PCB应力应变测试-电子发烧友网

一、PCB典型的制造流程

使用应变测试可以定量地评估和识别出潜在大应力引起的有害的流程，但是需要在执行这些流程前识别出它是否有害。

谈到PCB测量的必要性，我们先仪器了解一下“1-10-100”法则，它讲的是在设计阶段花1块钱能解决的问题，在制造阶段要用至少10倍成本来纠错。如果缺陷流出到客户端，则至少要花100倍成本来纠错。也就是说，发现缺陷晚了一步，需要花费的成本将成指数倍上升。

根据IPC/JEDEC-9704标准文件，典型制造的流程被分为：

1.SMT（表面贴装技术）装配流程

**切板（直线切割和弧线切割）流程

**所有的人工操作流程

**所有重做于润饰流程

**连线安装

**部件安装

2.板子测试流程

**电路板在线测试（ICT）

**电路板功能测试（BFT）或其他类似的功能测试

3.机械安装

**散热片装配板子支架装配

**系统电路板组装或系统装配

**外围部件互连（PCI）或子卡安装

**双列直插内存模块（DIMM）安装

4.运输环境

二、应变测试的步骤

在PCB制造流程中，分板、ICT、BFT、DIP和打螺丝装配等都是典型的最大应变/应变率的操作，但是其他流程的应力同样会对PCB板有潜在的危害，所以最好对尽量多的流程进行应变测试。

对PCB板的应变测试有四个步骤：1.选择应变片；2.准备要测试的PCB板和粘贴应变片；3.测出应变；4.分析记录数据。

1.选择应变片

PCB应变测试原理就是利用应变片阻值的变化将机械应力量化。IPC/JEDEC-9704标准指引文件推荐位PCB板进行应变测试时使用三轴应变片，但是目前行业中，不同客户根据自己实际情况单轴、双轴和三轴都有运用到。

根据IPC/JEDEC-9704标准，推荐的应变片的详细说明如下：

**三向直角扇形排列应变片。

**1.0mm²至2.0mm²的敏感栅大小。

**120Ω或350Ω的应变片。

**应变片的一端连有引线或导线。

2.准备要测试的PCB板和粘贴应变片

SMT的回流焊之前PCB板的机械应变很有限，而且更重要的是因为焊点是在回流焊加工后成形的，所以应变特性在SMT的回流焊之后的装配和测试操作中时很重要的。

PCB板的准备包括选择应变片粘贴的位置。如果在板子上没有足够的空间粘贴应变片，就应该拆掉零器件腾出空间来贴敷应变片。准备板子是测量流程中至关重要的一步，恰当地准备好板子有助于恰当地粘贴应变片和后面测试值的精准度。在IPC/JEDEC-9704标准文件中能找到更多的关于板子准备、应变附件、导线接法的详细说明。

下面为贴好应变片的电路板的示意图和需要测量的器件：

BGA器件：

要求选取27*27mm以上的BGA，包括但不限于FCBGA、CBGA。如果板上没有大于27*27mm的BGA，优先选择板上最大的BGA或者应力集中的BGA进行测试。

应力敏感器件：

根据板上分布的应力风险点识别，选取以下应力敏感器件进行评估：

**0402及以上封装的陶瓷电容和普通电容（不含软端子电容），ICT/BST等工序测试陶瓷电容为1206及以上封装。

**贴片电阻、陶瓷晶振、电感、磁珠、PLO模块、气体放电管、保险管套件等。

三、测出应变

在准备好板子和粘贴好应变片后，PCB板应变测试的第三步是把传感器通过转接盒与应变测试仪和电脑连接上，并且运行测试软件E-strain进行测试。测试时间的长短可根据自己所需要进行的测试制程来把控。

IPC/JEDEC-9704推荐测试在运行时关注以下几个参数：扫描频率（采样率）、通道数目和同步采集、主应变匹配和桥接完成。

1.扫描频率

扫描频率，或称采样率，是每秒在样品数目单位下采样得到数据的频率（Hz）。对于PCB板应变测试，推荐最低扫描频率为500Hz，而一般的扫描频率的范围是从500Hz到2KHz。这样的采样频率保证能捕捉到任何高频率的动态变化，TSK应变测试仪采样率1-10KHz（根据测试场景）。

2.通道数目和同步采集

仪器的通道数目限制了一遍测量的数目。例如，至少12个测量通道才可以满足测量一个BGA芯片的四个角的需要，而当没有足够的通道时可以测量多遍，但是这样操作起来会比较麻烦，对测试结果的精确度也会有一定的影响。

TSK-64是一款便携式应力测试仪，主要用于PCBA生成SMT和DIP应变测试、分板应力测试、ICT应力测试、FCT应力测试、组装应力测试和跌落应力测试等。仪器体积小，方便携带，软件操作简单、上手方便，能快速进行测量并根据IPC/JEDEC-9704标准一键自动生成报告。仪器通道数可以根据模块8通道、16通道、24通道、32通道、40通道、48通道、56通道、64通道选配。

3.主应变匹配和桥接完成

根据测试点位选择好通道数目之后进行主应变一键匹配核算主应变值。

在一块扇形应变片组中的每一片应变片采用的是四分之一桥接法，需要桥路完成和激励电压。对于四分之一桥接法应变片传感器，桥路完成包括提供惠斯通电桥四臂中的三臂，其中应变片充当第四臂，因为PCB材料的导热率低，应变片会因为电流通过而很容易升温。而使用三线的接法与四分之一电桥可以减少这种影响，应该考虑信噪比（SNR）来平衡激励电压。

上图是一张完整建好的测试环境照片：

贴好应变片的电路板放在被测治具上，通过转接盒连接仪器。

满足IPC/JEDEC-9704标准的应变测量仪TSK-32-32C，32通道同时设置频率、同步采集。

通过电脑内的e-strain应变采集软件进行采集并一键生成报告。

四、分析记录数据

正如上图所示：根据采集的原始应变数据，可以开始PCB板应变测试的最后一步了。分析这些数据并计算在测试期间板子所受的有关应力（最大应力和最小应力）。可以通过测试软件在测试期间在线完成这些分析，或者在测试完毕之后一键转化成结合IPC标准的报告（EXCEL格式）。记录了全部数据方便进行离线分析。分析的方向是，测试结果尅计算应变片轴向应变的峰值（最大值和最小值）和值产生时间，在此基础上可以进行核算，计算对应的应变率和最大（最小）主应变等值，可以根据设置的极限标准（±500ue）来判断测试室“Pass”还是“Fail”。结合IPC/JEDEC-9704标准上支出的被测板的厚度允许的最大应变值进行分析。