焊点为何在热冲击试验后开裂？读取切片上的痕迹

热冲击试验是评估焊点可靠性的常用测试。但是，当样品在测试后出现裂纹时，重要的问题不是“是否存在裂纹”，而是“裂纹是由测试产生的，还是预先存在的，只有在受到应力时才会显现出来”。

本文提供了有关在热冲击试验后读取切片裂纹痕迹、区分测试引起的裂纹与预先存在的裂纹以及如何设计测试以获得确定结论的说明。

1. 为什么热冲击试验会导致焊点开裂？

在焊点中，有许多具有不同热膨胀程度的材料：电路板基材、铜镀层、焊锡和元件本体。当温度快速变化时，这些材料不会以相同的速率膨胀，从而在转变点产生集中应力。

要记住的一点是：前三种机制是设计或流程原因，而第四种机制仅暴露预先存在的缺陷。切片有助于区分这两组。

2. 切片上的五个标记

第四条痕迹是区分新裂缝和旧裂缝的最重要事实。氧化的裂纹边缘表明裂纹已经存在足够长的时间，足以使表面暴露在空气中 — 这意味着它在测试之前就形成了。

3. 区分测试裂纹和现有裂纹

最终信号 — 与预测试样本的比较 — 是最有力的证据。如果没有背景图像，任何有关原因的结论都是推测性的。

4. 注意：样品制备中的错误很容易被误认为是真正的裂纹

切割和研磨样品也会产生看起来像裂纹的痕迹。容易混淆的形式：

• 磨料颗粒造成的划痕：平行、均匀的线，通常位于表面。
• 由于剪切力而开裂：出现在样品边缘，沿切削刃方向。
• 拉出的金属毛刺：沿着研磨表面延伸的长而薄的金属条。
• 由于样品点蚀而产生的假间隙：当镶嵌材料未完全吸收时，就会形成空洞。

如何区分：真正的裂纹通常具有与焊点结构相关的方向，并深入材料内部，而制样引起的裂纹通常位于表层，不遵循应力逻辑。

5. 如何设计测试以获得可靠的结论

1. 测试前切割样品：这是一个强制性的、不可替代的比较基准。
2. 记录实际热分布：温度、时间、循环次数、传热速率。
3. 在许多基准处切割样品：经过几个周期和多个周期后，查看进度。
4. 按位置选择型号：位于板边缘、中间和高热质量区域附近的元件。
5. 保留控制样本：同批次，未测试，以消除现有误差。

6. 常见问题

热冲击试验后开裂是焊接工艺故障吗？

不一定。可能是设计（材料选择、元件放置）、焊接轮廓或预先存在的缺陷的结果。有必要读取迹线并将其与背景样本进行比较。

第一个周期中的裂纹图案意味着什么？

通常表明存在预先存在的缺陷或严重的材料问题。同批次测试前需对样品进行检查以确认。

我应该在测试后立即切割样品还是让它冷却然后切割？

切割前应将样品恢复至室温，以避免产生额外的应力。清楚地说明与测试结束时相比的切割时间。

如何区分测试裂纹和磨削划痕？

研磨造成的划痕通常是平行的、均匀的且仅在表面上。应力开裂是结构性的，并深入到材料中。如果不确定的话，就应该再打磨一遍，进行更深层次的观察。

多少个周期就足够了？

取决于适用的标准和评估目标。清楚地说明实际的循环次数并始终有一个对照样本进行比较非常重要。

七、结论

经过热冲击试验后，裂纹只是数据，而不是结论。要了解裂纹的原因，您必须读取其位置、方向、边缘和次要痕迹，然后将其与预测试样品进行比较。

要做的四件事：始终在测试前切割样品；记录实际热分布；观察裂纹边缘，判断是新还是旧；并消除结论前因样品制备而产生假污点的可能性。

参考资料

• IPC-TM-650 — 测试方法、热冲击和热循环试验部分。
• J-STD-001 — 电气焊接和电子组装的要求。
• IPC-TM-650 方法 2.1.1 — 显微切片。
• IPC-A-610 — 电子装配验收标准。

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