Ensayo de resistencia a la tracción y al corte - Componente SMD (dispositivo de montaje superficial)

Las pruebas de resistencia a la tracción y al corte son un método de evaluación mecánica crucial en la fabricación de componentes electrónicos para valorar la fiabilidad y la calidad de las uniones de soldadura entre componentes de montaje superficial (resistencias, condensadores, resistencias de chip o encapsulados LED) y las almohadillas de la placa de circuito impreso (PCB). Este método mide la fuerza que la unión de soldadura puede soportar bajo carga de tracción (estiramiento) o lateral (cizallamiento) y ayuda a identificar problemas como una humectación deficiente, huecos, debilidad del compuesto intermetálico, volumen insuficiente de soldadura o defectos de proceso.

Las uniones de soldadura SMD están sometidas a ciclos térmicos, vibraciones, impactos mecánicos y caídas en aplicaciones reales (por ejemplo, teléfonos inteligentes, electrónica automotriz o dispositivos industriales). Las pruebas de tracción y cizallamiento proporcionan datos cuantitativos sobre la resistencia de la unión, complementando la inspección visual (según la norma IPC-A-610), las radiografías o el seccionamiento. Estas pruebas ayudan a validar los procesos de soldadura, el diseño de plantillas, los perfiles de reflujo y la selección de materiales.

Los principales tipos de pruebas para uniones de soldadura SMD son los siguientes:

Prueba de resistencia al corte: Aplica una fuerza horizontal (lateral) paralela a la superficie de la placa de circuito impreso (PCB) para empujar o cortar el componente. Este método es el más común para componentes SMD sin plomo y algunos encapsulados con plomo. Durante la prueba, se coloca una herramienta de corte plana o en forma de cincel contra el lateral del componente y se mueve horizontalmente a una velocidad controlada. Los modos de fallo incluyen: rotura de la soldadura, desprendimiento de la almohadilla, fractura del cuerpo del componente o fallo de adhesión/unión.

Los estándares típicos para este método incluyen:

IEC 62137-1-2 Tecnología de montaje superficial - Parte 1-2: Ensayo de resistencia al corte mecánico de las uniones soldadas.
Ciertas secciones de la norma IEC 60068-2-21 (Ensayos ambientales - Ensayo U: Robustez de terminaciones y dispositivos de ensamblaje integrados)
Norma JEITA ET-7409/103 (método de corte por par para determinadas situaciones)
Prueba de resistencia a la tracción: Aplica una fuerza de tracción (hacia arriba/hacia afuera) a la placa de circuito impreso (PCB) de forma perpendicular o en ángulo. Las variantes comunes incluyen:
Extracción con gancho o pinzas para componentes con plomo.
Extracción por pulsos en frío para bolas de soldadura BGA/CSP: sujeta y tira de una sola bola hacia arriba.
Para una evaluación general de la conexión, tire en un ángulo de 45 grados.

Durante las pruebas, se sujeta un gancho, un soporte para pinzas o unos alicates a la punta o al cuerpo del componente y se tira de él verticalmente o en ángulo.

Los estándares típicos para este método incluyen:

IEC 62137-1-1 (ensayo de resistencia a la tracción de las uniones soldadas)
JEDEC JESD22-B115 (para embutición por impacto en frío)

Normalmente, para un mejor acceso y una aplicación de tensión realista, la placa de circuito impreso (PCB) debe fijarse en un ángulo de 45 grados.

Muchas máquinas modernas de ensayo de uniones combinan capacidades de tracción y cizallamiento en un solo sistema con alineación automática, células de fuerza/carga (normalmente en el rango de 0 a 100 kg) y software de análisis de modos de fallo.

Un procedimiento típico sigue estos pasos:

La placa de circuito impreso (PCB) se monta de forma segura en un soporte (vertical para cortar, inclinado para tirar).
El instrumento se alinea con precisión con el componente (utilizando una platina XY y un microscopio).
La fuerza se aplica a una velocidad controlada (por ejemplo, de 0,1 a 10 mm/min, según la norma).
Se registran la fuerza máxima y el modo de fallo.
Los criterios de aceptación se utilizan para la comparación (normalmente en función de las necesidades específicas del cliente o de acuerdo con los mínimos de IEC/JEDEC, dependiendo del área de soldadura o la masa del componente).

Análisis e interpretación de fallas:

Buena conexión: Fracturas por soldadura a granel de alta fuerza (cizallamiento dúctil).
Conexión débil: Formación de cráteres en la almohadilla, fractura intermetálica frágil o baja resistencia. Esto indica problemas en el proceso (por ejemplo, formación excesiva de huecos, incrustaciones, reflujo deficiente).

Las pruebas de resistencia a la tracción y al corte son una prueba mecánica destructiva necesaria en la fabricación de productos electrónicos y en la ingeniería de confiabilidad por diversas razones críticas.

Las principales razones por las que este método es importante son las siguientes:

Mide la resistencia mecánica y la fiabilidad reales: Las uniones de soldadura en los componentes SMD deben soportar no solo la conexión eléctrica, sino también las fuerzas mecánicas durante toda la vida útil del producto. Las pruebas de tracción y cizallamiento aplican cargas controladas de tracción (estiramiento) o laterales (cizallamiento) para medir la fuerza máxima necesaria para provocar la rotura. Esto proporciona datos numéricos objetivos sobre la resistencia de la unión que los métodos visuales o de rayos X no pueden ofrecer de forma fiable.
Detecta defectos ocultos o sutiles que los métodos no destructivos pasan por alto: muchas debilidades críticas son invisibles o difíciles de detectar sin aplicar tensión.
Capas frágiles de compuestos intermetálicos formadas durante el proceso de reflujo o envejecimiento.
Espacios excesivos, mala humectación, volumen insuficiente de soldadura o contaminación.
Mala adherencia de las pastillas o formación de cráteres en las primeras etapas de la formación de cráteres en las pastillas.
Cambios resultantes de la miniaturización (los enlaces más pequeños presentan distribuciones de tensión diferentes, y el grosor de la capa intermedia de metamateriales se vuelve proporcionalmente más dominante).

Estos problemas suelen provocar fallos de baja resistencia. Esta prueba cuantifica dichos fallos.

Simula las tensiones mecánicas y los modos de fallo del mundo real: Los productos electrónicos se enfrentan a lo siguiente:
Esfuerzos durante el transporte y el montaje (por ejemplo, extracción de placas de circuito impreso, instalación de conectores, pruebas en circuito).
Vibraciones e impactos (automoción, aviación, dispositivos de consumo durante caídas o transporte).
Ciclos termomecánicos (desajustes de expansión/contracción).

Las pruebas de cizallamiento simulan fuerzas laterales, mientras que las pruebas de tracción simulan cargas de tracción/fuera del plano. Las variantes de alta velocidad muestran una buena correlación con el rendimiento ante caídas/choques.

Permite la verificación, cualificación y mejora continua de los procesos: Los fabricantes utilizan los datos de corte por tracción en las siguientes situaciones:
Caracterización del proceso: Nuevas pastas de soldadura, diseños de plantillas o recubrimientos superficiales.
Inspección de componentes/tarjetas entrantes.
Análisis de fallos tras pruebas de fiabilidad (ciclos térmicos, envejecimiento, pruebas de caída).
Comparación entre proveedores o partes.
Complementa otros métodos: mientras que el seccionamiento revela la microestructura y la tinción y la eliminación revelan los patrones de grietas, las mediciones de tracción-cizallamiento proporcionan mediciones rápidas, repetibles y basadas en la fuerza.

Durante muchos años, nuestra organización, con su personal competente y experimentado, ha comprendido las necesidades de sus clientes, brindándoles los servicios de pruebas avanzadas que requieren y ayudándolos en el establecimiento, la implementación y la mejora de sus sistemas de gestión. En este contexto, también ofrecemos servicios de pruebas de resistencia a la tracción y al corte para componentes SMD (dispositivos de montaje superficial) a empresas.