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在现代电子设备中,那些看似微小、不起眼的表面安装元件(SMD),如陶瓷电容器、电阻器等,实际上是保障设备稳定运行的关键。它们在生产、组装乃至日常使用中,都可能承受各种机械应力。如何确保它们足够“强壮”?国际电工委员会(IEC)制定的 IEC 60068-2-77:1999 标准,正是专门用于评估这些元件机械可靠性的重要规范。
IEC 60068-2-77 标准全称为《环境试验 第2-77部分:试验 试验77:身体强度和冲击震动》,于1999年首次发布。该标准提供了两种互补的机械测试方法,旨在模拟表面安装元件在组装过程和后续处理中可能遇到的两种典型机械应力:
身体强度测试:模拟低速贴装设备(如贴片机)在拾取、对位过程中施加的静态压力。
冲击震动测试:模拟高速贴装设备或生产线上工具带来的动态冲击力。
这两种测试分别针对不同性质的受力情况,确保元件既能承受缓慢挤压,也能耐受瞬间撞击。
该标准主要适用于由玻璃或烧结材料(如陶瓷)制成的表面安装元件,常见包括:
多层陶瓷芯片电容器(MLCC)
片式电阻器
含铁氧体的片式电感器
这些元件通常结构脆弱,对机械应力敏感,因此需要通过标准化的测试来验证其结构完整性。
测试的准确性高度依赖于专用设备:
身体强度测试设备:
推压工具:尖端宽度须大于试样宽度,尖端通常带有半径0.5毫米的倒角(见图1)。
支撑基座:用于平稳放置试样,其结构和角度(通常介于70°至90°之间)需根据元件类型定制(见图2、图3)。
冲击震动测试设备:
冲击装置:由可自由落下的重物(含夹头、轴杆和附加配重)构成(见图4、图5)。
基座:必须为厚度超过1厘米的金属板,重量大于2公斤,且放置在混凝土等刚性基础上,以避免能量吸收。
试样夹具:用于固定元件,其设计需在相关规范中明确。
放置试样:将元件对称放置在支撑基座上。
施加压力:用推压工具在元件中心垂直施加规定的力(通常为10牛顿),在5秒内达到目标值,并保持10±1秒。
期间测量:根据需要,可在加压过程中进行电气性能测量。
固定试样:将元件安装在测试夹具上。
施加冲击:让重物从规定高度自由落下,冲击元件表面的中心位置。通常需要在 X、Y、Z 三个轴向 的每一侧各冲击一次(见图6)。
调整参数:夹头尖端直径(通常为1.8毫米或4.0毫米)和硬度需根据试样尺寸和材料特性选择(见图7)。
测试结束后,若标准或相关规范要求,试样可能需要进行一段时间的恢复处理(如静置、温度恢复等),以稳定其状态,再进行最终评估。
精度与刚性:所有设备必须具备足够的刚性和精度,确保施加的力或能量准确、可重复。
无干扰环境:冲击测试基座下方不得有弹性材料,以避免冲击能量被缓冲。
工具适配性:推压工具和冲击夹头的形状、尺寸必须根据试样特性定制,并在相关规范中明确规定。
测试目的不同:身体强度测试评估的是结构本身的坚固性,而非焊点或端子的附着强度(后者由IEC 60068-2-21等标准覆盖)。
预处理:某些元件在测试前可能需要预处理(如高温储存),具体方法需遵循相关组件规范。
检验方法:测试前后均需在至少10倍放大镜和充足光照(约2000勒克斯)下进行外观检查,观察是否有裂纹、缺损等损伤。
规范优先:具体测试参数(如力值、冲击能量、接收标准等)最终由元件的详细规范规定,本标准提供的是通用方法框架。
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