IEC TR 61760-5-12024 表面安装技术.第5-1部分电路板上的表面应变.应用于芯片元件的应变计测量标准立项发展报告

表面安装技术第5-1部分：电路板上的表面应变应用于芯片元件的应变计测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SurfaceMountingTechnology-Part5-1:SurfaceStrainonCircuitBoards-StrainGaugeMeasurementAppliedtoChipComponents摘要随着电子制造技术向高密度集成、小型化和高可靠性方向快速发展，表面安装技术（SurfaceMountTechnology，SMT）已成为电子组装领域的核心工艺。在电路板制造和元器件装配过程中，机械应力引发的芯片元件裂纹、焊点失效等问题日益突出，对产品长期可靠性构成严峻挑战。为系统解决电路板表面应变测量的标准化问题，国际电工委员会（IEC）发布了IECTR61760-5-1:2024技术报告，该标准隶属于IEC61760系列，聚焦于采用应变计测量方法对芯片元件在电路板上所受表面应变进行规范化测试与评估。本报告对该标准的立项背景、技术内容、适用范围及行业意义进行了系统阐述，详细介绍了标准参与单位在标准研制过程中的技术贡献，并展望了该标准在未来电子制造可靠性领域的应用前景。该标准的发布填补了表面应变测量在芯片元件领域的国际标准空白，为电子制造企业、检测机构及科研单位提供了统一的技术依据。关键词：表面安装技术；芯片元件；表面应变；应变计测量；电路板可靠性；IEC标准；电子组装Keywords:SurfaceMountingTechnology;ChipComponents;SurfaceStrain;StrainGaugeMeasurement;PCBReliability;IECStandard;ElectronicAssembly1引言表面安装技术自20世纪后半叶发展以来，已全面取代传统的通孔插装技术，成为电子制造业主流组装方式。随着5G通信、汽车电子、航空航天、工业控制以及消费电子产品对小型化、高功率密度和极端环境适应性的不断追求，电子组件的机械可靠性问题日益凸显。芯片元件（如多层陶瓷电容器MLCC、片式电阻、电感等）在电路板弯曲、热循环及振动冲击等条件下，因表面机械应变引起的内部裂纹、端电极剥离和焊接失效等缺陷，已成为制约电子产品使用寿命的关键失效模式。IEC61760系列标准是国际电工委员会针对表面安装技术制定的系统性技术规范体系，涵盖元器件采购、贴装工艺、可靠性试验等多个技术维度。作为该系列标准的最新拓展，IECTR61760-5-1:2024技术报告（以下简称"本标准"）是国际电工委员会发布的关于表面安装技术中电路板表面应变测量的技术报告，标准于2024年1月31日正式发布，分类号为电子元器件组件，由国际电工委员会归口管理。本标准聚焦应变计在芯片元件应变测量中的应用方法，为该领域的工程实践提供了统一的技术规范，具有重要的工程指导价值和行业参考意义。2标准立项背景与必要性2.1行业技术需求驱动智能手机、平板电脑等便携式电子产品在装配和日常使用过程中，PCB板不可避免地承受弯曲、扭曲、冲击等机械载荷。根据汽车电子协会（AEC）和电子工业联盟（IPC）的可靠性统计数据，由机械应力导致的电子组件失效占所有现场失效类型的比重持续攀升。其中，多层陶瓷电容器（MLCC）作为用量最大的片式元件之一，对机械应力极为敏感，过大的板级应变可直接导致其内部产生微裂纹，进而引发电容值漂移、绝缘电阻下降乃至短路失效。在此背景下，业界对板级应变测量的标准化需求日益迫切。2.2标准体系完善的内在逻辑IEC61760系列标准此前已覆盖表面安装元器件的应用条件（IEC61760-1）、印刷电路板安装的机械冲击和振动试验（IEC61760-2）、焊膏使用规范（IEC61760-3）等，但在板级应变测量方面仍缺乏统一的国际规程。不同的制造商、研究机构和第三方检测实验室采用各自迥异的测量方法、试验条件和数据处理方式，导致测量结果缺乏可比性和可重复性，严重制约了行业技术交流和供应链协同。本标准的制定正是为填补这一空白，使IEC61760标准体系更加完整、系统。2.3与国际法规和行业政策的呼应2021年，国际电工委员会发布《IEC2021-2030战略规划》，明确提出要加强电子制造领域可靠性检测标准的研制力度，以支撑全球电子产业的可持续发展。与此同时，欧盟《欧洲芯片法案》（EuropeanChipsAct）和我国《"十四五"智能制造发展规划》均对电子元器件可靠性和智能制造质量保障提出了更高要求。在此宏观政策背景下，本标准的制定和发布顺应了全球电子制造产业从"产能驱动"向"质量驱动"转型的总体趋势。3标准主要内容3.1标准适用范围与定位本标准为技术报告（TechnicalReport）类型，属于IEC61760系列的第5-1部分。技术报告在IEC标准体系中属于信息性文档，旨在为行业提供技术指导和建议，而非强制性规范要求。本标准主要适用于表面安装芯片元件（如片式电阻、片式电容、片式电感等）在印刷电路板上的表面应变测量场景。需要特别说明的是，标准中的"表面应变"特指电路板在机械载荷和热载荷作用下，在元器件封装体与电路板互连界面处产生的面内（in-plane）机械应变。该应变通过应变计法进行精确测量和量化评价。3.2应变计测量技术原理本标准详细规定了应变计测量的基本原理。应变计（StrainGauge）是一种将机械形变转换为电阻变化的敏感元件，其核心结构包括金属箔栅、基底材料和引出端子。当应变计粘贴于电路板表面并随板面发生同步形变时，箔栅随之伸长或缩短，导致其电阻值发生相应变化。通过惠斯通电桥电路将微小的电阻变化转化为电压信号，再经过放大和数字化处理，即可获得精确的应变值。标准中明确要求所选应变计的栅长尺寸应与被测芯片元件的尺寸相匹配，以准确捕获元胞体下方的局部应变分布。3.3测量系统要求标准对测量系统的组成和技术指标提出了明确要求，主要包括以下几个方面：应变计选型要求：标准规定了应变计的型号选择原则、电阻值（常用350Ω或120Ω）、灵敏系数（GaugeFactor）的标定方法及精度等级要求，并明确了应变计的适用温度范围。对于不同的电路板基材（FR-4、柔性板、陶瓷基板等）和不同的温度环境，标准推荐了相应的应变计类型。粘贴工艺规范：应变计的粘贴质量是保证测量精度的关键环节。标准详细规定了电路板表面预处理方法（包括脱脂、打磨、中和等工序）、粘贴剂的选择标准、固化条件（温度-时间曲线）、粘贴厚度控制以及气泡排除工艺等操作要点，以确保应变计与电路板表面之间实现可靠、同步的应变传递。数据采集系统要求：标准规定了数据采集系统的采样速率、分辨率、通道数、抗混叠滤波等性能指标，推荐了适用于静态应变测量和动态应变测量的数据采集方案。同时，标准对测试系统的桥路设置（1/4桥、半桥或全桥）、导线连接方式及屏蔽接地等细节进行了规范。3.4测量程序与方法在测量程序方面，标准建立了一套科学、系统的操作流程，主要包括以下步骤：步骤一：测点位置选择。根据芯片元件在电路板上的布局位置、封装类型（如0603、0402、0201等规格）以及受力特点，标准推荐了应变计在元件附近的布置位置和方向。测点布置应能反映元件本体所承受的最大应变区域，通常位于元件长轴方向和短轴方向的端电极附近。步骤二：电路板装夹与加载方式。标准规定了三点弯曲试验、四点弯曲试验和螺钉紧固模拟三种典型的加载方法，分别用于模拟电路板在组装、测试和整机装配过程中的典型受力状态。标准对加载速率、最大挠度、持载时间等关键参数给出了推荐值。步骤三：环境条件控制。标准要求测量环境温度应控制在23℃±2℃范围内，相对湿度控制在45%~75%范围内，以减少环境因素对测量结果的影响。步骤四：数据记录与分析。标准对应变数据的记录格式、数据滤波方法、特征值提取（峰值应变、残余应变等）以及测量不确定度评估方法进行了规范化。3.5数据报告要求为保证测量结果的规范性和可比性，标准规定了完整的实验报告内容要求，包括：电路板和元件的详细规格参数、应变计型号与粘贴信息、加载条件描述、原始应变数据曲线、数据处理方法及最终应变值、测量不确定度评估结果等。这一要求为供应链上下游之间的技术沟通提供了统一的信息交换格式。4标准关键技术要点分析4.1应变计粘贴技术的规范化应变计测量结果的可靠性和精确性在很大程度上取决于应变计的粘贴质量。标准中将粘贴工艺作为关键技术控制点，提出了严格的工艺要求。不良的粘贴（如胶层过厚、存在气泡、固化不充分）可导致应变传递效率下降，造成测量值偏小或信号漂移。为此，标准建议在正式测量前对粘贴质量进行验证，推荐采用已知应变值的标准试梁进行校验，确保粘贴引入的测量误差在允许范围内。4.2温度补偿与热输出修正芯片元件在实际服役过程中往往同时承受机械应力和热应力的耦合作用。应变计本身对温度变化同样敏感，会产生热输出效应。标准提出了温度补偿的具体方法，推荐采用温度补偿应变计（dummygauge）接入惠斯通电桥的相邻桥臂以实现自动补偿，同时给出了当无法使用补偿应变计时进行热输出修正的数据处理