*一部分 焊点失效机理与裂纹特征
第 1 章 焊点的可靠性 3
11 焊点 3
111 焊点的微观组织结构及常见失效位置 4
112 焊点的失效标准 4
113 焊点的断裂类型 5
12 导致焊点失效的载荷条件 7
13 焊点失效机理 7
131 温度循环引发的焊点失效机理 7
132 机械应力引发的焊点失效机理 10
133 热冲击引发的焊点失效机理 12
134 蠕变引发的焊点失效机理 13
14 焊点的可靠性评价 14
141 焊点的可靠性取决于 PCBA 的互连结构设计 14
142 焊点的可靠性工作 14
143 焊点失效原因分析流程 15
案例 1：某单板上的 BGA 使用两年后失效 15
第 2 章 温度循环导致的焊点失效 17
21 疲劳失效的典型场景 17
211 整体热膨胀失配 17
212 局部热膨胀失配 18
213 内部热膨胀失配 18
22 疲劳失效的裂纹演进过程与特征 18
221 片式元件焊点疲劳失效典型裂纹特征 19
222 翼形引脚焊点疲劳失效典型裂纹特征 19
223 BGA 焊点疲劳失效典型裂纹特征 20
SMT 单板互连可靠性与典型失效场景
224 QFN 焊点疲劳失效典型裂纹特征 21
225 CBGA 焊点疲劳失效典型裂纹特征 22
226 CCGA 焊点疲劳失效典型裂纹特征 23
227 通孔插装焊点疲劳失效典型裂纹特征 24
228 焊接工艺对裂纹特征的影响 24
23 小结 25
第 3 章 机械应力导致的焊点失效 27
31 机械应力失效的典型场景 27
311 冲击 27
案例 2：BGA 脱落 27
312 瞬时弯曲 29
案例 3：插件操作导致 BGA 焊点开裂 29
313 循环弯曲 31
314 振动 31
32 机械应力失效的裂纹特征 31
33 脆性的界面 IMC 33
331 ENIG 镀层形成的焊点具有脆性 34
案例 4：Ni 氧化导致焊点界面脆化 37
332 不连续的块状 IMC 40
34 典型应力敏感元件及应力失效 41
341 应力敏感封装 41
342 片式电容 41
343 球栅阵列封装 46
案例 5：ICT 测试导致 BGA 焊点开裂 46
案例 6：压接导致 BGA 焊点开裂 48
第 4 章 焊点失效分析方法 51
41 失效分析及方法 51
411 失效分析 51
412 失效分析思路 51
413 失效分析基本流程与方法 51
414 焊点失效分析的常用方法 52
42 X 射线检测 53
421 X 射线图像的采集原理54
422 X 射线图像的分析56
43 超声扫描显微镜 58
431 超声扫描显微镜概述 58
432 超声扫描显微镜的工作原理 58
433 分析步骤 60
434 超声扫描显微镜和 X 射线的对比61
44 切片 62
441 切片样品的制备 62
442 切片分析应用 64
45 扫描电子显微镜 65
451 扫描电子显微镜概述 65
452 扫描电子显微镜的工作原理 66
453 SEM 的优点 66
454 样品的制备 66
455 应用 67
46 染色渗透 69
47 光学检测 70
48 傅里叶变换红外光谱仪 71
案例 7：PCBA 白色污染物成分的分析 71
案例 8：材料一致性检验 72
第 5 章 失效原因的基本判定 73
51 焊接问题与组装问题的判定 73
511 焊接合格的标准 73
512 组装应力引诱或导致的焊点失效 75
52 焊点开裂裂纹特征图谱 77
521 典型热 / 机疲劳断裂焊点切片图 77
522 典型机械应力导致的焊点断裂切片图 79
523 熔断焊点切片图 80
524 枕头效应焊点内窥镜图与切片图 82
525 无润湿开焊（NWO）焊点内窥镜图与切片图 83
526 冷焊点切片图 83
527 Au 镀层引起的焊点开裂 84
528 小结 85
*二部分 高可靠性产品的焊点设计
第 6 章 高可靠性 PCBA 的互连结构设计 89
61 设计步骤 89
62 影响焊点可靠性的设计因素 91
621 主要设计参数 92
622 次要设计参数 93
63 提升热膨胀匹配性的设计 94
631 PCB 的类型 94
632 有机 PCB 95
633 约束芯 PCB 97
634 陶瓷 PCB 99
635 柔顺性 PCB 99
64 可靠性加固 100
641 表面组装元器件的可靠性加固 100
642 插件的点胶加固 106
643 关于可靠性加固的应用 108
65 增强抗振动 / 冲击能力的设计——应力槽 109
66 禁限设计 110
第 7 章 高可靠制造的组装热设计 117
71 热风再流焊接热特性 117
72 热设计对焊接的影响及典型设计场景 117
721 与焊盘紧连接过孔的影响 117
722 盘中孔 /POFV 孔的影响 118
723 表层大铜皮的影响 119
案例 9：BGA 四角焊点连接有长的导线，在特定工艺条件下会发生
缩锡断裂 119
案例 10：QFN 与大铜皮紧连的焊点容易发生虚焊 120
案例 11：热沉焊盘热设计不当导致 QFN 倾斜和虚焊 120
724 屏蔽盖的影响 122
725 高大封装的密集布局 122
73 热设计总结 123
第 8 章 高可靠 PCBA 的封装选型124
81 封装对焊点可靠性的影响 124
82 封装特性 124
821 封装可靠性 124
822 封装的固有疲劳寿命 125
823 封装的热变形 126
83 封装的选型 129
831 封装类别的选择 129
832 工艺性的选择 129
84 不推荐的封装应用场景 129
第 9 章 陶瓷封装应用要领 131
91 陶瓷封装的结构与工艺特性 131
92 LCCC 工艺要领131
93 CBGA 工艺要领 134
案例 12：边缘点胶（也称为围堰胶）对 CBGA 可靠性的影响研究① 136
94 CCGA 工艺要领 137
案例 13：CBGA、CCGA 器件植球 / 植柱工艺可靠性研究① 138
95 CQFP 工艺要领 139
案例 14：CQFP 器件板级温度循环可靠性的设计与仿真① 140
案例 15：航天大尺寸 CQFP 器件引脚断裂失效分析① 142
第 10 章 焊点可靠性仿真分析与试验评估149
101 可靠性试验 149
1011 可靠性试验的分类 149
1012 可靠性加速试验 150
102 焊点可靠性仿真技术 150
1021 焊点可靠性仿真分析步骤 151
1022 焊点疲劳寿命模型 151
103 温度循环试验 155
1031 温度循环试验简介 155
1032 加速系数的计算 156
1033 焊点可靠性评估试验方案 158
第三部分 环境腐蚀与三防处理
第 11 章 环境因素引起的失效163
111 环境引起的失效 163
1111 电化学腐蚀 163
1112 化学腐蚀 164
112 枝晶生长 165
1121 枝晶形貌 165
1122 枝晶生长的 3 个要素 165
1123 枝晶生长的 3 个阶段 166
1124 影响枝晶生长的因素 167
1125 枝晶生长测试 168
案例 16：在高温、高湿试验环境下出现绝缘电阻下降 169
案例 17：常见的枝晶生长现象 169
113 CAF 170
114 银离子迁移 171
115 Ag 的硫化腐蚀 173
案例 18：片式电阻上硅胶覆盖导致硫化腐蚀 174
116 爬行腐蚀 177
1161 爬行腐蚀的概念 177
1162 发生场景 178
1163 爬行腐蚀机理 178
1164 爬行腐蚀与枝晶、CAF 的对比 179
1165 硫化亚铜的危害 179
1166 防护措施 179
1167 关于爬行腐蚀的研究 180
117 实际环境下的腐蚀 180
案例 19：充电桩单板的“湿尘”腐蚀 180
案例 20：电源单板的“湿尘”腐蚀 181
案例 21：阻焊层（绿油）内 Cu 迁移 181
第 12 章 锡须183
121 关于锡须 183
122 锡须产生的原因 184
123 锡须产生的 5 种基本场景 186
124 室温下锡须的生长 186
125 温度循环（热冲击）作用下锡须的生长 187
126 氧化腐蚀引起的锡须生长 188
案例 22：某轻触开关因锡须短路 189
127 外界压力作用下的锡须生长 190
128 控制锡须生长的建议 191
第 13 章 清洗工艺 193
131 清洗的作用 193
132 清洗剂的选择 193
1321 常见污物类型 193
1322 清洗剂选择的考虑因素 194
1323 清洗剂的种类及特点 194
133 清洗设备的选择 195
1331 清洗方法与工艺 195
1332 清洗设备的选择要求 196
134 超声清洗工艺流程与参数设置 196
135 助焊剂的选配 197
136 清洗要求与常见不良 197
1361 清洗要求 197
1362 常见的清洗不良现象 198
案例 23：清洗不干净，有明显可见的松香残留物 198
案例 24：清洗剂与镀层不兼容或漂洗不干净，引起镀层变色腐蚀 198
案例 25：元器件损坏 199
137 关于人工清洗 199
第 14 章 敷形涂覆工艺 201
141 敷形涂覆的目的 201
142 敷形涂覆材料的分类与特性 202
1421 敷形涂覆材料的分类 202
1422 常用敷形涂覆材料的物理性能 202
1423 敷形涂覆材料的性能特性 203
1424 敷形涂覆材料的认证 203
143 敷形涂覆材料的选择 204
144 敷形涂覆工艺与方法 206
1441 免洗工艺条件下涂覆前是否需要清洗 206
1442 涂覆工艺 208
1443 常见的涂覆不良 211
145 PCBA 常见的环境失效模式212
1451 影响 PCBA 的环境因素 212
1452 典型的失效模式 214
第四部分 高可靠性产品的制造
第 15 章 潮敏元器件的应用 221
151 概述 221
152 潮湿敏感度等级 222
153 潮湿敏感度等级的评定 222
154 干燥包装 224
155 烘干 227
156 使用 228
157 吸潮失效案例 231
案例 26：BGA 芯片与载板之间分层 231
案例 27：塑封 BGA 载板分层现象 232
案例 28：钽电容过炉冒锡珠 232
案例 29：SIP 内部空洞会导致过炉后冒锡珠 234
案例 30：光驱动器件的焊接 235
| 目 录 |
SMT 单板互连可靠性与典型失效场景
第 16 章 组装工艺控制 238
161 组装工艺对可靠性的影响 238
162 SMT 前工艺 240
1621 去金工艺 241
1622 搪锡工艺 241
1623 引线成形 242
163 SMT 工艺 246
1631 表面组装元器件的焊接 246
案例 31：BGA 的球窝与开焊 246
1632 焊膏印刷 247
1633 钢网设计 252
1634 再流焊接 255
1635 工艺关注点 259
164 SMT 后工艺 262
1641 印制电路板和模块的分板 262
1642 检测技术 262
1643 筛选 262
1644 加速可靠性测试 263
第 17 章 缺陷焊点 264
171 组装缺陷焊点的分类 264
172 虚焊 264
1721 冷焊 264
1722 无润湿开焊 265
1723 枕头效应 266
1724 焊点应力开裂 267
173 形态缺陷 268
1731 片式元件葡萄球焊点 268
1732 片式元件两端焊点爬锡高度悬殊较大 268
1733 QFP 多锡 269
1734 J 形引脚多锡 269
1735 插件包焊 270
174 熔断焊点 270
1741 冷撕裂（缩锡开裂） 270
1742 热撕裂 271
175 脆性界面焊点 271
参考文献 273
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