應變量測

Strain Measurement

應變量測(Strain Measurement)是將 機械變形轉化為可量化工程數據 的關鍵技術,用於 客觀量化電路板(PCB/PWB)在組裝、測試與實際操作過程中所承受機械變形程度 ,能夠直接反映 PCB 結構變形對 SMT 焊點可靠度的影響,廣泛應用於 板級可靠度(Board Level Reliability, BLR) 評估中。

 

在機械工程學中,結構物在外力作用下會產生形狀改變,此一形變可能來自拉力、推力、剪力、彎力或扭力。對於電子產品而言,PCB 的彎曲或翹曲會將機械應力傳遞至 SMT 元件與焊點,進而引發裂紋、疲勞或電性失效。

 

應變量測的目的,即是將這類 肉眼不可見的微小變形轉換為可量化的工程數據,作為焊點可靠度分析與設計風險評估的依據,閎康科技依循 IPC 國際規範,結合精準的應變量測與電性監測技術,協助客戶在產品設計、製程與可靠度驗證階段,即時掌握風險並提升整體板級可靠度。

什麼是應變?
應變(Strain)的工程定義與物理意義
圖|結構物在外力作用下產生伸長與壓縮變形之示意

應變(Strain, ε)用來描述結構物在外力作用下所產生的 相對變形程度,為結構物在受力後的伸長(或壓縮)量,與原始長度之比值,由於應變為「單位長度的變形比例」,因此 應變本身為無單位的比值,常以微應變(με, microstrain)表示。

 

應變公式|結構變形量的量化表示

  • ΔL:結構物在受力後的長度變化量

  • L:結構物的原始長度

  • 公式可用於描述拉伸應變、壓縮應變,並作為板級彎曲與焊點受力分析的基礎計算方式。
量測方法與目的
以應變規量化 PCB 變形行為
圖|應變量測配置示意,顯示應變規、位移感測與荷重量測之整合架構
 

在實際板級可靠度測試中,應變量測通常透過 應變規(Strain Gauge) 黏貼於 PCB 表面特定位置,以量測電路板在外力或彎曲載荷下的即時應變變化,量測系統通常包含:

  • 應變規(Strain Gauge):感測 PCB 表面微小形變

  • 位移感測器(Displacement Transducer):量測板彎位移

  • 荷重元(Load Cell):量測施加的外力大小

  • 資料擷取系統(DAQ):同步記錄應變、位移與力的變化

 

透過這些量測數據,可建立 PCB 彎曲量、應變分佈與焊點受力之間的對應關係

  • 量測目的|建立 PCB 變形與焊點失效的關聯性

    應變量測的核心目的在於:

    • 量化 SMT 元件在 PCB 組裝、測試與操作過程中所承受的應變水準

    • 評估不同板彎條件下焊點的受力狀態與風險

    • 建立 PCB 變形量與焊點失效之臨界應變門檻

    • 作為板級跌落、彎曲、溫循等可靠度試驗的關鍵輔助量測

    透過應變數據,可將「結構變形」與「焊點可靠度」之間建立可追溯、可比較的工程模型。

  • 規範依據與失效判定|IPC-9704 應變量測標準

    應變量測一般依據 IPC-9704 規範執行,該規範定義了:

    • 應變規黏貼位置與方向

    • 量測方法與校正方式

    • 應變資料的擷取與分析準則

    在板級可靠度應用中,應變量測常搭配 焊點即時電阻監測 一併進行,當測試過程中監測到 焊點電阻值相較於初始值增加 20%,即可判定焊點發生失效,並可回溯當下 PCB 的應變水準,作為失效臨界條件的判斷依據。

應用價值
板級可靠度設計與風險控管的核心工具

應變量測在電子產業中具有高度實務價值,常應用於:

  • SMT 封裝與焊點可靠度風險評估

  • 板級跌落、彎曲、循環彎曲試驗之輔助量測

  • PCB 結構設計與厚度選擇最佳化

  • 製程操作(如壓合、鎖附)對焊點影響分析

  • 建立設計應變上限(Design Strain Limit)

透過應變量測,可在產品設計與量產前即預先掌握潛在焊點失效風險。

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