拉伸剪切强度测试 - 表面贴装器件 (SMD) 元件

拉伸剪切强度测试是电子制造中一项至关重要的机械性能评估方法，用于评估表面贴装元件（电阻器、电容器、片式电阻器或LED封装）与印刷电路板（PCB）焊盘之间焊点的可靠性和质量。该方法测量焊点在拉伸（拉力）或横向（剪切）载荷下所能承受的力，并有助于识别诸如润湿不良、空隙、金属间化合物强度不足、焊料量不足或工艺缺陷等问题。

在实际应用中（例如智能手机、汽车电子产品或工业设备），SMD焊点会受到热循环、振动、机械冲击和跌落冲击等影响。拉伸和剪切试验可提供焊点强度的定量数据，是对目视检查（符合IPC-A-610标准）、X射线检测或截面分析的补充。这些试验有助于验证焊接工艺、模板设计、回流焊曲线和材料选择。

SMD焊点的主要测试类型如下：

• 剪切强度测试：施加平行于印刷电路板 (PCB) 表面的水平（横向）力，以推动或切割元件。此方法最常用于无铅 SMD 和某些有铅封装。测试过程中，将凿状或扁平的切割工具抵住元件侧面，并以可控速度水平移动。失效模式包括：焊点断裂、焊盘翘起、元件本体断裂或粘合/连接失效。

该方法的典型标准包括：

• IEC 62137-1-2 表面贴装技术 - 第 1-2 部分：焊点的机械剪切强度测试。
• IEC 60068-2-21 标准（环境测试 - 测试 U：端子和集成组件设备的稳健性）的某些章节
• JEITA ET-7409/103 标准（特定情况下的扭矩切割方法）
• 拉伸强度测试：对印刷电路板 (PCB) 施加垂直或倾斜方向的拉伸力（向上/向外）。常见测试方法包括：
• 用钩子或镊子拉拔带铅元件。
• BGA/CSP焊球冷脉冲拉拔：夹住并向上拉动单个焊球。
• 以 45 度角拉动，进行一般连接性评估。

在测试过程中，将钩子、镊子夹或钳子连接到组件的尖端/主体上，并垂直或倾斜地拉动。

该方法的典型标准包括：

• IEC 62137-1-1（焊点拉伸强度试验）
• JEDEC JESD22-B115（用于冷冲击拉拔）

通常情况下，为了便于操作和施加实际应力，印刷电路板 (PCB) 需要以 45 度角固定。

许多现代关节试验机将拉伸和剪切功能集成在一个系统中，并具有自动对准、力/载荷传感器（通常在 0-100 kg 范围内）和失效模式分析软件。

典型的操作流程如下：

• 印刷电路板 (PCB) 牢固地安装在夹具上（垂直用于切割，倾斜用于拉拔）。
• 该仪器与组件精确对准（使用 XY 平台和显微镜）。
• 以受控速率施加力（例如，根据标准，速率为 0,1-10 毫米/分钟）。
• 记录峰值力和失效模式。
• 验收标准用于比较（通常根据客户的具体要求或根据 IEC/JEDEC 最低标准，取决于焊接面积或元件质量）。

故障分析与解释：

• 连接良好：高力块状焊接断裂（韧性剪切）。
• 连接不良：焊盘出现凹坑、脆性金属间化合物断裂或强度低。这表明工艺存在问题（例如，空隙过多、结垢、回流不良）。

拉伸剪切强度测试是电子制造和可靠性工程中必不可少的破坏性机械测试，原因有很多。

这种方法之所以重要，主要原因如下：

• 衡量真正的机械强度和可靠性：SMD元件中的焊点不仅要承受电气连接，还要承受产品整个生命周期内的机械力。拉伸和剪切试验施加可控的拉伸（拉力）或横向（剪切）载荷，以测量导致失效所需的峰值力。这提供了关于焊点强度的客观数值数据，而视觉或X射线方法无法可靠地提供这些数据。
• 它可以检测出非破坏性方法无法发现的隐藏或细微缺陷：许多关键缺陷是不可见的，或者在不施加压力的情况下很难检测到。
• 回流焊或老化过程中形成的脆性金属间化合物层。
• 间隙过大、润湿不良、焊料量不足或受到污染。
• 垫片粘附性差或垫片早期出现凹坑。
• 小型化带来的变化（较小的连接具有不同的应力分布，IMC 厚度变得更加显著）。

这些问题通常会导致低强度失效。该测试旨在量化这些失效情况。

• 它模拟了现实世界中的机械应力和失效模式：电子产品面临以下情况：
• 运输和组装应力（例如，电路板拆卸、连接器安装、在线测试）。
• 振动和冲击（汽车、航空、消费电子产品在跌倒或运输过程中）。
• 热机械循环（膨胀/收缩不匹配）。

剪切试验模拟横向力，拉伸试验模拟拉伸/面外载荷。高速试验结果与跌落/冲击性能具有良好的相关性。

• 它支持流程验证、鉴定和持续改进：制造商在以下情况下使用拉切数据：
• 工艺特性：新型焊膏、钢网设计或表面涂层。
• 进货组件/卡的检验。
• 可靠性应力（热循环、老化、跌落试验）后的失效分析。
• 供应商或各方之间的比较。
• 它与其他方法相辅相成：切片可以揭示微观结构，染色和去除可以揭示裂纹模式，而拉伸剪切测量则提供了快速、可重复的基于力的测量。

多年来，凭借我们经验丰富的专业团队，我们始终关注客户需求，提供先进的测试服务，并协助客户建立、实施和改进管理体系。在此基础上，我们也为企业提供“SMD（表面贴装器件）元件的拉伸剪切强度测试”服务。