Kiểm tra độ bền kéo-cắt - Linh kiện SMD (Thiết bị gắn trên bề mặt)

Kiểm tra độ bền kéo-cắt là một phương pháp đánh giá cơ học quan trọng được sử dụng trong sản xuất điện tử để đánh giá độ tin cậy và chất lượng của các mối hàn giữa các linh kiện gắn trên bề mặt (điện trở, tụ điện, điện trở chip hoặc các gói LED) và các điểm tiếp xúc trên bảng mạch in (PCB). Phương pháp này đo lường lực mà mối hàn có thể chịu được dưới tải trọng kéo (kéo căng) hoặc tải trọng ngang (cắt) và giúp xác định các vấn đề như độ thấm ướt kém, lỗ rỗng, độ yếu của hợp chất liên kim loại, lượng chất hàn không đủ hoặc các khuyết tật trong quá trình sản xuất.

Các mối hàn SMD phải chịu tác động của chu kỳ nhiệt, rung động, va đập cơ học và rơi rớt trong các ứng dụng thực tế (ví dụ: điện thoại thông minh, thiết bị điện tử ô tô hoặc thiết bị công nghiệp). Các thử nghiệm kéo và cắt cung cấp dữ liệu định lượng về độ bền liên kết, bổ sung cho việc kiểm tra bằng mắt thường (theo tiêu chuẩn IPC-A-610), chụp X-quang hoặc cắt lát. Chúng giúp xác thực quy trình hàn, thiết kế khuôn mẫu, cấu hình nung chảy và lựa chọn vật liệu.

Các loại kiểm tra chính đối với mối hàn SMD như sau:

Kiểm tra độ bền cắt: Áp dụng một lực ngang (lực bên) song song với bề mặt bảng mạch in (PCB) để đẩy hoặc cắt linh kiện. Phương pháp này phổ biến nhất đối với các linh kiện SMD không chì và một số loại linh kiện có chì. Trong quá trình thử nghiệm, một dụng cụ cắt dạng đục hoặc phẳng được đặt vào cạnh bên của thân linh kiện và di chuyển theo chiều ngang với tốc độ được kiểm soát. Các kiểu hỏng hóc bao gồm: đứt mối hàn, bong tróc chân linh kiện, gãy thân linh kiện hoặc hỏng liên kết/kết dính.

Các tiêu chuẩn điển hình cho phương pháp này bao gồm:

Tiêu chuẩn IEC 62137-1-2 Công nghệ gắn bề mặt - Phần 1-2: Thử nghiệm độ bền cắt cơ học của mối hàn.
Một số phần nhất định của tiêu chuẩn IEC 60068-2-21 (Thử nghiệm môi trường - Thử nghiệm U: Độ bền của các đầu nối và thiết bị lắp ráp tích hợp)
Tiêu chuẩn JEITA ET-7409/103 (phương pháp cắt momen xoắn cho một số trường hợp nhất định)
Kiểm tra độ bền kéo: Áp dụng một lực kéo (hướng lên/ra ngoài) lên bảng mạch in (PCB) theo phương vuông góc hoặc một góc nghiêng. Các biến thể phổ biến bao gồm:
Dùng móc hoặc nhíp để kéo các linh kiện có chì.
Máy kéo xung lạnh dùng cho các bi hàn BGA/CSP: kẹp và kéo một bi hàn lên trên.
Kéo ở góc 45 độ để đánh giá tổng thể độ kết nối.

Trong quá trình thử nghiệm, một cái móc, kẹp nhíp hoặc kìm được gắn vào đầu/thân của linh kiện và kéo theo chiều dọc hoặc theo một góc.

Các tiêu chuẩn điển hình cho phương pháp này bao gồm:

IEC 62137-1-1 (thử nghiệm độ bền kéo của mối hàn)
JEDEC JESD22-B115 (dành cho kéo nguội bằng phương pháp dập)

Thông thường, để dễ tiếp cận hơn và ứng dụng ứng suất thực tế, bảng mạch in (PCB) cần được cố định ở góc 45 độ.

Nhiều máy thử nghiệm mối nối hiện đại kết hợp cả khả năng chịu kéo và chịu cắt trong một hệ thống duy nhất với tính năng căn chỉnh tự động, cảm biến lực/tải trọng (thường trong khoảng 0-100 kg) và phần mềm phân tích chế độ hỏng hóc.

Quy trình điển hình thường bao gồm các bước sau:

Mạch in (PCB) được gắn chắc chắn vào một giá đỡ (thẳng đứng để cắt, nghiêng để kéo).
Dụng cụ được căn chỉnh chính xác với chi tiết cần kiểm tra (sử dụng bàn trượt XY và kính hiển vi).
Lực được tác dụng với tốc độ được kiểm soát (ví dụ: 0,1-10 mm/phút tùy thuộc vào tiêu chuẩn).
Lực cực đại và kiểu hỏng hóc được ghi lại.
Các tiêu chí chấp nhận được sử dụng để so sánh (thường dựa trên cơ sở cụ thể của khách hàng hoặc theo mức tối thiểu của IEC/JEDEC, tùy thuộc vào diện tích mối hàn hoặc khối lượng linh kiện).

Phân tích và diễn giải lỗi:

Mối nối tốt: Gãy vỡ do hàn khối lượng lớn (biến dạng dẻo do cắt).
Kết nối yếu: Hình thành miệng hố trên miếng đệm, gãy liên kim loại giòn hoặc độ bền thấp. Điều này cho thấy các vấn đề trong quy trình (ví dụ: hình thành quá nhiều lỗ rỗng, bám cặn, quá trình nóng chảy kém).

Thử nghiệm độ bền kéo-cắt là một thử nghiệm cơ học phá hủy cần thiết trong sản xuất điện tử và kỹ thuật độ tin cậy vì nhiều lý do quan trọng.

Những lý do chính khiến phương pháp này quan trọng như sau:

Đo lường độ bền cơ học và độ tin cậy thực sự: Các mối hàn trong linh kiện SMD không chỉ phải chịu được liên kết điện mà còn cả các lực cơ học trong suốt vòng đời sản phẩm. Các thử nghiệm kéo và cắt áp dụng tải trọng kéo (kéo căng) hoặc tải trọng ngang (cắt) được kiểm soát để đo lực cực đại cần thiết gây ra sự hỏng hóc. Điều này cung cấp dữ liệu số khách quan về độ bền liên kết mà các phương pháp quan sát bằng mắt thường hoặc tia X không thể cung cấp một cách đáng tin cậy.
Nó phát hiện các khuyết tật ẩn hoặc khó nhận biết mà các phương pháp không phá hủy bỏ sót: Nhiều điểm yếu nghiêm trọng không thể nhìn thấy hoặc khó phát hiện nếu không tác động lực lên vật liệu.
Các lớp hợp chất liên kim loại dễ vỡ hình thành trong quá trình nung chảy lại hoặc lão hóa.
Khe hở quá lớn, độ bám dính kém, lượng chất hàn không đủ hoặc bị nhiễm bẩn.
Độ bám dính của miếng đệm kém hoặc hiện tượng lõm miếng đệm ở giai đoạn đầu.
Những thay đổi do quá trình thu nhỏ gây ra (các liên kết nhỏ hơn có sự phân bố ứng suất khác nhau, trong đó độ dày IMC trở nên chiếm ưu thế hơn về mặt tỷ lệ).

Những vấn đề này thường dẫn đến các lỗi có độ bền thấp. Thử nghiệm này định lượng được các lỗi đó.

Nó mô phỏng các ứng suất cơ học và các chế độ hỏng hóc trong thực tế: Các sản phẩm điện tử phải đối mặt với những điều sau:
Các ứng suất trong quá trình vận chuyển và lắp ráp (ví dụ: tháo bảng mạch, lắp đặt đầu nối, kiểm tra mạch).
Rung động và va đập (trong ngành ô tô, hàng không, thiết bị tiêu dùng khi rơi hoặc vận chuyển).
Chu kỳ nhiệt-cơ học (sự không phù hợp giữa giãn nở và co lại).

Thử nghiệm cắt mô phỏng lực ngang, trong khi thử nghiệm kéo mô phỏng tải trọng kéo/ngoài mặt phẳng. Các biến thể tốc độ cao cho thấy sự tương quan tốt với hiệu suất chịu rơi/va đập.

Nó hỗ trợ việc xác minh quy trình, đánh giá chất lượng và cải tiến liên tục: Các nhà sản xuất sử dụng dữ liệu cắt kéo trong các trường hợp sau:
Đặc điểm của quy trình: Các loại keo hàn mới, thiết kế khuôn in hoặc lớp phủ bề mặt.
Kiểm tra hàng nhập về của linh kiện/thẻ.
Phân tích lỗi sau khi chịu các ứng suất về độ tin cậy (chu kỳ nhiệt, lão hóa, thử nghiệm rơi).
So sánh giữa các nhà cung cấp hoặc các bên.
Phương pháp này bổ sung cho các phương pháp khác: trong khi việc cắt lát giúp làm lộ cấu trúc vi mô, việc nhuộm màu và loại bỏ mẫu giúp làm lộ các vết nứt, thì phép đo lực kéo-cắt cung cấp các phép đo nhanh chóng, có thể lặp lại và dựa trên lực.

Trong nhiều năm qua, tổ chức của chúng tôi, với đội ngũ nhân viên có năng lực và kinh nghiệm, đã thấu hiểu nhu cầu của khách hàng, cung cấp các dịch vụ kiểm thử tiên tiến mà họ yêu cầu và hỗ trợ trong việc thiết lập, triển khai và cải tiến các hệ thống quản lý. Trong khuôn khổ này, chúng tôi cũng cung cấp dịch vụ kiểm thử "Kiểm tra độ bền kéo-cắt - linh kiện SMD (thiết bị gắn trên bề mặt)" cho các doanh nghiệp.