Испытание на прочность при растяжении-сдвиге — компонент SMD (поверхностного монтажа)

Испытание на прочность при растяжении-сдвиге — это важнейший метод механической оценки, используемый в производстве электроники для оценки надежности и качества паяных соединений между компонентами поверхностного монтажа (резисторами, конденсаторами, чип-резисторами или светодиодными корпусами) и контактными площадками печатной платы. Этот метод измеряет, какое усилие может выдержать паяное соединение при растягивающей (тяговой) или боковой (сдвиговой) нагрузке, и помогает выявить такие проблемы, как плохое смачивание, пустоты, слабость интерметаллических соединений, недостаточный объем припоя или дефекты процесса.

В реальных условиях эксплуатации (например, в смартфонах, автомобильной электронике или промышленных устройствах) паяные соединения SMD-компонентов подвергаются термическим циклам, вибрации, механическим ударам и падениям. Испытания на растяжение и сдвиг предоставляют количественные данные о прочности соединения, дополняя визуальный осмотр (в соответствии со стандартом IPC-A-610), рентгеновский контроль или анализ срезов. Это помогает подтвердить правильность процессов пайки, конструкции шаблонов, профилей оплавления и выбора материалов.

Основные виды проверок паяных соединений SMD-компонентов следующие:

Испытание на прочность на сдвиг: Применяется горизонтальная (боковая) сила, параллельная поверхности печатной платы (PCB), для продавливания или разрезания компонента. Этот метод наиболее распространен для бессвинцовых SMD-компонентов и некоторых корпусов со свинцом. Во время испытания режущий инструмент в форме долота или плоской поверхности прикладывается к боковой стороне корпуса компонента и перемещается горизонтально с контролируемой скоростью. Виды отказов включают: разрыв припоя, отслоение контактной площадки, разрушение корпуса компонента или нарушение адгезии/склеивания.

Типичные стандарты для этого метода включают:

IEC 62137-1-2 Технология поверхностного монтажа — Часть 1-2: Испытание на механическую прочность на сдвиг паяных соединений.
Некоторые разделы стандарта IEC 60068-2-21 (Экологические испытания - Испытание U: Прочность клемм и интегрированных сборочных устройств)
Стандарт JEITA ET-7409/103 (метод резки с заданным моментом затяжки для определенных ситуаций)
Испытание на прочность на растяжение: Применяется растягивающее усилие (вверх/наружу) к печатной плате под перпендикуляром или углом. Распространенные варианты включают:
Вытягивание компонентов с выводами с помощью крючка или пинцета.
Метод холодной импульсной вытяжки для шариков припоя BGA/CSP: захватывает и вытягивает один шарик вверх.
Для общей оценки качества соединения потяните под углом 45 градусов.

В ходе тестирования к наконечнику/корпусу компонента прикрепляется крючок, держатель для пинцета или плоскогубцы, которые затем тянут вертикально или под углом.

Типичные стандарты для этого метода включают:

IEC 62137-1-1 (испытание на прочность припоев на растяжение)
JEDEC JESD22-B115 (для холодной ударной волочки)

Как правило, для лучшего доступа и реалистичного приложения нагрузки печатную плату необходимо закрепить под углом 45 градусов.

Многие современные машины для испытания соединений сочетают в себе возможности испытания на растяжение и сдвиг в одной системе, а также автоматическую центровку, датчики силы/нагрузки (обычно в диапазоне 0-100 кг) и программное обеспечение для анализа режимов разрушения.

Типичная процедура включает следующие шаги:

Печатная плата надежно крепится к приспособлению (вертикально для резки, под углом для вытягивания).
Прибор точно выровнен относительно компонента (с помощью XY-столика и микроскопа).
Сила прикладывается с контролируемой скоростью (например, 0,1-10 мм/мин в зависимости от стандарта).
Регистрируются пиковая сила и характер разрушения.
Критерии приемки используются для сравнения (обычно на основе требований заказчика или в соответствии с минимальными значениями IEC/JEDEC, в зависимости от площади пайки или массы компонента).

Анализ и интерпретация неисправностей:

Хорошее соединение: разрушение при высокопрочной пайке (пластичный сдвиг).
Слабое соединение: образование кратеров на контактной площадке, хрупкое разрушение интерметаллических соединений или низкая прочность. Это указывает на проблемы в процессе производства (например, чрезмерное образование пустот, загрязнение, плохое оплавление).

Испытание на прочность при растяжении-сдвиге является необходимым разрушающим механическим испытанием в производстве электроники и в области обеспечения надежности по ряду критически важных причин.

Основные причины важности этого метода заключаются в следующем:

Измеряет истинную механическую прочность и надежность: паяные соединения в SMD-компонентах должны выдерживать не только электрическое соединение, но и механические нагрузки на протяжении всего срока службы изделия. Испытания на растяжение и сдвиг применяют контролируемые растягивающие (тяговые) или боковые (сдвиговые) нагрузки для измерения пиковой силы, необходимой для разрушения. Это позволяет получить объективные числовые данные о прочности соединения, которые невозможно надежно получить с помощью визуальных или рентгеновских методов.
Он обнаруживает скрытые или едва заметные дефекты, которые не выявляются неразрушающими методами: многие критические слабые места невидимы или труднообнаружимы без приложения нагрузки.
Хрупкие слои интерметаллических соединений образуются в процессе оплавления или старения.
Чрезмерные зазоры, плохое смачивание, недостаточный объем припоя или загрязнение.
Плохое сцепление тормозных колодок или образование кратеров на ранней стадии.
Изменения, вызванные миниатюризацией (у меньших звеньев различное распределение напряжений, при этом толщина интерметаллических соединений становится пропорционально более выраженной).

Эти проблемы часто приводят к разрушениям с низкой прочностью. Данный тест позволяет количественно оценить эти разрушения.

Она имитирует реальные механические напряжения и режимы отказов: электронные изделия сталкиваются со следующими проблемами:
Производственные нагрузки при транспортировке и сборке (например, при снятии печатной платы, установке разъемов, внутрисхемном тестировании).
Вибрация и удары (в автомобильной, авиационной промышленности, при падениях или транспортировке бытовых приборов).
Термомеханические циклы (несоответствие между расширением и сжатием).

Испытания на сдвиг имитируют боковые силы, а испытания на растяжение — растягивающие/внеплоскостные нагрузки. Высокоскоростные варианты демонстрируют хорошую корреляцию с характеристиками при падении/ударе.

Это способствует проверке, квалификации и непрерывному совершенствованию процессов: производители используют данные о протяжке и резке в следующих ситуациях:
Характеристика процесса: новые паяльные пасты, трафаретные схемы или поверхностные покрытия.
Входной контроль компонентов/плат.
Анализ отказов после испытаний на надежность (термоциклирование, старение, испытания на падение).
Сравнение между поставщиками или сторонами.
Этот метод дополняет другие: в то время как разрезание позволяет выявить микроструктуру, а окрашивание и удаление позволяют обнаружить характер трещин, измерения растяжения-сдвига обеспечивают быстрые, воспроизводимые измерения, основанные на силе.

На протяжении многих лет наша организация, располагающая компетентным и опытным персоналом, понимает потребности своих клиентов, предоставляет им необходимые передовые услуги по тестированию и оказывает помощь в создании, внедрении и совершенствовании систем управления. В рамках этой деятельности мы также предоставляем предприятиям услуги по тестированию компонентов поверхностного монтажа (SMD) на прочность при растяжении-сдвиге.