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应变量测

Strain Measurement

应变量测(Strain Measurement)是将 机械变形转化为可量化工程数据 的关键技术,用于 客观量化电路板(PCB/PWB)在组装、测试与实际操作过程中所承受机械变形程度 ,能够直接反映 PCB 结构变形对 SMT 焊点可靠度的影响,广泛应用于 板级可靠度 评估中。

 

在机械工程学中,结构物在外力作用下会产生形状改变,此一形变可能来自拉力、推力、剪力、弯力或扭力。对于电子产品而言,PCB 的弯曲或翘曲会将机械应力传递至 SMT 元件与焊点,进而引发裂纹、疲劳或电性失效。

 

应变量测的目的,即是将这类 肉眼不可见的微小变形转换为可量化的工程数据,作为焊点可靠度分析与设计风险评估的依据,闳康科技依循 IPC 国际规范,结合精准的应变量测与电性监测技术,协助客户在产品设计、制程与可靠度验证阶段,即时掌握风险并提升整体板级可靠度。

什么是应变?
应变(Strain)的工程定义与物理意义
图|结构物在外力作用下产生伸长与压缩变形之示意

应变(Strain, ε)用来描述结构物在外力作用下所产生的 相对变形程度,为结构物在受力后的伸长(或压缩)量,与原始长度之比值,由于应变为「单位长度的变形比例」,因此 应变本身为无单位的比值,常以微应变(με, microstrain)表示。

 

应变公式|结构变形量的量化表示

  • ΔL:结构物在受力后的长度变化量

  • L:结构物的原始长度

  • 公式可用于描述拉伸应变、压缩应变,并作为板级弯曲与焊点受力分析的基础计算方式。
量测方法与目的
以应变规量化 PCB 变形行为
图|应变量测配置示意,显示应变规、位移感测与荷重量测之整合架构
 

在实际板级可靠度测试中,应变量测通常透过 应变规(Strain Gauge) 黏贴于 PCB 表面特定位置,以量测电路板在外力或弯曲载荷下的即时应变变化,量测系统通常包含:

  • 应变规(Strain Gauge):感测 PCB 表面微小形变

  • 位移感测器(Displacement Transducer):量测板弯位移

  • 荷重元(Load Cell):量测施加的外力大小

  • 资料撷取系统(DAQ):同步记录应变、位移与力的变化

 

透过这些量测数据,可建立 PCB 弯曲量、应变分布与焊点受力之间的对应关系

  • 量测目的|建立 PCB 变形与焊点失效的关联性

    应变量测的核心目的在于:

    • 量化 SMT 元件在 PCB 组装、测试与操作过程中所承受的应变水准

    • 评估不同板弯条件下焊点的受力状态与风险

    • 建立 PCB 变形量与焊点失效之临界应变门槛

    • 作为板级跌落、弯曲、温循等可靠度试验的关键辅助量测

    透过应变数据,可将「结构变形」与「焊点可靠度」之间建立可追溯、可比较的工程模型。

  • 规范依据与失效判定|IPC-9704 应变量测标准

    应变量测一般依据 IPC-9704 规范执行,该规范定义了:

    • 应变规黏贴位置与方向

    • 量测方法与校正方式

    • 应变资料的撷取与分析准则

    在板级可靠度应用中,应变量测常搭配 焊点即时电阻监测 一并进行,当测试过程中监测到 焊点电阻值相较于初始值增加 20%,即可判定焊点发生失效,并可回溯当下 PCB 的应变水准,作为失效临界条件的判断依据。

应用价值
板级可靠度设计与风险控管的核心工具

应变量测在电子产业中具有高度实务价值,常应用于:

  • SMT 封装与焊点可靠度风险评估

  • 板级跌落、弯曲、循环弯曲试验之辅助量测

  • PCB 结构设计与厚度选择最佳化

  • 制程操作(如压合、锁附)对焊点影响分析

  • 建立设计应变上限(Design Strain Limit)

透过应变量测,可在产品设计与量产前即预先掌握潜在焊点失效风险。

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01.01
1970
本次 MAFT 研讨会以「创新器件 & 封装」为核心主题,邀请专家学者们,聚焦超晶格铁电存储器、硅光子、6G高频EMI封装与量子计算等前瞻议题,带领与会者深入掌握下一世代半导体技术发展脉络。
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