錫膏焊點(diǎn)疲勞壽命模型

元器件的焊接一般需要用到錫膏作為連接相，錫膏在回流后會(huì)形成焊點(diǎn)。由于在元器件的日常使用中往往會(huì)受到各種各樣的沖擊，使得焊點(diǎn)處受到的應(yīng)力不斷累積。應(yīng)力可以是多種形式的，比如熱循壞導(dǎo)致的熱應(yīng)力和拉伸導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)力。應(yīng)力的積累會(huì)使焊點(diǎn)緩慢出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)焊點(diǎn)的使用壽命帶來(lái)負(fù)面影響。

疲勞壽命實(shí)驗(yàn)
正因?yàn)閼?yīng)力帶來(lái)危害不可輕視，因此有必要加深了解錫膏焊料合金的疲勞行為。Hani等人采取加速疲勞實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)SAC305焊點(diǎn)在實(shí)際件下的疲勞壽命。他們使用了三種振動(dòng)幅度(16MPa、20MPa和24MPa），測(cè)試溫度25°C作為實(shí)驗(yàn)條件。在獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后進(jìn)行威布爾分布分析。

圖1.疲勞壽命測(cè)試器材。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Hani等人將SAC305焊點(diǎn)疲勞壽命和溫度的關(guān)系用以下公式聯(lián)系了起來(lái)。公式陳述了當(dāng)63%的測(cè)試樣品出現(xiàn)疲勞失效時(shí)所需要的循環(huán)應(yīng)力次數(shù)(N63)。公式適用性高，能用于分析各個(gè)溫度下的疲勞壽命。P代表著應(yīng)力振幅，R(t)代表著可靠性模型，T是溫度。

圖2顯示了25℃下SAC305焊點(diǎn)在不同應(yīng)力振幅循環(huán)下的威布爾概率圖?？梢郧宄l(fā)現(xiàn)當(dāng)應(yīng)力振幅增加時(shí)，焊點(diǎn)的疲勞壽命減少。在找出特征疲勞壽命和循環(huán)應(yīng)力振幅之間的關(guān)系后，可以對(duì)焊點(diǎn)的疲勞壽命進(jìn)行建模（圖3）。此外，根據(jù)疲勞壽命公式可以推斷出，隨著溫度的上升，焊點(diǎn)受到應(yīng)力增加，特征壽命會(huì)迅速變小。

圖2.SAC305焊點(diǎn)在室溫下受到不同負(fù)荷循環(huán)的威布爾概率圖。

圖3.室溫下的SAC305焊點(diǎn)應(yīng)力-壽命模型。

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參考文獻(xiàn)
Hani, D.B., Athamneh, R.A., Abueed, M. & Hamasha, S. (2023).Reliability modeling of the fatigue life of lead-free solder joints at different testing temperatures and load levels using the Arrhenius model. Scientific Reports, 13.

審核編輯 黃宇