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，但是，有三點寫得不夠明確：其一是數值修約；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，試樣規格如下：
試樣A的規格尺寸
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。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據有偏差。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定：對于寬度等于或小于20mm的不帶頭試樣，除非產品中另有規定，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試驗數據
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%
高溫箱內為正常空氣或惰性氣體均可；
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
