前言
INTRODUCTION

笔者经常收到一些网友发来的关于电子制造工艺问题的邮件，问题主要集中在3个方面：①某某焊接不良，通过钢网开窗优化、温度曲线调试等各种处理但依然解决不了；②某某设计的工艺不知道行不行；③焊点开裂/断裂的原因是什么，是焊接问题还是使用问题？

前两类问题属于工艺问题，只要清楚工艺原理、了解工艺窗口和基础数据，一般都比较容易解决。但是，关于焊点开裂/断裂的问题，往往比较复杂，它既是一个工艺问题，也是一个可靠性问题，往往与焊点可靠性设计、制造都有关系，本质上是工艺可靠性的问题。在与网友的交流中，笔者深切地体会到，很多一线的工程师整天忙于在生产线上“救火”，不停地处理一些诸如桥连、移位、空洞等低级的重复性问题，却很少关注更重要的可靠性问题；基本上对焊点的可靠性没有太多的概念，既不清楚焊点开裂的基本类型，也不清楚如何识别与改善。因此，笔者萌生了写作本书的想法。

PCBA（Printed Circuit Board Assembly，印制电路板组件）的工艺可靠性问题包括：PCBA的环境可靠性、焊点互连可靠性、PCB互连可靠性、连接器互连可靠性。而焊点开裂/断裂就是焊点互连失效，就其起因而言，主要有3种：缺陷焊点、过载开裂（拉伸、跌落、弯曲、振动等）和疲劳失效（与时间有关的累积损伤）。

缺陷焊点：主要与制造质量有关，如片式元件的不对称焊点、BGA（球栅阵列封装）的枕头效应焊点、CBGA（陶瓷球栅阵列封装）的缩颈焊点、ENIG（化镍金）镀层形成的脆性界面焊点、插件的包锡焊点和垂直填充不足的焊点等，这些都是典型的缺陷焊点，抗应力或抗疲劳能力不足，早期失效的焊点大多数是这些“带病”的焊点。

过载开裂：除了汽车、飞机、火箭、工程机械等少数产品，大多数的产品一般不会工作在振动或冲击载荷下，因此大多数产品的过载开裂较少发生在使用环境下，而更多地发生在组装和运输过程中。组装应力在电子产品的装焊过程中无处不在，如手工插件、ICT测试、安装螺钉、分板、单板周转等操作，都可能导致PCB的多次弯曲或过应力加载，在这种情况下，片式电容、BGA等封装很容易因过载而失效（包括元器件本身及焊点）。

疲劳失效：是焊点可靠性研究的主要问题。电子产品在使用过程中，会因环境温度的变化、电源的开/关或功率的加载而处在温度交变的环境中。由于元器件与PCB的热膨胀失配，因此会使焊点受到交变载荷（通常为剪切应力）的作用，从而使焊点因累积的损伤（疲劳）而断裂，这是绝大部分焊点失效的主要原因，也是本书讨论的重点问题。

焊点可靠性取决于设计与使用环境条件。就疲劳失效而言，在设计上主要应关注元器件与PCB的热膨胀匹配性、焊点的应力集中问题。具体地就是选择合适的封装、合适的PCB基材/结构与合适的焊点连接（结构），其核心的目标就是，避免焊点承受超过屈服强度的交变载荷的作用。

关于焊点可靠性设计与试验，业界有一些规范。例如，IPC-D-279、IPC-SM-785、IPC-9701等。这些规范对焊点的失效模式、失效机理、影响因素、可靠性设计、温度循环试验等有比较系统的讨论，为焊点的可靠性分析、可靠性设计、可靠性试验、寿命评估提供了最基本的指引。

可靠性工程方法最早源自军事工业，因此在军工行业最早形成了一套可靠性分析、可靠性设计、可靠性试验的做法。简单地讲，就是在设计阶段，采用故障树（FTA）、失效模式影响及危害性分析（FMEA）、仿真分析技术和可靠性试验技术寻找、强化薄弱环节，提升疲劳寿命与可靠性。在制造阶段，严格工艺控制，确保焊点完整性。组装完成后，采用环境应力筛选（ESS）剔除常规测试难以发现的潜在故障焊点等。这些传统的做法，实践证明是有效的。

焊点可靠性属于产品可靠性的最低层级，只要了解焊点的失效机理及影响因素，掌握焊点可靠性的设计方法，以及典型的失效场景（指互连结构），就可以在很大程度上改善焊点的可靠性。基于此，本书在材料建构上，用了很大的篇幅介绍焊点开裂/断裂的机理与典型特征、典型的缺陷焊点、典型的失效场景，一个很重要的目的就是希望读者阅读完本书后能够识别PCBA潜在风险焊点，这是焊点可靠性分析、可靠性设计的基础。

本书是一本有关单板可靠性技术的个人经验总结，讨论了PCBA常见的失效模式、典型失效场景以及如何设计与制造高可靠性产品的问题，并重点讨论了焊点的失效问题。全书内容共4个部分，第一部分为焊点失效机理与裂纹特征，详细介绍焊点的失效现象、失效机理、裂纹特征及失效分析方法；第二部分为高可靠性产品的焊点设计，主要内容包括封装选型、PCBA的互连结构设计、组装热设计及焊点的寿命评估技术；第三部分为环境腐蚀与三防处理，重点介绍腐蚀失效与锡须问题，以及与之相关的清洗和三防工艺；第四部分为高可靠性产品的制造，重点介绍组装工艺控制要点与典型缺陷焊点。

本书由贾忠中执笔，参与写作的还有张华、赵宗启。

本书得以完成，要感谢中兴通讯制造工程研究院黄睿院长、智能制造技术开发部王峰部长的大力支持，为笔者在职期间创造了一个非常好的工作条件，这是本书能够完成的重要基础。还要感谢我的妻子，感谢她对我工作的理解与支持，感谢她为家庭的默默付出，使我有时间完成本书的写作。

还要感谢深圳市唯特偶新材料股份有限公司对本书出版的大力支持，使得本书能以全彩的形式呈现给读者。

读者的需要永远是笔者写作的第一动力，每当在公开的技术论坛、展会，听到“联系实际、接地气、实用”的赞誉；每当听到把笔者的书当作企业内训教材，笔者都会感到一些欣慰，为能够对中国电子制造业贡献一点微薄力量感到荣幸。借本书出版之机，对广大读者的厚爱与鼓励，致以崇高的敬意和感谢！

2024年1月于深圳 l4D22c2wq1gAZNBabwWZEmRMVRZm4hmHWxXywPlTDh6CyKU+CKE1oQfPez9EQdiQ