功率LED焊料層熱疲勞試驗方法研究及失效機理分析的中期報告

功率LED焊料層熱疲勞試驗方法研究及失效機理分析的中期報告摘要本文以功率LED模塊的焊料層為研究對象，對其進行熱疲勞試驗，并分析了試驗結(jié)果的失效機理。采用了溫度控制與力控制相結(jié)合的方法進行試驗，得到了焊料層在不同溫度、不同載荷下的壽命曲線和壽命分布特征。通過顯微結(jié)構(gòu)分析、斷口形貌觀察和能譜分析等手段，確定了焊料層失效的主要機理為金屬間化合物層疲勞剝落和晶粒內(nèi)裂紋擴展。關(guān)鍵詞：功率LED模塊；焊料層；熱疲勞；失效機理分析AbstractThispaperfocusesonthesolderlayerofpowerLEDmodules,carriesoutthermalfatiguetestsonit,andanalyzesthefailuremechanismofthetestresults.Temperaturecontrolandforcecontrolwerecombinedduringtheexperimenttoobtainthelifespancurvesandlifespandistributioncharacteristicsofthesolderlayerunderdifferenttemperaturesandloads.Bymeansofmicroscopicstructureanalysis,fracturesurfaceobservationandenergyspectrumanalysis,themainmechanismofsolderlayerfailurewasdeterminedtobefatiguepeelingoftheintermetalliccompoundandcrackpropagationinsidethegrain.Keywords:powerLEDmodule;solderlayer;thermalfatigue;failuremechanismanalysis1引言隨著LED技術(shù)的飛速發(fā)展，LED燈具已經(jīng)成為市場上的主打產(chǎn)品。而功率LED模塊是LED燈具中最重要的組件之一，其質(zhì)量直接影響到LED燈具的發(fā)光效果和壽命，因此其可靠性是一個重要的研究方向。本研究以功率LED模塊的焊料層為研究對象，采用熱疲勞試驗的方法，研究焊料層在長時間高溫的工作環(huán)境下的壽命和失效機理，為提高功率LED模塊的可靠性提供參考。2實驗方法2.1試樣制備選擇市場上常見的功率LED模塊進行研究，取下其中的一個焊料點作為試樣，將其切割成厚度為0.3mm的片狀試樣。2.2試驗設(shè)備采用載荷控制疲勞試驗機進行熱疲勞實驗，實驗過程中需要對試樣的溫度進行控制。2.3實驗流程將試樣放入試驗機內(nèi)，以10Hz的頻率進行加載和卸載，不同溫度下進行兩個小時的測試。每10分鐘對試樣進行一次力測量，記錄其受力情況和變形情況，同時對試樣溫度進行記錄。測試結(jié)束后，對試樣進行斷口觀察和能譜分析。3實驗結(jié)果分析3.1壽命曲線和壽命分布經(jīng)過實驗得到不同溫度和不同載荷下的焊料層壽命曲線和壽命分布。在低溫下，焊料層的壽命較長，隨著溫度的升高，焊料層的壽命逐漸縮短。在相同溫度下，載荷越大，焊料層的壽命也越短。不同試樣之間的壽命分布也存在一定的差異，這與焊點的制作工藝和材料選擇有關(guān)。3.2失效機理分析通過顯微結(jié)構(gòu)分析、斷口形貌觀察和能譜分析等手段，確定了焊料層失效的主要機理為金屬間化合物層疲勞剝落和晶粒內(nèi)裂紋擴展。在長時間的高溫載荷作用下，金屬間化合物層會出現(xiàn)疲勞剝落的現(xiàn)象，同時焊點內(nèi)部晶粒因為熱膨脹而出現(xiàn)位移和應(yīng)力集中，容易在晶粒之間發(fā)生裂紋，最終導致了焊料層的失效。4結(jié)論本實驗以功率LED模塊的焊料層