اختبار قوة القص الشدّي - مكونات SMD (الأجهزة المثبتة على السطح)
يُعد اختبار قوة القص الشدّي أسلوبًا أساسيًا للتقييم الميكانيكي في صناعة الإلكترونيات، يُستخدم لتقييم موثوقية وجودة وصلات اللحام بين المكونات المثبتة على السطح (المقاومات، والمكثفات، ومقاومات الرقائق، أو عبوات LED) ووسادات لوحة الدوائر المطبوعة. يقيس هذا الأسلوب مقدار القوة التي تتحملها وصلة اللحام تحت تأثير الشد (السحب) أو القص الجانبي، ويساعد في تحديد المشكلات مثل ضعف التبلل، والفراغات، وضعف المركبات المعدنية البينية، وعدم كفاية حجم اللحام، أو عيوب التصنيع.
تتعرض وصلات اللحام بتقنية SMD لدورات حرارية واهتزازات وصدمات ميكانيكية وسقوط في التطبيقات العملية (مثل الهواتف الذكية وإلكترونيات السيارات والأجهزة الصناعية). توفر اختبارات الشد والقص بيانات كمية حول قوة الترابط، مكملةً بذلك الفحص البصري (وفقًا لمعيار IPC-A-610) والتصوير بالأشعة السينية أو التقطيع. يساعد هذا في التحقق من صحة عمليات اللحام وتصميم القوالب وملامح إعادة التدفق واختيارات المواد.
فيما يلي الأنواع الرئيسية لاختبارات وصلات اللحام بتقنية SMD:
- اختبار قوة القص: يُطبَّق فيه قوة أفقية موازية لسطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لدفع أو قطع المكون. تُعد هذه الطريقة شائعةً في مكونات SMD الخالية من الرصاص وبعض المكونات ذات الرصاص. أثناء الاختبار، تُوضع أداة قطع مسطحة أو تشبه الإزميل على جانب جسم المكون وتُحرَّك أفقيًا بسرعة مضبوطة. تشمل أسباب الفشل: انكسار اللحام، وانفصال نقاط التلامس، وكسر جسم المكون، أو فشل الالتصاق/الربط.
تشمل المعايير النموذجية لهذه الطريقة ما يلي:
- IEC 62137-1-2 تقنية التركيب السطحي - الجزء 1-2: اختبار قوة القص الميكانيكي لوصلات اللحام.
- بعض أقسام معيار IEC 60068-2-21 (الاختبار البيئي - الاختبار U: متانة النهايات وأجهزة التجميع المتكاملة)
- معيار JEITA ET-7409/103 (طريقة قطع عزم الدوران في حالات معينة)
- اختبار قوة الشد: يُطبَّق فيه قوة شد (لأعلى/للخارج) على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بشكل عمودي أو بزاوية. ومن أنواعه الشائعة:
- سحب المكونات ذات الرصاص باستخدام الخطاف أو الملقط.
- سحب النبض البارد لكرات اللحام BGA/CSP: يمسك ويسحب كرة واحدة لأعلى.
- اسحب بزاوية 45 درجة لإجراء تقييم عام للاتصال.
أثناء الاختبار، يتم تثبيت خطاف أو حامل ملقط أو كماشة على طرف/جسم المكون وسحبه عموديًا أو بزاوية.
تشمل المعايير النموذجية لهذه الطريقة ما يلي:
- IEC 62137-1-1 (اختبار قوة الشد لوصلات اللحام)
- JEDEC JESD22-B115 (للرسم بالتأثير البارد)
عادةً، من أجل سهولة الوصول وتطبيق الإجهاد الواقعي، يجب تثبيت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بزاوية 45 درجة.
تجمع العديد من آلات اختبار الوصلات الحديثة بين قدرات الشد والقص في نظام واحد مع محاذاة تلقائية، وخلايا القوة/الحمل (عادةً في نطاق 0-100 كجم)، وبرامج تحليل أنماط الفشل.
يتبع الإجراء النموذجي الخطوات التالية:
- يتم تثبيت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بشكل آمن على جهاز التثبيت (عمودي للقطع، بزاوية للسحب).
- يتم محاذاة الجهاز بدقة مع المكون (باستخدام منصة XY ومجهر).
- يتم تطبيق القوة بمعدل متحكم فيه (على سبيل المثال، 0,1-10 مم/دقيقة حسب المعيار).
- يتم تسجيل ذروة القوة ونمط الفشل.
- تُستخدم معايير القبول للمقارنة (عادةً على أساس خاص بالعميل أو وفقًا للحد الأدنى من معايير IEC/JEDEC، اعتمادًا على مساحة اللحام أو كتلة المكون).
تحليل الأعطال وتفسيرها:
- اتصال جيد: انكسارات اللحام الكتلي عالي القوة (قص مطاوع).
- ضعف الاتصال: تشكل حفر في الوسادة، أو كسر هش بين الفلزات، أو انخفاض القوة. يشير هذا إلى مشاكل في العملية (مثل: تشكل فراغات مفرطة، أو التلوث، أو ضعف إعادة التدفق).
يُعد اختبار قوة القص الشدية اختبارًا ميكانيكيًا تدميريًا ضروريًا في تصنيع الإلكترونيات وهندسة الموثوقية لأسباب حاسمة متعددة.
الأسباب الرئيسية لأهمية هذه الطريقة هي كما يلي:
- يقيس هذا الاختبار القوة الميكانيكية الحقيقية والموثوقية: يجب أن تتحمل وصلات اللحام في مكونات SMD ليس فقط التوصيل الكهربائي، بل أيضًا القوى الميكانيكية طوال عمر المنتج. تُطبق اختبارات الشد والقص أحمال شد (سحب) أو جانبية (قص) مضبوطة لقياس ذروة القوة اللازمة لإحداث الفشل. يوفر هذا بيانات رقمية موضوعية حول قوة الوصلة لا يمكن للطرق البصرية أو الأشعة السينية توفيرها بدقة.
- يكشف عن العيوب الخفية أو الدقيقة التي تغفل عنها الطرق غير المدمرة: فالعديد من نقاط الضعف الحرجة غير مرئية أو يصعب اكتشافها دون تطبيق الضغط.
- طبقات المركبات المعدنية الهشة التي تتشكل أثناء إعادة التدفق أو التقادم.
- الفجوات المفرطة، أو ضعف التبلل، أو عدم كفاية حجم اللحام، أو التلوث.
- ضعف التصاق الفوطة الصحية أو ظهور حفر في الفوطة الصحية في مراحلها المبكرة.
- التغييرات الناتجة عن التصغير (الوصلات الأصغر لها توزيعات إجهاد مختلفة، مع هيمنة سمك IMC بشكل نسبي).
غالباً ما تؤدي هذه المشاكل إلى فشل في القوة. ويقوم هذا الاختبار بقياس هذه الفشل.
- يحاكي هذا النظام الإجهادات الميكانيكية وأنماط الفشل في العالم الحقيقي: تواجه المنتجات الإلكترونية ما يلي:
- إجهادات النقل والتجميع (على سبيل المثال، إزالة لوحة الدوائر، وتركيب الموصلات، والاختبار داخل الدائرة).
- الاهتزاز والصدمات (في السيارات والطيران والأجهزة الاستهلاكية أثناء السقوط أو النقل).
- التناوب الحراري الميكانيكي (عدم تطابق التمدد/الانكماش).
يحاكي اختبار القص القوى الجانبية، بينما يحاكي اختبار الشد أحمال الشد/الأحمال خارج المستوى. وتُظهر المتغيرات عالية السرعة ارتباطًا جيدًا بأداء السقوط/الصدمات.
- يدعم هذا النظام التحقق من العمليات، والتأهيل، والتحسين المستمر: يستخدم المصنعون بيانات القطع المسحوبة في الحالات التالية:
- توصيف العملية: معاجين اللحام الجديدة، أو تصميمات الاستنسل، أو الطلاءات السطحية.
- فحص المكونات/البطاقات الواردة.
- تحليل الأعطال بعد اختبارات الإجهاد المتعلقة بالموثوقية (الدورات الحرارية، والتقادم، واختبار السقوط).
- مقارنة بين الموردين أو الأطراف.
- إنها تكمل الطرق الأخرى: فبينما يكشف التقطيع عن البنية المجهرية ويكشف التلوين والإزالة عن أنماط الشقوق، فإن قياسات القص الشدية توفر قياسات سريعة وقابلة للتكرار تعتمد على القوة.
على مدى سنوات عديدة، دأبت مؤسستنا، بفضل كوادرها المؤهلة وذات الخبرة، على فهم احتياجات عملائها، وتوفير خدمات الاختبار المتقدمة التي تتطلبها، والمساعدة في إنشاء أنظمة الإدارة وتطبيقها وتحسينها. وفي هذا الإطار، نقدم أيضًا خدمات اختبار "قوة القص الشدية - مكونات SMD (الأجهزة المثبتة على السطح)" للشركات.
