一、引言

      冬眠不觉晓，蠕变知多少？作为失效物理的开篇，小编认为很有必要聊聊造成焊点失效的典型故障机理之一，蠕变。

      1905年英国菲利普斯（F. Philips）首先观察到金属丝蠕变现象。1910年英国安德雷德（E.N.da C.Andrade）试验证实几种纯金属具有相同的蠕变特点。1922年英国迪肯森 (Dickenson)发表了钢的蠕变试验结果后，人们认识到高温下承载的金属构件均会蠕变。蠕变到底是什么？下面我们就来揭开蠕变的面纱吧。

二、相关定义

1. 蠕变的定义：

      固体材料在保持应力不变的条件下，即使应力没有达到屈服强度，也会慢慢产生塑性变形的现象。

2. 蠕变断裂：

      由蠕变引起的断裂称为蠕变断裂。

3. 塑形变形：

      当施加的应力超过材料的弹性限度或者材料的屈服点，就会发生塑性变形。在外力消失后，物体的塑性形变仍然会保留。

4. 热疲劳：

      金属材料由于温度梯度循环引起的热应力循环（或热应变循环），而产生的疲劳破坏现象，称为热疲劳。

三、蠕变的小知识

1. 蠕变与塑形变形的区别

      与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限施加的力时也能出现。此时，材料的形变不仅仅由所施加的应力决定，还依赖于应力作用的时间和温度。

2. 蠕变和热疲劳之间的关系

      由于环境温度的变化，造成材料的膨胀和收缩若受到约束时，在材料内部就会产生热应力（又称温差应力）。温度反复变化，热应力也随着反复变化，从而使材料受到疲劳损伤。蠕变会受温度和应力的影响。温度越高或应力越大，蠕变现象越显著。同理蠕变的发生也更容易导致热疲劳失效。两者是相互促进作用的关系。

3. 蠕变机制分类

      蠕变机制有扩散和滑移两种。在外力作用下，质点穿过晶体内部空穴扩散而产生的蠕变称为纳巴罗－赫林蠕变；质点沿晶体边界扩散而产生的蠕变称为柯勃尔蠕变。由晶内滑移或者由位错促进滑移引起的蠕变称为滑移蠕变，也称魏特曼蠕变。

四、焊点蠕变失效机理

      电子器件在使用过程中，环境温度会发生变化，由于芯片的功率循环使得周围温度发生变化，而芯片与基板之间的热膨胀系数存在差异，因此在焊点内产生热应力而造成疲劳损伤。

      同时相对于环境温度，焊料自身熔点较低，随着时间的推移，焊点会产生明显的粘性行为而导致蠕变损伤，造成焊点断裂；外部失效模式则表现为电信号传输失真，即电接触不良、短路和断路。

      在一定的条件下，疲劳损伤和蠕变损伤会产生交互的作用，蠕变加速裂纹的形成和扩展，而循环开裂造成的损伤又促进了蠕变的进展，这种交互作用会加剧损伤，使循环寿命大大缩短。而航空航天领域内的电子产品通常处于更恶劣的温度循环条件下，焊点的疲劳蠕变损伤成为电子产品失效的内在隐患。

五、结束语

      研究表明在确定焊接工艺和设备的前提下，焊点可靠性问题主要是焊点在服役条件下的蠕变疲劳问题。国内外许多学者针对焊点疲劳寿命预测进行了大量研究，提出了多种寿命预测模型。这些模型主要有以塑性变形、蠕变变形、能量和断裂参量为基础等。小编认为基于蠕变变形的焊点寿命预测也我们后续应关注的重点。