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

有學(xué)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(yīng)力與老化時間有關(guān)。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(yīng)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(xù)的富Pb相區(qū)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(chǎn)生直接影響。

影響焊點力學(xué)性能
金屬偏析導(dǎo)致焊點中化學(xué)成分的不均勻性，從而導(dǎo)致局部力學(xué)性能的差異。一些區(qū)域可能因為偏析元素的含量較高而變得脆性，容易出現(xiàn)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(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

增加腐蝕風(fēng)險
金屬偏析導(dǎo)致焊點中某些區(qū)域含有更多的腐蝕敏感元素，使這些區(qū)域成為焊接結(jié)構(gòu)中的腐蝕易發(fā)區(qū)。隨著時間的推移，這些區(qū)域可能因腐蝕而產(chǎn)生損傷，最終導(dǎo)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(huán)載荷下會引發(fā)應(yīng)力集中。當焊接結(jié)構(gòu)遭受頻繁加載時，這些高應(yīng)力區(qū)域容易產(chǎn)生疲勞裂紋并逐漸擴展，最終導(dǎo)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(jié)構(gòu)的使用壽命。

影響焊點導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性
金屬偏析會導(dǎo)致焊點中電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的不均勻分布，從而影響焊接結(jié)構(gòu)的電性能和熱性能。這在電子封裝焊接等應(yīng)用中尤為重要，因為焊點的導(dǎo)電和散熱性能直接關(guān)系到設(shè)備的穩(wěn)定性和性能。

為了應(yīng)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(yōu)化焊接工藝：合理調(diào)整焊接參數(shù)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?shù)臒崽幚砗屯嘶疬^程可以消除或減少金屬偏析現(xiàn)象，改善焊點的力學(xué)性能。
4.質(zhì)量檢測：通過全面的焊接質(zhì)量檢測，及早發(fā)現(xiàn)偏析問題并采取相應(yīng)措施，確保焊接結(jié)合部的可靠性。

審核編輯 黃宇