印制線路板剝離強度測試方法及裝置研究

吳 杰同濟大學(xué)電氣工程系，上海 325000

印制線路板剝離強度測試方法及裝置研究

吳 杰同濟大學(xué)電氣工程系，上海 325000

本文通過影響因素分析，提供一種可以方便調(diào)整測試樣品的位置、并且采集數(shù)據(jù)精度高，能直觀觀測并且分析數(shù)據(jù)曲線的剝離強度測試儀。

剝離強度；印制板；結(jié)構(gòu)設(shè)計；影響

1 概述

剝離強度測試儀是印制線路板生產(chǎn)工藝專用檢測儀器，用于檢測金屬箔或?qū)w與基材之間的附著力。但印制線路板剝離強度由于檢測偏差較大, 給用戶尤其是要求高精度的用戶帶來安全隱患, 很難保證產(chǎn)品質(zhì)量達到標準要求。為改進這一不足, 使用科學(xué)、簡便的數(shù)字化檢測儀器作為印制板產(chǎn)品的質(zhì)檢手段將成為一種趨勢。

傳統(tǒng)的方法測試該項目時，通過測力計和位置固定不同的線路板安裝平臺，進行剝離試驗。每次試驗只是在一個樣品上進行一次試驗，就要更換樣品，試驗過程非常繁瑣，而且測試樣品相對高度也無法調(diào)整。傳統(tǒng)的測試方式通過測力計讀取剝離力，無法準確獲取數(shù)據(jù)，對檢測結(jié)果也不夠直觀。測力計由于信號采集精度不高，采集頻率不高，實際最小剝離力容易丟失，最終會導(dǎo)致不合格品的出廠，不合格品流入市場后，必將導(dǎo)致更為嚴重的信譽損害和金錢損失。因此，設(shè)計一種可以方便調(diào)整測試樣品的位置、并且采集數(shù)據(jù)精度高，能直觀觀測并且分析數(shù)據(jù)曲線的剝離強度測試儀是本領(lǐng)域技術(shù)人員一個亟需解決的問題。

2 測試原理及影響分析

該儀器采用等速45度的夾角拉伸測試原理, 通過求出粘合基材與金屬箔剝離過程中受力曲線上的最大值、最小值、平均值, 來全面反映粘合基材與金屬箔粘合的牢固程度。

影響剝離強度的因素：

剝離強度試驗是目前國內(nèi)外檢定膠粘劑力學(xué)性能的重要方法之一．它可以相對地區(qū)分膠粘劑彈性的優(yōu)劣。當(dāng)軟質(zhì)被粘體彎曲到—定角度后，所測得的單位受力長度的剝離破壞載荷稱為剝離強度。

1）剝離角度的影響

剝離角度的不同，線受力區(qū)上的剪切應(yīng)力和正拉應(yīng)力之比發(fā)生變化，導(dǎo)致剝離強度值的變化。剝離強度隨著剝離角度的增大而減小。

2）剝離速度的影響

膠粘劑是屬于粘彈性體，當(dāng)膠粘劑的彈性模量足夠大時，在受快速載荷破壞時．來不及變形，則抵抗剝離的力隨剝離速度加快而呈減小趨勢。為了減小測量誤差，宜選取合適的剝離速度，國家標準GB/T 4677-2002《印制板測試方法》中明確規(guī)定剝離數(shù)度為（50±5）mm/min。

3）金屬箔厚度與鍍層厚度的影響

剝離強度隨著金屬箔厚度與鍍層厚度的增大而增大，且兩者應(yīng)該是線性的關(guān)系。目前使用的銅箔厚度主要有18μm，35μm，70μm三種。

4）溫度的影響

溫度的變化將直接影響到膠粘劑的性能。溫度會改變高聚物的力學(xué)狀態(tài)。

5）膠粘劑的影響

剝離強度主要是衡量膠粘劑的性能。一般來講膠的厚度越厚其剝離強度會越好，但這并不是絕對的，因為不同的生產(chǎn)商的膠的配方與結(jié)構(gòu)是不一樣的。若膠的分子結(jié)構(gòu)很小的話，膠與銅箔的粘接面積會增加。從而提高粘結(jié)力，剝離強度隨之提高?，F(xiàn)材料生產(chǎn)商中，韓國世韓的材料就是利用此方法來提高剝離強度，同時降低膠厚的。

另外銅箔本身的黑化處理工藝好壞與否及黑化層的成分對其膠粘劑與銅箔的粘合力也會有所影響。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1

根據(jù)剝離強度儀的測試原理、影響因素分析和測試內(nèi)容,本文設(shè)計的剝離強度測試儀（圖1），包括三維試樣擺放平臺、覆箔夾具、測力模塊、運動控制模塊和顯示模塊。

三維試樣擺放平臺安裝在底座上，底座下面設(shè)置有地腳螺栓。三維試樣擺放平臺上設(shè)置有樣品固定條，用于固定樣品的四個角。樣品固定條為長條型結(jié)構(gòu)，可根據(jù)樣品大小調(diào)整樣品固定條的長度，調(diào)整后用蝶形螺帽將樣品固定條鎖緊。

覆箔夾具安裝在測力模塊上，覆箔夾具的上端通過鉸鏈連接到測力模塊；覆箔夾具包括兩個夾體，兩夾體內(nèi)側(cè)之間有彈簧連接，兩個夾體通過六角法蘭六棱鎖緊螺釘和蝶形螺帽克服彈簧的彈力夾緊。

測力模塊包括連接板和測力傳感器，測力傳感器通過連接板固定在運動控制模塊的滑臺上。

運動控制模塊安裝在試驗機臺傳動箱內(nèi)，運動控制模塊包括滑軌、滑臺、滾珠絲桿、限位開關(guān)、伺服電機、驅(qū)動器和單片機，滑軌的一端通過皮帶與伺服電機相連，伺服電機通過皮帶帶動滾珠絲桿運動，伺服電機的輸入端連接到驅(qū)動器，由驅(qū)動器控制伺服電機的轉(zhuǎn)速進而控制滾珠絲桿的運動行程，在滑軌的兩端各有一個限位開關(guān)，限位開關(guān)控制滾珠絲桿的最大行程；運動控制模塊中的滑軌與水平方向放置的樣品成45度的夾角，這樣使得剝離試驗時能夠在設(shè)定角度下實現(xiàn)。

顯示模塊嵌裝在試驗機臺上，顯示模塊包括顯示屏、驅(qū)動電路和RS232接口，顯示模塊通過RS232接口連接電腦主機。

4 主要性能指標

主要性能指標：剝離行程：150mm（準確度±0.01mm）；試樣調(diào)節(jié)架前后移動行程：20mm；試樣調(diào)節(jié)架左右移動行程：20mm；試樣調(diào)節(jié)架上下移動行程：100mm；剝離力值：0N～30N（準確度±0.01N）；剝離速度：（0～200）mm/min可調(diào)。

5 工作過程

開啟電源開關(guān)。等待操作界面（見圖2）歡迎界面之后，便進入試驗界面。

圖2 顯示界面

將印刷板試樣擺放在樣品平臺上，印制導(dǎo)線面朝上，然后鎖緊4個樣品固定條。用刀片將選定好的印制導(dǎo)線一端從基材上至少剝離10mm，通過三維試樣擺放平臺調(diào)節(jié)樣品位置，使得剝離起的印制導(dǎo)線左右前后垂直對中夾頭。輕輕旋動蝶形螺母，覆箔夾頭夾緊剝離起印制導(dǎo)線的整個寬度（由于剝離力傳感器最大量程為30N，用手接觸操作夾頭時候不可向下或向上用力）。復(fù)位步驟操作之后，將試驗速度設(shè)置為標準要求的50mm/min，斷點比率一般設(shè)置為10%。一般情況下設(shè)置始計值為1N，即力傳感器感應(yīng)1N后開始記錄報告。將事先用影像測量儀測量出覆箔寬度輸入在界面“材料寬度”中。通過按鍵按鈕上的“0/置零”鍵對力值進行清零操作。按下“啟動”按鈕，進入試驗，試驗結(jié)束后，機器停止運轉(zhuǎn)。通過“左”按鈕，移動顯示界面上的指針，然后按下“確定”鍵，確定試驗過程的開始剝離端；然后通過“右”按鈕，移動顯示界面上的指針，然后按下“確定”鍵，確定試驗過程的結(jié)束剝離端。測試儀自動生成報告（見圖3）。

圖3 剝離強度試驗報告顯示界面

6 結(jié)論

本文設(shè)計的剝離強度儀可以通過三維試樣擺放平臺調(diào)節(jié)平臺的相對位置而不需要調(diào)整樣品在平臺上的位置即可達到調(diào)整樣品相對于覆箔夾具的合理位置。利用伺服電機控制的剝離速度可以做到（0～200）mm/min可調(diào)，不僅滿足標準的檢測需求，而且對有不同剝離速度要求的試驗時，方便的進行調(diào)節(jié)。整個導(dǎo)軌有效的剝離行程達到150mm（準確度±0.01mm）。且運動控制模塊中的滑軌與水平方向放置的樣品成45°的夾角，使得剝離力速度恒定，剝離方向恒定。利用液晶顯示屏顯示的剝離強度曲線，可以很直觀的分析剝離強度最小、最大點的位置。還可以通過RS232接口連接至電腦顯示屏，做更為詳細的數(shù)據(jù)分析。

本文設(shè)計的剝離強度儀，測試方便，直觀曲線分析，準確可靠。 且結(jié)構(gòu)簡單，可以方便調(diào)整測試樣品的位置、采集數(shù)據(jù)精度高，能直觀觀測并且分析數(shù)據(jù)曲線，適合推廣使用。

[1]印制電路信息.上海，2010.

[2]（GB/T 4677-2002）.印制板測試方法.

[3]楊玉崑，廖增琨，余云照，盧鳳才.合成膠粘劑[M].科學(xué)出版社，1983.

TQ433

A

1674-6708（2011）57-0070-02

吳杰，工程師，在職研究生，工作單位：同濟大學(xué)電氣工程系，研究方向：電子電器檢測技術(shù)