台湾佬娱乐网

PCBA大講堂:使用應變片量測電路板分析BGA錫裂原因

time : 2019-08-16 09:13       作者:凡億pcb

應變片【Strain Gauge】可以幫助工程師了解其產品在PCBA組裝過程中哪個步驟承受了較大的應變,使用得當的話,還可以通過它了解哪個方向承受了較大的應力,又是哪個方向產生了較大的應變,不論對研發或是制程都有很大的參考價值。
BGA錫裂,使用應變片(Strain Gauge)量測電路板到底哪個環節產生較大變形量
近幾年來深圳宏力捷一直在公司內推廣并要求研發單位善用【Strain Gauge(應變計/應變片)】這個工具來量測電路板在整機PCBA組裝過程中與跌落或摔落測試時的【應力-應變】分布狀況。
最近公司內新產品研發漸漸有人聽得進深圳宏力捷的建議也愿意開始嘗試使用應變計【Strain Gauge】來模擬電路板上的BGA錫裂的問題,甚至還有工程師用之來分析LCM的應力與應變量。感覺是個好的開始!
這【Strain Gauge】基本上是一片非常薄的金屬銅箔線路,它必須平貼在待測物件上,原則上待測物必須是剛性材料,當待測物發生物理性的變形時就會帶動【Strain Gauge】的「金屬敏感柵」跟著變形,于是驅使「金屬敏感柵」的電阻值發生相應的變化,通過「惠斯登電橋(Wheatstone bridge)」就可以測量到這個微小的阻值變化量,然后經過計算就可以得出變形量。
 
一般我們使用【應變量測系統】所量測出來的數值為【Micro-Strain(微應變)】,沒有單位。假設原來一個長度為100mm的剛性物體,形變后長度變成了100.5mm,那么其應變量就是(100.5-100)/100=0.005,因為小數點容易混淆,于是將0.005×106=500(Micro-Strain),這樣就比較不會出錯了。
請注意,Micro-Strain這個數值有正負之分,忘記是正值往上負值往下,或剛好顛倒了,自己查詢一下規格吧。
本文的范例為使用【Strain Gauge】量側一片電路板上BGA元件的應變分析,因為當初做產品摔落測試時發現有BGA錫裂的問題,所以使用應變計來量測應變發生的時機與應變量。
留意一下文章最上面的圖片,會發現黑色的敏感柵應變計貼附在BGA的四個角落,因為【Strain Gauge】必須平貼于PCB上,所以其附近的零件都被事先去除了。
范例的應變的量測分成幾個階段,分別從PCBA組裝時可能發生應變的步驟與產品摔落測試時的各個面向與稜邊紀錄其應變量。
1. 將PCBA鎖附于塑膠機殼的應力分布。 
Fixture test result :(MIN:-140;MAX:198)
將PCBA鎖附于塑膠機殼的應力分布
2. 將上下兩個塑膠殼鎖附在一起時的應力分布。(共9顆螺絲) 
Fixture test result :(MIN:-320;MAX:366)
將上下兩個塑膠殼鎖附在一起時的應力分布
3。 產品于各個面向跌落/摔落測試時的應力分布。(跌落/摔落時的順序為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) 
產品于各個面向跌落/摔落測試時的應力分布
3-2, Top 
Fixture test result :(MIN:-946;MAX:719) 
產品于各個面向跌落/摔落測試時的應力分布
3-3, Right 
Fixture test result