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上篇 表面组装技术（SMT）基础与可制造性设计（DFM）3

第1章 表面组装元器件（SMC/SMD）3

1.1 对SMC/SMD的基本要求及无铅焊接对元器件的要求3

1.2 SMC的封装命名及标称4

1.3 SMD的封装命名5

1.4 SMC/SMD的焊端结构6

1.5 SMC/SMD的包装类型7

1.6 SMC/SMD与静电敏感元器件（SSD）的运输、存储、使用要求8

1.7 湿度敏感器件（MSD）的管理、存储、使用要求9

1.8 SMC/SMD方向发展10

思考题12

第2章 表面组装印制电路板（SMB）14

2.1 印制电路板14

2.1.1 印制电路板的定义和作用14

2.1.2 常用印制电路板的基板材料14

2.1.3 评估PCB基材质量的相关参数15

2.2 SMT对表面组装印制电路的一些要求16

2.2.1 SMT对印制电路板的总体要求16

2.2.2 表面组装PCB材料的选择17

2.2.3 无铅焊接用FR-4特性17

2.3 PCB焊盘表面涂（镀）层及无铅PCB焊盘涂镀层的选择17

2.3.1 PCB焊盘表面涂（镀）层17

2.3.2 无铅PCB焊盘涂镀层的选择19

2.4 当前国际先进印制电路板及其制造技术的发展动向21

思考题22

第3章 表面组装工艺材料23

3.1 锡铅焊料合金24

3.1.1 锡的基本物理和化学特性24

3.1.2 铅的基本物理和化学特性26

3.1.3 63Sn-37Pb锡铅共晶合金的基本特性26

3.1.4 铅在焊料中的作用27

3.1.5 锡铅合金中的杂质及其影响27

3.2 无铅焊料合金28

3.2.1 对无铅焊料合金的要求28

3.2.2 目前最有可能替代Sn-Pb焊料的合金材料29

3.2.3 目前应用最多的无铅焊料合金32

3.2.4 Sn-Ag-Cu系焊料的最佳成分33

3.2.5 继续研究更理想的无铅焊料33

3.3 助焊剂33

3.3.1 对助焊剂物理和化学特性的要求33

3.3.2 助焊剂的分类和组成34

3.3.3 助焊剂的作用36

3.3.4 四类常用助焊剂37

3.3.5 助焊剂的选择38

3.3.6 无铅助焊剂的特点、问题与对策39

3.4 焊膏39

3.4.1 焊膏的技术要求39

3.4.2 焊膏的分类40

3.4.3 焊膏的组成40

3.4.4 影响焊膏特性的主要参数42

3.4.5 焊膏的选择44

3.4.6 焊膏的检测与评估45

3.4.7 焊膏的发展动态46

3.5 焊料棒和丝状焊料46

3.6 贴片胶（粘结剂）47

3.6.1 常用贴片胶47

3.6.2 贴片胶的选择方法47

3.6.3 贴片胶的存储、使用工艺要求48

3.7 清洗剂48

3.7.1 对清洗剂的要求48

3.7.2 清洗剂的种类49

3.7.3 有机溶剂清洗剂的性能要求49

3.7.4 清洗效果的评价方法与标准49

思考题50

第4章 SMT生产线及主要设备51

4.1 SMT生产线51

4.2 印刷机52

4.3 点胶机54

4.4 贴装机55

4.4.1 贴装机的分类55

4.4.2 贴装机的基本结构57

4.4.3 贴装头58

4.4.4 X、 Y与Z/θ的传动定位（伺服）系统60

4.4.5 贴装机对中定位系统61

4.4.6 传感器63

4.4.7 送料器64

4.4.8 吸嘴66

4.4.9 贴装机的主要易损件66

4.4.10 贴装机的主要技术指标67

4.4.11 贴装机的发展方向68

4.5 再流焊炉69

4.5.1 再流焊炉的分类69

4.5.2 全热风再流焊炉的基本结构与性能70

4.5.3 再流焊炉的主要技术指标72

4.5.4 再流焊炉的发展方向73

4.5.5 气相再流焊（VPS）炉的新发展73

4.6 波峰焊机74

4.6.1 波峰焊机的种类74

4.6.2 双波峰焊机的基本结构74

4.6.3 波峰焊机的主要技术参数76

4.6.4 波峰焊机的发展方向及无铅焊接对波峰焊设备的要求77

4.6.5 选择性波峰焊机77

4.7 检测设备79

4.7.1 自动光学检查设备（AOI）80

4.7.2 自动X射线检查设备（AXI）82

4.7.3 在线测试设备84

4.7.4 功能测试设备85

4.7.5 锡膏检查设备（SPI）85

4.7.6 三次元影像测量仪86

4.8 手工焊接与返修设备87

4.8.1 电烙铁87

4.8.2 焊接机器人和非接触式焊接机器人90

4.8.3 SMD返修系统90

4.8.4 手工贴片工具92

4.9 清洗设备93

4.9.1 超声清洗设备93

4.9.2 气相清洗设备93

4.9.3 水清洗设备94

4.10 选择性涂覆设备94

4.11 其他辅助设备95

思考题95

第5章 SMT印制电路板的可制造性设计（DFM）97

5.1 不良设计在SMT生产中的危害97

5.2 国内SMT印制电路板设计中普遍存在的问题及解决措施98

5.2.1 SMT印制电路板设计中的常见问题举例98

5.2.2 消除不良设计、实现DFM的措施101

5.3 编制本企业可制造性设计规范文件101

5.4 PCB设计包含的内容及可制造性设计实施程序101

5.5 SMT工艺对设计的要求105

5.5.1 表面贴装元器件（SMC/SMD）焊盘设计106

5.5.2 通孔插装元器件（THC）焊盘设计126

5.5.3 布线设计128

5.5.4 焊盘与印制导线连接的设置129

5.5.5 导通孔的设置130

5.5.6 测试孔和测试盘设计——可测试性设计DFT （Design for Testability）131

5.5.7 阻焊、丝网的设置133

5.5.8 元器件整体布局设置133

5.5.9 再流焊与波峰焊贴片元件的排列方向设计135

5.5.10 元器件最小间距设计137

5.5.11 模板设计137

5.6 SMT设备对设计的要求140

5.6.1 PCB外形、尺寸设计140

5.6.2 PCB定位孔和夹持边的设置141

5.6.3 基准标志（Mark）设计142

5.6.4 拼板设计143

5.6.5 PCB设计的输出文件144

5.7 印制电路板可靠性设计145

5.7.1 散热设计简介145

5.7.2 电磁兼容性（高频及抗电磁干扰）设计简介146

5.8 无铅产品PCB设计148

5.9 PCB可加工性设计149

5.10 SMT产品设计评审和印制电路板可制造性设计审核149

5.10.1 SMT产品设计评审149

5.10.2 SMT印制电路板可制造性设计审核150

5.11 IPC-7351《表面贴装设计和焊盘图形标准通用要求》简介154

思考题158

下篇 表面组装技术（SM）通用工艺161

第6章 表面组装工艺条件161

6.1 厂房承重能力、振动、噪声及防火防爆要求161

6.2 电源、气源、排风、烟气排放及废弃物处理、照明、工作环境161

6.3 SMT制造中的静电防护技术162

6.3.1 防静电基础知识163

6.3.2 国际静电防护协会推荐的6个原则170

6.3.3 高密度组装对防静电的新要求170

6.3.4 IPC推荐的电子组装件操作的习惯做法170

6.3.5 手工焊接中防静电的一般要求和防静电措施171

6.4 对SMT生产线设备、仪器、工具的要求172

6.5 SMT制造中的工艺控制与质量管理173

6.5.1 SMT制造中的工艺控制173

6.5.2 SMT制造中的质量管理176

6.5.3 SPC和六西格玛质量管理理念简介177

思考题178

第7章 典型表面组装方式及其工艺流程179

7.1 典型表面组装方式179

7.2 纯表面组装工艺流程180

7.3 表面组装和插装混装工艺流程180

7.4 工艺流程的设计原则181

7.5 选择表面组装工艺流程应考虑的因素181

7.6 表面组装工艺的发展181

思考题182

第8章 施加焊膏通用工艺183

8.1 施加焊膏技术要求183

8.2 焊膏的选择和正确使用184

8.3 施加焊膏的方法184

8.4 印刷焊膏的原理185

8.5 印刷机金属模板印刷焊膏工艺186

8.6 影响印刷质量的主要因素189

8.7 印刷焊膏的主要缺陷与不良品的判定和调整方法194

8.8 印刷机安全操作规程及设备维护195

8.9 手动滴涂焊膏工艺介绍195

8.10 SMT不锈钢激光模板制作外协程序及工艺要求196

思考题199

第9章 施加贴片胶通用工艺200

9.1 施加贴片胶的技术要求200

9.2 施加贴片胶的方法和工艺参数的控制201

9.2.1 针式转印法201

9.2.2 印刷法201

9.2.3 压力注射法203

9.3 施加贴片胶的工艺流程206

9.4 贴片胶固化206

9.4.1 热固化206

9.4.2 光固化207

9.5 施加贴片胶检验、清洗、返修207

9.6 点胶中常见的缺陷与解决方法208

思考题209

第10章 自动贴装机贴片通用工艺210

10.1 贴装元器件的工艺要求210

10.2 全自动贴装机贴片工艺流程212

10.3 贴装前准备213

10.4 开机213

10.5 编程213

10.5.1 离线编程215

10.5.2 在线编程217

10.6 安装供料器219

10.7 做基准标志（Mark）和元器件的视觉图像219

10.8 首件试贴并检验221

10.9 根据首件试贴和检验结果调整程序或重做视觉图像221

10.10 连续贴装生产222

10.11 检验222

10.12 转再流焊工序223

10.13 提高自动贴装机的贴装效率223

10.14 生产线多台贴片机的任务平衡223

10.15 贴片故障分析及排除方法224

10.16 贴装机的设备维护和安全操作规程227

10.17 手工贴装工艺介绍230

思考题231

第11章 再流焊通用工艺232

11.1 再流焊的工艺目的和原理232

11.2 再流焊的工艺要求233

11.3 再流焊的工艺流程233

11.4 焊接前准备234

11.5 开炉234

11.6 编程（设置温度、速度等参数）或调程序234

11.7 测试实时温度曲线235

11.7.1 温度曲线测量、分析系统235

11.7.2 实时温度曲线的测试方法和步骤236

11.7.3 BGA/CSP、QFN实时温度曲线的测试方法237

11.8 正确设置、分析与优化再流焊温度曲线238

11.8.1 设置最佳（理想）的温度曲线238

11.8.2 正确分析与优化再流焊温度曲线238

11.9 首件表面组装板焊接与检测240

11.10 连续焊接240

11.11 检测241

11.12 停炉241

11.13 注意事项与紧急情况处理241

11.14 再流焊炉的安全操作规程242

11.15 双面再流焊工艺控制242

11.16 双面贴装BGA工艺243

11.17 常见再流焊焊接缺陷、原因分析及预防和解决措施244

11.17.1 再流焊的工艺特点244

11.17.2 影响再流焊质量的原因分析244

11.17.3 SMT再流焊中常见的焊接缺陷分析与预防对策246

11.18 再流焊炉的设备维护254

思考题254

第12章 通孔插装元件再流焊工艺（PIHR）介绍256

12.1 通孔插装元件再流焊工艺的优点及应用256

12.2 通孔插装元件再流焊工艺对设备的特殊要求257

12.3 通孔插装元件再流焊工艺对元件的要求257

12.4 通孔插装元件焊膏量的计算257

12.5 通孔插装元件的焊盘设计258

12.6 通孔插装元件的模板设计258

12.7 施加焊膏工艺259

12.8 插装工艺263

12.9 再流焊工艺263

12.10 焊点检测264

思考题264

第13章 波峰焊通用工艺265

13.1 波峰焊原理265

13.2 波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求268

13.3 波峰焊的设备、工具及工艺材料269

13.3.1 设备、工具269

13.3.2 工艺材料269

13.4 波峰焊的工艺流程和操作步骤270

13.5 波峰焊工艺参数控制要点272

13.6 无铅波峰焊工艺控制275

13.7 无铅波峰焊必须预防和控制Pb污染277

13.8 波峰焊机安全技术操作规程277

13.9 影响波峰焊质量的因素与波峰焊常见焊接缺陷分析及预防对策278

13.9.1 影响波峰焊质量的因素278

13.9.2 波峰焊常见焊接缺陷的原因分析及预防对策279

思考题287

第14章 手工焊、修板和返修工艺288

14.1 手工焊接基础知识288

14.2 表面贴装元器件（SMC/SMD）手工焊工艺291

14.2.1 两个端头无引线片式元件的手工焊接方法292

14.2.2 翼形引脚元件的手工焊接方法293

14.2.3 J形引脚元件的手工焊接方法294

14.3 表面贴装元器件修板与返修工艺294

14.3.1 虚焊、桥接、拉尖、不润湿、焊料量少、焊膏未熔化等焊点缺陷的修整295

14.3.2 Chip元件立碑、元件移位的修整295

14.3.3 三焊端的电位器、SOT、 SOP、 SOJ移位的返修296

14.3.4 QFP和PLCC表面组装器件移位的返修297

14.3.5 BGA的返修和置球工艺297

14.4 无铅手工焊接和返修技术302

14.5 手工焊接、返修质量的评估和缺陷的判断303

思考题303

第15章 表面组装板焊后清洗工艺304

15.1 清洗机理305

15.2 表面组装板焊后有机溶剂清洗工艺306

15.2.1 超声波清洗306

15.2.2 气相清洗308

15.3 非ODS清洗介绍309

15.3.1 免清洗技术309

15.3.2 有机溶剂清洗311

15.3.3 水洗技术311

15.3.4 半水清洗技术311

15.4 水清洗和半水清洗的清洗过程311

15.5 无铅焊后清洗312

15.6 清洗后的检验312

思考题313

第16章 表面组装检验（检测）工艺314

16.1 组装前的检验（或称来料检测）314

16.1.1 表面组装元器件（SMC/SMD）检验315

16.1.2 印制电路板（PCB）检验315

16.1.3 工艺材料检验315

16.2 工序检验（检测）316

16.2.1 印刷焊膏工序检验316

16.2.2 贴装工序检验（包括机器贴装和手工贴装）317

16.2.3 再流焊工序检验（焊后检验）317

16.2.4 清洗工序检验318

16.3 表面组装板检验318

16.4 自动光学检测（AOI）319

16.4.1 AOI在SMT中的作用319

16.4.2 AOI编程320

16.5 自动X射线检测（AXI）320

16.5.1 X射线评估和判断BGA、 CSP焊点缺陷的标准320

16.5.2 X射线检测BGA、 CSP焊点图像的评估和判断及其他应用321

16.6 美国电子装联协会《电子组装件验收标准IPC-A-610E》简介323

16.6.1 IPC-A-610概述324

16.6.2 IPC-A-610E简介325

思考题326

第17章 电子组装件三防涂覆工艺327

17.1 环境对电子设备的影响327

17.2 三防设计的基本概念327

17.3 三防涂覆材料328

17.4 电子组装件新型防护技术——选择性涂覆工艺330

17.4.1 工艺流程330

17.4.2 选择性涂覆工艺331

17.4.3 印制电路板和组装件敷形涂覆的质量检测333

思考题335

第18章 运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线336

18.1 概述336

18.2 锡焊（钎焊）机理337

18.2.1 钎焊过程中助焊剂与金属表面（母材）、熔融焊料之间的相互作用337

18.2.2 熔融焊料与焊件（母材）表面之间的反应338

18.2.3 钎缝的金相组织343

18.3 焊点强度、连接可靠性分析344

18.4 如何获得理想的界面组织345

18.5 无铅焊接机理345

18.6 Sn-Ag-Cu焊料与不同材料的金属焊接时的界面反应和钎缝组织347

18.6.1 无铅焊料合金、元器件焊端镀层材料、PCB焊盘表面镀层三要素347

18.6.2 焊料合金元素与各种金属电极焊接后在界面形成的化合物348

18.6.3 Sn系焊料与Ni/Au （ENIG）焊盘焊接的界面反应和钎缝组织348

18.6.4 Sn系焊料与42号合金钢（Fe-42Ni合金）焊接的界面反应和钎缝组织349

18.7 运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线350

18.7.1 以焊接理论为指导、分析再流焊的焊接机理350

18.7.2 影响钎缝（金属间结合层）质量与厚度的因素351

18.7.3 运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线353

18.7.4 几种典型的温度曲线357

思考题359

第19章 无铅焊接可靠性讨论及无铅再流焊工艺控制360

19.1 无铅焊接可靠性讨论360

19.2 无铅再流焊的特点及对策364

19.3 如何正确实施无铅工艺365

19.4 无铅再流焊工艺控制371

19.4.1 三种无铅再流焊温度曲线372

19.4.2 无铅再流焊工艺控制372

思考题376

第20章 有铅、无铅混装再流焊工艺控制377

20.1 有铅、无铅混装制程分析377

20.1.1 再流焊工艺中无铅焊料与有铅元件混装377

20.1.2 再流焊工艺中有铅焊料与无铅元件混装380

20.1.3 再流焊工艺中有铅焊料焊接有铅和无铅元器件的混装工艺381

20.2 有铅焊料与有铅、无铅元件混装工艺必须考虑相容性问题382

20.2.1 材料相容性382

20.2.2 工艺相容性383

20.2.3 设计相容性383

20.3 有铅焊料与有铅、无铅元件混装工艺质量控制方案的建议384

思考题387

第21章 其他工艺和新技术介绍388

21.1 0201、 01005的印刷与贴装技术388

21.1.1 0201、 01005的焊膏印刷技术388

21.1.2 0201、01005的贴装技术389

21.2 PQFN的印刷、贴装与返修工艺391

21.2.1 PQFN的印刷和贴装391

21.2.2 PQFN的返修工艺393

21.3 COB技术393

21.4 倒装芯片FC （Flip Chip）与晶圆级CSP （WL-CSP）、WLP （Wafer Level Processing）的组装技术396

21.5 倒装芯片（Flip Chip）、晶圆级CSP和CSP底部填充工艺400

21.6 三维堆叠POP （Package On Package）技术404

21.7 ACA、 ACF与ESC技术408

21.7.1 ACA、ACF技术408

21.7.2 ESC技术410

21.8 FPC的应用与发展410

21.9 LED应用的迅速发展412

21.10 PCBA无焊压入式连接技术413

21.11 无焊料电子装配工艺——Occam倒序互连工艺介绍418

思考题420

附录A SMT常用缩略语、术语、金属元素中英文名称及物理性能表421

参考文献428