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關于銅箔的抗拉強度和延伸率標準方法的探討

發(fā)布時間:2021-01-22點擊:2523

銅箔是覆銅板(CCL)及印制電路板(PCB)制造的重要的材料。在當今電子信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展中,銅箔被稱為電子產(chǎn)品信號與電力傳輸、溝通的“神經(jīng)網(wǎng)絡”。于是,對于我們檢測行業(yè),對銅箔物理性能的測試方法的探討也顯得尤為重要。

抗拉強度和延展率是銅箔的兩個重要的物理性能。對于這些性能的測試方法,涉及到的標準主要有IPC-TM-650 2.4.18.1A、ASTM E345-2016、GB/T 5230-1995、GB/T 5187-2008以及GB/T 228.1。以下便是對這些標準的一些簡要說明與分析。

目前,***常用的檢測標準是IPC-TM-650 2.4.18.1A,該標準是專門針對印制電路板的銅箔而制定的。其檢測方法及要點如下:

I. 銅箔厚度范圍0.05mm~0.1mm;

II. 樣品為條狀或者帶頭試樣,橫向和縱向各5個,其中條狀樣品尺寸:13mm×150mm,帶頭試樣尺寸見ASTM E345 A型試樣(在后面會具體提到);

III. 標距為50mm,夾頭移動速率:每分鐘0.05mm/mm~0.5mm/mm(此為應變速率,具體試驗速率需根據(jù)夾頭間的距離進行換算);

IV. 樣品裁切后需在125±5℃下烘烤4~6h;

V. 判定失效的情況:樣品有明顯的缺陷導致斷裂;結果偏離平均值。

該方法提供了大部分的測試參數(shù),但是,有三點寫得不夠明確:其一是數(shù)值修約;其二是夾頭間距,這也影響到測試速率的選擇,因為實際的測試速率是通過夾頭間距乘以應變速率得到;其三是失效的判定,即怎樣的測試結果被判定為有效,雖然明確規(guī)定標距為50mm,但標線的位置沒有明確的說明,也就是說,對斷裂的位置沒有特別嚴格的要求,在實際測試中,斷裂的位置往往是在銅箔***薄的那部分,未必斷裂在中間才是準確的。

上面提到的了ASTM E345中的試樣A,試樣規(guī)格如下:

總長度L≥200mm ;

標距G=50.0±0.1mm;

中間平行長度A≥60;

兩頭的長度B≥50mm;

窄部分寬度12.5±0.25mm。

在這里,除掉兩端夾持部分B,中間部分就相當于夾頭之間的間距,約為總長度的一半,中間平行長度A≥60mm。筆者認為,如果參考這個試樣的夾頭間距的選擇,那么,不帶頭的條狀試樣的夾頭間的距離可以在60mm~75mm之間。

ASTM E345-16 的全稱是金屬箔拉伸測試的標準試驗方法,對比IPC-TM-650 2.4.18.1A,主要參數(shù)如下:

I. 該方法可以用于測試厚度≤0.2mm的金屬箔;

II. 兩種試樣:A型和B型。A型試樣上面已經(jīng)提到過,B型試樣為不帶頭試樣:總長度≥230mm,寬度12.5mm,標距125mm,推薦夾頭之間的距離為125mm,這樣可以直接通過斷裂后夾頭間的位移來計算伸長率;

III. 測試速率:不測定屈服時,應變速率0.06~0.5mm/mm/min;測試屈服時,應變速率0.002~0.010mm/mm/min;

IV. 修約:強度值修約至1MPa,斷后伸長率修約至0.5%。

該方法是針對金屬箔的性能測試,并非專門針對銅箔而定,并沒有提到裁切后的烘烤要求。但該標準對于失效的判定有明確的說明:樣品有明顯的缺陷或劃痕;樣品表面加工不良;樣品尺寸不符合要求;機器原因?qū)е聵悠菲屏眩粶y試方法不正確;標距外斷裂;當使用試樣A測量伸長率時,樣品斷裂位置不在標距中間1/2范圍內(nèi)。也就是說,使用A型試樣時,如果夾頭之間的距離為80mm,那么斷裂位置在中間40mm的范圍內(nèi)結果是有效的。

GB/T 5230-1995 電解銅箔的附錄D中,對電解銅箔測試的要求如下:

I. 試樣尺寸:長200±0.5mm,寬15±0.25mm,試樣數(shù)量:4個(橫、縱各兩個);

II. 標距50mm,標線距離夾頭的距離不低于3mm;

III. 夾頭間距離125mm,試驗機夾頭速度:50mm/min;

IV. 試驗溫度:20±10℃;

V. 結果表示:取4個實驗結果的算術平均值作為實驗結果。

該方法簡要說明了結果無效的判定方法:試樣在標距外拉斷;操作不當(如樣品夾偏);試樣本身缺陷;記錄有誤或其他原因造成數(shù)據(jù)有偏差。值得一提的是,這里明確提出了標線距離夾頭的距離不低于3mm,而沒有明確規(guī)定標線一定要畫在中間部分。因此,可以認為,斷裂位置距離夾頭不低于3mm是有效的。

GB/T 228.1-2010的附錄B中,對于厚度為0.1mm~3mm薄板和薄帶的試樣類型有這樣的規(guī)定:對于寬度等于或小于20mm的不帶頭試樣,除非產(chǎn)品中另有規(guī)定,原始標距L0應等于50mm,兩夾頭之間的自由長度應等于L0+3b0 。也就是說,假如試樣寬度為12.5mm,那么夾頭之間的距離應該為87.5mm。該尺寸與IPC-TM-650 2.4.18.1A中提到的銅箔尺寸相近,如果參考該標準,夾頭之間的距離可以選擇50+13×3=89mm.在數(shù)值修約方面,該標準中提到:強度性能值修約至1MPa,除屈服點延伸率以外的其他延伸率修約至0.5%,這點與ASTM E345-16以及ISO 6892-1:2009中的修約標準是一致的,我們當前也是選擇這樣的修約方式。

GB/T 5187-2008 銅和銅合金箔材中提到,銅箔拉伸試驗方法選擇GB/T 228中規(guī)定,試樣類型選擇P02型,該方法不常用,這里不再贅述。

通過以上分析,對于銅箔拉伸夾頭之間距離的選擇以及結果的判定,仍然在不同方法間有著一定的差異。對于在印制線路板行業(yè)常用的IPC-TM-650 2.4.18.1A的標準,目前在應用上這兩點的自由度較大,我們覺得在后續(xù)的標準版本更新中應把這兩點進行必要的補充說明。

【參考文獻】

[1]IPC-TM-650 2.4.18.1A Tensile Strength and Elongation, In-House Plating.

[2]ASTM E345-16 Standard Test Methods of Tension Testing of metallic Foil.

[3]GB/T 5230-1995 電解銅箔.

[4]GB/T 228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法.

[5]GB/T 5187-2008 銅和銅合金箔材.

來源:網(wǎng)絡


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