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焊点可靠性研究

SMT焊點可靠性研究

東莞新進電子有限公司

SMT焊點可靠性研究

前言

近几年﹐隨著支配電子產品飛速發展的高新型微電子組裝技術--表面組裝技術（SMT）的飛速發展﹐SMT焊點可靠性問題成為普遍關注的焦點問題。

為通孔組裝技THT（ThroughHoleTechnology）相比﹐SMT在焊點結構特征上存在著很大的差異。

THT焊點因為鍍通孔內引線和導體犴焊后﹐填縫犴料為焊點提供了主要的機械強度和可靠性﹐鍍通孔外緣的犴焊圓角形態不是影響焊點可靠性的主要因素﹐一般只需具有潤濕良好的特征就可以被接受。

但在表面組裝技術中﹐犴料的填縫尺寸相對較小﹐犴料的圓角（或稱邊堡）部分在焊點的電氣和機械連接中起主要作用﹐焊點的可靠性與THT焊點相比要低得多﹐犴料圓角的凹凸形態將對焊點的可靠性產生重要影響。

另外﹐表面組裝技術中大尺寸元件（如陶瓷芯片載體）與印制線路板的熱膨脹系數相差較大﹐當溫度升高時﹐這種熱膨脹差必須全部由焊點來吸收。

如果溫度超過犴料的使用溫度范圍﹐則在焊點處會產生很在的應力最終導致產品失效。

對于小尺寸元件﹐雖然因材料的CTE失配而引起的焊點應力水平較低﹐但由于SnPb犴料在熱循環條件下的粘性行為（蠕變和應力松弛）存在著蠕變損傷失效。

因此﹐焊點可靠性問題尤其是焊點的熱循環失效問題是表面組裝技術中丞待解決的重大課題。

80年氏以來﹐隨著電子產品集成水平的提高,各種形式﹑各種尺寸的電子封裝器件不斷推出﹐使得電子封裝產品在設計﹑生產過程中,面臨如何合理地選擇焊盤圖形﹑焊點犴料量以及如何保証焊點質量等問題。

同時﹐迅速變化的市場需求要求封裝工藝的設計者們能快速對新產品的性能做出判斷﹑對工藝參數的設置做出決策。

目前﹐在表面組裝元件的封裝和引線設計﹑焊盤圖形設計﹑焊點犴焊量的選擇﹑焊點形態評定等方面尚未能形成合理統一的標准或規則﹐對工藝參數的選擇﹑焊點性能的評價局限于通過大量的實驗估測。

因此﹐迫切需要尋找一條方便有效的分析焊點可靠性的途徑﹐有效地提高表面組裝技術的設計﹑工藝水平。

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研究表明﹐改善焊點形態是提高SMT焊點可靠性的重要途徑。

90年代以來﹐並于焊點形成及焊點可靠性分析理論有大量文獻報導。

然爾﹐這些研究工作都是專業學者們針對焊點可靠性分析中的局部問題進行的﹐尚未形成系統的可靠性分析方法﹐使其在工程實踐中的具體應用受到限制。

因此﹐基于設計和控制SMT焊點形態是提高SMT焊點可靠性的重要途徑的思想﹐在進一步完善焊點形成及焊點可靠性分析理論基礎上﹐實現了焊點工藝參數設計到焊點形態預測﹐直至焊點可靠性分析的集成過程﹐實現SMT焊點形態優化系統﹐并建立實用化SMT焊點形態優化設計系統﹐對于減少SMT產品決策實驗工作量﹐提高決策效率和工藝設計水平﹐保証SMT焊點的可靠性具有重要的技術﹑經濟意義。

1．問題描述

1.1SMT及其焊點失效

表面組裝技術（SurfaceMountTechnology）簡稱SMT是通過再流焊﹑氣相焊或波峰焊等軟犴焊方法將電子元件貼裝在印制板表面或基板上的微電子組裝技術。

現傳統封裝形式相比﹐SMT具有體積小﹑重要輕﹑集成度高﹑可雙面封裝﹑易于實現自動化以及抗電磁干擾能力強等優點。

組裝包括芯片內組裝（如將芯片封裝在基板上成為一個完整的表面組裝元件）和芯片外組裝（將表面組裝元件或單一元件器件封裝在印制板上）。

按照封裝元件的類型﹐SMT包括無引線陶瓷芯片載體LCCC﹐方型扁平封裝QFP以及球柵陣列BGA等組裝形式﹐如圖1所示。

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可見﹐在SMT封裝產品中﹐焊點是關鍵的組成部分﹐既要承載電氣暢通﹑雙要承載機械連接﹐因此﹐提高焊點可靠性是保証SMT產品質量的關鍵。

SMT可靠性問題主要來自于生產組裝過程和服役過程中。

在生產組裝過程中﹐由于焊前准備﹐焊接過程及焊后檢測等設備條件的限制﹐以及焊接規范選擇的人為誤差﹐常造成焊接故障﹐如虛焊﹑焊錫短路及曼哈頓現象等﹐約占SMT產品常見故障的85%﹐遠高于其它故障如器件或印制板故障。

在實際工作中﹐SMT產品經常處于溫度波動的服役環境中﹐如計算機內電子組裝件經常經曆通斷電﹐電子元件和PCB板不斷被加熱和冷卻﹐由于材料間熱膨脹系數的差異﹐在焊點上必然產生熱應力﹐應力的大小和方向會隨著溫度的變化而變化﹐而造成焊點的疲勞損傷﹐SmPb犴料的熔點較低﹐焊點會產生明顯的粘性行為﹐即蠕變和應力松弛現象﹐Attarwala等人通過研究SnPb犴料斷口形貌得出﹐失效焊點斷口表面主要有表征疲勞斷裂的疲勞裂紋和表征蠕變斷裂的沿晶裂紋﹐說明焊點失效為蠕變--疲勞作用的結果。

SMT焊點在服役條件下的可靠性問題﹐即在熱循環或功率循環中﹐由于芯片載體與基板之間的熱膨脹失配所導致的焊點的蠕變疲勞失效問題﹐是SMT領域丞待解決的重要問題﹐下文所指的SMT焊點可靠性即為SMT焊點在服役條件下的可靠性。

1.2SMT焊點可靠性的影響因素

研究表明﹐SMT焊點可靠性的影響因素主要有以下几個方面﹕

1．材料因素裂紋的起裂與擴展是焊點失效的直接原因。

犴料的微觀結構即犴料的組織結構﹑晶粒尺寸決定著犴料的變形機制﹑疲勞裂紋擴展機制﹐從而對焊點的可靠性有決定性影響。

如圖2是改變犴料中Sn﹑Pb的配比所對應的不同犴料中含Sn量的增加﹐焊點疲勞壽命增加。

適當添加合金元素﹐如Ag﹑Sb﹑Re等可在保証犴料的熔點低﹑潤濕性好﹐接頭強度高等優點的前提下﹐提高犴料的抗蠕變一疲勞性能﹐改善焊點可靠性。

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另外﹐由於元件與基板材料CTE不匹配導致焊點在熱循環過程中產生應力集中﹐是導致焊點裂紋的萌生與擴展的本質因素﹐因此﹐研制開發展適當的基板材料﹐減小電子元件與基板的熱脹系數差異﹐可抑制焊點的失效。

2．內部缺陷SMT軟犴焊接頭因其微小的尺寸﹐復雜的焊接材料﹐產生缺陷的几率較大﹐主要有外觀缺陷﹐﹐如接頭外型不良﹑引線間的橋接﹑芯吸等﹐以及內部缺陷﹐如氣孔﹑有害金屬間化合物﹑虛焊等。

這些缺陷的存在都對焊點的可靠性有致命的影響。

目前存在的焊點缺陷檢測方法﹐很難檢測尺寸本來就十分微小的SMT焊點內部的更加微小的缺陷﹐因此﹐關于缺陷對SMT焊點可靠性影響的理論研究少有文獻報導。

哈工大微連接實驗室初研究了不同尺寸球狀氣孔對接頭機械性能的影響﹐如圖3﹐曲線1表示接頭外邊緣線上的最大應力峰值的變化﹐曲線2表示氣孔周圍主應力值的變化﹐可見﹐由于氣孔的存在﹐SMT軟犴焊接頭的機械載強度明顯下降。

3．服役條件SMT產品的可靠性很大程度上決定于服役條件如﹐環境溫度﹑周期性加載頻率等。

Gregory等人模攤焊點熱循環的疲勞過程﹐考察了溫度﹑加載頻率對焊點疲勞壽命的影響﹐結果表明﹐隨著溫度的增加﹐焊點應變范圍增加﹐失效周期數降低。

隨著加載頻率增加﹐焊點疲勞壽命降低。

Tien等人的研究表明﹐焊點高溫保溫時間短﹐焊點內的應變恢復的多﹐將延長焊點疲勞壽命。

保持時間長﹐由于蠕變的作用﹐可恢復應變少﹐增加了焊點內部應變﹐壽信口開合命降低。

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4．焊點形態SMT焊點形態即犴料受熱熔化以后﹐沿金屬表面潤濕鋪冷凝后形成的具有一定几何形狀的外觀形態﹐狹義上﹐即犴料圓角的凹凸形態﹐研究表明﹐SMT焊點形態影響焊點機械性能﹑應力應變及蠕變疲勞壽命等。

如圖4是W.M.Sherry等人對84I/O非城堡型LCCC焊點的剪切性能在25℃進行實驗研究的結果。

表明﹐焊點形態不同﹐焊點的室溫剪切性能不同﹐B型焊點的室溫剪切性能最好。

M.K.Shah等人假設焊點犴料圓角形態為直線﹐采用線彈性FEM分析了片式電容焊點在（T=100℃）時的熱應力。

結果表明﹐改變犴料圓角的高度﹑元件與基板的間隙高度以及元件在焊盤上的貼片位置﹐焊點的應力水平和分布狀態不同。

E.Nicewarner對城堡型焊點熱循環壽命的試驗研究表明﹐焊點犴料圓角的差異可使焊點熱循環壽命的差異達6.5倍。

犴料圓角呈凸形時﹐焊點熱循環壽命較高。

哈爾濱工業大學王國忠等人對同種類型焊點的研究結果為平直型焊點可靠性較好。

而R.W.Korb等人的研究指出﹐城堡型焊點犴料圓角的高度和長度大致相近時﹐焊點可靠性最好。

目前﹐焊點形態對可靠性的影響規律尚不清楚﹐有待于進一步完善。

1.3SMT焊點形態優化設計

在上述影響SMT焊點可靠性的因素中﹐焊點的服役條件一般是難以改變的﹐提高SMT焊點可靠性主要從減少缺陷﹐開發新材料﹐改善焊點形態方面考慮。

其中﹐減少缺陷的研究因為焊點尺寸非常微小﹐需要高精度的檢測設備﹐焊點分析的處理工藝復雜﹐按目前高精密檢測儀器發展水平很難進行。

開發新材料即進行新型基板﹑材料的開發或新的犴料合金的設計﹐制造工藝復雜﹑價格昂貴﹐其實用性受到很大的限制。

而通過合理設計焊點結構參數﹑

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改善焊點形態可有效改善焊點的力學性能﹐從而提高焊點的可靠性。

目前﹐基于SMT焊點形態的焊點可靠性研究正方興未艾。

1990年﹐美國Marquette大學的S.M.Heinrich等人提出了SMT焊點形態優化的計算機輔助設計思想﹐如圖5所示。

設計者首先輸入影響焊點形態的有關參數（如犴料量﹑元件尺寸﹑焊盤伸出長度以及元件與焊盤的間隙高度等）﹐通過焊點形態預測型計算出焊點形態﹐然后利用所得結果進行可靠性（如熱循環下的應力﹑應變等）分析﹐獲得焊點的疲勞壽命﹐再以焊點疲勞壽命為判斷標准﹐反饋推出最佳的焊點形態﹐最佳的設計參數。

進行SMT焊點形態優化的計算機輔助設計﹐可以把關于焊點形成的數值模攤﹑焊點力學性能的有限元分析以及焊點疲勞壽命預測集成起來﹐形成一完整的SMT焊點形態優化體系。

應用于SMT工藝生產實踐中﹐可以在產品投入組裝前給予合理化建議﹐大大減少決策過程中的實驗工作量﹐有效提高SMT焊點的可靠性能。

在國內外的有關文獻中﹐尚未見關于SMT焊點形態優化的計算機輔助設計研究的完整報導。

2．國內外研究現狀

2.1SMT焊點形態預測研究

2.1.1SMT焊點形態建模基本方法

精確預測焊點形態是SMT組裝工藝的一項關鍵技術。

因為

（1）可焊性測試（如潤濕平衡實驗）與焊點的几何形態密切相關﹔

（2）導致低焊接生產率的接頭缺陷﹐如橋連﹑斷路等決定于焊點的形態﹔（3）焊點形態對服役條件下焊點的可靠性有重要影響。

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焊點形態的研究開始于80年代﹐主要建模方法為求解邊界值問題解法（簡BVP,Boundary

VolumeProblem）和數值分析方法。

其中,BVP法通過給邊界值約束條件﹐建立焊點成形的微分方程﹐求解出焊點形態。

BVP法預測結果精確﹐易于考察有關參數對焊點形態的影響規律。

但一般用于焊點形態簡單﹐易于描述為數學微分方程的焊點類型。

數值分析方法﹐即通過有限元法（簡稱FEM,FiniteElementsMethod）,求解滿足相關約束條件的焊點三相系統能量的最小值﹐給出焊點形態。

FEM法預測結果是近似解﹐通過單元類型的選擇和數目的增加逐漸精確。

FEM法可用于復雜焊點形態的求解中。

近些年來﹐隨著SMT新型焊點的不斷增加﹐焊點形態預測的研究取得了許多新的進展﹐BVP法和FEM法廣泛應用于焊點二維形態模型﹑軸對稱焊點形態模型及焊點三維形態模型中

2.1.2焊點二維形態預測

許多關于焊點二維形態的研究文獻出現于1986~1993年間﹐其中﹐比較有代表性的是美國Marquette大學S.M.Heinrich《2》等人的研究工作。

Heinrich基于“接觸角為銳角”的假設﹐建立了預測片式元件焊點二維形態模型﹐如圖6所示﹐基于流體液面上點的受力平衡的Laplace---Young方程和流體靜壓方程﹐提出了控制液面形態的微分方程﹕

利用上述方程的解析結果﹐考察了無限鋪展條件下犴料密度（ρ）/表面張力（γ）﹑犴料量（A）﹑潤濕角（Θ1﹐Θ2）對焊點的高度（h）﹑長度

（1）及犴料圓角形態y（x）的影響。

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Heinrih在以后的研究中指出﹐焊點犴料的鋪展受元件金屬化端頭和焊盤尺寸的限制﹐因此提出了一種求解犴料量較小時（忽略重力的影響）焊點尺寸的近似方法﹐焊點尺寸（H,1）可以描述為﹕

是Θ1﹐Θ2的函數。

這種計算焊點形態的方法考慮了元件和焊盤尺寸對焊點形態的影響﹐使SMT焊點二維形態計算的解析法進一步完善。

2.1.3軸對稱焊點的形態預測

隨著柵陣組裝（如FC,BGA）﹐在高精度電子產品組裝中的廣泛應用與發展﹐軸對稱焊點形態預測取得了許多進展。

Heinrich等人假設焊點剖面輪廓為圓弧形曲線（如圖8）﹐對描述焊點形態的參數﹕焊盤間隙高度﹑犴料體積﹑焊盤半徑﹑圓弧曲率以無量綱參數形式建立單一焊點的積分方程﹕

根據柵陣焊點整體受力約束﹑犴料表面張力及體積約束條件建立了邊界約束方程﹕

求解出了焊點高度﹑寬度與焊點所受外力﹑犴料體積之間的關系曲線。

此模型的貢獻在于給出了焊點成形的無量綱參數微分方程﹐并且可擴展到非均勻分布柵陣組裝焊點形態預測中﹐對軸對稱焊點形態分析有重要的指導作用。

但此模型中未涉及到犴料在固相表面鋪展狀態﹐僅限用于PBGA等犴料在焊盤表面完全鋪展的焊點形態預測中。

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Renken等人考慮了液體犴焊與固體表面（如焊盤﹑元件表面）的相互作用﹐引入Gibbs對Young方程修改所建立的異相界面間能量表達方程﹐求解了犴料與固相表面接觸的界面張力﹐建立了描述整個焊點系統的能量方程﹐利用數值解法預測了焊點形態。

其能量方程表達為﹕

其中﹐φ一系統能量﹐φs---表面勢能﹐φg---重力勢能﹐A---界面面積﹐V---體積﹐ρ---密度。

γ---表面張力﹐角標S,L,G分別為固﹑液﹑氣相界面標志。

G.Subbarayan模型可預測焊點間隙高度﹑犴料與元件及焊盤表面的接觸角及犴料與元件或焊盤的界面面積等﹐使該模型具有較強的擴展性﹐已應用于CBGA等復雜焊點形態預測中。

97年﹐Elkouh等人基于犴料在焊盤表面完全潤濕鋪展﹐潤濕角小于90度等假設條件﹐分別對通孔組裝（THT）板上和板下焊點建立受力平衡方程﹐給出了以無量綱參數表達的焊點結構參數變化時﹐焊點形態的變化規律。

結果表明﹐在假設犴料良好潤濕的前提下﹐犴料在板上和板下焊點的分布主要取決于焊盤的尺寸﹐而來自犴料體積的影響要小一些。

同樣﹐在Elkouh模型焊點形態方程也以無量綱形式給出﹐因此可擴展為THT以外其他焊點的形態預測﹐但是用此模型的嚴格條件使其應用受到了限制。

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2.1.4焊點三維形態預測

盡管焊點二維形態模型與軸對稱焊點形態模型發燕尾服得較多﹐但是這些模型的建立針對特殊焊點﹐因此很難應用到新型復雜的焊點形態中﹐因此開發焊點三維形態模型的研究受到了得視。

S.Goldman提出了一種預測FC焊點三維形態的數值方法﹐用求解泛涵最小來確定焊點犴料量的平衡形態﹐焊點形態的泛函描述為﹕

其中γ﹐θ﹐Ζ是描述焊點形態的柱坐標參數﹐W是芯片和重量﹐H是芯片與基板的間隙﹐λ是Lagrange乘數。

上式的被積函數（F）為﹕

泛函（I）最小時﹐被積函數（F）應滿足尤拉方程﹐即

式中﹐z=﹐根據上式可以得到描述焊點形態的微分方程﹐利用有限元差分方法對焊點形態進行預測。

Y.Boris等人也利用上述方法﹐求解了非對稱FC的焊點三維形態﹐如圖9所示。

Nigro等人在二維焊點形態模型基礎上發展了焊點三維形態預測的參數有限元法﹐預測了拉于兩平行對稱方形焊盤間焊點形態。

在參數有限元形態模型中﹐焊點表面離散為多個有限單元﹐描述每個單元形狀函數為有關形狀參數（如單元節點坐標等）的函數﹐根據邊界﹑體積約束及能量最小的約束條件﹐確定三相系統能量達到最小值時形狀函數中的有關參數值﹐從而預測焊點形態。

哈工大微連接實驗室根據類似方法﹐利用用計算液體成形軟件SurfaceEvolver預測了LCCC型焊點的三維形態﹐如圖10。

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2.2SMT焊點力學行為分析及焊點熱疲勞壽命預測的研究

2.2.1焊點力學行為分析即考察SMT焊點在承載曆史條件下焊點內部的應力應變情況。

犴料的本構方程（即犴料的物理性能）是進行應力應變分析的基礎。

其發展經曆了彈塑型﹑蠕變型﹑彈塑型十蠕變型的分離型﹑統一粘塑性型的進程。

1．彈塑性90年以前﹐主要采用彈塑性的本構方程分析SMT焊點的力學行為﹐如典型的Osgood-Ramberg冪級型本構方程﹕

J.H.lau[]等人采用彈塑性本構方程﹐分析了元件與基板間隙高度對焊點的應力應變分布的影響。

文獻研究也采用SnPb犴料的彈塑性本構模型對相關問題進行了有限元分析。

2．蠕變型

隨著SnPb犴料力學研究的深入﹐人們逐漸認識到高溫下蠕變變形是焊點失效的主要機制[]﹐SnPb犴料本構模型的建立應著重考慮其粘性行為。

N.Paydar等人采用冪指數型的Dorn方程犴料的應力構弛﹐冪指數型的Dorn方程可描述為﹕

式中﹐ε---蠕變應變率﹐σ--有效應力﹐A---常數﹐b---泊氏矢量﹐d---晶粒尺寸﹐n---應力指數﹐p---晶粒尺寸指數﹐G---剪切模量﹐K--Boltxman常數﹐D---擴散系數﹐D=Doexp（-Q/RT）,Q---

蠕變激活能﹐R--氣常數﹐T--溫度（K）。

式中﹐A,B--常數﹐n--應力指數

BorZengHong采用上述的雙曲型蠕變規律分析了CBGA焊點的熱循環過程中應力應變行為﹐A.M.Deshpane考察焊點形態對焊點可靠性影響規律時﹐采用雙曲型蠕變定律分析了犴料的力學響應。

此外﹐W.Jung等人采用Norton型蠕變定律對BGA焊點的變形行為進行了分析﹐Norton

型蠕變定律描述為

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3．彈塑十蠕變型1990年﹐Knecht和Fox等人提出﹐犴料的非彈性變形中既有與時間有關的蠕變﹐也有與時間無關的塑性變形﹐但由于當時尚時不能建立精確有效的描述SnPb

犴料的本構關系尚不可能﹐因此建立了“彈塑性十蠕變”的SnPb犴料本構方程。

這種把與時間有關的蠕變變形與時間無關的塑性變形分開考慮的“分離型粘塑性”本構方程在文獻中得到了應用。

其具體形式可歸納為﹕彈塑性變形采用Hooke定律和Osgood---Ramberg冪級型本構定律﹐穩態蠕變變形采用Norton型蠕變定律或類似雙曲型穩態蠕變規律描述。

4．統一粘塑性根據連續介質不可逆熱力學理論﹐與時間有關的蠕變變形和與時間無關的塑性變形是不可分割的﹐應該以一套完整的本構方程描述。

為此﹐許多學者在建立統一的Sn--Pb犴料粘塑性本構模型的有Skipor與Busso等人的工作。

Busso等人考慮了犴料的鮑氏效應﹐采用單一內變量描述蠕變變形和塑性變形﹐預測了犴料在---55℃~125℃溫度區間﹐8X10----2~8x10-5應變率范圍內的單向穩態蠕變行為。

其采用的統一粘塑性方程如下﹕

1996年﹐Skipor對共晶犴料的單向力學響應時行了研究﹐其本構模型的建立基于統一粘塑性的Bodner---Partom方程。

描述為

盡管關于犴料本構模型的描述很多﹐但尚無一種普通認可的可精確描述SnPb犴料粘塑性應力應變關系的本構方程﹐因此這方面的工作仍在完善中。

焊點疲勞壽命預測

研究表明﹐SMT焊點失效為低周疲勞失效。

目前﹐判斷低周疲勞主要有以下三種方法﹕

1．Manson-Coffin經驗公式判斷低周疲勞的傳統方法為Manson-Coffin經驗公式。

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描述為﹕

式中﹐ΔεP-塑性應變范圍﹐Nf-疲勞壽命﹐C-材料常數﹐n-應變指數。

Solmon等人對焊點在不同溫度區間的Sn60Ph40犴料的等溫度疲勞壽命進行了研究。

結果表明﹐M-C方程的指數與溫度有關﹐在-55℃~125℃范圍內﹐疲勞壽命與塑性應變范圍之間關系為

N.Fenke﹑Norris和Landberg等人通過分析不同頻率﹑循環溫度幅值的焊點疲勞行為﹐提出了M-C方程的修正形式﹕

式中﹐f-循環頻率﹐Tmax-最高循環溫度﹐Q-活化能﹐K-波耳茲曼常數﹐m,n-與材料有關的常數。

對於預測SMT焊點疲勞壽命的M-C方程中應變范圍的取值﹐一直存在著爭議。

因為文獻中根據不同的本構模型得出的決定疲勞壽命的主宰因素如塑性應變范圍﹑蠕變應變范圍或總應變范圍不同﹐因此﹐關於Manson-coffin方程預測結果的精確性存在著爭議。

2．斷裂力學方法﹐根據斷裂力學理論﹐焊點壽命分為裂紋萌生和裂紋擴展階段﹑因此﹐許多研究工作中采用如下的經驗方程描述裂紋擴展規律﹕

其中﹐ΔH為裂紋擴展的斷裂力學判據﹐可能是應力場強度因子ΔK﹑J積分或循環塑性功密度度ΔWP,C,m為描述裂紋擴展阻力的經驗參數.

應用上述方程預測結果可以得到試驗驗証,但是由于預測模型的建立未考慮金屬學因素,同時采用J積分作為判據應用于循環載荷條件受到限制.因此基于斷裂力學進行SMT焊點疲勞壽命預測仍在探討中.

3．體積平均法1997年﹐Akay等人系統研究了SMT焊點熱循環壽命的影響因素認為﹐

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焊點失效是各部分綜合作用的結果﹐局部的高應變區的應變范圍會隨著網格密度不同而變化﹐同時﹐應力應變的周期變化以及平均輻值對焊點疲勞都有影響﹐因此以一個熱循環中焊點內高應變變處的應變范圍作為焊點的疲勞壽命判據的方法不能很好預測焊點疲勞壽命。

Bilgic等人提出了預測焊點疲勞壽命的體積平均法﹐即通過計算一個熱循環中焊點內平均單元體積的應變能﹐求解出整個焊點的應變能作為判據﹐預測焊點的疲勞壽命﹐其通過實驗給出的焊點疲勞壽命預測的經驗公式如下﹕

W0,K疲勞系數﹐Wav-平均單元體積能量﹐V-單元體積。

采用的經驗公式仍采用Manson-Coffin方程形式﹐但以材料循環中存儲的不可逆應變能作為焊點失效判據﹐是對Vavnman及W.Jung等提出的累積應變損傷方法的補充。

Akay等人針對LCCC焊點進行了試驗研究﹐對Bilgic方程中的材料參數進行了修正。

2.3SMT焊點形態預測與焊點可靠性分析集成優化的研究

改善SMT焊點形態是提高焊點可靠性的重要途徑﹐只有集成焊點形成與焊點可靠性分析理論﹐在形態模型的基礎上﹐進一步進行焊點可靠性分析﹐系統考察工藝參數對焊點形態﹑焊點疲勞壽命的影響規律﹐並能指導電子產品的生產實踐﹐關於焊點形式和焊點