Electronics Manufacturing with Lead - Free, Halogen - Free & Conductive - Adhesive Materials

目录

第1章无公害电子制造技术简介1

11工业发展趋势1

111汽车工业1

112电子工业2

12全球无公害制造技术的发展趋势3

121政府行为3

122工业行为3

123研究发展行为4

124教育行为4

125全球在无公害电子制造技术方面的努力5

13无公害电子制造技术的发展趋势6

131集成电路制造8

132集成电路封装9

133印刷电路板9

134无铅焊料10

135不含卤素的阻燃剂11

136导电胶12

137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

21简介21

22凸点下金属化21

221不带电镀的镍擦捉金凸点22

222铝材钒餐凸点24

23应用无铅焊料的微球圆片凸点25

231微球晶片凸点概述25

232微球的制备26

233微球的控制28

234微球圆片凸点28

24置于圆片上的锡惨餐焊料球31

241晶片级芯片尺寸封装（wlcsp）31

242带有应力缓释层的圆片级芯片尺寸封装32

25在带有ni瞐u金属凸点硅片上掩膜印刷sn瞐g焊料34

251在不电解镍与焊料间的界面态34

252金属互化物(imc)和富磷镍层的生长36

253凸点切向断裂面38

26镍步鹱魑凸点下金属层的硅片上应用锡餐、锡惨差椤⑽惨餐等

焊料的掩膜印刷40

261回流化焊料凸点间的界面40

262合金化焊料凸点间的界面42

263焊料凸点的剪切力43

27在带有钛餐金属化层的硅片上掩膜印刷锡餐、锡惨差椤⑽惨餐

焊料44

271回流后焊料凸点间的界面44

272合金化焊料凸点间的界面45

28在带有铝材钒餐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

31简介51

32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

321有限元分析结果51

322热循环分析结果52

323应力缓释层对电容的影响55

33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

331等温条件下疲劳试验结果57

332热循环疲劳试验结果59

34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

341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

342在印刷电路板上实现snagcu的wlcsp封装的热疲劳试验

结果63

343在印刷电路板上实现snagcu的wlcsp封装的高温储存64

344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

41简介74

42适于使用无电镀镍步稹⒌缍平鸷偷缍仆凸点的硅片74

43不带电的镍擦捉金凸点75

431材料和工艺流程75

432钝化层断裂78

44电镀金凸点78

441材料和工艺流程78

442凸点的规格和测量方法79

45电镀铜凸点79

451材料和工艺流程79

452需特别注意的方面79

46电镀铜连线80

461结构80

462材料制备及工艺流程80

47连线压焊的微弹簧81

471材料及其制备过程81

472需特殊考虑的方面81

48连线压焊的金钮栓凸点82

481材料及其制备过程82

482设备83

49连线压焊的铜钮栓凸点88

491材料及其制备过程88

492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

51简介92

52带有各向异性导电薄膜的印刷电路板上应用金、铜、镍步鹜沟愕

wlcsp封装的设计、材料、工艺过程和可靠性92

521印刷电路板（pcb）93

522各向异性导电薄膜（acf）93

523采用各向异性导电薄膜（acf）的板上倒装片装配（fcob）94

524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

525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

526小结98

53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

54在pcb板/衬底上使用焊料或黏结剂的微弹簧wlcsp99

55在带有茚并羧酸（ica）印刷电路板的金钮栓凸点wlcsp100

551材料及其制备流程101

552适用于sbb技术的设备101

56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

561材料及其制备过程104

562量化测试和结果107

57在pcb板上使用acp/acf进行金钮栓凸点wlcsp封装107

571带有不导电填料的acf/acp107

572dsc测试结果108

573dma测试结果109

574tma测试结果109

575tga测试结果111

57685℃/85%相对湿度测试及结果111

577热循环测试及结果112

58被扩散到带nca的金焊盘pcb板的金钮栓凸点wlcsp封装112

581材料及其制备过程113

582可靠性114

59使用nca在焊盘镀金柔性衬底上进行金钮栓凸点wlcsp封装115

591材料及其制备过程115

592可靠性118

510在pcb板上使用无铅焊料的铜钮栓凸点wlcsp封装119

5101材料及其制备过程119

5102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

61简介125

62适于塑料方形扁平封装（pqfp）的无公害铸模化合物126

621阻燃系统——添加型阻燃剂126

622耐火系统——新型树脂系统127

623回流温度的升高对铸模化合物的影响128

624配合无铅焊接的不含卤素的铸模化合物132

63适于塑封焊球阵列封装（pbga）的无公害铸模化合物135

631不含卤素的阻燃剂机制135

632由于tg值的离差引起的pbga封装翘曲137

633由于应力吸收机制引起pbga封装的翘曲140

64适于制造自动化的pbga封装的无公害铸模化合物141

641不含卤素的阻燃树脂142

642样品的制备143

643tg、收缩、黏性等对封装共面的影响144

644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

71简介149

72无公害衬底贴装薄膜149

721铅模pqfp封装中使用的充银薄膜df3357149

722bt衬底pbga封装和芯片尺寸封装（csp）使用的绝缘膜

df400152

73无公害铟参衬底贴装键合工艺155

731铟参相图156

732铟参焊料连接的设计和工艺流程157

733铟参(in瞫n)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

81简介162

82电子产品对环境的影响163

821环保方面需要主要考虑的问题164

822能源问题166

823化学问题167

824废弃物和可循环使用物174

825无公害电子产品的设计175

83针对印刷电路板行业环保方面的研究和探索177

831减小能源和溶剂的使用量178

832在印刷电路板中可更新的树脂179

833拆卸时可重复使用的密封剂180

84无卤素替代物方面研究的源动力181

841背景和难点182

842源动力182

843可供选择的材料183

844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

91简介186

92溴化阻燃剂187

921产品方面187

922分类188

923风险评估190

93无卤素阻燃剂毒物学方面的研究192

931基础知识192

932脱氮作用194

933生物测定流程194

94阻燃塑料在环保方面的作用196

941阻燃聚碳酸酯196

942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

101简介203

102pcb板的环保型设计203

1021流程模拟203

1022健康指数评估205

1023电路板的优化设计207

1024寿命周期分析(lca)209

103绿色印刷电路板的生产210

1031基本流程211

1032工艺流程的调整211

1033环境方面的影响214

104环保的保形涂料215

1041基础知识215

1042涂料的选择216

1043加工方法216

1044分配方法217

1045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

111简介221

112较早时期无铅焊料的研究状况222

113近期无铅焊料的研究状况222

114日本在这方面若干措施产生的影响225

115美国在这些方面的反应225

116什么叫无铅连接?227

117无铅焊料的关键问题228

118目前可用的无铅焊料228

1181锡965/银35（sn965/ag35）228

1182锡993/铜07（sn993/cu07）228

1183锡银铜（snagcu）228

1184锡银铜+其他（snagcux）229

1185锡银铋+其他（snagbix）229

1186锡锑（snsb）230

1187锡锌+其他（snznx）230

1188锡铋（snbi）230

119成本方面的考虑231

1110印刷电路板的终端处理231

1111元器件231

1112热破坏实验232

1113其他需要考虑的问题232

1114协会活动233

1115协会的观点233

1116先行者的选择是什么呢?233

1117可能的解决方法234

1118无铅的材料安全吗?235

1119小结235

1120相关信息来源235

11201相关法律的制定235

11202参与此项工作的独立的公司和电子工业机构236

11203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

121相关标准238

122毒性239

123成本和可利用性241

124无铅合金的发展状况241

1241目前正在使用的合金241

1242合金的调整和发展241

125无铅合金的研究状况248

126不同国家对各种无铅合金使用的倾向性264

1261日本的情况264

1262欧洲的情况266

1263北美洲的情况266

1264区域性选择情况的对比266

127有关专利方面的情况267

128结论268

参考文献268

第13章主要的无铅合金273

131共熔锡惨合金(sn瞐g)273

1311物理特性273

1312力学性能274

1313浸润特性278

1314可靠性281

132共熔锡餐合金（sn瞔u）286

1321物理特性286

1322机械特性287

1323浸润特性287

1324可靠性288

133锡惨差楹辖(sn瞐g瞓i)和锡惨差楠差骱辖(sn瞐g瞓i瞚n)292

1331物理和机械特性292

1332浸润特性295

1333可靠性296

134锡惨餐合金(sn瞐g瞔u)和锡惨餐+其他(sn瞐g瞔u瞲)299

1341物理特性299

1342机械特性302

1343浸润特性308

1344可靠性312

135锡残亢辖(sn瞶n)和锡残开差楹辖(sn瞶n瞓i)321

1351物理特性321

1352机械特性321

1353浸润特性322

1354可靠性323

136小结325

参考文献326

第14章无铅表面处理330

141简介330

142印刷电路板无铅表面磨光处理方案331

143有机焊料性能保护剂(osp)332

1431苯并三唑（bta）332

1432咪唑335

1433苯甲亚胺336

1434预焊剂340

144镍步(ni/au)341

1441电解ni/au342

1442非电镀镍/浸金344

1443非电镀镍/非电镀（自动催化）金349

145浸银350

146浸铋357

147钯（pd）359

1471浸金或非浸金电解钯359

1472浸金或非浸金非电镀（自动催化）钯362

148非电镀镍/钯/（闪金）363

149镍差(其他) (ni/pd(x))365

1491电解镍/钯钴/闪金(ni/pdco/au flash)365

1492无电镍/钯镍/闪金（ni/pdni/au flash）365

1410锡367

14101电解锡367

14102浸锡369

1411电解镍参374

1412锡差椋╯n瞓i）376

14121浸锡差楹辖376

14122电解锡差楹辖377

1413锡餐(热气焊料)377

1414电解锡材378

1415固体焊料沉淀（ssd）379

14151热气焊料（hasl）379

14152optipad380

14153sipad381

14154ppt382

14155焊料覆层383

14156焊接喷射383

14157高级焊料384

1416印刷电路板表面处理小结384

1417元件表面处理选择方案386

1418镍步穑╡nig）387

1419电解钯387

1420非电镀镍差387

1421电解钯材388

1422锡388

1423电解锡惨389

1424电解锡差390

1425锡餐390

1426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

151与带有表面贴装技术回流工艺无铅焊接的兼容性398

1511兼容性评估的试验方案398

1512兼容性研究结果402

1513需考虑的额外因素409

1514兼容性评估411

152无铅波焊的实现411

153回流条件对无铅焊接的影响413

154无铅黏胶焊接的焊剂要求417

155无铅黏胶操作的焊剂要求419

156无铅焊料黏胶的清洁性能419

157无铅残渣清理的焊剂要求422

158无铅残渣清理的化学试剂/工艺流程422

159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

161表面处理的难点426

1611黑焊盘426

1612外部裂化/漏掉电镀428

1613锡须428

1614表面处理清洁阻抗433

162焊接的难点433

1621金属互化物433

1622金属渣滓434

1623波峰焊接组分435

1624铅掺杂436

1625填料上浮440

1626吸湿性能差444

1627空洞444

1628粗糙连接形貌446

163可靠性的难点446

1631锡制的有害物446

1632金属互化物小盘447

1633硬节点448

1634热损伤448

1635焊剂残留物的清理449

1636导电阳极电阻丝450

164没能解决的难点451

参考文献453

第17章导电胶的介绍458

171电子封装：简单的回顾458

172导电胶技术综述460

1721各向异性导电胶（aca）461

1722各向异性导电胶（ica）464

173导电胶相关技术的基本知识和替代焊料的发展趋势470

174研究目标471

1741银膜上的有机润滑剂的化学组分和特征471

1742导电胶的导电机理研究472

1743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

1744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

175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

181简介477

182实验477

1821材料477

1822导电胶透射电镜方法（tem）研究478

1823处理过程中传导性的建立478

1824卷曲收缩量的测量478

1825在外部压力下银颗粒和导电胶电导率的变化479

1826具有导电黏附和润滑特征的薄银片电导率的建立479

1827处理时模量变化的测量479

1828导电胶的处理479

1829交联密度测试480

183结果与讨论480

1831银薄片间颗粒内连接的观察480

1832处理时导电胶导电性的建立480

1833银片润滑层与导电胶传导性之间关系的研究482

1834翘曲收缩与电导率关系的研究484

184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

191简介491

192实验493

1921材料概述493

1922体电阻漂移的研究493

1923接触电阻漂移的研究493

1924氧化物形成的研究494

193结果和讨论494

1931接触电阻漂移现象494

1932接触电阻潜在不稳定性现象的机理研究496

1933金属氧化物形成的观测500

194结论501

参考文献502

第20章导电胶接触电阻的稳定性503

201简介503

2011影响电化腐蚀的因素503

2012防电化腐蚀的添加剂（氧气清道夫）503

202实验505

2021材料505

2022接触电阻测试装置505

2023导电胶翘曲行为的研究505

2024导电胶动态特性的研究505

2025湿度吸收的测试506

2026黏结强度的测试506

203结果与讨论506

2031电解对接触电阻漂移的影响506

2032湿度吸收对接触电阻漂移的影响507

2033应用添加剂提高接触电阻的稳定性507

204结论512

205小结513

参考文献513

英汉术语对照516

作者简介546