詳解金屬偏析對(duì)焊點(diǎn)可靠性的影響

金屬偏析是在焊接過(guò)程中普遍存在的現(xiàn)象，它指的是金屬合金中不均勻的化學(xué)成分分布。

有學(xué)者在研究了界面顯微組織在裂紋生長(zhǎng)中的影響時(shí)指出：沿焊料界面的疲勞裂紋的生長(zhǎng)速率與釋放的應(yīng)力與老化時(shí)間有關(guān)。在長(zhǎng)時(shí)間的高溫老化，例如在140°C下老化7~30天，由于在界面附近焊料中的Sn與母材金屬Cu進(jìn)行冶金反應(yīng)形成CuSn金屬間化合物過(guò)程中消耗了Sn，因而在緊挨界面IMC形成了一個(gè)連續(xù)的富Pb相區(qū)域而造成Pb偏析，如圖所示。

圖1.Pb偏析

偏析會(huì)對(duì)焊點(diǎn)的可靠性和性能產(chǎn)生直接影響。

影響焊點(diǎn)力學(xué)性能
金屬偏析導(dǎo)致焊點(diǎn)中化學(xué)成分的不均勻性，從而導(dǎo)致局部力學(xué)性能的差異。一些區(qū)域可能因?yàn)槠鲈氐暮枯^高而變得脆性，容易出現(xiàn)開裂或斷裂。這會(huì)大大降低焊點(diǎn)的強(qiáng)度和韌性，進(jìn)而影響焊接結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

增加腐蝕風(fēng)險(xiǎn)
金屬偏析導(dǎo)致焊點(diǎn)中某些區(qū)域含有更多的腐蝕敏感元素，使這些區(qū)域成為焊接結(jié)構(gòu)中的腐蝕易發(fā)區(qū)。隨著時(shí)間的推移，這些區(qū)域可能因腐蝕而產(chǎn)生損傷，最終導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。

降低疲勞壽命
金屬偏析使焊點(diǎn)中的局部性能差異化，這在循環(huán)載荷下會(huì)引發(fā)應(yīng)力集中。當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)遭受頻繁加載時(shí)，這些高應(yīng)力區(qū)域容易產(chǎn)生疲勞裂紋并逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。因此，金屬偏析降低了焊點(diǎn)的疲勞壽命，限制了焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命。

影響焊點(diǎn)導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性
金屬偏析會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)中電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的不均勻分布，從而影響焊接結(jié)構(gòu)的電性能和熱性能。這在電子封裝焊接等應(yīng)用中尤為重要，因?yàn)楹更c(diǎn)的導(dǎo)電和散熱性能直接關(guān)系到設(shè)備的穩(wěn)定性和性能。

為了應(yīng)對(duì)金屬偏析對(duì)焊點(diǎn)可靠性的影響，可以采取以下措施：
1.選擇具有較好抗偏析性能的金屬合金如鎳基合金，以減少金屬偏析的可能性。
2.優(yōu)化焊接工藝：合理調(diào)整焊接參數(shù)和工藝，確保焊接過(guò)程中金屬成分的均勻分布。
3.熱處理和退火：適當(dāng)?shù)臒崽幚砗屯嘶疬^(guò)程可以消除或減少金屬偏析現(xiàn)象，改善焊點(diǎn)的力學(xué)性能。
4.質(zhì)量檢測(cè)：通過(guò)全面的焊接質(zhì)量檢測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)偏析問(wèn)題并采取相應(yīng)措施，確保焊接結(jié)合部的可靠性。

審核編輯 黃宇