摘要:电子封装产品在使用过程中,焊点在温度循环作用下发生热疲劳,对电子产品的性能和焊点的可靠性有显著的影响。本文对微电子封装焊点热疲劳失效机理、热疲劳过程的组织变化、对焊点疲劳寿命的影响因素以及热疲劳寿命的仿真分析与预测进行了综述。研究表明,在交变温度循环的高温阶段,焊点发生不均匀粗化,导致疲劳裂纹的产生。但焊料厚度和高温阶段的保持时间对热疲劳影响不显著。随着循环次数的增加,粗化区和IMC层不断增厚,裂纹沿金属间化合物(IMC)层与粗化区界面萌生并扩展,最终导致焊点失效。对于含铅和无铅焊料,含铅焊料表现出更快的疲劳裂纹扩展速率,并以穿晶方式扩展。温度和频率对焊点热疲劳寿命的影响程度不同,焊点的疲劳寿命可以通过多种方法和模拟裂纹轨迹进行预测,也可以通过使用统一的本构模型和有限元分析进行预测。
由于复合材料具有较高的强度重量比,复合材料在美国海军飞机和其他舰艇中的使用越来越普遍。这些军事结构的性质使它们承受大量振动和循环载荷,从而导致疲劳并最终失效。这项研究的主要目的是开发一个可靠的模型来预测复合材料的疲劳失效,以确定这些军事结构的使用寿命。这项研究确定了玻璃纤维的疲劳失效与纤维和环氧基质复合材料的疲劳失效之间的相关性。对不同取向的玻璃纤维和复合材料进行了测试,应变率从 0.03 到 0.07,并进行了比较。创建了一个数学表达式来模拟弹性模量随循环次数的指数下降并预测失效循环。该数学模型能够预测实验结果 12% 以内的失效循环,并且纤维和复合材料的弹性模量都遵循相同的下降趋势,表明纤维的失效行为与复合材料的失效行为之间存在相关性。
金属在受到重复的循环载荷时会出现疲劳损坏。每个循环中的应力大小不足以在单个循环中导致失效。因此,需要大量的循环才能导致疲劳失效。重要的是,疲劳裂纹在远低于金属单调抗拉强度的应力水平下成核和生长。裂纹以非常小的量连续前进,其增长率由载荷大小和部件的几何形状决定。人们对钢的疲劳进行了大量研究。在此背景下,首先简要描述了碳钢和低合金钢中的主要微观结构以及这些微观结构的相变。随后,描述了疲劳机制的一些基本方面的知识,特别强调了疲劳寿命预测方法的发展。
