詳解金屬偏析對焊點可靠性的影響

金屬偏析是在焊接過程中普遍存在的現象，它指的是金屬合金中不均勻的化學成分分布。

有學者在研究了界面顯微組織在裂紋生長中的影響時指出：沿焊料界面的疲勞裂紋的生長速率與釋放的應力與老化時間有關。在長時間的高溫老化，例如在140°C下老化7~30天，由于在界面附近焊料中的Sn與母材金屬Cu進行冶金反應形成CuSn金屬間化合物過程中消耗了Sn，因而在緊挨界面IMC形成了一個連續的富Pb相區域而造成Pb偏析，如圖所示。

圖1.Pb偏析

偏析會對焊點的可靠性和性能產生直接影響。

影響焊點力學性能

金屬偏析導致焊點中化學成分的不均勻性，從而導致局部力學性能的差異。一些區域可能因為偏析元素的含量較高而變得脆性，容易出現開裂或斷裂。這會大大降低焊點的強度和韌性，進而影響焊接結構的整體穩定性。

增加腐蝕風險

金屬偏析導致焊點中某些區域含有更多的腐蝕敏感元素，使這些區域成為焊接結構中的腐蝕易發區。隨著時間的推移，這些區域可能因腐蝕而產生損傷，最終導致焊點失效。

降低疲勞壽命

金屬偏析使焊點中的局部性能差異化，這在循環載荷下會引發應力集中。當焊接結構遭受頻繁加載時，這些高應力區域容易產生疲勞裂紋并逐漸擴展，最終導致焊點失效。因此，金屬偏析降低了焊點的疲勞壽命，限制了焊接結構的使用壽命。

影響焊點導電性和導熱性

金屬偏析會導致焊點中電導率和熱導率的不均勻分布，從而影響焊接結構的電性能和熱性能。這在電子封裝焊接等應用中尤為重要，因為焊點的導電和散熱性能直接關系到設備的穩定性和性能。

為了應對金屬偏析對焊點可靠性的影響，可以采取以下措施：

1.選擇具有較好抗偏析性能的金屬合金如鎳基合金，以減少金屬偏析的可能性。

2.優化焊接工藝：合理調整焊接參數和工藝，確保焊接過程中金屬成分的均勻分布。

3.熱處理和退火：適當的熱處理和退火過程可以消除或減少金屬偏析現象，改善焊點的力學性能。

4.質量檢測：通過全面的焊接質量檢測，及早發現偏析問題并采取相應措施，確保焊接結合部的可靠性。