关于铜箔的抗拉强度和延伸率标准方法的探讨_机械性能分析_美信检测

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：

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。

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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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