Усталостная прочность (Fatigue Strength) — это механическая характеристика материала, определяющая его способность выдерживать циклические нагрузки без возникновения трещин и разрушения. В контексте печатных плат (printed board) этот параметр определяет долговечность межслойных соединений (interlayer connection) и паяных соединений (solder connection) при термических и механических циклических воздействиях.
Физическая природа явления
Усталостное разрушение происходит из-за постепенного накопления микроповреждений в материале под действием переменных напряжений, величина которых может быть значительно ниже предела статической прочности. Ключевой параметр — предел выносливости (endurance limit), определяющий максимальное напряжение, которое материал может выдерживать бесконечно долго без разрушения.
Математическое описание
Для оценки усталостной долговечности используют кривые Вёлера (S-N диаграммы), которые описывают зависимость между амплитудой напряжения (S) и количеством циклов до разрушения (N). Для многих материалов эта зависимость аппроксимируется степенной функцией:
N = C × S⁻ᵇ
где:
-
N — количество циклов до разрушения
-
S — амплитуда напряжения
-
C и b — константы материала
Факторы влияния
На усталостную прочность влияют несколько факторов. Концентраторы напряжений, такие как острые углы проводников (conductor) и края отверстий (hole), значительно снижают долговечность. Качество материалов — медной фольги (copper foil), диэлектрика (Dielectric) и припоя (solder) — напрямую определяет сопротивление усталости. Технология изготовления, включая процессы ламинирования (lamination) и пайки (soldering), также существенно влияет на этот параметр.
Методы повышения усталостной прочности
Для повышения усталостной прочности печатных плат (printed board) применяют оптимизацию геометрии проводящего рисунка (conductor pattern), используют материалы с высокой пластичностью (ductility) и обеспечивают плавные температурные переходы (thermal transition) в процессе эксплуатации.
Источники: Методы испытаний и требования к усталостной прочности электронных компонентов установлены в стандартах IPC-9701 и JESD22-A104.