Skúška pevnosti v ťahu a šmyku - SMD (povrchovo montované zariadenie) súčiastka

Skúška pevnosti v ťahu v šmyku je kľúčová metóda mechanického hodnotenia používaná v elektronickej výrobe na posúdenie spoľahlivosti a kvality spájkovaných spojov medzi povrchovo montovanými súčiastkami (rezistory, kondenzátory, čipové rezistory alebo puzdrá LED diód) a kontaktnými plochami dosiek plošných spojov (PCB). Táto metóda meria, akú silu dokáže spájkovaný spoj vydržať pri ťahovom (ťahovom) alebo bočnom (šmykovom) zaťažení a pomáha identifikovať problémy, ako sú slabé zmáčanie, dutiny, slabosť intermetalickej zlúčeniny, nedostatočný objem spájky alebo procesné chyby.

SMD spájkované spoje sú v reálnych aplikáciách (napr. smartfóny, automobilová elektronika alebo priemyselné zariadenia) vystavené tepelným cyklom, vibráciám, mechanickým nárazom a pádom. Ťahové a strihové skúšky poskytujú kvantitatívne údaje o pevnosti spoja a dopĺňajú vizuálnu kontrolu (podľa normy IPC-A-610), röntgenové snímky alebo rezy. Pomáhajú overiť procesy spájkovania, návrh šablón, profily pretavenia a výber materiálov.

Hlavné typy testov SMD spájkovaných spojov sú nasledovné:

Skúška šmykovej pevnosti: Aplikuje horizontálnu (bočnú) silu rovnobežne s povrchom dosky plošných spojov (PCB), aby sa súčiastka zatlačila alebo odrezala. Táto metóda je najbežnejšia pre bezolovnaté SMD a niektoré puzdrá s vývodmi. Počas skúšky sa na bok tela súčiastky umiestni dláto alebo plochý rezný nástroj a pohybuje sa horizontálne kontrolovanou rýchlosťou. Medzi poruchy patria: zlomenie spájky, zdvihnutie kontaktnej plošky, zlomenie tela súčiastky alebo zlyhanie adhézie/spojenia.

Medzi typické štandardy pre túto metódu patria:

IEC 62137-1-2 Technológia povrchovej montáže - Časť 1-2: Skúšanie mechanickej šmykovej pevnosti spájkovaných spojov.
Určité časti normy IEC 60068-2-21 (Skúšky vplyvov prostredia - Skúška U: Robustnosť koncoviek a integrovaných montážnych zariadení)
Norma JEITA ET-7409/103 (metóda rezania s krútiacim momentom pre určité situácie)
Skúška pevnosti v ťahu: Aplikuje ťahovú silu (smerom nahor/von) na dosku plošných spojov (PCB) kolmo alebo pod uhlom. Medzi bežné varianty patria:
Ťahanie hákom alebo pinzetou pre vývodové komponenty.
Pulzné ťahanie spájkovacích guľôčok BGA/CSP za studena: uchopí a ťahá jednu guľôčku smerom nahor.
Pre všeobecné posúdenie pripojenia potiahnite pod uhlom 45 stupňov.

Počas testovania sa na hrot/telo súčiastky pripevní háčik, držiak pinzety alebo kliešte a ťahá sa vertikálne alebo pod uhlom.

Medzi typické štandardy pre túto metódu patria:

IEC 62137-1-1 (skúška pevnosti v ťahu spájkovaných spojov)
JEDEC JESD22-B115 (pre ťahanie za studena)

Pre lepší prístup a realistické pôsobenie namáhania je zvyčajne potrebné dosku plošných spojov (PCB) upevniť pod uhlom 45 stupňov.

Mnohé moderné stroje na skúšanie spojov kombinujú ťahové aj šmykové schopnosti v jednom systéme s automatickým zarovnávaním, snímačmi sily/zaťaženia (zvyčajne v rozsahu 0 – 100 kg) a softvérom na analýzu poruchových režimov.

Typický postup nasleduje po týchto krokoch:

Doska plošných spojov (PCB) je bezpečne pripevnená k upínaciemu prípravku (vertikálna pre rezanie, šikmá pre ťahanie).
Prístroj je presne zarovnaný s komponentom (pomocou stolíka XY a mikroskopu).
Sila sa aplikuje kontrolovanou rýchlosťou (napr. 0,1 – 10 mm/min v závislosti od normy).
Zaznamenáva sa maximálna sila a spôsob porušenia.
Na porovnanie sa používajú akceptačné kritériá (zvyčajne na základe špecifických požiadaviek zákazníka alebo podľa minimálnych noriem IEC/JEDEC, v závislosti od spájkovanej plochy alebo hmotnosti súčiastky).

Analýza a interpretácia porúch:

Dobré spojenie: Vysokosilové hromadné spájkovanie láme (ťažný šmyk).
Slabé spojenie: Tvorba kráterov v kontaktnej ploche, krehký intermetalický lom alebo nízka pevnosť. To naznačuje problémy s procesom (napr. nadmerná tvorba dutín, znečistenie, zlé pretavenie).

Skúška pevnosti v ťahu v šmyku je nevyhnutnou deštruktívnou mechanickou skúškou vo výrobe elektroniky a v inžinierstve spoľahlivosti z rôznych kritických dôvodov.

Hlavné dôvody, prečo je táto metóda dôležitá, sú nasledujúce:

Meria skutočnú mechanickú pevnosť a spoľahlivosť: Spájkované spoje v SMD súčiastkach musia odolávať nielen elektrickému spojovaniu, ale aj mechanickým silám počas celej životnosti produktu. Ťahové a šmykové skúšky aplikujú kontrolované ťahové (ťahové) alebo bočné (šmykové) zaťaženie na meranie maximálnej sily potrebnej na spôsobenie poruchy. To poskytuje objektívne, numerické údaje o pevnosti spoja, ktoré vizuálne alebo röntgenové metódy nemôžu spoľahlivo poskytnúť.
Detekuje skryté alebo jemné chyby, ktoré nedeštruktívne metódy prehliadajú: Mnohé kritické slabiny sú neviditeľné alebo ťažko detekovateľné bez použitia namáhania.
Krehké intermetalické vrstvy vytvorené počas pretavovania alebo starnutia.
Nadmerné medzery, slabé zmáčanie, nedostatočný objem spájky alebo kontaminácia.
Slabá priľnavosť doštičiek alebo tvorba kráterov na doštičkách v ranom štádiu.
Zmeny vyplývajúce z miniaturizácie (menšie články majú odlišné rozloženie napätia, pričom hrúbka IMC sa stáva úmerne dominantnejšou).

Tieto problémy často vedú k poruchám z dôvodu nízkej pevnosti. Táto skúška tieto poruchy kvantifikuje.

Simuluje mechanické namáhanie a poruchové režimy v reálnom svete: Elektronické výrobky čelia nasledujúcim podmienkam:
Napätie pri preprave a montáži (napr. demontáž dosky plošných spojov, inštalácia konektorov, testovanie v obvode).
Vibrácie a otrasy (automobilový priemysel, letectvo, spotrebné zariadenia počas pádov alebo prepravy).
Tepelno-mechanické cyklovanie (nesúlad medzi rozťažnosťou a kontrakciou).

Skúšky šmykom simulujú bočné sily, zatiaľ čo skúšky ťahom simulujú ťahové/mimorovinné zaťaženia. Vysokorýchlostné varianty vykazujú dobrú koreláciu s výkonom pri páde/nárazoch.

Podporuje overovanie procesov, kvalifikáciu a neustále zlepšovanie: Výrobcovia používajú dáta z vyťahovania v nasledujúcich situáciách:
Charakterizácia procesu: Nové spájkovacie pasty, návrhy šablón alebo povrchové nátery.
Vstupná kontrola komponentov/kariet.
Analýza porúch po spoľahlivostných namáhaniach (tepelné cykly, starnutie, pádové skúšky).
Porovnanie medzi dodávateľmi alebo stranami.
Dopĺňa iné metódy: zatiaľ čo rezanie odhaľuje mikroštruktúru a farbenie a odstránenie odhaľuje vzory trhlín, merania ťahom a šmykom poskytujú rýchle, opakovateľné merania založené na sile.

Naša organizácia s kompetentnými a skúsenými zamestnancami už mnoho rokov rozumie potrebám svojich zákazníkov, poskytuje im pokročilé testovacie služby a pomáha im pri zavádzaní, implementácii a zlepšovaní systémov riadenia. V tomto rámci poskytujeme firmám aj testovacie služby „Skúšanie pevnosti v ťahu v šmyku – SMD (surface-mounted device) components“.