電子製造技術——利用無鉛、無鹵素和導電膠材料

《電子製造技術——利用無鉛、無鹵素和導電膠材料》是2005年化學工業出版社出版的圖書，作者是[美]劉漢誠(John H.Lau)、[美]汪正平(C.P.Wong)、[美]李寧成(Ning cheng Lee)、李世瑋(S.W.Ricky Lee)。

基本介紹

• 中文名：電子製造技術——利用無鉛、無鹵素和導電膠材料
• 作者：［美］劉漢誠(John H.Lau)、［美］汪正平(C.P.Wong)、［美］李寧成(Ning cheng Lee)等
• 出版時間：2005年8月
• 出版社：化學工業出版社
• 頁數：560 頁
• ISBN：7-5025-7004-7
• 類別：電子技術類圖書
• 定價：78 元
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝

內容簡介

電子產品對環境的污染日益受到人們的關注，我國也即將出台《電子信息產品生產污染防治管理辦法》，規定自2006年7月1日起投放市場的國家重點監管目錄內的電子信息產品不能含有鉛、汞、鎘等有害物質。為加速環保電子進程，提高國內相關管理人員和技術人員環保意識，化學工業出版社特引進該領域的權威書《電子製造技術——利用無鉛、無鹵素和導電膠材料》。

本書詳細講述了無鉛、無鹵素和導電膠技術以及它們套用於低成本、高密度、高可靠性和環保等方面的潛力，涵蓋了電子和光電子封裝及內連線領域的設計、材料、工藝、設備、製造、可靠性、元件、封裝及系統工程、技術及市場管理等方面的內容。

本書適用於電子製造業和封裝業中希望掌握無鉛、無鹵素和導電膠技術解決方案的技術人員閱讀，也適合於需要低成本設計並對環境保護有著積極作用的設計工作人員閱讀。

目錄

第1章無公害電子製造技術簡介1

1.1工業發展趨勢1

1.1.1汽車工業1

1.1.2電子工業2

1.2全球無公害製造技術的發展趨勢3

1.2.1政府行為3

1.2.2工業行為3

1.2.3研究發展行為4

1.2.4教育行為4

1.2.5全球在無公害電子製造技術方面的努力5

1.3無公害電子製造技術的發展趨勢6

1.3.1積體電路製造8

1.3.2積體電路封裝9

1.3.3印刷電路板9

1.3.4無鉛焊料10

1.3.5不含鹵素的阻燃劑11

1.3.6導電膠12

1.3.7終身管理制12

致謝13

參考文獻13

第2章套用無鉛焊料實現晶片（或晶片）級的互連21

2.1簡介21

2.2凸點下金屬化21

2.2.1不帶電鍍的鎳磷浸金凸點22

2.2.2鋁鎳釩銅凸點24

2.3套用無鉛焊料的微球圓片凸點25

2.3.1微球晶片凸點概述25

2.3.2微球的製備26

2.3.3微球的控制28

2.3.4微球圓片凸點28

2.4置於圓片上的錫銀銅焊料球31

2.4.1晶片級晶片尺寸封裝（WLCSP）31

2.4.2帶有應力緩釋層的圓片級晶片尺寸封裝32

2.5在帶有NiAu金屬凸點矽片上掩膜印刷SnAg焊料34

2.5.1在不電解鎳與焊料間的界面態34

2.5.2金屬互化物(IMC)和富磷鎳層的生長36

2.5.3凸點切向斷裂面38

2.6鎳金作為凸點下金屬層的矽片上套用錫銅、錫銀鉍、錫銀銅等

焊料的掩膜印刷40

2.6.1回流化焊料凸點間的界面40

2.6.2合金化焊料凸點間的界面42

2.6.3焊料凸點的剪下力43

2.7在帶有鈦銅金屬化層的矽片上掩膜印刷錫銅、錫銀鉍、錫銀銅

焊料44

2.7.1回流後焊料凸點間的界面44

2.7.2合金化焊料凸點間的界面45

2.8在帶有鋁鎳釩銅凸點下金屬層的矽片上焊料的掩膜印刷46

致謝47

參考文獻47

第3章在印刷電路板/襯底上用無鉛焊料實現圓片級晶片尺寸

封裝（WLCSP）51

3.1簡介51

3.2套用應力緩釋層實現錫銀銅圓片級晶片尺寸封裝時焊料連線的可靠性51

3.2.1有限元分析結果51

3.2.2熱循環分析結果52

3.2.3應力緩釋層對電容的影響55

3.3套用TiCu和NiAu凸點下金屬化層實現SnAg、SnAgCu的WLCSP

封裝時焊料連線的可靠性57

3.3.1等溫條件下疲勞試驗結果57

3.3.2熱循環疲勞試驗結果59

3.4套用鋁鎳釩銅UBM實現WLCSP封裝時錫銀、錫銀銅、錫銀銅

銻、錫銀銦銅等焊料連線的可靠性62

3.4.1在陶瓷襯底實現錫銀、錫銀銅、錫銀銅銻、錫銀銦銅WLCSP

封裝的熱疲勞試驗結果63

3.4.2在印刷電路板上實現SnAgCu的WLCSP封裝的熱疲勞試驗

結果63

3.4.3在印刷電路板上實現SnAgCu的WLCSP封裝的高溫儲存64

3.4.4在印刷電路板上SnAgCu的WLCSP封裝的剪下力64

致謝67

參考文獻67

第4章無焊料凸點實現晶片（或圓片）級的互連74

4.1簡介74

4.2適於使用無電鍍鎳金、電鍍金和電鍍銅凸點的矽片74

4.3不帶電的鎳磷浸金凸點75

4.3.1材料和工藝流程75

4.3.2鈍化層斷裂78

4.4電鍍金凸點78

4.4.1材料和工藝流程78

4.4.2凸點的規格和測量方法79

4.5電鍍銅凸點79

4.5.1材料和工藝流程79

4.5.2需特別注意的方面79

4.6電鍍銅連線80

4.6.1結構80

4.6.2材料製備及工藝流程80

4.7連線壓焊的微彈簧81

4.7.1材料及其製備過程81

4.7.2需特殊考慮的方面81

4.8連線壓焊的金鈕栓凸點82

4.8.1材料及其製備過程82

4.8.2設備83

4.9連線壓焊的銅鈕栓凸點88

4.9.1材料及其製備過程88

4.9.2剪下力89

致謝90

參考文獻91

第5章在印刷電路板/襯底上套用無焊料凸點的圓片級晶片尺寸

封裝（WLCSP）92

5.1簡介92

5.2帶有各向異性導電薄膜的印刷電路板上套用金、銅、鎳金凸點的

WLCSP封裝的設計、材料、工藝過程和可靠性92

5.2.1印刷電路板（PCB）93

5.2.2各向異性導電薄膜（ACF）93

5.2.3採用各向異性導電薄膜（ACF）的板上倒裝片裝配（FCOB）94

5.2.4採用各向異性導電薄膜（ACF）的板上倒裝片裝配系統（FCOB）

的溫度循環測試97

5.2.5採用各向異性導電薄膜（ACF）的板上倒裝片裝配系統（FCOB）

表面絕緣電阻（SIR）的測試97

5.2.6小結98

5.3在襯底上使用焊料或黏結劑的銅連線圓片級晶片尺寸封裝

（WLCSP）99

5.4在PCB板/襯底上使用焊料或黏結劑的微彈簧WLCSP99

5.5在帶有茚並羧酸（ICA）印刷電路板的金鈕栓凸點WLCSP100

5.5.1材料及其製備流程101

5.5.2適用於SBB技術的設備101

5.6在翹曲基板上使用茚並羧酸(ICA)的金鈕栓凸點圓片級晶片尺寸

封裝(WLCSP)103

5.6.1材料及其製備過程104

5.6.2量化測試和結果107

5.7在PCB板上使用ACP/ACF進行金鈕栓凸點WLCSP封裝107

5.7.1帶有不導電填料的ACF/ACP107

5.7.2DSC測試結果108

5.7.3DMA測試結果109

5.7.4TMA測試結果109

5.7.5TGA測試結果111

5.7.685℃/85%相對濕度測試及結果111

5.7.7熱循環測試及結果112

5.8被擴散到帶NCA的金焊盤PCB板的金鈕栓凸點WLCSP封裝112

5.8.1材料及其製備過程113

5.8.2可靠性114

5.9使用NCA在焊盤鍍金柔性襯底上進行金鈕栓凸點WLCSP封裝115

5.9.1材料及其製備過程115

5.9.2可靠性118

5.10在PCB板上使用無鉛焊料的銅鈕栓凸點WLCSP封裝119

5.10.1材料及其製備過程119

5.10.2可靠性120

致謝121

參考文獻122

第6章適用於積體電路封裝的無公害鑄模化合物125

6.1簡介125

6.2適於塑膠方形扁平封裝（PQFP）的無公害鑄模化合物126

6.2.1阻燃系統——添加型阻燃劑126

6.2.2耐火系統——新型樹脂系統127

6.2.3回流溫度的升高對鑄模化合物的影響128

6.2.4配合無鉛焊接的不含鹵素的鑄模化合物132

6.3適於塑封焊球陣列封裝（PBGA）的無公害鑄模化合物135

6.3.1不含鹵素的阻燃劑機制135

6.3.2由於Tg值的離差引起的PBGA封裝翹曲137

6.3.3由於應力吸收機制引起PBGA封裝的翹曲140

6.4適於製造自動化的PBGA封裝的無公害鑄模化合物141

6.4.1不含鹵素的阻燃樹脂142

6.4.2樣品的製備143

6.4.3Tg、收縮、黏性等對封裝共面的影響144

6.4.4濕度靈敏度的測試145

致謝147

參考文獻147

第7章積體電路封裝中無公害襯底貼裝薄膜149

7.1簡介149

7.2無公害襯底貼裝薄膜149

7.2.1鉛模PQFP封裝中使用的充銀薄膜DF3357149

7.2.2BT襯底PBGA封裝和晶片尺寸封裝（CSP）使用的絕緣膜

DF400152

7.3無公害銦錫襯底貼裝鍵合工藝155

7.3.1銦錫相圖156

7.3.2銦錫焊料連線的設計和工藝流程157

7.3.3銦錫(InSn)焊料結點的特性158

致謝160

參考文獻160

第8章常規PCB板在環保方面的問題162

8.1簡介162

8.2電子產品對環境的影響163

8.2.1環保方面需要主要考慮的問題164

8.2.2能源問題166

8.2.3化學問題167

8.2.4廢棄物和可循環使用物174

8.2.5無公害電子產品的設計175

8.3針對印刷電路板行業環保方面的研究和探索177

8.3.1減小能源和溶劑的使用量178

8.3.2在印刷電路板中可更新的樹脂179

8.3.3拆卸時可重複使用的密封劑180

8.4無鹵素替代物方面研究的源動力181

8.4.1背景和難點182

8.4.2源動力182

8.4.3可供選擇的材料183

8.4.4設計的測量和性能183

參考文獻184

第9章起阻燃作用的含鹵素和不含鹵素的材料186

9.1簡介186

9.2溴化阻燃劑187

9.2.1產品方面187

9.2.2分類188

9.2.3風險評估190

9.3無鹵素阻燃劑毒物學方面的研究192

9.3.1基礎知識192

9.3.2脫氮作用194

9.3.3生物測定流程194

9.4阻燃塑膠在環保方面的作用196

9.4.1阻燃聚碳酸酯196

9.4.2自熄滅的環氧樹脂化合物199

參考文獻201

第10章環保型印刷電路板的製造203

10.1簡介203

10.2PCB板的環保型設計203

10.2.1流程模擬203

10.2.2健康指數評估205

10.2.3電路板的最佳化設計207

10.2.4壽命周期分析(LCA)209

10.3綠色印刷電路板的生產210

10.3.1基本流程211

10.3.2工藝流程的調整211

10.3.3環境方面的影響214

10.4環保的保形塗料215

10.4.1基礎知識215

10.4.2塗料的選擇216

10.4.3加工方法216

10.4.4分配方法217

10.4.5工藝流程問題219

參考文獻220

第11章無鉛焊料方面國際研究狀況221

11.1簡介221

11.2較早時期無鉛焊料的研究狀況222

11.3近期無鉛焊料的研究狀況222

11.4日本在這方面若干措施產生的影響225

11.5美國在這些方面的反應225

11.6什麼叫無鉛連線?227

11.7無鉛焊料的關鍵問題228

11.8目前可用的無鉛焊料228

11.8.1錫96.5/銀3.5（Sn96.5/Ag3.5）228

11.8.2錫99.3/銅0.7（Sn99.3/Cu0.7）228

11.8.3錫銀銅（SnAgCu）228

11.8.4錫銀銅+其他（SnAgCuX）229

11.8.5錫銀鉍+其他（SnAgBiX）229

11.8.6錫銻（SnSb）230

11.8.7錫鋅+其他（SnZnX）230

11.8.8錫鉍（SnBi）230

11.9成本方面的考慮231

11.10印刷電路板的終端處理231

11.11元器件231

11.12熱破壞實驗232

11.13其他需要考慮的問題232

11.14協會活動233

11.15協會的觀點233

11.16先行者的選擇是什麼呢?233

11.17可能的解決方法234

11.18無鉛的材料安全嗎?235

11.19小結235

11.20相關信息來源235

11.20.1相關法律的制定235

11.20.2參與此項工作的獨立的公司和電子工業機構236

11.20.3目前被考慮的合金237

參考文獻237

第12章無鉛焊料合金的發展238

12.1相關標準238

12.2毒性239

12.3成本和可利用性241

12.4無鉛合金的發展狀況241

12.4.1目前正在使用的合金241

12.4.2合金的調整和發展241

12.5無鉛合金的研究狀況248

12.6不同國家對各種無鉛合金使用的傾向性264

12.6.1日本的情況264

12.6.2歐洲的情況266

12.6.3北美洲的情況266

12.6.4區域性選擇情況的對比266

12.7有關專利方面的情況267

12.8結論268

參考文獻268

第13章主要的無鉛合金273

13.1共熔錫銀合金(SnAg)273

13.1.1物理特性273

13.1.2力學性能274

13.1.3浸潤特性278

13.1.4可靠性281

13.2共熔錫銅合金（SnCu）286

13.2.1物理特性286

13.2.2機械特性287

13.2.3浸潤特性287

13.2.4可靠性288

13.3錫銀鉍合金(SnAgBi)和錫銀鉍銦合金(SnAgBiIn)292

13.3.1物理和機械特性292

13.3.2浸潤特性295

13.3.3可靠性296

13.4錫銀銅合金(SnAgCu)和錫銀銅+其他(SnAgCuX)299

13.4.1物理特性299

13.4.2機械特性302

13.4.3浸潤特性308

13.4.4可靠性312

13.5錫鋅合金(SnZn)和錫鋅鉍合金(SnZnBi)321

13.5.1物理特性321

13.5.2機械特性321

13.5.3浸潤特性322

13.5.4可靠性323

13.6小結325

參考文獻326

第14章無鉛表面處理330

14.1簡介330

14.2印刷電路板無鉛表面磨光處理方案331

14.3有機焊料性能保護劑(OSP)332

14.3.1苯並三唑（BTA）332

14.3.2咪唑335

14.3.3苯甲亞胺336

14.3.4預焊劑340

14.4鎳金(Ni/Au)341

14.4.1電解Ni/Au342

14.4.2非電鍍鎳/浸金344

14.4.3非電鍍鎳/非電鍍（自動催化）金349

14.5浸銀350

14.6浸鉍357

14.7鈀（Pd）359

14.7.1浸金或非浸金電解鈀359

14.7.2浸金或非浸金非電鍍（自動催化）鈀362

14.8非電鍍鎳/鈀/（閃金）363

14.9鎳鈀(其他) (Ni/Pd(X))365

14.9.1電解鎳/鈀鈷/閃金(Ni/PdCo/Au flash)365

14.9.2無電鎳/鈀鎳/閃金（Ni/PdNi/Au flash）365

14.10錫367

14.10.1電解錫367

14.10.2浸錫369

14.11電解鎳錫374

14.12錫鉍（SnBi）376

14.12.1浸錫鉍合金376

14.12.2電解錫鉍合金377

14.13錫銅(熱氣焊料)377

14.14電解錫鎳378

14.15固體焊料沉澱（SSD）379

14.15.1熱氣焊料（HASL）379

14.15.2Optipad380

14.15.3Sipad381

14.15.4PPT382

14.15.5焊料覆層383

14.15.6焊接噴射383

14.15.7高級焊料384

14.16印刷電路板表面處理小結384

14.17元件表面處理選擇方案386

14.18鎳金（ENIG）387

14.19電解鈀387

14.20非電鍍鎳鈀387

14.21電解鈀鎳388

14.22錫388

14.23電解錫銀389

14.24電解錫鉍390

14.25錫銅390

14.26元件表面處理小結392

參考文獻392

第15章無鉛焊接的實現398

15.1與帶有表面貼裝技術回流工藝無鉛焊接的兼容性398

15.1.1兼容性評估的試驗方案398

15.1.2兼容性研究結果402

15.1.3需考慮的額外因素409

15.1.4兼容性評估411

15.2無鉛波焊的實現411

15.3回流條件對無鉛焊接的影響413

15.4無鉛黏膠焊接的焊劑要求417

15.5無鉛黏膠操作的焊劑要求419

15.6無鉛焊料黏膠的清潔性能419

15.7無鉛殘渣清理的焊劑要求422

15.8無鉛殘渣清理的化學試劑/工藝流程422

15.9無鉛焊料黏膠的選擇423

參考文獻424

第16章無鉛焊接的難點426

16.1表面處理的難點426

16.1.1黑焊盤426

16.1.2外部裂化/漏掉電鍍428

16.1.3錫須428

16.1.4表面處理清潔阻抗433

16.2焊接的難點433

16.2.1金屬互化物433

16.2.2金屬渣滓434

16.2.3波峰焊接組分435

16.2.4鉛摻雜436

16.2.5填料上浮440

16.2.6吸濕性能差444

16.2.7空洞444

16.2.8粗糙連線形貌446

16.3可靠性的難點446

16.3.1錫制的有害物446

16.3.2金屬互化物小盤447

16.3.3硬節點448

16.3.4熱損傷448

16.3.5焊劑殘留物的清理449

16.3.6導電陽極電阻絲450

16.4沒能解決的難點451

參考文獻453

第17章導電膠的介紹458

17.1電子封裝：簡單的回顧458

17.2導電膠技術綜述460

17.2.1各向異性導電膠（ACA）461

17.2.2各向異性導電膠（ICA）464

17.3導電膠相關技術的基本知識和替代焊料的發展趨勢470

17.4研究目標471

17.4.1銀膜上的有機潤滑劑的化學組分和特徵471

17.4.2導電膠的導電機理研究472

17.4.3在常規金屬上導電膠接觸電阻不穩定的主要原因和接觸電阻

穩定性研究472

17.4.4具有良好導電性、穩定的接觸電阻和抗衝擊的導電膠的研究

進展472

17.5研究概況473

致謝473

參考文獻474

第18章導電膠電導率的建立477

18.1簡介477

18.2實驗477

18.2.1材料477

18.2.2導電膠透射電鏡方法（TEM）研究478

18.2.3處理過程中傳導性的建立478

18.2.4捲曲收縮量的測量478

18.2.5在外部壓力下銀顆粒和導電膠電導率的變化479

18.2.6具有導電黏附和潤滑特徵的薄銀片電導率的建立479

18.2.7處理時模量變化的測量479

18.2.8導電膠的處理479

18.2.9交聯密度測試480

18.3結果與討論480

18.3.1銀薄片間顆粒內連線的觀察480

18.3.2處理時導電膠導電性的建立480

18.3.3銀片潤滑層與導電膠傳導性之間關係的研究482

18.3.4翹曲收縮與電導率關係的研究484

18.4結論490

參考文獻490

第19章導電膠接觸電阻不穩定的機理研究491

19.1簡介491

19.2實驗493

19.2.1材料概述493

19.2.2體電阻漂移的研究493

19.2.3接觸電阻漂移的研究493

19.2.4氧化物形成的研究494

19.3結果和討論494

19.3.1接觸電阻漂移現象494

19.3.2接觸電阻潛在不穩定性現象的機理研究496

19.3.3金屬氧化物形成的觀測500

19.4結論501

參考文獻502

第20章導電膠接觸電阻的穩定性503

20.1簡介503

20.1.1影響電化腐蝕的因素503

20.1.2防電化腐蝕的添加劑（氧氣清道夫）503

20.2實驗505

20.2.1材料505

20.2.2接觸電阻測試裝置505

20.2.3導電膠翹曲行為的研究505

20.2.4導電膠動態特性的研究505

20.2.5濕度吸收的測試506

20.2.6黏結強度的測試506

20.3結果與討論506

20.3.1電解對接觸電阻漂移的影響506

20.3.2濕度吸收對接觸電阻漂移的影響507

20.3.3套用添加劑提高接觸電阻的穩定性507

20.4結論512

20.5小結513

參考文獻513

英漢術語對照516

作者簡介546