電解銅箔延伸率和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)
銅箔的抗拉強(qiáng)度和延伸率測(cè)試方法詳解
抗拉強(qiáng)度和延展率是銅箔的兩個(gè)重要的物理性能。對(duì)于這些性能的測(cè)試方法，涉及到的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)的一些簡(jiǎn)要說明與分析。
目前，最常用的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是IPC-TM-650 2.4.18.1A，該標(biāo)準(zhǔn)是專門針對(duì)印制電路板的銅箔而制定的。其檢測(cè)方法及要點(diǎn)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(gè)，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(huì)具體提到)；
III. 標(biāo)距為50mm，夾頭移動(dòng)速率：每分鐘0.05mm/mm~0.5mm/mm（此為應(yīng)變速率，具體試驗(yàn)速率需根據(jù)夾頭間的距離進(jìn)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(dǎo)致斷裂；結(jié)果偏離平均值。
銅箔拉伸測(cè)試用試驗(yàn)機(jī)
該方法提供了大部分的測(cè)試參數(shù)，但是，有三點(diǎn)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(cè)試速率的選擇，因?yàn)閷?shí)際的測(cè)試速率是通過夾頭間距乘以應(yīng)變速率得到；其三是失效的判定，即怎樣的測(cè)試結(jié)果被判定為有效，雖然明確規(guī)定標(biāo)距為50mm，但標(biāo)線的位置沒有明確的說明，也就是說，對(duì)斷裂的位置沒有特別嚴(yán)格的要求，在實(shí)際測(cè)試中，斷裂的位置往往是在銅箔最薄的那部分，未必?cái)嗔言谥虚g才是準(zhǔn)確的。
上面提到的了ASTM E345中的試樣A，試樣規(guī)格如下：
試樣A的規(guī)格尺寸
總長(zhǎng)度L≥200mm ；
標(biāo)距G=50.0±0.1mm；
中間平行長(zhǎng)度A≥60；
兩頭的長(zhǎng)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(dāng)于夾頭之間的間距，約為總長(zhǎng)度的一半，中間平行長(zhǎng)度A≥60mm。筆者認(rèn)為，如果參考這個(gè)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(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，對(duì)比IPC-TM-650 2.4.18.1A，主要參數(shù)如下：
I. 該方法可以用于測(cè)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(zhǎng)度≥230mm，寬度12.5mm，標(biāo)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(jì)算伸長(zhǎng)率；
III. 測(cè)試速率：不測(cè)定屈服時(shí)，應(yīng)變速率0.06~0.5mm/mm/min；測(cè)試屈服時(shí)，應(yīng)變速率0.002~0.010mm/mm/min；
IV. 修約：強(qiáng)度值修約至1MPa，斷后伸長(zhǎng)率修約至0.5%。
該方法是針對(duì)金屬箔的性能測(cè)試，并非專門針對(duì)銅箔而定，并沒有提到裁切后的烘烤要求。但該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(jī)器原因?qū)е聵悠菲屏眩粶y(cè)試方法不正確；標(biāo)距外斷裂；當(dāng)使用試樣A測(cè)量伸長(zhǎng)率時(shí)，樣品斷裂位置不在標(biāo)距中間1/2范圍內(nèi)。也就是說，使用A型試樣時(shí)，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(jié)果是有效的。
在GB/T 5230-1995 電解銅箔 的附錄D中，對(duì)電解銅箔測(cè)試的要求如下：
I. 試樣尺寸：長(zhǎng)200±0.5mm，寬15±0.25mm，試樣數(shù)量：4個(gè)（橫、縱各兩個(gè)）；
II. 標(biāo)距50mm，標(biāo)線距離夾頭的距離不低于3mm；
III. 夾頭間距離125mm，試驗(yàn)機(jī)夾頭速度：50mm/min；
IV. 試驗(yàn)溫度：20±10℃；
V. 結(jié)果表示：取4個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
該方法簡(jiǎn)要說明了結(jié)果無效的判定方法：試樣在標(biāo)距外拉斷；操作不當(dāng)（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(biāo)線距離夾頭的距離不低于3mm，而沒有明確規(guī)定標(biāo)線一定要畫在中間部分。因此，可以認(rèn)為，斷裂位置距離夾頭不低于3mm是有效的。
在GB/T 228.1-2010的附錄B中，對(duì)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(duì)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(biāo)距L0應(yīng)等于50mm，兩夾頭之間的自由長(zhǎng)度應(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)中提到：強(qiáng)度性能值修約至1MPa，除屈服點(diǎn)延伸率以外的其他延伸率修約至0.5%，這點(diǎn)與ASTM E345-16以及ISO 6892-1:2009中的修約標(biāo)準(zhǔn)是一致的，我們當(dāng)前也是選擇這樣的修約方式。
在GB/T 5187-2008 銅和銅合金箔材中提到，銅箔拉伸試驗(yàn)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(duì)于銅箔拉伸夾頭之間距離的選擇以及結(jié)果的判定，仍然在不同方法間有著一定的差異。對(duì)于在印制線路板行業(yè)常用的IPC-TM-650 2.4.18.1A的標(biāo)準(zhǔn)，目前在應(yīng)用上這兩點(diǎn)的自由度較大，我們覺得在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)版本更新中應(yīng)把這兩點(diǎn)進(jìn)行必要的補(bǔ)充說明。
【參考文獻(xiàn)】
[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(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法.
[5]GB/T 5187-2008 銅和銅合金箔材.
金屬材料磨損試驗(yàn)及磨損性能詳解
關(guān)于拉伸試驗(yàn)中延伸率精度問題的討論
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