电子制造技术：利用无铅无卤素和导电胶材料

　　第1章无公害电子制造技术简介1
　　11工业发展趋势1
　　111汽车工业1
　　112电子工业2
　　12全球无公害制造技术的发展趋势3
　　121政府行为3
　　122工业行为3
　　123研究发展行为4
　　124教育行为4
　　125全球在无公害电子制造技术方面的努力5
　　13无公害电子制造技术的发展趋势6
　　131集成电路制造8
　　132集成电路封装9
　　133印刷电路板9
　　134无铅焊料10
　　135不含卤素的阻燃剂11
　　136导电胶12
　　137终身管理制12
　　致谢13
　　参考文献13
　　第2章应用无铅焊料实现芯片（或晶片）级的互连21
　　21简介21
　　22凸点下金属化21
　　221不带电镀的镍磷浸金凸点22
　　222铝镍钒铜凸点24
　　23应用无铅焊料的微球圆片凸点25
　　231微球晶片凸点概述25
　　232微球的制备26
　　233微球的控制28
　　234微球圆片凸点28
　　24置于圆片上的锡银铜焊料球31
　　241晶片级芯片尺寸封装（WLCSP）31
　　242带有应力缓释层的圆片级芯片尺寸封装32
　　25在带有NiAu金属凸点硅片上掩膜印刷SnAg焊料34
　　251在不电解镍与焊料间的界面态34
　　252金属互化物(IMC)和富磷镍层的生长36
　　253凸点切向断裂面38
　　26镍金作为凸点下金属层的硅片上应用锡铜、锡银铋、锡银铜等
　　焊料的掩膜印刷40
　　261回流化焊料凸点间的界面40
　　262合金化焊料凸点间的界面42
　　263焊料凸点的剪切力43
　　27在带有钛铜金属化层的硅片上掩膜印刷锡铜、锡银铋、锡银铜
　　焊料44
　　271回流后焊料凸点间的界面44
　　272合金化焊料凸点间的界面45
　　28在带有铝镍钒铜凸点下金属层的硅片上焊料的掩膜印刷46
　　致谢47
　　参考文献47
　　第3章在印刷电路板/衬底上用无铅焊料实现圆片级芯片尺寸
　　封装（WLCSP）51
　　31简介51
　　32应用应力缓释层实现锡银铜圆片级芯片尺寸封装时焊料连接的可靠性51
　　321有限元分析结果51
　　322热循环分析结果52
　　323应力缓释层对电容的影响55
　　33应用TiCu和NiAu凸点下金属化层实现SnAg、SnAgCu的WLCSP
　　封装时焊料连接的可靠性57
　　331等温条件下疲劳试验结果57
　　332热循环疲劳试验结果59
　　34应用铝镍钒铜UBM实现WLCSP封装时锡银、锡银铜、锡银铜
　　锑、锡银铟铜等焊料连接的可靠性62
　　341在陶瓷衬底实现锡银、锡银铜、锡银铜锑、锡银铟铜WLCSP
　　封装的热疲劳试验结果63
　　342在印刷电路板上实现SnAgCu的WLCSP封装的热疲劳试验
　　结果63
　　343在印刷电路板上实现SnAgCu的WLCSP封装的高温储存64
　　344在印刷电路板上SnAgCu的WLCSP封装的剪切力64
　　致谢67
　　参考文献67
　　第4章无焊料凸点实现芯片（或圆片）级的互连74
　　41简介74
　　42适于使用无电镀镍金、电镀金和电镀铜凸点的硅片74
　　43不带电的镍磷浸金凸点75
　　431材料和工艺流程75
　　432钝化层断裂78
　　44电镀金凸点78
　　441材料和工艺流程78
　　442凸点的规格和测量方法79
　　45电镀铜凸点79
　　451材料和工艺流程79
　　452需特别注意的方面79
　　46电镀铜连线80
　　461结构80
　　462材料制备及工艺流程80
　　47连线压焊的微弹簧81
　　471材料及其制备过程81
　　472需特殊考虑的方面81
　　48连线压焊的金钮栓凸点82
　　481材料及其制备过程82
　　482设备83
　　49连线压焊的铜钮栓凸点88
　　491材料及其制备过程88
　　492剪切力89
　　致谢90
　　参考文献91
　　第5章在印刷电路板/衬底上应用无焊料凸点的圆片级芯片尺寸
　　封装（WLCSP）92
　　51简介92
　　52带有各向异性导电薄膜的印刷电路板上应用金、铜、镍金凸点的
　　WLCSP封装的设计、材料、工艺过程和可靠性92
　　521印刷电路板（PCB）93
　　522各向异性导电薄膜（ACF）93
　　523采用各向异性导电薄膜（ACF）的板上倒装片装配（FCOB）94
　　524采用各向异性导电薄膜（ACF）的板上倒装片装配系统（FCOB）
　　的温度循环测试97
　　525采用各向异性导电薄膜（ACF）的板上倒装片装配系统（FCOB）
　　表面绝缘电阻（SIR）的测试97
　　526小结98
　　53在衬底上使用焊料或黏结剂的铜连线圆片级芯片尺寸封装
　　（WLCSP）99
　　54在PCB板/衬底上使用焊料或黏结剂的微弹簧WLCSP99
　　55在带有茚并羧酸（ICA）印刷电路板的金钮栓凸点WLCSP100
　　551材料及其制备流程101
　　552适用于SBB技术的设备101
　　56在翘曲基板上使用茚并羧酸(ICA)的金钮栓凸点圆片级芯片尺寸
　　封装(WLCSP)103
　　561材料及其制备过程104
　　562量化测试和结果107
　　57在PCB板上使用ACP/ACF进行金钮栓凸点WLCSP封装107
　　571带有不导电填料的ACF/ACP107
　　572DSC测试结果108
　　573DMA测试结果109
　　574TMA测试结果109
　　575TGA测试结果111
　　57685℃/85%相对湿度测试及结果111
　　577热循环测试及结果112
　　58被扩散到带NCA的金焊盘PCB板的金钮栓凸点WLCSP封装112
　　581材料及其制备过程113
　　582可靠性114
　　59使用NCA在焊盘镀金柔性衬底上进行金钮栓凸点WLCSP封装115
　　591材料及其制备过程115
　　592可靠性118
　　510在PCB板上使用无铅焊料的铜钮栓凸点WLCSP封装119
　　5101材料及其制备过程119
　　5102可靠性120
　　致谢121
　　参考文献122
　　第6章适用于集成电路封装的无公害铸模化合物125
　　61简介125
　　62适于塑料方形扁平封装（PQFP）的无公害铸模化合物126
　　621阻燃系统——添加型阻燃剂126
　　622耐火系统——新型树脂系统127
　　623回流温度的升高对铸模化合物的影响128
　　624配合无铅焊接的不含卤素的铸模化合物132
　　63适于塑封焊球阵列封装（PBGA）的无公害铸模化合物135
　　631不含卤素的阻燃剂机制135
　　632由于Tg值的离差引起的PBGA封装翘曲137
　　633由于应力吸收机制引起PBGA封装的翘曲140
　　64适于制造自动化的PBGA封装的无公害铸模化合物141
　　641不含卤素的阻燃树脂142
　　642样品的制备143
　　643Tg、收缩、黏性等对封装共面的影响144
　　644湿度灵敏度的测试145
　　致谢147
　　参考文献147
　　第7章集成电路封装中无公害衬底贴装薄膜149
　　71简介149
　　72无公害衬底贴装薄膜149
　　721铅模PQFP封装中使用的充银薄膜DF3357149
　　722BT衬底PBGA封装和芯片尺寸封装（CSP）使用的绝缘膜
　　DF400152
　　73无公害铟锡衬底贴装键合工艺155
　　731铟锡相图156
　　732铟锡焊料连接的设计和工艺流程157
　　733铟锡(InSn)焊料结点的特性158
　　致谢160
　　参考文献160
　　第8章常规PCB板在环保方面的问题162
　　81简介162
　　82电子产品对环境的影响163
　　821环保方面需要主要考虑的问题164
　　822能源问题166
　　823化学问题167
　　824废弃物和可循环使用物174
　　825无公害电子产品的设计175
　　83针对印刷电路板行业环保方面的研究和探索177
　　831减小能源和溶剂的使用量178
　　832在印刷电路板中可更新的树脂179
　　833拆卸时可重复使用的密封剂180
　　84无卤素替代物方面研究的源动力181
　　841背景和难点182
　　842源动力182
　　843可供选择的材料183
　　844设计的测量和性能183
　　参考文献184
　　第9章起阻燃作用的含卤素和不含卤素的材料186
　　91简介186
　　92溴化阻燃剂187
　　921产品方面187
　　922分类188
　　923风险评估190
　　93无卤素阻燃剂毒物学方面的研究192
　　931基础知识192
　　932脱氮作用194
　　933生物测定流程194
　　94阻燃塑料在环保方面的作用196
　　941阻燃聚碳酸酯196
　　942自熄灭的环氧树脂化合物199
　　参考文献201
　　第10章环保型印刷电路板的制造203
　　101简介203
　　102PCB板的环保型设计203
　　1021流程模拟203
　　1022健康指数评估205
　　1023电路板的优化设计207
　　1024寿命周期分析(LCA)209
　　103绿色印刷电路板的生产210
　　1031基本流程211
　　1032工艺流程的调整211
　　1033环境方面的影响214
　　104环保的保形涂料215
　　1041基础知识215
　　1042涂料的选择216
　　1043加工方法216
　　1044分配方法217
　　1045工艺流程问题219
　　参考文献220
　　第11章无铅焊料方面国际研究状况221
　　111简介221
　　112较早时期无铅焊料的研究状况222
　　113近期无铅焊料的研究状况222
　　114日本在这方面若干措施产生的影响225
　　115美国在这些方面的反应225
　　116什么叫无铅连接?227
　　117无铅焊料的关键问题228
　　118目前可用的无铅焊料228
　　1181锡965/银35（Sn965/Ag35）228
　　1182锡993/铜07（Sn993/Cu07）228
　　1183锡银铜（SnAgCu）228
　　1184锡银铜+其他（SnAgCuX）229
　　1185锡银铋+其他（SnAgBiX）229
　　1186锡锑（SnSb）230
　　1187锡锌+其他（SnZnX）230
　　1188锡铋（SnBi）230
　　119成本方面的考虑231
　　1110印刷电路板的终端处理231
　　1111元器件231
　　1112热破坏实验232
　　1113其他需要考虑的问题232
　　1114协会活动233
　　1115协会的观点233
　　1116先行者的选择是什么呢?233
　　1117可能的解决方法234
　　1118无铅的材料安全吗?235
　　1119小结235
　　1120相关信息来源235
　　11201相关法律的制定235
　　11202参与此项工作的独立的公司和电子工业机构236
　　11203目前被考虑的合金237
　　参考文献237
　　第12章无铅焊料合金的发展238
　　121相关标准238
　　122毒性239
　　123成本和可利用性241
　　124无铅合金的发展状况241
　　1241目前正在使用的合金241
　　1242合金的调整和发展241
　　125无铅合金的研究状况248
　　126不同国家对各种无铅合金使用的倾向性264
　　1261日本的情况264
　　1262欧洲的情况266
　　1263北美洲的情况266
　　1264区域性选择情况的对比266
　　127有关专利方面的情况267
　　128结论268
　　参考文献268
　　第13章主要的无铅合金273
　　131共熔锡银合金(SnAg)273
　　1311物理特性273
　　1312力学性能274
　　1313浸润特性278
　　1314可靠性281
　　132共熔锡铜合金（SnCu）286
　　1321物理特性286
　　1322机械特性287
　　1323浸润特性287
　　1324可靠性288
　　133锡银铋合金(SnAgBi)和锡银铋铟合金(SnAgBiIn)292
　　1331物理和机械特性292
　　1332浸润特性295
　　1333可靠性296
　　134锡银铜合金(SnAgCu)和锡银铜+其他(SnAgCuX)299
　　1341物理特性299
　　1342机械特性302
　　1343浸润特性308
　　1344可靠性312
　　135锡锌合金(SnZn)和锡锌铋合金(SnZnBi)321
　　1351物理特性321
　　1352机械特性321
　　1353浸润特性322
　　1354可靠性323
　　136小结325
　　参考文献326
　　第14章无铅表面处理330
　　141简介330
　　142印刷电路板无铅表面磨光处理方案331
　　143有机焊料性能保护剂(OSP)332
　　1431苯并三唑（BTA）332
　　1432咪唑335
　　1433苯甲亚胺336
　　1434预焊剂340
　　144镍金(Ni/Au)341
　　1441电解Ni/Au342
　　1442非电镀镍/浸金344
　　1443非电镀镍/非电镀（自动催化）金349
　　145浸银350
　　146浸铋357
　　147钯（Pd）359
　　1471浸金或非浸金电解钯359
　　1472浸金或非浸金非电镀（自动催化）钯362
　　148非电镀镍/钯/（闪金）363
　　149镍钯(其他) (Ni/Pd(X))365
　　1491电解镍/钯钴/闪金(Ni/PdCo/Au flash)365
　　1492无电镍/钯镍/闪金（Ni/PdNi/Au flash）365
　　1410锡367
　　14101电解锡367
　　14102浸锡369
　　1411电解镍锡374
　　1412锡铋（SnBi）376
　　14121浸锡铋合金376
　　14122电解锡铋合金377
　　1413锡铜(热气焊料)377
　　1414电解锡镍378
　　1415固体焊料沉淀（SSD）379
　　14151热气焊料（HASL）379
　　14152Optipad380
　　14153Sipad381
　　14154PPT382
　　14155焊料覆层383
　　14156焊接喷射383
　　14157高级焊料384
　　1416印刷电路板表面处理小结384
　　1417元件表面处理选择方案386
　　1418镍金（ENIG）387
　　1419电解钯387
　　1420非电镀镍钯387
　　1421电解钯镍388
　　1422锡388
　　1423电解锡银389
　　1424电解锡铋390
　　1425锡铜390
　　1426元件表面处理小结392
　　参考文献392
　　第15章无铅焊接的实现398
　　151与带有表面贴装技术回流工艺无铅焊接的兼容性398
　　1511兼容性评估的试验方案398
　　1512兼容性研究结果402
　　1513需考虑的额外因素409
　　1514兼容性评估411
　　152无铅波焊的实现411
　　153回流条件对无铅焊接的影响413
　　154无铅黏胶焊接的焊剂要求417
　　155无铅黏胶操作的焊剂要求419
　　156无铅焊料黏胶的清洁性能419
　　157无铅残渣清理的焊剂要求422
　　158无铅残渣清理的化学试剂/工艺流程422
　　159无铅焊料黏胶的选择423
　　参考文献424
　　第16章无铅焊接的难点426
　　161表面处理的难点426
　　1611黑焊盘426
　　1612外部裂化/漏掉电镀428
　　1613锡须428
　　1614表面处理清洁阻抗433
　　162焊接的难点433
　　1621金属互化物433
　　1622金属渣滓434
　　1623波峰焊接组分435
　　1624铅掺杂436
　　1625填料上浮440
　　1626吸湿性能差444
　　1627空洞444
　　1628粗糙连接形貌446
　　163可靠性的难点446
　　1631锡制的有害物446
　　1632金属互化物小盘447
　　1633硬节点448
　　1634热损伤448
　　1635焊剂残留物的清理449
　　1636导电阳极电阻丝450
　　164没能解决的难点451
　　参考文献453
　　第17章导电胶的介绍458
　　171电子封装：简单的回顾458
　　172导电胶技术综述460
　　1721各向异性导电胶（ACA）461
　　1722各向异性导电胶（ICA）464
　　173导电胶相关技术的基本知识和替代焊料的发展趋势470
　　174研究目标471
　　1741银膜上的有机润滑剂的化学组分和特征471
　　1742导电胶的导电机理研究472
　　1743在常规金属上导电胶接触电阻不稳定的主要原因和接触电阻
　　稳定性研究472
　　1744具有良好导电性、稳定的接触电阻和抗冲击的导电胶的研究
　　进展472
　　175研究概况473
　　致谢473
　　参考文献474
　　第18章导电胶电导率的建立477
　　181简介477
　　182实验477
　　1821材料477
　　1822导电胶透射电镜方法（TEM）研究478
　　1823处理过程中传导性的建立478
　　1824卷曲收缩量的测量478
　　1825在外部压力下银颗粒和导电胶电导率的变化479
　　1826具有导电黏附和润滑特征的薄银片电导率的建立479
　　1827处理时模量变化的测量479
　　1828导电胶的处理479
　　1829交联密度测试480
　　183结果与讨论480
　　1831银薄片间颗粒内连接的观察480
　　1832处理时导电胶导电性的建立480
　　1833银片润滑层与导电胶传导性之间关系的研究482
　　1834翘曲收缩与电导率关系的研究484
　　184结论490
　　参考文献490
　　第19章导电胶接触电阻不稳定的机理研究491
　　191简介491
　　192实验493
　　1921材料概述493
　　1922体电阻漂移的研究493
　　1923接触电阻漂移的研究493
　　1924氧化物形成的研究494
　　193结果和讨论494
　　1931接触电阻漂移现象494
　　1932接触电阻潜在不稳定性现象的机理研究496
　　1933金属氧化物形成的观测500
　　194结论501
　　参考文献502
　　第20章导电胶接触电阻的稳定性503
　　201简介503
　　2011影响电化腐蚀的因素503
　　2012防电化腐蚀的添加剂（氧气清道夫）503
　　202实验505
　　2021材料505
　　2022接触电阻测试装置505
　　2023导电胶翘曲行为的研究505
　　2024导电胶动态特性的研究505
　　2025湿度吸收的测试506
　　2026黏结强度的测试506
　　203结果与讨论506
　　2031电解对接触电阻漂移的影响506
　　2032湿度吸收对接触电阻漂移的影响507
　　2033应用添加剂提高接触电阻的稳定性507
　　204结论512
　　205小结513
　　参考文献513
　　英汉术语对照516
　　作者简介546

　　电子产品对环境的污染日益受到人们的关注，我国也即将出台《电子信息产品生产污染防治管理办法》，规定自2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有铅、汞、镉等有害物质。为加速环保电子进程，提高国内相关管理人员和技术人员环保意识，化学工业出版社特引进该领域的权威书《电子制造技术——利用无铅、无卤素和导电胶材料》。
　　本书详细讲述了无铅、无卤素和导电胶技术以及它们应用于低成本、高密度、高可靠性和环保等方面的潜力，涵盖了电子和光电子封装及内连接领域的设计、材料、工艺、设备、制造、可靠性、元件、封装及系统工程、技术及市场管理等方面的内容。
　　本书适用于电子制造业和封装业中希望掌握无铅、无卤素和导电胶技术解决方案的技术人员阅读，也适合于需要低成本设计并对环境保护有着积极作用的设计工作人员阅读。