点关注那些在现代电子制造中扮演着关键角色的技术，如波峰焊、回流焊、手工焊、选择性波焊以及新兴的激光焊接、微波焊接等。同时，我们还将详细介绍用于辅助焊接过程的各类材料，包括焊料合金、焊剂的化学成分与作用机理，以及保护气氛和清洗技术的重要性。 更重要的是，本书将把理论知识与实践紧密结合。通过分析不同电子产品在焊接过程中遇到的典型问题，如虚焊、桥接、焊料球、冷焊等，并提供相应的解决方案和预防措施，帮助读者理解如何在实际生产中优化焊接工艺，提升产品质量，降低不良率。我们还将探讨如何根据不同的装联基板（如PCB、CSP、BGA等）和元器件特性，选择最适合的焊接技术和工艺参数。 理解现代电子装联焊接技术，不仅是工程师、技术人员必备的专业知识，对于产品设计者、质量控制人员，甚至是对电子产品制造过程感兴趣的爱好者而言，都具有重要的参考价值。掌握这些技术，意味着能够更有效地设计出易于焊接、可靠性高的电子产品，能够更精准地控制生产过程，能够更深入地诊断和解决焊接相关的质量问题。 二、 焊接的科学基础：连接的奥秘 焊接，本质上是一种利用加热或加压，或两者并用，并借助填充金属（焊料）的熔融，使被连接的金属或非金属材料（工件）的接头达到原子间结合的金属连接方法。在电子装联领域，焊接的目标是形成一个导电性好、机械强度高、耐环境性强的电性连接。 1. 熔焊： 这是最常见的焊接方式，通过将焊料（如焊锡）加热到熔点以上，使其熔化后填充到被连接的工件表面，冷却后形成牢固的连接。焊料的熔点远低于工件的熔点，因此焊料熔化而工件基本不熔化，从而实现连接。 2. 压焊： 这种方法在不熔化工件金属的情况下，通过施加压力使工件紧密接触，并在局部区域通过加热或摩擦等方式，促使金属原子间产生扩散或形成冶金结合。在电子装联中，一些特殊的连接方式，如冷压连接，也属于广义的压焊范畴。 3. 钎焊： 钎焊与熔焊类似，但其填充金属（钎料）的熔点低于450°C。钎料的熔点低于工件的熔点，但高于450°C（有时也包括低于450°C的软钎焊）。在电子装联中，以焊锡为代表的软钎焊应用最为广泛，其熔点通常在183°C至250°C之间，对电子元器件的热损伤较小。 关键科学原理： 润湿（Wetting）： 这是焊接成功的首要条件。润湿是指熔化的焊料在被连接表面形成一层均匀、连续且牢固附着的液膜的现象。良好的润湿意味着焊料与工件之间形成了良好的冶金结合。润湿的程度取决于焊料的表面张力、工件表面的表面张力以及焊料与工件之间的界面张力。焊剂在促进润湿方面起着至关重要的作用。 扩散（Diffusion）： 在焊接过程中，尤其是当焊料与工件发生冶金结合时，两种金属的原子会相互渗透扩散，形成合金层。这个合金层的形成是实现牢固连接的关键。扩散的程度受到温度、时间和金属种类等因素的影响。 冶金结合（Metallurgical Bonding）： 成功的焊接最终形成的是一种冶金结合，而非简单的物理粘附。这意味着焊料和工件的金属原子之间形成了化学键合，是原子层面的相互作用。 表面张力（Surface Tension）： 焊料在高温下的表面张力会影响其在工件表面的铺展和流动性。低表面张力有利于形成良好的润湿和铺展。 热应力（Thermal Stress）： 焊接过程中，由于不同材料的线膨胀系数不同，以及温度变化，会在焊点区域产生热应力。过大的热应力可能导致焊点开裂或损坏。 三、 现代电子装联焊接技术详解 1. 波峰焊 (Wave Soldering): 原理: 将PCB板的一面（通常是元器件背面）浸入到连续流动的熔融焊料波中，焊料通过波峰的作用，在PCB板上的焊盘和元器件引脚之间形成连接。 特点: 适用于大批量生产，效率高，成本相对较低。但对元器件的耐热性要求较高，容易产生桥接、焊料不足等问题。 应用: 主要用于通孔元器件（THT）的焊接，如电阻、电容、连接器等。 2. 回流焊 (Reflow Soldering): 原理: 首先将焊膏（锡膏）印刷在PCB焊盘上，然后将贴有元器件的PCB板送入回流焊炉，通过预热、浸润、回流、冷却等几个温度区域，使焊膏熔化，形成连接。 特点: 适用于表面贴装元器件（SMT）的焊接，精度高，可实现高度集成化的焊接。是当前电子产品制造中最主流的焊接技术。 应用: 几乎所有SMT元器件的焊接，如贴片电阻、电容、IC芯片、连接器等。 3. 手工焊 (Manual Soldering): 原理: 使用烙铁头将焊料加热熔化，然后填充到焊盘和元器件引脚之间。 特点: 灵活性高，适用于小批量、维修、特殊元器件或空间受限的焊接。但效率较低，质量依赖操作人员的技能。 应用: 电子产品维修、原型开发、特殊定制产品、以及通孔元器件的局部焊接。 4. 选择性波焊 (Selective Wave Soldering): 原理: 针对PCB上特定区域或特定焊盘进行焊接，采用集中的喷射或浸渍方式将熔融焊料送达。 特点: 结合了波峰焊的效率和手工焊的针对性，能够避免对PCB整体进行高温处理，保护敏感元器件。 应用: 混合装联PCB（同时有THT和SMT元器件），对局部焊接精度要求高的场合，以及避免对整个PCB进行波峰焊处理。 5. 汽相焊 (Vapor Phase Soldering) / 传导焊 (Conduction Soldering): 原理: 利用惰性液体的沸腾产生高温蒸汽，通过蒸汽的凝结将热量传递给PCB板和元器件，使其达到焊接温度。 特点: 温度均匀，焊接质量高，不易氧化，尤其适合焊接对温度敏感的元器件。但设备成本较高，工艺流程相对固定。 应用: 高端电子产品，航空航天，医疗设备等对焊接质量要求极高的领域。 6. 激光焊接 (Laser Soldering): 原理: 利用高能量密度的激光束作为热源，选择性地加热焊接区域，实现快速、精确的焊接。 特点: 焊接速度快，热影响区小，精度高，可实现微小元器件的焊接，且非接触式焊接，对产品无机械损伤。 应用: 微电子封装，BGA、CSP等高密度封装器件的焊接，以及光电器件的连接。 7. 微波焊接 (Microwave Soldering): 原理: 利用微波能量使焊料和被连接的金属表面发热，从而实现焊接。 特点: 加热速度快，效率高，可实现选择性加热，但对材料的介电损耗特性有一定要求。 应用: 还在发展中，潜在应用于一些特殊的微电子连接。 四、 焊接材料与工艺控制：质量的保证 1. 焊料（Solder）: 成分: 传统上以铅锡合金为主，但由于环保法规，无铅焊料（如锡银铜合金SAC系列）已成为主流。 选择: 焊料的选择需要考虑熔点、润湿性、机械强度、导电性、耐腐蚀性、成本以及与基材的兼容性。 形态: 焊锡丝、焊锡膏（锡膏）、焊条、焊粉等。 2. 焊剂（Flux）: 作用: 焊剂是焊接过程中不可或缺的辅助材料，其主要作用是去除焊盘和元器件引脚表面的氧化物，阻止在焊接过程中氧化，降低金属的表面张力，促进焊料的润湿和铺展。 分类: 按活性强度可分为：R（免清洗）、RA（活性助焊剂）、RSA（超活性助焊剂）等。按化学成分可分为：松香型、有机酸型、无机酸型等。 选择: 焊剂的选择取决于被焊接材料的表面状态、焊接温度、以及对残留物的要求。 3. 助焊剂的化学机理: 焊剂中的活性成分（如有机酸）能在加热过程中与金属氧化物发生化学反应，生成易溶于焊料的金属盐，从而将氧化物去除。同时，焊剂的低表面张力也能帮助熔融焊料更好地铺展。 4. 工艺参数控制: 温度: 预热温度、浸润温度、回流温度、峰值温度、冷却速率等，直接影响焊料的熔化、铺展、合金层的形成以及应力的产生。 时间: 预热时间、浸润时间、回流时间、冷却时间，与温度配合，共同决定了焊接过程的完整性。 速度: PCB在波峰焊中的输送速度、回流焊炉的传送带速度，影响了各温度区的停留时间。 气氛: 惰性气体（如氮气）的使用可以有效抑制焊接过程中的氧化，提高焊点质量。 五、 典型应用与问题分析：从理论到实践 1. PCB焊接中的挑战: 微小焊盘与高密度封装: 随着元器件尺寸的缩小和封装密度的增加，焊盘尺寸减小，间距缩小，对焊接精度要求极高，易出现桥接、虚焊等问题。 不同材料的匹配: PCB基板（如FR-4）、铜箔、焊盘镀层（如OSP、ENIG）、元器件引脚材料（如合金、镀层）之间的热膨胀系数差异和化学兼容性，会影响焊点的可靠性。 焊点可靠性: 焊点需要承受机械应力、热应力、湿热、化学腐蚀等多种环境因素的考验。 2. 常见焊接缺陷及其原因分析: 虚焊 (Insufficient Solder/Cold Solder Joint): 焊料未能与焊盘和引脚形成良好的冶金结合，连接不可靠。原因可能包括：润湿不良、温度不足、氧化物未清除、焊接时间过短。 桥接 (Bridging): 焊料连接了相邻的焊盘或引脚。原因：焊料量过多、焊膏印刷不良、焊料流动性过大、PCB设计问题。 焊料球 (Solder Balls): 细小的焊料颗粒附着在PCB表面。原因：焊膏中的溶剂挥发不完全、焊膏质量问题、焊接温度过高。 焊瘤/焊锡过多 (Solder Globules/Excess Solder): 焊料量过大，形成不规则的焊球或堆积。原因：焊料量控制不当、焊膏印刷问题、工艺参数设置不合理。 氧化物残留: 焊点表面暗淡、粗糙，连接强度差。原因：焊剂失效、焊接时间过长或温度不足导致氧化加速。 3. 可靠性评估与质量控制: 目检 (Visual Inspection): 检查焊点的外观、形状、润湿性、有无缺陷。 X射线检测 (X-ray Inspection): 用于检测BGA、CSP等封装器件内部的焊球是否存在虚焊、空洞等问题。 AOI (Automated Optical Inspection): 自动光学检测，通过图像识别技术检测焊点外观缺陷。 可靠性试验: 如拉力试验、振动试验、高低温循环试验、湿热试验等，评估焊点的长期可靠性。 六、 未来发展趋势：持续创新与精进 更高集成度与微型化: 随着电子产品朝着更小型、更轻薄的方向发展，对焊接技术在微小尺寸、高密度连接方面的要求将更加严苛。 新材料与新工艺: 纳米焊料、新型焊剂、先进的非接触式焊接技术（如激光、微波）、3D打印焊接等正在不断涌现，为解决未来电子装联的挑战提供可能。 智能化与自动化: 焊接过程的智能化控制、机器人焊接、在线实时监测与反馈系统将得到更广泛的应用，以提高生产效率和焊接质量的稳定性。 绿色环保焊接: 减少有害物质（如铅）的使用，开发低挥发性有机化合物（VOCs）的焊剂，以及更节能的焊接工艺，是未来发展的必然趋势。 物联网与大数据: 将焊接过程数据化，通过大数据分析优化工艺参数，实现预测性维护和质量追溯，是提升整体制造水平的重要方向。 通过对现代电子装联焊接技术基础及其应用的深入探讨，我们不仅能够理解这项核心工艺的科学原理和技术要领，更能掌握在实际生产中解决问题的能力，并对未来的发展趋势有所展望。这本书将成为您在电子制造领域探索焊接技术奥秘的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

我一直对精密的电子产品内部构造感到好奇，尤其是那些微小的元器件是如何连接在一起的。这本书就像打开了一个新世界的大门。它用非常形象的比喻和生动的故事，将原本抽象的电子装联焊接技术变得通俗易懂。我最喜欢的是书中关于“焊接的艺术”的描述，它不仅仅是技术，更是一种精湛的手艺。从焊料的流动性到焊点的光泽度，书中都做了细致的描写，让我感受到这项工作中的美学和严谨。我特别注意到书中关于“热应力管理”和“应力释放”的章节，这对于保证电子产品长期稳定运行至关重要，而我之前从来没有意识到这个问题的重要性。通过这本书，我不仅了解了各种焊接方法的原理，还学会了如何从更全面的角度去评估和选择适合特定应用场景的装联焊接技术。对于那些对电子产品充满好奇，想要了解其“心脏”是如何跳动的朋友们来说，这本书绝对是一本不容错过的入门读物，它会让你对科技产品产生全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身打造的！作为一名刚踏入电子制造领域的新手，我之前对“装联”和“焊接”这些概念总是模模糊糊，只知道大概是个什么意思，但具体操作起来却抓不住要领。翻开这本书，我简直像找到了救星。它从最基础的原理讲起，比如不同焊接方法的优缺点，各种焊料的成分和适用范围，还有电子元器件的类型和装配要求。我最喜欢的是书中那些清晰明了的图解，把复杂的电路板和焊接过程一步步拆解开来，让我这个新手也能看得懂。而且，它不仅仅是理论，还结合了很多实际应用的案例，比如手机、电脑主板的焊接，让我能将学到的知识和现实联系起来，非常有成就感。最让我惊喜的是，书中还提到了很多关于安全操作的注意事项，这对于我们这些初学者来说太重要了，避免了很多潜在的危险。我感觉这本书就像一位耐心又专业的老师，循序渐进地引导我入门，让我对电子装联焊接技术有了系统性的认识，并且非常有信心将其运用到我的工作中去。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在电子行业摸爬滚打多年的资深技术人员，我一直认为焊接技术是门“老手艺”，经验很重要。但随着技术的飞速发展，特别是微型化、高密度化等趋势的出现，很多传统的焊接理念和方法已经难以应对。这本书的出现，恰恰解决了我的这个困惑。它没有停留在“怎么焊”，而是深入探讨了“如何更好地焊”。书中关于焊点可靠性分析、焊接缺陷的根源探究以及对应的改进方案，让我茅塞顿开。我之前遇到的一些疑难杂症，在这本书里找到了合理解释和有效对策。尤其令我印象深刻的是关于无铅焊料的应用和挑战的部分，这本书提供了非常详尽的数据和实验结果，帮助我更科学地评估和选择合适的焊料，并有效控制焊接过程中的环境影响。此外，书中关于自动化焊接设备和工艺优化方面的讨论，也为我们这些需要提升生产效率的同行提供了宝贵的参考。这本书的价值在于，它不仅巩固了我的基础知识，更拓宽了我的技术视野，让我看到了更多解决问题的新思路和新方法。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的最大感受是其前瞻性和实用性的高度结合。作为一名在研发一线工作的工程师，我深知技术更新换代的速度之快，尤其是电子装联和焊接技术，更是日新月异。这本书并没有仅仅停留在介绍现有的技术，而是花了相当大的篇幅去探讨未来可能的发展方向。比如，关于新型焊接材料的研发、纳米焊接技术的前景、以及在柔性电子和可穿戴设备中的应用，这些都让我看到了这项技术的无限可能。同时，书中对当前市场主流的电子装联焊接技术进行了系统的梳理和分析，并且提供了大量具有实际指导意义的案例和数据。我特别喜欢书中关于“工艺参数优化”和“质量控制体系”的章节，这对于我们实际项目中的产品开发和生产至关重要。它提供了一套完整的思路和方法论，帮助我们能够更有效地解决在实际工作中遇到的各种技术难题。这本书无疑是一本能够帮助我们在快速变化的技术浪潮中保持领先地位的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最初是被这本书的封面和标题吸引的。我一直觉得电子装联和焊接技术虽然重要，但总感觉有些枯燥和难以掌握，所以一直没有深入研究。但这本书的标题“现代电子装联焊接技术基础及其应用”给了我一种耳目一新的感觉，仿佛它能揭示一些新的、有趣的东西。读完之后，我的感觉超出了预期。它并没有简单地罗列技术参数和操作步骤，而是花了大量篇幅去阐述这些技术背后的“为什么”。比如，为什么某种焊接方式在特定场合下更优越？为什么不同的元器件需要不同的焊接方式？它从材料科学、热力学、甚至电化学的角度去解释这些问题，让我对整个过程有了更深层次的理解。而且，书中还穿插了一些历史发展和未来趋势的讨论，让我看到了这项技术是如何演进的，以及它在人工智能、物联网等新兴领域中的潜力。这种宏观与微观相结合的视角，让这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一次对电子制造技术发展脉络的探索。

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重温－下，想重操旧业。

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重温－下，想重操旧业。

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好评

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书还不错，包装保护不行

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很好，很专业，从上面学到很多知识

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书有缺页

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书还不错，包装保护不行

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看着不错，应该是正版

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书还不错，包装保护不行