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一、引言

      冬眠不覺曉，蠕變知多少？作為失效物理的開篇，小編認為很有必要聊聊造成焊點失效的典型故障機理之一，蠕變。

      1905年英國菲利普斯（F. Philips）首先觀察到金屬絲蠕變現(xiàn)象。1910年英國安德雷德（E.N.da C.Andrade）試驗證實幾種純金屬具有相同的蠕變特點。1922年英國迪肯森 (Dickenson)發(fā)表了鋼的蠕變試驗結(jié)果后，人們認識到高溫下承載的金屬構(gòu)件均會蠕變。蠕變到底是什么？下面我們就來揭開蠕變的面紗吧。

二、相關(guān)定義

1. 蠕變的定義：

      固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，即使應(yīng)力沒有達到屈服強度，也會慢慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。

2. 蠕變斷裂：

      由蠕變引起的斷裂稱為蠕變斷裂。

3. 塑形變形：

      當施加的應(yīng)力超過材料的彈性限度或者材料的屈服點，就會發(fā)生塑性變形。在外力消失后，物體的塑性形變?nèi)匀粫Ａ簟?/span>

4. 熱疲勞：

      金屬材料由于溫度梯度循環(huán)引起的熱應(yīng)力循環(huán)（或熱應(yīng)變循環(huán)），而產(chǎn)生的疲勞破壞現(xiàn)象，稱為熱疲勞。

三、蠕變的小知識

1. 蠕變與塑形變形的區(qū)別

      與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時間相當長，它在應(yīng)力小于彈性極限施加的力時也能出現(xiàn)。此時，材料的形變不僅僅由所施加的應(yīng)力決定，還依賴于應(yīng)力作用的時間和溫度。

2. 蠕變和熱疲勞之間的關(guān)系

      由于環(huán)境溫度的變化，造成材料的膨脹和收縮若受到約束時，在材料內(nèi)部就會產(chǎn)生熱應(yīng)力（又稱溫差應(yīng)力）。溫度反復(fù)變化，熱應(yīng)力也隨著反復(fù)變化，從而使材料受到疲勞損傷。蠕變會受溫度和應(yīng)力的影響。溫度越高或應(yīng)力越大，蠕變現(xiàn)象越顯著。同理蠕變的發(fā)生也更容易導(dǎo)致熱疲勞失效。兩者是相互促進作用的關(guān)系。

3. 蠕變機制分類

      蠕變機制有擴散和滑移兩種。在外力作用下，質(zhì)點穿過晶體內(nèi)部空穴擴散而產(chǎn)生的蠕變稱為納巴羅－赫林蠕變；質(zhì)點沿晶體邊界擴散而產(chǎn)生的蠕變稱為柯勃爾蠕變。由晶內(nèi)滑移或者由位錯促進滑移引起的蠕變稱為滑移蠕變，也稱魏特曼蠕變。

四、焊點蠕變失效機理

      電子器件在使用過程中，環(huán)境溫度會發(fā)生變化，由于芯片的功率循環(huán)使得周圍溫度發(fā)生變化，而芯片與基板之間的熱膨脹系數(shù)存在差異，因此在焊點內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力而造成疲勞損傷。

      同時相對于環(huán)境溫度，焊料自身熔點較低，隨著時間的推移，焊點會產(chǎn)生明顯的粘性行為而導(dǎo)致蠕變損傷，造成焊點斷裂；外部失效模式則表現(xiàn)為電信號傳輸失真，即電接觸不良、短路和斷路。

      在一定的條件下，疲勞損傷和蠕變損傷會產(chǎn)生交互的作用，蠕變加速裂紋的形成和擴展，而循環(huán)開裂造成的損傷又促進了蠕變的進展，這種交互作用會加劇損傷，使循環(huán)壽命大大縮短。而航空航天領(lǐng)域內(nèi)的電子產(chǎn)品通常處于更惡劣的溫度循環(huán)條件下，焊點的疲勞蠕變損傷成為電子產(chǎn)品失效的內(nèi)在隱患。

五、結(jié)束語

      研究表明在確定焊接工藝和設(shè)備的前提下，焊點可靠性問題主要是焊點在服役條件下的蠕變疲勞問題。國內(nèi)外許多學(xué)者針對焊點疲勞壽命預(yù)測進行了大量研究，提出了多種壽命預(yù)測模型。這些模型主要有以塑性變形、蠕變變形、能量和斷裂參量為基礎(chǔ)等。小編認為基于蠕變變形的焊點壽命預(yù)測也我們后續(xù)應(yīng)關(guān)注的重點。