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第一章 电子产品无铅化的必然趋势1

1.1 软钎焊技术的发展历程及现状1

1.1.1 钎焊技术的发展简史1

1.1.2 软钎焊在电子工业中的地位2

1.1.3 Sn-Pb钎料的广泛应用3

1.2 钎料无铅化的必要性4

1.2.1 铅的危害与可持续发展4

1.2.2 关于禁铅的立法9

1.2.3 表面组装技术（SMT）的发展及其对无铅钎料的要求16

1.3 电子产品无铅化的展望23

1.3.1 电子产品无铅化的可行性23

1.3.2 电子产品无铅化的发展趋势33

参考文献35

第二章 无铅钎料合金设计及标准38

2.1 无铅钎料的提出38

2.2 电子信息产品对钎料的基本要求及无铅钎料面临的问题40

2.3 无铅钎料的设计41

2.3.1 无铅钎料设计问题41

2.3.2 无铅钎料系列43

2.3.3 表面封装中无铅钎料的兼容性设计60

2.4 钎料性能检测的标准62

2.4.1 钎焊材料试验方法62

2.4.2 钎焊接头试验方法69

2.5 无铅钎料的发展动向77

2.5.1 美国的NEMS计划78

2.5.3 欧洲的IDEALS计划79

2.5.2 NEMI计划79

2.5.4 NEDO实用开发计划80

2.5.5 推动焊锡无铅化亟待解决的问题82

参考文献82

第三章 常用无铅钎料产品及性能86

3.1 Sn-Ag共晶86

3.1.1 物理性能86

3.1.2 力学性能87

3.1.3 润湿性能92

3.1.4 可靠性95

3.2.2 力学性能99

3.2.3 润湿性能99

3.2.1 物理性能99

3.2 Sn-Cu共晶钎料99

3.2.4 可靠性100

3.2.5 Sn-Cu钎料性能的改善105

3.3 Sn-Ag-Bi和Sn-Ag-Bi-In110

3.3.1 物理性能和力学性能110

3.3.2 润湿性能113

3.3.3 可靠性114

3.4 Sn-Ag-Bi116

3.4.1 物理性能117

3.4.2 钎焊性117

3.4.3 力学性能118

3.5 Sn-Ag-Cu和Sn-Ag-Cu-X119

3.5.1 物理性能119

3.5.2 力学性能122

3.5.3 润湿性能128

3.5.4 可靠性130

3.6 Sn-Ag-Cu-RE138

3.6.1 Sn-Ag-Cu-RE物理性能139

3.6.2 力学性能141

3.6.3 蠕变性能142

3.7 Sn-Zn和Sn-Zn-Bi148

3.7.1 物理性能148

3.7.2 力学性能149

3.7.3 润湿性能150

3.7.4 可靠性151

3.8 Sn-Zn-Bi153

3.8.1 物理性能153

3.8.2 钎焊铺展性试验154

3.8.3 力学性能155

3.8.4 钎料及接头的抗氧化性和抗腐蚀性161

3.9 无铅钎料合金的发展167

3.9.1 熔化温度和连接强度168

3.9.2 无铅钎料的选择184

3.9.3 专利问题187

参考文献188

第四章 无铅复合钎料194

4.1 引言194

4.1.1 匮乏的数据库194

4.1.2 工艺上的困难194

4.1.3 高温应用领域194

4.1.4 应用颗粒强化195

4.2 对钎料的要求195

4.2.1 严峻服役环境的要求195

4.2.3 工艺的要求196

4.2.2 显微组织和性能的要求196

4.3.1 世界各国研究要点197

4.3 无铅钎料研究状况概述197

4.3.2 从熔点角度考虑潜在的候选无铅合金198

4.4 复合钎料198

4.4.1 定义和目的198

4.4.2 强化的条件和因素198

4.4.3 强化类型199

4.4.4 强化相的填加方法199

4.5 早期锡铅复合材料的研究200

4.5.1 强化颗粒的显微特征200

4.5.2 工艺参数对气孔形成的影响201

4.5.3 内生增强颗粒的溶解度和扩散常数的影响202

4.5.5 超细氧化物强化颗粒的影响203

4.5.4 强化相对显微组织稳定性的影响203

4.5.6 低热膨胀系数强化颗粒的影响204

4.5.7 界面金属间化合物层的生长205

4.5.8 后续工作207

4.6 无铅复合钎料的研究207

4.6.1 无增强颗粒的钎料208

4.6.2 通过内生法引入增强相的钎料208

4.6.3 通过外加法加入增强颗粒的复合钎料212

4.6.4 增强相对机械性能及其他性能的影响216

4.6.5 应力松弛220

4.6.6 钎焊性222

4.6.7 断裂特征223

4.6.8 增强颗粒与基体的弱结合223

4.7 总结224

4.8 发展前景225

参考文献225

第五章 钎焊接头中锡铅钎料／金属与无铅钎料／金属界面金属间化合物的形成229

5.1 引言229

5.1.1 Sn-Pb体系中的金属间化合物体系229

5.1.2 无铅体系中的金属间化合物232

5.2 金属间化合物的形成与长大233

5.2.1 钎焊接头的结构233

5.2.2 动力学与热力学比较233

5.3 无铅钎料中中间相的长大236

5.3.1 成分和多元化合物236

5.3.2 Sn/M合金系模型237

5.3.3 无铅钎料中金属间化合物的形成238

5.3.4 Cu-Ni-Sn三元体系的中间相240

5.3.5 95.9Sn-3.4Ag-0.7Cu／金属钎料系统中间相的研究241

参考文献248

第六章 无铅钎料钎焊接头可靠性的数值计算253

6.1 热疲劳模型与数值分析方法253

6.2 数值模型的求解方法255

6.3 数值模型在生产研究中的应用264

参考文献266

第七章 钎剂267

7.1 传统钎剂种类简介267

7.1.1 钎剂的组成和分类267

7.1.2 常见的钎剂269

7.2 无铅钎剂设计276

7.2.1 钎剂的作用及钎剂设计的基本要求276

7.2.2 无铅钎剂的设计277

7.3 钎剂的选择278

7.4 残余钎剂的清除280

7.4.1 污染物的种类281

7.4.2 清洗剂的种类281

7.4.3 清洗工艺285

7.4.4 清洗效果的评价286

7.5 钎剂标准及检测288

7.5.1 树脂芯钎料及膏状钎料钎剂含量的试验方法288

7.5.2 软钎剂性能的试验方法288

参考文献290

第八章 导电胶与印刷电路板291

8.1 导电胶的种类、性能及应用291

8.1.1 各向异性导电胶291

8.1.2 各向同性导电胶293

8.2 导电胶的导电机理296

8.3 导电胶的使用297

8.3.1 导电胶的使用方法297

8.3.2 导电胶应用举例297

8.4 无铅钎料与导电胶的比较301

8.4.1 连接机理及性能301

8.4.2 成本问题301

8.4.3 导电胶粘接工艺的主要优、缺点302

8.4.4 导电胶的市场展望302

8.5 印刷电路板（PCB）及元器件的无铅化处理303

8.5.1 PCB的无铅化处理303

8.5.2 元器件的无铅化处理305

参考文献306

9.1.1 熔态钎料的填隙原理307

第九章 钎焊设备及钎焊工艺307

9.1 钎焊原理307

9.1.2 熔态钎料的填隙过程310

9.2 钎焊设备312

9.2.1 波峰焊技术和设备312

9.2.2 再流焊技术和设备315

9.2.3 其他钎焊方法325

9.2.4 钎焊方法的选择333

9.3 钎焊生产工艺334

9.3.1 工件表面准备335

9.3.2 装配和固定337

9.3.3 钎料的放置339

9.3.5 钎焊工艺参数340

9.3.4 涂阻流剂340

9.3.6 钎焊后清洗341

9.3.7 阻流剂的清除342

9.4 钎焊接头设计342

9.4.1 钎焊接头的基本形式342

9.4.2 钎焊接头的强度346

9.4.3 接头的工艺性设计348

9.4.4 接头间隙348

9.5 钎焊接头的质量检验350

9.5.1 钎焊接头的缺陷350

9.5.2 钎焊接头缺陷的检验方法352

参考文献353

10.1 无铅波峰焊工艺及设备354

10.1.1 无铅波峰焊对温度曲线的要求354

第十章 无铅钎焊工艺与设备354

10.1.2 无铅波峰焊工艺和设备结构特点355

10.1.3 钎料更换356

10.1.4 设备的兼容性356

10.1.5 钎料的污染问题357

10.2 无铅再流焊工艺及设备358

10.2.1 无铅再流焊对温度的要求358

10.2.2 无铅再流焊工艺和设备结构特点360

10.3 无铅手工焊及返修362

10.3.1 手工焊及返修用无铅钎料362

10.3.2 无铅手工焊及返修专用工具与工艺参数362

参考文献363

11.1.1 焊脚提升364

11.1 无铅焊点的缺陷364

第十一章 无铅钎焊接头缺陷检测364

11.1.2 空洞365

11.1.3 锡须366

11.2 无铅焊点的检测367

11.3 日本《无铅钎料试验方法》标准介绍368

11.3.1 熔化温度范围测定方法368

11.3.2 钎料拉伸力学性能测试方法371

11.3.3 钎料铺展性试验方法372

11.3.4 基于润湿平衡法和接触角法的润湿性试验方法374

11.3.5 焊点的拉伸和剪切试验方法378

11.3.6 QFP引线焊点45°拉脱试验方法382

11.3.7 芯片类元器件焊点的剪切强度试验方法383

11.3.8 部分二元无铅钎料的化学成分及性能384

参考文献386