電解銅箔延伸率和抗拉強度試驗機
銅箔的抗拉強度和延伸率測試方法詳解
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，最常用的檢測標準是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。
銅箔拉伸測試用試驗機
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最薄的那部分，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：
試樣A的規(guī)格尺寸
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；機器原因導致樣品破裂；測試方法不正確；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。
在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。
在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。
在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.
金屬材料磨損試驗及磨損性能詳解
關于拉伸試驗中延伸率精度問題的討論
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1.適用范圍：
本方法是采用機械試驗方法來測定銅箔在室溫和高溫狀態(tài)下的拉力強度和延伸率（或延展性）
2.適用文件：
ASTM-E-345拉力強度
3.試驗樣品：
銅箔樣品的尺寸應采用劃切或蝕刻方法蝕刻成5塊尺寸為254mm×12.7mm的試樣。試樣應清潔，無毛刺裂痕。
4.1速度穩(wěn)定的拉力試驗儀器。拉力速度為1.27-51mm/min
4.2JDC#50樣品切割機，寬12.7mm,長254mm；
4.3可將254毫米的試樣剪成152.4mm的切刀；
4.4P120型天平或等效物；
4.5與拉力試驗儀器連接的高溫試驗箱或高溫裝置,在樣品試驗過程中能達到 并保持180+/-10度；
5.0試驗過程：
5.1試樣稱量
5.1.1試樣應光滑,無扭曲皺褶；
5.1.2用切割機切割成5塊拉力試樣；
5.1.3將5條拉力試樣剪成152.4mm；
5.2試樣稱量
5.2.1稱量試樣精確值0.001克；
5.2.2紀錄重量,計算截面平均值；
電解銅箔密度為8.909克/立方厘米；壓延銅箔為8.93克/立方厘米；
平均厚度=試樣重量(克)/試樣面積(平方厘米)×銅箔密度（克/立方厘米）
平均截面積=試樣重量/試樣長度×銅箔密度
5.3試驗數(shù)據(jù)
5.3.1如果拉力試驗儀器裝有面積補償器,用其標度盤測量平均截面積；如果沒有,必須用截面積計算拉力強度；
拉力強度N/mm2=折斷試樣所用的負載力/平均截面積
5.3.2室溫測試
5.3.2.1選擇負載范圍
5.3.2.2.將試樣裝在拉力試驗儀器的夾具間,注意應試樣居中,軸線與夾具對準；
5.3.2.3測試條件
a.50mm長標準尺
b.十字頭速度50mm/min
c.圖表速度508mm/min
每254mm圖紙相當于線性延伸率5%
5.3.3高溫測試
5.3.3.1選擇負載范圍；
5.3.3.2將高溫箱加溫至180度左右
5.3.3.3打開高溫箱,將銅箔試樣夾在拉力夾具間；
5.3.3.4關閉高溫箱,用電熱偶控制試樣溫度,在拉力試驗前,允許試樣在180度停留5分鐘,該溫度*長時間不超過10分鐘；
5.3.3.5測試條件
a. 50mm長標準尺
b.十字頭速度50mm/min
c.圖表速度508mm/min,
每254mm圖紙相當于線性延伸率5%
高溫箱內(nèi)為正?？諝饣蚨栊詺怏w均可；
5.4評價
5.4.1啟動十字頭,折斷試樣,計算拉力強度和延伸率
5.4.2把試樣的末端小心拼合起來,測定延伸率
5.4.3計算5個延伸的平均值
6.0注釋：
6.1參考拉力強度和延伸率的典型值
克/立方米 標準銅箔和高延展性銅箔 壓延銅箔 輕冷壓延銅箔 退火銅箔
153 103.4 345 --- 103.5
305 207 345 --- 172.5
610以上 207 345 172.5 172.5
延伸率
克/立方米 標準銅箔 高延展性銅箔 壓延銅箔 輕冷壓延銅箔 退火銅箔
153 2 5 0.5 --- 5
305 3 10 0.5 --- 10
610 3 15 1 5 20
