关于铜箔的抗拉强度和延伸率标准方法的探讨

关于铜箔的抗拉强度和延伸率标准方法的探讨

2019-05-10 11:25:56 库尔斯中国 8

铜箔是覆铜板(CCL)及印制电路板(PCB)制造的重要的材料。在当今电子信息产业高速发展中,铜箔被称为电子产品信号与电力传输、沟通的“神经网络”。于是,对于我们检测行业,对铜箔物理性能的测试方法的探讨也显得尤为重要。


抗拉强度和延展率是铜箔的两个重要的物理性能。对于这些性能的测试方法,涉及到的标准主要有IPC-TM-650 2.4.18.1A、ASTM E345-2016、GB/T 5230-1995、GB/T 5187-2008以及GB/T 228.1。以下便是对这些标准的一些简要说明与分析。


目前,最常用的检测标准是IPC-TM-650 2.4.18.1A,该标准是专门针对印制电路板的铜箔而制定的。其检测方法及要点如下:

I. 铜箔厚度范围0.05mm~0.1mm;

II. 样品为条状或者带头试样,横向和纵向各5个,其中条状样品尺寸:13mm×150mm,带头试样尺寸见ASTM E345 A型试样(在后面会具体提到);

III. 标距为50mm,夹头移动速率:每分钟0.05mm/mm~0.5mm/mm(此为应变速率,具体试验速率需根据夹头间的距离进行换算);

IV. 样品裁切后需在125±5℃下烘烤4~6h;

V. 判定失效的情况:样品有明显的缺陷导致断裂;结果偏离平均值。


该方法提供了大部分的测试参数,但是,有三点写得不够明确:其一是数值修约;其二是夹头间距,这也影响到测试速率的选择,因为实际的测试速率是通过夹头间距乘以应变速率得到;其三是失效的判定,即怎样的测试结果被判定为有效,虽然明确规定标距为50mm,但标线的位置没有明确的说明,也就是说,对断裂的位置没有特别严格的要求,在实际测试中,断裂的位置往往是在铜箔最薄的那部分,未必断裂在中间才是准确的。


上面提到的了ASTM E345中的试样A,试样规格如下:

机械性能试验

总长度L≥200mm ;

标距G=50.0±0.1mm;

中间平行长度A≥60;

两头的长度B≥50mm;

窄部分宽度12.5±0.25mm。


在这里,除掉两端夹持部分B,中间部分就相当于夹头之间的间距,约为总长度的一半,中间平行长度A≥60mm。笔者认为,如果参考这个试样的夹头间距的选择,那么,不带头的条状试样的夹头间的距离可以在60mm~75mm之间。


ASTM E345-16 的全称是金属箔拉伸测试的标准试验方法,对比IPC-TM-650 2.4.18.1A,主要参数如下:

I. 该方法可以用于测试厚度≤0.2mm的金属箔;

II. 两种试样:A型和B型。A型试样上面已经提到过,B型试样为不带头试样:总长度≥230mm,宽度12.5mm,标距125mm,推荐夹头之间的距离为125mm,这样可以直接通过断裂后夹头间的位移来计算伸长率;

III. 测试速率:不测定屈服时,应变速率0.06~0.5mm/mm/min;测试屈服时,应变速率0.002~0.010mm/mm/min;

IV. 修约:强度值修约至1MPa,断后伸长率修约至0.5%。


该方法是针对金属箔的性能测试,并非专门针对铜箔而定,并没有提到裁切后的烘烤要求。但该标准对于失效的判定有明确的说明:样品有明显的缺陷或划痕;样品表面加工不良;样品尺寸不符合要求;机器原因导致样品破裂;测试方法不正确;标距外断裂;当使用试样A测量伸长率时,样品断裂位置不在标距中间1/2范围内。也就是说,使用A型试样时,如果夹头之间的距离为80mm,那么断裂位置在中间40mm的范围内结果是有效的。


在GB/T 5230-1995 电解铜箔 的附录D中,对电解铜箔测试的要求如下:

I. 试样尺寸:长200±0.5mm,宽15±0.25mm,试样数量:4个(横、纵各两个);

II. 标距50mm,标线距离夹头的距离不低于3mm;

III. 夹头间距离125mm,试验机夹头速度:50mm/min;

IV. 试验温度:20±10℃;

V. 结果表示:取4个实验结果的算术平均值作为实验结果。


该方法简要说明了结果无效的判定方法:试样在标距外拉断;操作不当(如样品夹偏);试样本身缺陷;记录有误或其他原因造成数据有偏差。值得一提的是,这里明确提出了标线距离夹头的距离不低于3mm,而没有明确规定标线一定要画在中间部分。因此,可以认为,断裂位置距离夹头不低于3mm是有效的。


在GB/T 228.1-2010的附录B中,对于厚度为0.1mm~3mm薄板和薄带的试样类型有这样的规定:对于宽度等于或小于20mm的不带头试样,除非产品中另有规定,原始标距L0应等于50mm,两夹头之间的自由长度应等于L0+3b0 。也就是说,假如试样宽度为12.5mm,那么夹头之间的距离应该为87.5mm。该尺寸与IPC-TM-650 2.4.18.1A中提到的铜箔尺寸相近,如果参考该标准,夹头之间的距离可以选择50+13×3=89mm.在数值修约方面,该标准中提到:强度性能值修约至1MPa,除屈服点延伸率以外的其他延伸率修约至0.5%,这点与ASTM E345-16以及ISO 6892-1:2009中的修约标准是一致的,我们当前也是选择这样的修约方式。


在GB/T 5187-2008 铜和铜合金箔材中提到,铜箔拉伸试验方法选择GB/T 228中规定,试样类型选择P02型,该方法不常用,这里不再赘述。


通过以上分析,对于铜箔拉伸夹头之间距离的选择以及结果的判定,仍然在不同方法间有着一定的差异。对于在印制线路板行业常用的IPC-TM-650 2.4.18.1A的标准,目前在应用上这两点的自由度较大,我们觉得在后续的标准版本更新中应把这两点进行必要的补充说明。


【参考文献】

[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 电解铜箔.

[4]GB/T 228.1-2010 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法.

[5]GB/T 5187-2008 铜和铜合金箔材.



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