錫膏焊點疲勞壽命模型

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

疲勞壽命實驗
正因為應力帶來危害不可輕視，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驗來檢驗SAC305焊點在實際件下的疲勞壽命。他們使用了三種振動幅度(16MPa、20MPa和24MPa），測試溫度25°C作為實驗條件。在獲得實驗數(shù)據(jù)后進行威布爾分布分析。

圖1.疲勞壽命測試器材。

實驗結(jié)果

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

圖2顯示了25℃下SAC305焊點在不同應力振幅循環(huán)下的威布爾概率圖?？梢郧宄l(fā)現(xiàn)當應力振幅增加時，焊點的疲勞壽命減少。在找出特征疲勞壽命和循環(huán)應力振幅之間的關(guān)系后，可以對焊點的疲勞壽命進行建模（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，焊點受到應力增加，特征壽命會迅速變小。

圖2.SAC305焊點在室溫下受到不同負荷循環(huán)的威布爾概率圖。

圖3.室溫下的SAC305焊點應力-壽命模型。

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參考文獻
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