拉伸剪切強度測試 - 表面貼裝元件 (SMD) 元件

拉伸剪切強度測試是電子製造中至關重要的機械性能評估方法，用於評估表面貼裝元件（電阻器、電容器、片式電阻器或LED封裝）與印刷電路板（PCB）焊盤之間焊點的可靠性和品質。此方法測量焊點在拉伸（拉力）或橫向（剪切）負荷下所能承受的力，並有助於識別諸如潤濕不良、空隙、金屬間化合物強度不足、焊料量不足或製程缺陷等問題。

在實際應用中（例如智慧型手機、汽車電子產品或工業設備），SMD焊點會受到熱循環、振動、機械衝擊和跌落衝擊等影響。拉伸和剪切試驗可提供焊點強度的定量數據，是目視檢查（符合IPC-A-610標準）、X射線檢測或橫斷面分析的補充。這些試驗有助於驗證焊接流程、模板設計、回流焊曲線和材料選擇。

SMD焊點的主要測試類型如下：

• 剪切強度測試：施加平行於印刷電路板 (PCB) 表面的水平（橫向）力，以推動或切割元件。此方法最常用於無鉛 SMD 和某些有鉛封裝。測試過程中，將鑿狀或扁平的切割工具抵住元件側面，並以可控速度水平移動。失效模式包括：焊點斷裂、焊盤翹起、元件本體斷裂或黏合/連接失效。

此方法的典型標準包括：

• IEC 62137-1-2 表面貼裝技術 - 第 1-2 部分：焊點的機械剪切強度測試。
• IEC 60068-2-21 標準（環境測試 - 測試 U：端子和整合組件設備的穩健性）的某些章節
• JEITA ET-7409/103 標準（特定情況下的扭力切割方法）
• 拉伸強度測試：對印刷電路板 (PCB) 施加垂直或傾斜方向的拉伸力（向上/向外）。常見測試方法包括：
• 用鉤子或鑷子拉拔帶鉛元件。
• BGA/CSP焊球冷脈衝拉拔：夾住並向上拉動單一焊球。
• 以 45 度角拉動，進行一般連結性評估。

在測試過程中，將鉤子、鑷子夾或鉗子連接到組件的尖端/主體上，並垂直或傾斜地拉動。

此方法的典型標準包括：

• IEC 62137-1-1（焊點拉伸強度試驗）
• JEDEC JESD22-B115（用於冷衝擊拉拔）

通常情況下，為了方便操作和施加實際應力，印刷電路板 (PCB) 需要以 45 度角固定。

許多現代關節試驗機將拉伸和剪切功能整合在一個系統中，並具有自動對準、力/載荷感測器（通常在 0-100 kg 範圍內）和失效模式分析軟體。

典型的操作流程如下：

• 印刷電路板 (PCB) 牢固地安裝在夾具上（垂直用於切割，傾斜用於拉拔）。
• 該儀器與組件精確對準（使用 XY 平台和顯微鏡）。
• 以受控速率施加力（例如，根據標準，速率為 0,1-10 毫米/分鐘）。
• 記錄峰值力和失效模式。
• 驗收標準用於比較（通常根據客戶的特定要求或根據 IEC/JEDEC 最低標準，取決於焊接面積或元件品質）。

故障分析與解釋：

• 連接良好：高力塊狀焊接斷裂（韌性剪切）。
• 連接不良：焊盤出現凹坑、脆性金屬間化合物斷裂或強度低。這表示製程有問題（例如，空隙過多、結垢、回流不良）。

拉伸剪切強度測試是電子製造和可靠性工程中必不可少的破壞性機械測試，原因有很多。

這個方法之所以重要，主要原因如下：

• 衡量真正的機械強度和可靠性：SMD元件中的焊點不僅要承受電氣連接，還要承受產品整個生命週期的機械力。拉伸和剪切試驗施加可控的拉伸（拉力）或橫向（剪切）載荷，以測量導致失效所需的峰值力。這提供了關於焊點強度的客觀數值數據，而視覺或X射線方法無法可靠地提供這些數據。
• 它可以檢測出非破壞性方法無法發現的隱藏或細微缺陷：許多關鍵缺陷是看不見的，或者在不施加壓力的情況下很難檢測到。
• 回流焊接或老化過程中形成的脆性金屬間化合物層。
• 間隙過大、潤濕不良、焊料量不足或受到污染。
• 墊片黏附性差或墊片早期出現凹坑。
• 小型化帶來的變化（較小的連接具有不同的應力分佈，IMC 厚度變得更加顯著）。

這些問題通常會導致低強度失效。該測試旨在量化這些失效情況。

• 它模擬了現實世界中的機械應力和失效模式：電子產品面臨以下情況：
• 運輸和組裝應力（例如，電路板拆卸、連接器安裝、線上測試）。
• 振動和衝擊（汽車、航空、消費性電子產品在跌倒或運輸過程中）。
• 熱機械循環（膨脹/收縮不匹配）。

剪切試驗模擬橫向力，拉伸試驗模擬拉伸/面外載荷。高速試驗結果與跌落/衝擊性能有良好的相關性。

• 它支援流程驗證、鑑定和持續改進：製造商在以下情況下使用拉切資料：
• 製程特性：新型焊膏、鋼網設計或表面塗層。
• 進貨組件/卡的檢驗。
• 可靠性應力（熱循環、老化、跌落試驗）後的失效分析。
• 供應商或各方之間的比較。
• 它與其他方法相輔相成：切片可以揭示微觀結構，染色和去除可以揭示裂紋模式，而拉伸剪切測量則提供了快速、可重複的基於力的測量。

多年來，憑藉我們經驗豐富的專業團隊，我們始終專注於客戶需求，提供先進的測試服務，並協助客戶建立、實施和改進管理系統。在此基礎上，我們也為企業提供「SMD（表面貼裝元件）元件的拉伸剪切強度測試」服務。