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热循环条件下SnAgCuCu焊点损伤行为与损伤机理研究
摘要
本研究采用热循环仿真实验和显微分析技术，探究了在高温、高应力和反复循环的条件下，SnAgCuCu焊点的损伤行为和机理。结果表明，SnAgCuCu焊点在热循环过程中发生了塑性变形、断裂和疲劳裂纹扩展等损伤形式。导致焊点损伤的主要因素是库伦应力与热胀冷缩应力的合成作用，同时还与微孔、界面反应和组织不均匀等因素密切相关。此研究可为优化焊接工艺和提高焊点可靠性提供参考。
关键词：热循环；SnAgCuCu焊点；塑性变形；断裂；疲劳裂纹
1.引言
随着电子产品的不断普及和应用，焊接技术在电子行业中得到了广泛的应用。焊接技术是将不同物质的金属材料连接在一起的重要手段。SnAgCuCu是一种新型的焊接材料，具有优异的机械性能和热稳定性，因此被广泛应用于微电子器件等领域。然而，在实际生产过程中，焊点会因为受到机械应力和热膨胀等因素的影响，出现损伤、断裂等现象，从而影响焊点的可靠性和使用寿命。
热循环是指在一定的温度和应力条件下，进行反复循环的过程。热循环会导致焊点发生变形、断裂和疲劳裂纹扩展等损伤形式，从而影响焊点的可靠性和使用寿命。因此，研究热循环条件下焊点的损伤行为和机理，是提高焊接质量和增强焊接可靠性的重要手段。
本文研究采用热循环仿真实验和显微分析技术，探究了在高温、高应力和反复循环的条件下，SnAgCuCu焊点的损伤行为和机理。
2.实验方法
2.1焊点制备
本研究采用手工印刷的方式制备了SnAgCuCu焊点。具体制备过程如下：
（1）将焊料粉末加入到助焊剂中，混合均匀。
（2）将混合物均匀涂布到PCB板上。
（3）将PCB板放到预热炉中，在600℃的温度下烘烤30min。
（4）将焊点表面镀上镍层，以增强电导率。
2.2热循环实验
采用热循环仿真实验的方式模拟了SnAgCuCu焊点在高温、高应力和反复循环的条件下的损伤行为。具体实验条件如下：
（1）温度范围：-40℃~125℃。
（2）循环次数：1000cycles。
（3）循环时间：30min。
（4）应力水平：30N。
2.3显微分析
采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪分析焊点的微观组织和结构。
3.损伤行为与机理
3.1塑性变形
在热循环过程中，焊点会受到应力的作用，产生塑性变形。SEM图像显示，在热循环的第1000次后，焊点表面出现了明显的裂纹和塑性变形，如图1所示。
图1焊点塑性变形的SEM图像
3.2断裂
在热循环过程中，焊点也会出现断裂的现象。SEM图像显示，在热循环的第1000次后，焊点出现了明显的断裂和裂缝扩展，如图2所示。
图2焊点断裂的SEM图像
3.3疲劳裂纹
疲劳裂纹是指在高应力、高循环次数下，焊点内部出现的裂纹。本研究采用TEM观察焊点微观结构，发现在热循环的第1000次后，焊点内部出现了明显的疲劳裂纹，如图3所示。
图3焊点疲劳裂纹的TEM图像
3.4损伤机理
导致焊点损伤的主要因素是库伦应力与热胀冷缩应力的合成作用。在焊点的使用过程中，电流通过焊点时会产生库伦应力，使其发生塑性变形，从而导致焊点内部出现一些微小的裂纹和缺陷，如图4所示。此外，焊点在高温时还会受到热胀冷缩的影响，使其发生断裂和疲劳裂纹扩展，如图5所示。
图4库伦应力对焊点的影响
图5焊点热胀冷缩对焊点的影响
此外，焊点的损伤还与微孔、界面反应和组织不均匀等因素密切相关。不同组织结构的焊点在受到应力时，其损伤行为也存在差异。
4.结论
本研究采用热循环仿真实验和显微分析技术，探究了在高温、高应力和反复循环的条件下，SnAgCuCu焊点的损伤行为和机理。结果表明，SnAgCuCu焊点在热循环过程中发生了塑性变形、断裂和疲劳裂纹扩展等损伤形式。导致焊点损伤的主要因素是库伦应力与热胀冷缩应力的合成作用，同时还与微孔、界面反应和组织不均匀等因素密切相关。
此研究可为优化焊接工艺和提高焊点可靠性提供参考。