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背景

隨著電子產(chǎn)品功能多樣化、體積小型化及質(zhì)量輕便化之設(shè)計(jì)趨勢(shì)要求，PCB上的小型零件增加，集成化程度高，多層 PCB的使用，加上 PCB 零件面積的使用密度。且必須為適應(yīng)國(guó)際環(huán)保要求，在制程中使用無(wú)鉛焊料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錫鉛焊料。

在 PCB 電子產(chǎn)品中，研發(fā)、制造、包裝、運(yùn)輸及使用者使用過(guò)程中，由于應(yīng)力引起的焊接問(wèn)題被暴露。發(fā)現(xiàn)由于元器件焊點(diǎn)對(duì)外力失效非常敏感，特別是表面處理方式為封裝基板，過(guò)大的應(yīng)力都會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的損壞。

這些失效包括在印制板制造和測(cè)試過(guò)程中的焊球開(kāi)裂、線路損壞、焊盤(pán)起翹和基板開(kāi)裂。

因此PCB在最惡劣條件下的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量顯得至關(guān)重要。利用應(yīng)變量測(cè)技術(shù)來(lái)了解在 PCBA 產(chǎn)品在制造、包裝、運(yùn)輸及使用者使用過(guò)程中，BGA 破壞的原因及控制制程中的應(yīng)力是一種可靠的方法。目前已成為一種識(shí)別不良制造工藝的方法。

過(guò)應(yīng)力導(dǎo)致焊點(diǎn)失效圖例

應(yīng)變測(cè)試原理

采用電阻應(yīng)變測(cè)量（簡(jiǎn)稱電測(cè)法），是通過(guò)將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的方法。

基本原理是：將電阻應(yīng)變片（簡(jiǎn)稱應(yīng)變片/應(yīng)變規(guī)/應(yīng)變花）粘貼在被測(cè)構(gòu)件的表面，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變形時(shí)，應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形，應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)，可測(cè)量出應(yīng)變片中電阻值的變化，并換算成應(yīng)變值，并根據(jù)需要對(duì)測(cè)量的應(yīng)變值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到所需要的應(yīng)變或應(yīng)力值。

PCB板應(yīng)變測(cè)量是把應(yīng)變片應(yīng)用在PCB板規(guī)定的元器件上，然后使用有應(yīng)變片的PCB板經(jīng)受不同的測(cè)試和組裝工藝。超出應(yīng)變極限的測(cè)試和工藝被視為應(yīng)變過(guò)大，并進(jìn)行確認(rèn)以便采取有效的糾正措施。

這種方法保障了PCB板的制程工藝及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)對(duì)元器件的損壞，有效地降低了產(chǎn)品失效，提供產(chǎn)品的可靠性。

應(yīng)變-電阻變化-電壓（或電流）變化-放大-記錄-數(shù)據(jù)處理

PCB制程中應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)用：

1.切割分板

當(dāng)PCB分板時(shí)刀具壓迫PCB使得PCB發(fā)生形變，如果形變力量過(guò)大就會(huì)導(dǎo)致一些元器件管腳斷裂，甚至被拉斷。有些元器件受力達(dá)到極限時(shí)，雖然當(dāng)時(shí)還未損壞但是已經(jīng)存在質(zhì)量隱患，在后期可能會(huì)有很大的返修率，使客戶對(duì)產(chǎn)品和制造能力產(chǎn)生懷疑，也增加了廠家的維修成本。

在 ICT 時(shí)，探針下壓力量很大，由于治具的設(shè)計(jì)不合理，當(dāng)探針下壓時(shí)使得PCB發(fā)生彎曲，使得 BGA 等重要元器件受力過(guò)大，發(fā)生受損，所以 ICT 時(shí)需要做應(yīng)力測(cè)試。

組裝生產(chǎn)線并不是導(dǎo)致BGA開(kāi)裂的唯一場(chǎng)所，PCB在運(yùn)輸中也容易受到影響。應(yīng)變測(cè)試可以被用來(lái)補(bǔ)充和提供對(duì)包裝效果的近一步深入了解，以及元器件易受到的應(yīng)變。跌落測(cè)試的目的是使運(yùn)輸包裝經(jīng)歷規(guī)定的測(cè)試條件，以確定包裝箱是否會(huì)可能過(guò)度板彎曲，進(jìn)而導(dǎo)致BGA開(kāi)裂問(wèn)題。

4.PCB 的緊固

在PCB的緊固工序中因不同的緊固順序及不同的螺絲扭力或過(guò)大的扭力至PCB板的翹曲程度不同引起B(yǎng)GA失效。應(yīng)力應(yīng)變可以用來(lái)判斷最合理的緊固順序及對(duì)緊固工藝修正提供有效的依據(jù)。

應(yīng)變電測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1)電阻應(yīng)變片的尺寸小，重重輕。它粘貼在構(gòu)件表面上對(duì)構(gòu)件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響小,能夠較好地測(cè)出應(yīng)變；也可以利用幾個(gè)應(yīng)變片組成應(yīng)變花測(cè)量并計(jì)算出復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下某點(diǎn)的主應(yīng)力的大小和方向。

2)測(cè)量范圍廣。一般能測(cè)量幾十到數(shù)萬(wàn)微應(yīng)變,用高精度、高穩(wěn)定性的測(cè)量系統(tǒng)和半導(dǎo)體應(yīng)片可以測(cè)出10^-6量級(jí)的微應(yīng)變。

3)用途廣泛。可以直接測(cè)量應(yīng)變和其他一些物理量,還可以制成測(cè)量各種物理量的傳感器:可用于設(shè)計(jì)方案比較、計(jì)量。，也可用于生產(chǎn)過(guò)程的控制，可在實(shí)驗(yàn)室里使用，也可在現(xiàn)場(chǎng)條件使用。