Teste de resistência à tração e ao cisalhamento - Componente SMD (Dispositivo de Montagem em Superfície)

O teste de resistência ao cisalhamento por tração é um método crucial de avaliação mecânica usado na fabricação de eletrônicos para avaliar a confiabilidade e a qualidade das juntas de solda entre componentes de montagem em superfície (resistores, capacitores, resistores de chip ou encapsulamentos de LED) e as trilhas da placa de circuito impresso (PCI). Esse método mede quanta força a junta de solda pode suportar sob carga de tração (puxada) ou lateral (cisalhamento) e ajuda a identificar problemas como má molhagem, vazios, fragilidade do composto intermetálico, volume insuficiente de solda ou defeitos de processo.

Em aplicações reais (como smartphones, eletrônicos automotivos ou dispositivos industriais), as juntas de solda SMD são submetidas a ciclos térmicos, vibração, choques mecânicos e impactos por queda. Os testes de tração e cisalhamento fornecem dados quantitativos sobre a resistência da ligação, complementando a inspeção visual (de acordo com a norma IPC-A-610), radiografias ou seccionamento. Eles auxiliam na validação de processos de soldagem, projeto de templates, perfis de refluxo e seleção de materiais.

Os principais tipos de testes para juntas de solda SMD são os seguintes:

Teste de resistência ao cisalhamento: Aplica uma força horizontal (lateral) paralela à superfície da placa de circuito impresso (PCI) para empurrar ou cortar o componente. Este método é mais comum para componentes SMD sem chumbo e alguns componentes com chumbo. Durante o teste, uma ferramenta de corte plana ou em forma de cinzel é colocada contra a lateral do componente e movida horizontalmente a uma velocidade controlada. Os modos de falha incluem: quebra da solda, descolamento da ilha de solda, fratura do componente ou falha de adesão/ligação.

Os padrões típicos para este método incluem:

IEC 62137-1-2 Tecnologia de montagem em superfície - Parte 1-2: Teste de resistência ao cisalhamento mecânico de juntas de solda.
Determinadas seções da norma IEC 60068-2-21 (Testes ambientais - Teste U: Robustez de terminações e dispositivos de montagem integrados)
Norma JEITA ET-7409/103 (método de corte por torque para determinadas situações)
Teste de resistência à tração: Aplica uma força de tração (para cima/para fora) à placa de circuito impresso (PCI) perpendicularmente ou em um ângulo. As variantes comuns incluem:
Puxar com gancho ou pinça para remover componentes com chumbo.
Tração por pulso frio para esferas de solda BGA/CSP: agarra e puxa uma única esfera para cima.
Puxe em um ângulo de 45 graus para uma avaliação geral da conexão.

Durante os testes, um gancho, um suporte de pinça ou um alicate é fixado na ponta/corpo do componente e puxado verticalmente ou em um ângulo.

Os padrões típicos para este método incluem:

IEC 62137-1-1 (teste de resistência à tração de juntas de solda)
JEDEC JESD22-B115 (para trefilação por impacto a frio)

Normalmente, para melhor acesso e aplicação realista de tensão, a placa de circuito impresso (PCI) precisa ser fixada em um ângulo de 45 graus.

Muitas máquinas modernas de teste de juntas combinam capacidades de tração e cisalhamento em um único sistema com alinhamento automático, células de força/carga (normalmente na faixa de 0 a 100 kg) e software de análise de modo de falha.

Um procedimento típico segue estes passos:

A placa de circuito impresso (PCB) é fixada com segurança a um dispositivo de fixação (vertical para corte, angulado para extração).
O instrumento é alinhado com precisão ao componente (utilizando uma plataforma XY e um microscópio).
A força é aplicada a uma taxa controlada (por exemplo, 0,1-10 mm/min, dependendo da norma).
A força máxima e o modo de falha são registrados.
Os critérios de aceitação são usados para comparação (normalmente com base nas necessidades específicas do cliente ou de acordo com os mínimos da IEC/JEDEC, dependendo da área de solda ou da massa do componente).

Análise e interpretação de falhas:

Boa conexão: Fraturas de soldagem em massa de alta força (cisalhamento dúctil).
Conexão fraca: formação de crateras na almofada de solda, fratura frágil de intermetálicos ou baixa resistência. Isso indica problemas no processo (por exemplo, formação excessiva de vazios, incrustações, refluxo deficiente).

O teste de resistência ao cisalhamento por tração é um teste mecânico destrutivo necessário na fabricação de eletrônicos e na engenharia de confiabilidade por vários motivos críticos.

Os principais motivos pelos quais esse método é importante são os seguintes:

Mede a verdadeira resistência mecânica e confiabilidade: as juntas de solda em componentes SMD devem suportar não apenas a ligação elétrica, mas também forças mecânicas durante toda a vida útil do produto. Os testes de tração e cisalhamento aplicam cargas controladas de tração (puxada) ou laterais (cisalhamento) para medir a força máxima necessária para causar a falha. Isso fornece dados numéricos objetivos sobre a resistência da ligação que os métodos visuais ou de raios X não conseguem fornecer de forma confiável.
Ele detecta defeitos ocultos ou sutis que os métodos não destrutivos não identificam: muitas fragilidades críticas são invisíveis ou difíceis de detectar sem a aplicação de tensão.
Camadas frágeis de compostos intermetálicos se formam durante o refluxo ou envelhecimento.
Lacunas excessivas, má molhagem, volume de solda insuficiente ou contaminação.
Má adesão das almofadas ou craterização precoce das mesmas.
Alterações resultantes da miniaturização (elos menores apresentam distribuições de tensão diferentes, com a espessura da camada intermetálica tornando-se proporcionalmente mais dominante).

Esses problemas frequentemente levam a falhas de baixa resistência. Este teste quantifica essas falhas.

Simula tensões mecânicas e modos de falha do mundo real: Produtos eletrônicos enfrentam o seguinte:
Esforços de transporte e montagem (por exemplo, remoção da placa de circuito impresso, instalação de conectores, testes em circuito).
Vibração e choque (automóveis, aviação, dispositivos eletrônicos de consumo durante quedas ou transporte).
Ciclos termomecânicos (desajustes entre expansão e contração).

Os testes de cisalhamento simulam forças laterais, enquanto os testes de tração simulam cargas de tração/fora do plano. As variantes de alta velocidade apresentam boa correlação com o desempenho em quedas/choques.

Auxilia na verificação, qualificação e melhoria contínua de processos: Os fabricantes utilizam dados de corte por tração nas seguintes situações:
Caracterização do processo: novas pastas de solda, desenhos de estêncil ou revestimentos de superfície.
Inspeção de recebimento de componentes/placas.
Análise de falhas após testes de confiabilidade (ciclos térmicos, envelhecimento, testes de queda).
Comparação entre fornecedores ou partes.
Complementa outros métodos: enquanto o seccionamento revela a microestrutura e a coloração e remoção revelam padrões de fissuras, as medições de tração-cisalhamento fornecem medições rápidas, repetíveis e baseadas na força.

Há muitos anos, nossa organização, com sua equipe competente e experiente, compreende as necessidades de seus clientes, fornecendo os serviços avançados de teste que eles exigem e auxiliando no estabelecimento, implementação e aprimoramento de sistemas de gestão. Nesse contexto, também oferecemos serviços de teste de resistência à tração e ao cisalhamento para componentes SMD (dispositivos de montagem em superfície) para empresas.