电子组装工艺可靠性技术与案例研究:全彩

笫1章基础篇

1.1电子组装技术与可靠性概述

琳琅满目的消费类电子产品和日益便捷的信息技术的应用得益于电子制造的快速发展。电子制造包括从电子材料开始，到元器件、组件、设备整机以及系统集成的整个硬件实现的过程，其中涉及了物理、化学、材料、机械电子等多学科的综合运用，是一个知识密集型的高技术的产业。随着技术的发展和越来越细化的社会分工，现今的电子制造则演绎为主要包括技术复杂度较高的两个环节，即由电子材料到电子元器件的封装工艺，以及把元器件安装到印制电路板（PCB）上形成电路板组件的组装工艺。本书主要讨论的是后者，即电子组装技术及其产品的可靠性问题。

1.1.1电子组装技术概述

从最初的将元器件用手工的方法焊接到印制板上的生产方式，到目前普遍使用的高速表面贴装技术（SMT），电子组装技术这些年来经历了飞速的发展，贴装的零件已经小到01005的规格了。但是对于使用大型接插件或元器件的设备而言，如电源产品，则还必须使用通孔插装技术（THT），然后再使用波峰焊进行焊接组装。对于一些复杂产品，甚至同时使用SMT与THT技术。因此，本文讨论的电子组装技术则主要限于SMT与THT的工艺过程。这一过程涉及了材料技术、工艺技术、设计技术、可靠性与质量保证技术等，要得到高效率与高品质，任何一个环节的疏忽都不可以。组装工艺涉及的材料包括焊接材料、助焊剂材料、助焊膏、元器件与PCB等，工艺则包括设备参数的设置和优化，设计则需要进行DFM（可制造性设计）和DFR（可靠性设计），以降低制造难度以便提高制造成品率和效率；至干质是与可意性的保证技术，则要在本书的稍后部分展开讨论。

典型THT的工艺流程如下：

备料——插件（手工或机械自动）——涂覆助焊剂——焊接（波峰焊或手工浸焊等）——

检查——修补。

典型SMT的工艺简述如下：

（1）备料—PCB上点胶—贴片—固化（紫外或热）——波峰焊——检查——修补。

（2）备料—PCB上印刷焊锡膏——贴片——回流焊——检查——修补。

条件好的企业为了更好地保证质量，则会在每道工序后面增加检测和清洗环节，如增加焊锡膏厚度测试、贴片或焊接后的自动光学检测（AOI），有的甚至增加线上X射线透视检测焊点的环节。许多电路板组件（PCBA）的生产同时包含了上述THT和SMT工艺过程，那么就需要设计好工艺流程，以保证不同工艺环节良好的兼容性。

当PCBA完成后，可以说电子组装的工作基本完成了，因为后续的设备组装主要是一些简单的插接或拧螺钉的工作了。由于电子组装工艺技术涉及的面很宽、技术也复杂，论述清楚需要很大的篇幅，而且已经有大量的专著出版，因此电子组装技术部分不作为本书讨论的重点议题。

自从2003年欧盟的RoHS和WEEE法规的出台，各国政府以及民间环保组织也相继出台在电子电气行业限制使用有毒有害物质的法律法规。为此，在电子制造行业掀起了绿色环保的浪潮，不仅仅是含有铅、镉、汞、六价铬、PBB与PBDE等物质的材料使用受到限制，随着REACH法规的出台，受限制的物质已经超过160余项并有逐步增多的趋势。

其中，对电子行业冲击最大的是无铅化和无卤化的实施，含铅或含卤的材料在电子产品和组装工艺中已经非常成熟地使用了很长的时间，而无铅或无卤材料的使用将导致设计、工艺、元器件、设备与可靠性等要素的一系列改变，这无疑是一场制造技术的革命。无铅工艺的高温、小的工艺窗口以及低润湿特性将会导致元器件的损伤、成品率降低、材料与能源成本的提升，无卤化则可导致工艺难度大大增加、PCB的可靠性与安全性受到损害等。一句话，绿色的电子组装将面临一场非常严峻的挑战，那就是如何避免成本的显著上升而同时确保产品的品质和可靠性。

本书的目的就是希望为电子组装业者提供一个解决问题的思路和方法，再通过一个个生动案例的研究分析，找到影响组装质量和可靠性问题的根源，从而采取有针对性的措施，最终达到确保所组装的产品的质量与可靠性的目的。