详解金属偏析对焊点可靠性的影响

金属偏析是在焊接过程中普遍存在的现象，它指的是金属合金中不均匀的化学成分分布。

有学者在研究了界面显微组织在裂纹生长中的影响时指出：沿焊料界面的疲劳裂纹的生长速率与释放的应力与老化时间有关。在长时间的高温老化，例如在140°C下老化7~30天，由于在界面附近焊料中的Sn与母材金属Cu进行冶金反应形成CuSn金属间化合物过程中消耗了Sn，因而在紧挨界面IMC形成了一个连续的富Pb相区域而造成Pb偏析，如图所示。

图1.Pb偏析

偏析会对焊点的可靠性和性能产生直接影响。

影响焊点力学性能
金属偏析导致焊点中化学成分的不均匀性，从而导致局部力学性能的差异。一些区域可能因为偏析元素的含量较高而变得脆性，容易出现开裂或断裂。这会大大降低焊点的强度和韧性，进而影响焊接结构的整体稳定性。

增加腐蚀风险
金属偏析导致焊点中某些区域含有更多的腐蚀敏感元素，使这些区域成为焊接结构中的腐蚀易发区。随着时间的推移，这些区域可能因腐蚀而产生损伤，最终导致焊点失效。

降低疲劳寿命
金属偏析使焊点中的局部性能差异化，这在循环载荷下会引发应力集中。当焊接结构遭受频繁加载时，这些高应力区域容易产生疲劳裂纹并逐渐扩展，最终导致焊点失效。因此，金属偏析降低了焊点的疲劳寿命，限制了焊接结构的使用寿命。

影响焊点导电性和导热性
金属偏析会导致焊点中电导率和热导率的不均匀分布，从而影响焊接结构的电性能和热性能。这在电子封装焊接等应用中尤为重要，因为焊点的导电和散热性能直接关系到设备的稳定性和性能。

为了应对金属偏析对焊点可靠性的影响，可以采取以下措施：
1.选择具有较好抗偏析性能的金属合金如镍基合金，以减少金属偏析的可能性。
2.优化焊接工艺：合理调整焊接参数和工艺，确保焊接过程中金属成分的均匀分布。
3.热处理和退火：适当的热处理和退火过程可以消除或减少金属偏析现象，改善焊点的力学性能。
4.质量检测：通过全面的焊接质量检测，及早发现偏析问题并采取相应措施，确保焊接结合部的可靠性。

审核编辑 黄宇