阻焊层铅笔硬度测试标准

1 焊锡阻膜硬度测试概述

在印刷品的制造和可靠性评估中 电路板s（PCBs），机械性能 阻焊层 至关重要。这一层不仅能保护铜线免受氧化，防止焊锡短路，还能承受后续组装、测试和使用过程中各种机械应力。 铅笔硬度测试 是一种被广泛采用的， SIM简单却有效的评估方法 耐磨性 和 机械强度 通过使用已知硬度的铅笔刮擦焊锡层表面，可以测定其抗刮擦性能。测试结果直接反映了焊锡层的固化质量、材料特性以及PCB的整体耐久性。标准化的测试方法，例如： IPC-TM-650 2.4.27.2确保不同制造商和实验室之间结果的一致性和可比性。

2 测试标准和设备

2.1 核心测试标准

焊锡阻焊层的铅笔硬度测试如下： IPC-TM-650 2.4.27.2 方法。这项由IPC（电子连接工业协会）制定的权威标准，详细规定了测试设备、程序和验收标准。

2.2 测试设备和材料

本次测试需要以下设备：

• 标准铅笔套装一套经过认证的绘图铅笔，硬度范围从软到硬。标准硬度顺序（从软到硬）为： 4B > 3B > 2B > B > HB > F > H > 2H > 3H > 4H > 5H > 6H。

• 削铅笔器和砂纸：用于露出铅笔芯并将笔尖磨成扁平的圆柱形末端，确保与纸张的接触面平整。

• 专用铅笔硬度测试仪（可选）：一种能将铅笔精确固定在45°角并施加恒定力（10N）的装置。手动操作需要格外注意保持角度和力度。

• 坚固的水平平台：用于放置 PCB 样品，确保测试过程中不会移动。

• 软布或吹气球用于清除测试后产生的碎片，避免对后续判断造成影响。

表格：铅笔硬度等级顺序

3. 详细测试程序

测试应在标准实验室条件下进行（通常建议：室温 23±2°C，相对湿度 50%±10%），以避免环境对结果的影响。

1. 样品制备：

   • 从PCB板上切割出合适尺寸的样品，或者直接使用成品板。

   • 确保测试区域是 清洁、干燥、无油污 或其他污染物。样品应稳固地放置在坚固的水平平台上。

2. 铅笔准备：

   • 选择最硬的铅笔开始测试（通常从 6H 开始）。

   • 削尖铅笔，然后用砂纸（通常是400目左右）打磨铅笔。 将尖端磨成扁平的圆形横截面确保刀刃锋利且无缺口。

3. 测试操作：

   • 将铅笔插入测试仪，或手动将其握在…… 45°角 到样品表面。

   • 申请 持续施加10牛顿的推力 （相当于大约 1 千克力）作用于铅笔上。

   • 向前推动铅笔大约 6.35 毫米（1/4 英寸） 以约 1 厘米/秒的速度，在阻焊层上划出一道划痕。

   • 笔记每次划线都应该使用新的、未使用过的铅笔尖，或者每次测试前都应该重新打磨铅笔尖，以确保结果的一致性。

4. 结果判断与迭代：

   • 用软布或吹气球轻轻清除划痕处的石墨碎屑。

   • 在良好的照明条件下（通常借助……） 白光或放大镜仔细观察划痕。如果划痕穿透阻焊层，露出下面的基板，则判定为“有划痕”；如果阻焊层表面未受损或仅有少量石墨残留物（可以擦掉），则判定为“无划痕”。

   • 如果当前使用的铅笔硬度（例如 6H）会造成划痕，请更换为其他硬度的铅笔。 接下来这支铅笔的硬度要低一些。 （例如，5H）并在同一样品的附近区域重复该过程。

   • 重复此过程，直到找到那支铅笔。 不再刮伤阻焊层。

4 验收标准和结果解释

• 验收标准根据IPC标准，PCB阻焊层的合格铅笔硬度应为 至少6小时 （意思是6H铅笔不应该造成划痕）。这意味着阻焊层必须能够承受6H铅笔施加的压力而不被划伤。

• 结果解读测试结果报告如下： 铅笔硬度值最高，且不会刮伤阻焊层。例如，如果用 5H 铅笔划痕出现，而用 4H 铅笔划痕消失，则焊锡阻焊层的铅笔硬度被评为 4H（通常不符合最低验收标准）。如果用 6H 铅笔划痕消失，则测试结果为 6H，该硬度被视为合格。

• 典型值高质量、完全固化的阻焊层通常能达到一定的硬度。 6小时或更高 （例如，7H、8H）。如果结果不合格（低于 6H），则表明阻焊层可能存在问题，例如固化不足、配方问题或涂覆工艺缺陷。

5 影响因素及预防措施

铅笔硬度测试结果受多种因素影响。了解这些因素对于准确解读测试结果至关重要：

• 阻焊油墨类型和配方不同的化学成分（例如环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺）本身就具有不同的硬度。一些高性能或特殊用途的油墨是专门为更高的硬度而设计的。

• 固化度这是最关键的因素。 治疗不足 （例如，紫外线能量不足或热固化温度/时间不当）会导致油墨交联不完全，从而显著降低硬度。确保按照油墨制造商的规格进行固化是符合规定的前提条件。

• 涂层厚度焊锡掩膜太薄容易被刮穿，而太厚则可能由于内部应力或固化不均匀而影响最终硬度。

• 基材和结构底层铜箔的厚度、基材的刚度等因素都会间接影响测试结果。例如，在较软的区域，电阻值可能会略有不同。

• 环境条件温度和湿度会影响某些聚合物材料的机械性能，因此在标准条件下进行测试非常重要。

• 操作员技能手动操作时，维护 45°角和10N力 这一点至关重要。角度偏差或施力不均会导致结果重复性差。建议对操作人员进行培训并使用校准过的测试仪器，以提高准确性。

防范措施：

• 测试应在阻焊层完全固化后进行（通常需要 24 小时）。

• 每支铅笔的硬度测试都应该在以下情况下进行： 新的、非相邻区域 为避免相互干扰，对样品进行筛选。

• 如果测试结果差异很大，请检查操作一致性、笔尖状况和样品表面平整度。

• 铅笔硬度测试是一种相对简单的定性/半定量方法。为了更精确地评​​估力学性能，可能需要其他仪器测试（例如，纳米压痕测试）。

6 其他相关测试方法

铅笔硬度测试是评估阻焊层性能的几种方法之一。它通常与其他测试结合使用，以进行全面的可靠性评估：

• 固化试验（IPC-TM-650 2.3.23）： 二氯甲烷 将焊锡液滴在阻焊层表面。擦拭后，检查布上是否有颜色转移，以及阻焊层是否软化或变色，以评估其固化程度和耐化学性。

• 热应力测试将样品浸入…… 288°C 焊锡槽保温 10 秒 检查是否存在起泡、分层或焊锡阻膜剥落，并评估其耐高温性能15。

• 剥离强度测试（IPC-TM-650 2.4.8）：测量将导体从基板上剥离所需的力，评估阻焊层和电路的粘合性。

• 酸碱性测试样品浸入 10% H₂SO₄（硫酸）和 10% NaOH（氢氧化钠） 将溶液浸泡 30 分钟，以评估焊锡掩膜对酸和碱的耐受性。

这些测试与铅笔硬度测试相结合，为PCB可靠性提供了更全面的保证。