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PCBA大讲堂:使用应变片量测电路板分析BGA锡裂原因

time : 2019-08-16 09:13       作者:凡亿pcb

应变片【Strain Gauge】可以帮助工程师了解其产品在PCBA组装过程中哪个步骤承受了较大的应变,使用得当的话,还可以通过它了解哪个方向承受了较大的应力,又是哪个方向产生了较大的应变,不论对研发或是制程都有很大的参考价值。
BGA锡裂,使用应变片(Strain Gauge)量测电路板到底哪个环节产生较大变形量
近几年来深圳宏力捷一直在公司内推广并要求研发单位善用【Strain Gauge(应变计/应变片)】这个工具来量测电路板在整机PCBA组装过程中与跌落或摔落测试时的【应力-应变】分布状况。
最近公司内新产品研发渐渐有人听得进深圳宏力捷的建议也愿意开始尝试使用应变计【Strain Gauge】来模拟电路板上的BGA锡裂的问题,甚至还有工程师用之来分析LCM的应力与应变量。感觉是个好的开始!
这【Strain Gauge】基本上是一片非常薄的金属铜箔线路,它必须平贴在待测物件上,原则上待测物必须是刚性材料,当待测物发生物理性的变形时就会带动【Strain Gauge】的「金属敏感栅」跟着变形,于是驱使「金属敏感栅」的电阻值发生相应的变化,通过「惠斯登电桥(Wheatstone bridge)」就可以测量到这个微小的阻值变化量,然后经过计算就可以得出变形量。
 
一般我们使用【应变量测系统】所量测出来的数值为【Micro-Strain(微应变)】,没有单位。假设原来一个长度为100mm的刚性物体,形变后长度变成了100.5mm,那么其应变量就是(100.5-100)/100=0.005,因为小数点容易混淆,于是将0.005×106=500(Micro-Strain),这样就比较不会出错了。
请注意,Micro-Strain这个数值有正负之分,忘记是正值往上负值往下,或刚好颠倒了,自己查询一下规格吧。
本文的范例为使用【Strain Gauge】量侧一片电路板上BGA元件的应变分析,因为当初做产品摔落测试时发现有BGA锡裂的问题,所以使用应变计来量测应变发生的时机与应变量。
留意一下文章最上面的图片,会发现黑色的敏感栅应变计贴附在BGA的四个角落,因为【Strain Gauge】必须平贴于PCB上,所以其附近的零件都被事先去除了。
范例的应变的量测分成几个阶段,分别从PCBA组装时可能发生应变的步骤与产品摔落测试时的各个面向与稜边纪录其应变量。
1. 将PCBA锁附于塑胶机壳的应力分布。 
Fixture test result :(MIN:-140;MAX:198)
将PCBA锁附于塑胶机壳的应力分布
2。 将上下两个塑胶壳锁附在一起时的应力分布。(共9颗螺丝) 
Fixture test result :(MIN:-320;MAX:366)
将上下两个塑胶壳锁附在一起时的应力分布
3. 产品于各个面向跌落/摔落测试时的应力分布。(跌落/摔落时的顺序为Bottom, Top, Right, Front, Left, Rear, R-R Edge, R-F Edge, L-F Edge, L-R Edge)
3-1, Bottom 
Fixture test result :(MIN:-445;MAX:538) 
产品于各个面向跌落/摔落测试时的应力分布
3-2, Top 
Fixture test result :(MIN:-946;MAX:719) 
产品于各个面向跌落/摔落测试时的应力分布
3-3, Right 
Fixture test result