焊點(diǎn)可靠性評(píng)估的關(guān)鍵：論推拉力測(cè)試機(jī)在PCB剪切力測(cè)試中的應(yīng)用

在電子制造領(lǐng)域，印刷電路板（PCB）上元件的焊接質(zhì)量直接決定了最終產(chǎn)品的可靠性、耐用性和安全性。隨著電子設(shè)備向小型化、高密度化發(fā)展，如QFN、BGA、CSP等新型封裝器件被廣泛應(yīng)用，這對(duì)焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何科學(xué)、定量地評(píng)估這些元件在PCB上的粘接強(qiáng)度，成為質(zhì)量控制和失效分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

剪切力測(cè)試，作為一種直接且高效的機(jī)械性能測(cè)試方法，被廣泛用于評(píng)估元件焊點(diǎn)或粘接劑承受側(cè)向應(yīng)力的能力。它可以模擬板卡在運(yùn)輸、組裝或日常使用中可能受到的機(jī)械沖擊和振動(dòng)。科準(zhǔn)測(cè)控本文將深入探討PCB貼裝元件剪切力測(cè)試的核心原理、主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、所需的關(guān)鍵檢測(cè)設(shè)備（以Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)為例），并詳細(xì)闡述標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試流程，為電子制造行業(yè)的工程師和質(zhì)量管控人員提供一份實(shí)用的技術(shù)參考。

一、 測(cè)試原理

剪切力測(cè)試的基本原理非常簡(jiǎn)單：使用一個(gè)特定形狀和尺寸的推刀（或稱(chēng)剪切工具），以恒定且垂直于元件本體的速度，水平推動(dòng)被固定在PCB上的待測(cè)元件，直至焊點(diǎn)發(fā)生失效（如焊點(diǎn)斷裂、元件脫落或基材損壞）。測(cè)試機(jī)實(shí)時(shí)記錄整個(gè)過(guò)程中施加的力與位移的變化曲線。

通過(guò)分析測(cè)試曲線，我們可以得到最大剪切力值，即元件脫落前所能承受的峰值力。這個(gè)力值是衡量焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度的最直接指標(biāo)。此外，失效模式的分析也至關(guān)重要，它可以幫助工程師判斷失效是發(fā)生在焊料內(nèi)部（理想的內(nèi)聚失效）、元件與焊盤(pán)界面，還是PCB基材本身，從而為工藝改進(jìn)提供明確方向。

二、 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

IPC-J-STD-002E: 元件引線、端子、焊片、導(dǎo)線和接線的可焊性測(cè)試。

IPC-9701A: 表面貼裝焊點(diǎn)性能測(cè)試方法與鑒定要求。

JIS Z 3198-7: *無(wú)鉛焊料試驗(yàn)方法-第7部分：表面貼裝元件焊點(diǎn)強(qiáng)度的剪切試驗(yàn)*。

關(guān)鍵參數(shù)規(guī)定示例（參考JIS Z 3198-7）：

測(cè)試速度： 通常設(shè)定在1 mm/s至10 mm/s范圍內(nèi)，具體取決于元件尺寸。

推刀高度： 推刀下邊緣距離PCB板面的高度（Stand-off height）通常設(shè)置為元件封裝體高度的1/3至1/2，但不能接觸焊點(diǎn)。

推刀與元件間隙： 推刀接觸元件的面與元件邊緣之間應(yīng)保持一個(gè)微小的間隙（如5-25μm），以確保是“推”而不是“撞”。

三、 檢測(cè)儀器

1、Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)

Alpha W260是一款專(zhuān)業(yè)用于微電子領(lǐng)域焊接強(qiáng)度測(cè)試的高精度儀器，非常適合進(jìn)行PCB元件的剪切力測(cè)試。

主要特點(diǎn)與配置：

高精度力傳感器： 提供多種量程的傳感器（如50N, 250N等），以適應(yīng)從0402小元件到大尺寸QFN、連接器等不同力值范圍的測(cè)試需求，精度可達(dá)±0.1% FS。

高分辨率運(yùn)動(dòng)平臺(tái)： 采用精密的步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，位移分辨率可達(dá)1μm，確保測(cè)試速度平穩(wěn)、精確。

強(qiáng)大的軟件分析系統(tǒng)： 內(nèi)置專(zhuān)用測(cè)試軟件，可實(shí)時(shí)顯示力-位移曲線，自動(dòng)標(biāo)記峰值力（剪切力），并生成詳細(xì)的測(cè)試報(bào)告。軟件支持設(shè)置上下限判據(jù)，便于生產(chǎn)線快速判定。

模塊化工具設(shè)計(jì)： 配備多種規(guī)格的推刀（剪切工具），用戶(hù)可根據(jù)元件的尺寸和形狀快速更換，確保測(cè)試的合規(guī)性和準(zhǔn)確性。

顯微鏡與照明系統(tǒng)： 集成高倍率顯微鏡和LED同軸光源，便于精確定位推刀與元件的位置關(guān)系，確保測(cè)試點(diǎn)無(wú)誤。

堅(jiān)固的測(cè)試平臺(tái)： 提供真空吸盤(pán)或機(jī)械夾具，用于牢固地固定PCB，防止測(cè)試過(guò)程中基板移動(dòng)影響結(jié)果。

四、 測(cè)試流程

步驟一：樣品準(zhǔn)備

從生產(chǎn)線或試驗(yàn)批中抽取待測(cè)的PCB板。

確保樣品清潔，無(wú)污染。如果必要，可用異丙醇進(jìn)行輕微清洗并徹底干燥。

在PCB上明確標(biāo)記待測(cè)元件的位置。

步驟二：儀器設(shè)置

開(kāi)機(jī)預(yù)熱： 開(kāi)啟Alpha W260推拉力測(cè)試機(jī)及電腦軟件，預(yù)熱15分鐘以保證傳感器穩(wěn)定性。

選擇并安裝推刀： 根據(jù)待測(cè)元件的尺寸和封裝類(lèi)型，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)要求的合適推刀，并將其牢固安裝到測(cè)試機(jī)夾頭上。

選擇力傳感器量程： 預(yù)估元件的剪切力值，在軟件中選擇合適的傳感器量程，一般建議測(cè)試峰值在傳感器量程的10%-90%之間。

設(shè)置測(cè)試參數(shù)： 在軟件中設(shè)置測(cè)試速度、推刀高度、測(cè)試行程等關(guān)鍵參數(shù)（參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）。

步驟三：安裝與對(duì)位

固定PCB： 將PCB樣品平穩(wěn)地放置在測(cè)試平臺(tái)上，使用真空吸盤(pán)或機(jī)械夾具將其牢牢固定。

顯微鏡對(duì)位：

通過(guò)操縱桿或旋鈕移動(dòng)測(cè)試頭或平臺(tái)，使推刀位于元件側(cè)方。

在顯微鏡下，精細(xì)調(diào)整推刀的高度，使其下邊緣與PCB板面的距離符合標(biāo)準(zhǔn)要求（如元件高度的1/3）。

精細(xì)調(diào)整X軸位置，確保推刀與元件待推側(cè)面保持一個(gè)微小的、符合標(biāo)準(zhǔn)的間隙。

步驟四：執(zhí)行測(cè)試

在軟件界面點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”按鈕。

儀器將自動(dòng)驅(qū)動(dòng)推刀以預(yù)設(shè)速度推動(dòng)元件。

軟件實(shí)時(shí)繪制力-位移曲線，當(dāng)力值急劇下降（表明焊點(diǎn)失效）時(shí)，儀器自動(dòng)停止并記錄峰值力。

步驟五：結(jié)果分析與記錄

記錄數(shù)據(jù)： 軟件自動(dòng)記錄最大剪切力值。同時(shí)記錄失效發(fā)生的位置（即失效模式）。

失效模式分析： 使用顯微鏡觀察失效后的焊盤(pán)和元件，判斷是焊料內(nèi)部斷裂、焊盤(pán)剝離還是其他形式的失效。

生成報(bào)告： 將測(cè)試曲線、力值數(shù)據(jù)、測(cè)試條件及失效照片整合生成測(cè)試報(bào)告。

注意事項(xiàng)：

每個(gè)型號(hào)的元件至少應(yīng)測(cè)試3-5個(gè)樣品，取平均值以獲得可靠數(shù)據(jù)。

測(cè)試前需確認(rèn)推刀不會(huì)接觸到PCB上的其他元件或走線。

定期對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

以上就是小編介紹的有關(guān)于電路板貼片元件剪切力測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)?lái)幫助。如果您還對(duì)推拉力測(cè)試機(jī)怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項(xiàng)、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，原理、怎么校準(zhǔn)和使用方法視頻，推拉力測(cè)試儀操作規(guī)范、使用方法和測(cè)試視頻，焊接強(qiáng)度測(cè)試儀使用方法和鍵合拉力測(cè)試儀等問(wèn)題感興趣，歡迎關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言。【科準(zhǔn)測(cè)控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測(cè)試機(jī)在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點(diǎn)、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領(lǐng)域應(yīng)用中可能遇到的問(wèn)題及解決方案。