印制板上焊點在環境溫度循環條件下的失效現象是導致開關電源裝置失效的主要原因。針對焊點在溫度循環下的失效行為,國內外學者進行的廣泛的試驗研究。通過巧妙的試驗設計得到等溫疲勞過程中焊點部位的應力-應變實時信息,但由于標準溫度循環試驗涉及的溫度范圍較大(按照美國軍標為-55攝氏度到+125攝氏度),因此如果考察不同溫度的影響,試驗工作量是非常大的。
有限元數值仿真模擬方法是用于節省試驗資源和指導試驗設計的有效方法。相關的研究表明,溫度循環載荷下焊點內部的應力-應變場分布具有動態特性而且與溫度歷程相關。因此正確評價溫度循環歷程不同階段在焊點失效過程中所起的作用,確定出對焊點疲勞失效行為起主要作用的溫度區間,將有助等溫疲勞試驗設計和節省試驗資源。焊點失效是其內部力學條件和金屬學條件共同作用的結果,而歸根結底是力學條件作用的結果。
從開關電源的生產過程來看,焊點是一種錫焊搭接接頭,熔點較低。由于銅箔載體和玻璃纖維PCB基板之間存在熱膨脹系數差,焊點工作環境的溫度循環或者電源自身的功率循環將導致焊點內部產生熱應力和熱應變。應力的周期性變化會造成焊點的疲勞損傷,同時產生明顯的黏性行為,導致焊點的蠕變損傷。在確定焊接工藝和設備的前提下,焊點可靠性問題主要是焊點在服役條件下的蠕變疲勞問題。研究表明,焊點的失效與材料的熱膨脹系數匹配情況、焊點內部錫料的顯微結構、空洞及金屬間化合物的生長等密切相關。
國內外許多學者針對焊點疲勞壽命預測進行了大量研究,提出了多種壽命預測方法。這些方法主要有以塑性變形、蠕變變形、能量和斷裂參量為基礎等。其中以塑性變形為基礎的壽命預測方法主要考慮與時間無關的塑性效應;以蠕變變形為基礎的方法則是主要考慮與時間相關的效應;以能量為基礎的壽命測試方法,考慮到了應力與應變的遲滯能量;以斷裂參量為基礎的破壞理論是以斷裂力學為基礎,計算裂紋的擴展及積累過程所造成的破壞效應。