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文檔簡介
砼灌注樁質量監(jiān)督探討灌注樁(這里主要探討成孔灌注樁并指端承樁,下文簡稱樁)質量監(jiān)督從驗收規(guī)范來看十分簡單,
無非是地基承載力的鑒定、鋼筋籠的檢查與樁砼質量的判定,但由于地下工程不可見的因素很多,因此判定起來比較難以準確。筆者依據(jù)多年的工作經(jīng)驗及理論知識,分三個問題:從樁的承載機理看質量監(jiān)督的關鍵,樁的缺陷與防治措施,樁質量的判定,圍繞樁監(jiān)督問題進行探討。
一、從灌注樁承載機理看質量監(jiān)督的關鍵
端承樁的承載機理是樁把荷載傳遞到樁的底部,它支承在堅固的巖土層上,不難得出樁的承載力取決于樁身強度與地基承載力。
當樁身強度〉地基承載力,樁的承載力=地基承載力;反之,樁身強度〈地基承載力,樁的承載力=樁身強度。
前面公式在孔底沒有沉渣情況下成立。對挖孔樁沉渣不是問題,而沉渣問題對于鉆孔樁則是存在的,沉渣量過大,樁受荷時發(fā)生大量沉降,樁將失效。
(一)樁質量監(jiān)督關鍵之一──地基承載力的鑒定
從樁的施工程序來講,在質量監(jiān)督中,首先確保地基承載力符合設計要求,否則將使樁失效。
地基承載力取決巖層的構造情況、樁嵌入巖石的深度、巖石單軸飽和抗壓強度。
如果施工地區(qū)處于斷裂帶,在施工中就要注意夾層的存在,如××工程,××單位施工的鉆孔端承樁21號樁,經(jīng)抽芯檢驗,發(fā)現(xiàn)該樁的樁底座落于軟土上。因為該廠區(qū)落在地震大斷裂帶上,存在夾層,在孔鉆至夾層上破碎巖石時,施工單位以為已到微風化巖石,而在此破碎巖石層下,由于地震構造運動破碎層下面還有一層軟夾層,致使抽芯時,發(fā)現(xiàn)樁底座落于軟土上,樁承載力達不到設計要求。由于夾層的存在與施工單位的粗心大意,致使在化學處理區(qū)許多樁經(jīng)抽芯檢驗,樁底沒有支承在巖基上。又如××人工挖孔樁工程,工程的2B樁存在一層十分堅硬但裂隙發(fā)育的新鮮巖石,用錘子敲擊,錘擊聲音很悶,如下沒有軟夾層,聲音應很清脆,挖15cm下去,則發(fā)現(xiàn)下臥松散軟夾層,再挖5m方到微風化巖。該樁基工程存在不少薄堅硬基巖下臥松散軟土層的現(xiàn)象。
(二)樁質量監(jiān)督關鍵之二──樁身強度的監(jiān)督(在于施工工藝)
地基承載力符合設計要求,如樁身強度不足,樁的承載力亦得不到保證,樁身強度是樁質量監(jiān)督的另一關鍵。
樁身質量監(jiān)督主要在于監(jiān)督混凝土的質量,樁身強度取決于鋼筋籠的制作質量與砼質量。鋼筋籠的制作檢查,簡單明了;而影響砼質量因素則很多,有些是可見的,有些是不可見的。在工程實踐中,不少樁由于砼質量問題而使樁身強度達不到設計要求,因此樁身質量的監(jiān)督主要在于監(jiān)督砼的質量。
砼的缺陷往往是由于施工工藝不合理引起,因此必須對樁基工程的施工工藝、質量保證措施進行嚴格的監(jiān)督,否則,起不到質量監(jiān)督效果,工程驗收時,對工程質量如何,將沒有把握,檢測出現(xiàn)的問題亦無從分析。
人工挖孔樁砼缺陷主要產(chǎn)生于砼澆搗工藝。成孔時,在土層設置護壁,而在巖石層,孔壁巖石自然護壁,一般不存在孔壁質量對砼產(chǎn)生多大的影響。主要監(jiān)督砼澆搗工藝特別是有地下水的水下部分砼的澆搗,必須采用水下砼配合比與水下導管灌注等。
××人工挖孔樁基礎4B樁,該樁砼強度等級要求采用C20,由于該樁孔水位高,出水量大,
筆者要求采用水下導管灌注,建設單位與施工單位不聽勸告,抱著試一試的態(tài)度,自行采用簡易串筒灌注,澆搗砼時,從孔底至上6m左右“砼”表面有很高的水位,澆搗入孔的砼遭受水的危害,砂漿稀釋、骨料下沉,造成砼嚴重離析,經(jīng)檢測該樁樁身砼質量存在嚴重的問題。
鉆孔樁砼質量不僅與澆注工藝有關,還與成孔工藝有很大的關系。要確保樁孔成孔質量與灌注工藝的合理性,操作得當。鉆孔樁成孔質量在于:樁徑不小于設計樁徑,護壁可靠;關系到砼質量的灌注工藝主要是:a.控制好混凝土質量的和易性,防止出現(xiàn)堵管、埋管,引起斷樁事故。b.控制導管埋深,控制導管埋深2~4m,使砼面處于垂直頂升狀,不使浮漿、泥漿卷入砼,防止提漏引起斷樁事故。
(三)對于鉆孔灌注樁質量監(jiān)督另一個關鍵──沉渣量的檢查。
對摩擦樁來說,由于其受力機理是通過樁表面和周圍土壤之間的摩擦力或依附力,逐漸把荷載從樁頂傳遞到周圍的土體中,如果在設計中端部反力不大,端部的沉渣量對樁承載力亦影響不大;而對于鉆孔端承樁,如果沉渣量過大,勢必造成樁受荷時發(fā)生大量沉降,同樣使樁的承載力失效。如××單位施工的44號樁,樁設計承載力為2000kN,實施荷載試驗時,當外荷載加至1400kN,樁就出現(xiàn)大量沉降,經(jīng)多方面證實是因為樁端沉渣量過多,導致該樁失效,亦影響其它樁的評定。因此鉆孔灌注樁另一個監(jiān)督的關鍵還在于沉渣量的檢查。
總而言之,人工挖孔樁質量監(jiān)督的關鍵在于樁身混凝土澆搗工藝是否合理與地基承載力是否符合設計要求;鉆孔灌注樁的關鍵不僅在于施工工藝與地基承載力,還在于沉渣量是否符合規(guī)范要求,因此對于人工挖孔樁來說,如樁存在質量問題,不是混凝土有缺陷,就是沒有挖到持力層。而鉆孔灌注樁檢驗不合格,就可能是樁底沉渣量過大,或砼有缺陷,或沒有鉆到持力層,或兼而有之。
二、砼灌注樁基礎缺陷及防治措施
(一)人工挖孔樁:
★樁身砼強度不足
原因:砼遭受孔內水的危害,引起砂漿稀釋,砂石下沉,嚴重破壞砼的強度。
防治措施:
1、對于孔內有地下水,水位低、水量小的樁孔,在澆搗時把砼拌均,水抽干,可以采用串筒迅速澆搗,但是在水位以下部分,必須調整砼配合比,適當減少用水量并增加水泥用量等;
2、對于水位高、出水量大的樁孔,在水位下必須采用水下砼配合比與導管灌注法灌注,在水位之上,為了避免水下導管灌注通病──樁身上部砼強度低,則可采用簡單串筒澆搗,但是水必須抽干,泥漿、浮漿要清除干凈,兩種不同方法施工的交接層,用插搗器穿過反復插搗?!痢凉こ坛霈F(xiàn)4B樁質量事故后,施工單位依照筆者提供的上述防治措施,既確保了質量,又不影響施工進度,經(jīng)動測檢驗,所有樁的砼質量都很好。
(二)鉆孔灌注樁:
★樁底地基承載力不足
原因:樁端沒有支承在持力層上面。
防治措施:這種情況一般出現(xiàn)在復雜地層,這種地層一般最好取芯檢驗,如不能孔孔取芯,要參照鄰近取芯情況、鉆速、泥漿返上的巖屑及鉆進情況(一般鉆進至微風化巖時,鉆頭不蹩鉆,主動鉆桿振動不很厲害,鉆進聲音感覺較好)、工程地質資料進行綜合考慮。
★縮徑(孔徑小于設計孔徑)
原因:塑性土膨脹。
防治措施:成孔時,應加大泵量,加快成孔速度,快速通過,在成孔一段時間,孔壁形成泥皮,孔壁不會滲水,亦不會引起膨脹,如出現(xiàn)縮徑,采用上下反復掃孔的辦法,以擴大孔徑。
★樁底沉渣量過大
原因:檢查不夠認真,清孔不干凈或沒有進行二次清孔。
防治措施:
1、認真檢查,采用正確的測繩與測錘;
2、一次清孔后,不符合要求,要采取措施:如改善泥漿性能,延長清孔時間等進行清孔。在下完鋼筋籠后,再檢查沉渣量,如沉渣量超過規(guī)范要求,應進行二次清孔。二次清孔可利用導管進行,準備一個清孔接頭,一頭可接導管,一頭接膠管,在導管下完后,提離孔底0.4m,
在膠管上接上泥漿泵直接進行泥漿循環(huán)。二次清孔優(yōu)點:及時有效保證樁底干凈。
★鋼筋籠上浮
原因:1、當混凝土灌注至鋼筋籠下,若此時提升導管,導管底端距離鋼筋籠僅有1m左右的距離時,由于澆注的砼自導管流出后沖擊力較大,推動了鋼筋籠上??;
2、由于砼灌注過鋼筋籠且導管埋深較大時,其上層砼因澆注時間較長,已近初凝,表面形成硬殼,砼與鋼筋籠有一定握裹力,如果此時導管底端未及時提到鋼筋底部以上,混凝土在導管流出后將以一定的速度向上頂升,同時也帶動鋼筋籠上移。
防治措施:
1、灌注砼過程中,應隨時掌握砼澆注標高及導管埋深,當砼埋過鋼筋籠底端2~3m時,應及時將導管提至鋼筋籠底端以上;
2、當發(fā)現(xiàn)鋼筋籠開始上浮時,應立即停止?jié)沧?,并準確計算導管埋深和已澆砼標高,提升導管后再進行澆注,上浮現(xiàn)象即可消除。
筆者在參加××樁基工程施工時,其中18號樁鋼筋籠就出現(xiàn)上浮現(xiàn)象,是因為攪拌機操作者與灌注平臺卷揚機的操作工人,在這根樁灌注時臨時換人,兩個主要崗位的工人操作不熟練,所拌的砼和易性差,提管的卷揚機不靈活,出現(xiàn)第一斗剪球時,砼下不去經(jīng)反復活動敲擊導管,砼才下注,又注了好幾斗,就發(fā)現(xiàn)在灌注中鋼筋籠自然上升,將導管上提離孔底合適高度,鋼筋籠才徹底止住上浮。
★斷樁與夾泥層
原因:
1、泥漿過稠,增加了澆注砼的阻力,如泥漿比重大且泥漿中含較大的泥塊,因此,在施工中經(jīng)常發(fā)生導管堵塞、流動不暢等現(xiàn)象,有時甚至灌滿導管還是不行,最后只好提取導管上下振擊,由于導管內儲存大量砼,一旦流出其勢甚猛,在砼流出導管后,即沖破泥漿最薄弱處急速返上,并將泥漿夾裹于樁內,造成夾泥層;
2、灌注砼過程中,因導管漏水或導管提漏而二次下球也是造成夾泥層和斷樁的原因。導管提漏有兩種原因:a.當導管堵塞時,一般采用上下振擊法,使混凝土強行流出,但如此時導管埋深很少,極易提漏。b.因泥漿過稠,如果估算或測砼面難,在測量導管埋深時,對砼澆注高度判斷錯誤,而在卸管時多提,使導管提離砼面,也就產(chǎn)生提漏,引起斷樁;
3、灌注時間過長,而上部砼已接近初凝,形成硬殼,而且隨時間增長,泥漿中殘渣將不斷沉淀,從而加厚了積聚在砼表面的沉淀物,造成砼灌注極為困難,造成堵管與導管拔不上來,引發(fā)斷樁事故;
4、導管埋得太深,拔出時底部已接近初凝,導管拔上后砼不能及時沖填,造成泥漿填入。
防治方法:
1、認真做好清孔,防止孔壁坍塌;
2、盡可能提高混凝土澆注速度:a.開始澆砼時盡量積累大量砼,產(chǎn)生極大的沖擊力可以克服泥漿阻力。B.快速連續(xù)澆注,使砼和泥漿一直保持流動狀態(tài),可防導管堵塞;
3、提升導管要準確可靠,灌注砼過程中隨時測量導管埋深,并嚴格遵守操作規(guī)程;
4、灌注水下砼前檢查導管是否漏水、彎曲等缺陷,發(fā)現(xiàn)問題要及時更換。
三、砼灌注樁質量判定之探討
(一)人孔挖孔樁強風巖承載力的判定
如果端承樁荷載要求較小(小于1000kPa),
而且地層是由強風化逐漸變到中、微風化,這時在樁底就可能遇到殘積強風化物夾硬碎石層,這種情況樁底的承載力就視風化物的結構緊密、軟硬情況、硬碎塊的大小及含量而來判斷地基承載力,即參照碎石土的承載力;但是對于風化成砂土狀者,則參照砂土的承載力。由于工程勘察的局限性,這一層的承載力在報告中往往誤差很大,這是由于該類巖層標準取值的誤差太大,再加上缺乏必要的荷載試驗作對比,又因為工程勘察時,取土的樣不全面。作為質監(jiān)部門,有條件的話要盡量做荷載試驗作對比,對于人工挖孔樁,要下孔全面了解樁底巖石情況,參照有關經(jīng)驗知識來鑒定。例如××挖孔樁基礎按地質勘察報告中所提供的強風化基巖,其承載力只有300kPa,而在開挖后筆者下孔觀察,發(fā)現(xiàn)巖石已風化至巖石結構徹底破壞,但呈堅硬狀態(tài)的風化層中含有50%以上2~6cm硬碎塊巖石,其承載力可達1000KPa以上。
(二)中微風化巖承載力判定。
影響樁底承載力的因素有:結構情況、樁底嵌入巖石深度、巖石單軸抗壓強度。
一般承載力的判定方法是依據(jù)巖樣的單軸抗壓強度乘以回歸系數(shù),換算成巖石單軸飽和抗壓強度標準值。
f=y(tǒng)frk
式中f──巖石地基承載力的設計值(kPa);
y──折減系數(shù);
frk──巖石飽和單軸抗壓強度標準值(kPa)。
上述的式子是規(guī)范中判定地基承載力的公式,該公式只反映所取巖樣水化能力與單軸飽和抗壓強度,在單軸抗壓強度相同的情況下,由于巖石圍巖壓力阻礙了樁底巖石的破壞,因此樁嵌入巖石的長度越長,樁底地基承載力越高;在巖石段,對于人工挖孔樁,樁周摩擦阻力非常大,使得巖石對樁的承載力大增強;當然構造上的問題影響更大。
在樁基基底驗收時,樁承載力的判定:
對于人工挖孔樁
應檢查巖石的構造情況。如果巖石裂隙發(fā)育較少,巖石完整性好,樁承載力可以取高值;反之取低值。同時還應檢查巖層下面有沒有夾層,發(fā)現(xiàn)巖石夾層方法:
1、參考地質勘察報告;
2、用錘擊孔底巖石,如聲脆亮,則沒夾層或夾層下臥很深;
3、在孔底邊巖石層面高位下方,用工具挖小洞探明,如層面高位處下方有軟層,根據(jù)巖石走向,說明有下臥軟夾層。
如發(fā)現(xiàn)巖石下臥軟夾層,施工時應挖除軟夾層。
××挖孔樁工程9C樁,筆者下孔檢驗,樁孔已挖入巖石0.6m,但發(fā)現(xiàn)巖層很薄,且夾有4~
10cm厚薄不一的風化物軟土,
該樁底設計承載力2000kPa,筆者要求再往下挖,再進入0.8m左右,后入孔檢查,發(fā)現(xiàn)風化物夾層已趨尖滅,并考慮到進入巖石1.4m,樁孔巖石段凹凸不平,樁周摩擦力可達400kPa,因此該樁如混凝土沒有太大缺陷,即使下面有軟夾層也屬封閉體,該樁巖石承載力可達2000kPa以上(巖石單軸抗壓強度標準值達8000kPa)。
而該工程的1A樁,可能是處于構造斷裂帶上,該孔已嵌入巖層7.5m,
可巖石的地基承載力按公式計算只達1500kPa,滿足不了設計地基承載力2000KPa的要求,鑒于該孔已挖入巖石7.5m,考慮巖石圍壓作用與樁周摩擦阻力,只要求作適量孔底擴大,仍判定該樁地基承載力符合設計要求。
鉆孔灌注樁基底承載力判定。
巖石構造只能參照工程地質勘察報告,與鉆進情況(如鉆進基巖時,鉆桿不會異常振動,孔底鉆頭研磨巖石聲音均勻,說明巖石層比較完整,反之,巖石裂隙比較發(fā)育)。
要判斷巖石承載力,必須作適量抽芯檢驗,對于沒有取芯的樁孔,依下列幾個方面進行綜合考慮:
1、鄰近孔的取芯情況;
2、泥漿循環(huán)返上來的巖屑;
3、鉆進情況;
4、工程地質勘察報告。
對于嵌入巖石比較深的樁,與人工挖孔樁一樣,同樣可以考慮巖石的圍壓作用,但是對于樁周摩擦阻力,則不可過高計算在內。因為機械成孔大部分靠泥漿護壁,泥漿循環(huán)在孔壁巖石上形成一層堅硬潤滑泥皮,由于在樁體與孔壁之間存在這層潤滑泥皮,使得樁在該段巖石的摩擦阻力大大降低,甚至沒有存在,因此在判定鉆孔樁底地基承載力時應著重考慮取上巖樣本身構造情況、力學性能、物理性能、圍壓作用,不宜考慮樁周摩擦力;雖然機械濕孔作業(yè)的摩擦樁主要告摩擦力承載,但由于其樁長比較大,整體樁不規(guī)則外形,使其具有較大的樁周摩擦力。
(三)樁身混凝土質量判定。
比較準確判斷樁身砼質量的是靜載與抽芯,但是由于靜載、抽芯為損傷性檢驗,且費用高、時間長,所以常常采用動測法判定樁身混凝土的質量,而動測法具有一定的局限性,動測結果不能作為樁基工程竣工的驗收依據(jù),用于普查質量僅供驗收參考。
判斷混凝土質量還要依施工單位素質,掌握施工過程實際情況與施工記錄。主要依據(jù):掌握施工過程情況與施工記錄。
1、審查主要施工人員、施工單位所施工過的工程質量情況。
2、審查施工工藝是否適合于施工的實際情況,采取了什么質量保證措施。如:挖孔樁水位高、水量大、有沒有采用水下砼配合比與水下導管法灌注,如沒有,依出水量大及澆搗方法,就可推斷混凝土嚴重離析等;鉆孔樁鋼筋籠如沒有設置混凝土保護層墊塊,再檢查一下灌完樁鋼筋籠的位置情況,可推定保護層是否嚴重不足;
3、對施工記錄進行審查,要求施工單位認真做好成孔記錄與灌注記錄,認真分析記錄中出現(xiàn)的機械故障及孔內異常情況、事故等,并進行推斷。比如:在成孔記錄中沒有發(fā)現(xiàn)塌孔現(xiàn)象,而樁的充盈系數(shù)又大,說明在澆注的過程中有塌孔現(xiàn)象,必然導致樁底沉渣量過多或樁身砼夾砂、夾泥,樁體形成“大肚子”;如果在施工過程中曾發(fā)生過堵管事故,撥管后進行二次灌注,就會存在斷樁或夾泥層。但缺陷的嚴重程度還要分析其事故具體處理措施而得知。筆者曾在××基礎樁施工時,其中的一個樁孔砼灌了一段,因機械出現(xiàn)故障,導管很難拔上來,最后強行拔上,由于底部泥漿很濃,沖洗孔底孔壁會坍塌,泥漿循環(huán)渣不能徹底清除,該孔再進行二次灌注肯定出現(xiàn)斷樁,因此該樁孔報廢。如用套管護壁就可以把孔底清洗干凈,再二次灌砼;
總之,質量監(jiān)督中樁砼質量的判定,要掌握現(xiàn)場施工實際情況與工藝情況、準確的現(xiàn)場施工記錄,并了解施工單位素質,方可比較準確判定砼質量。
綜上所述,砼樁質量監(jiān)督的關鍵環(huán)節(jié)在于地基承載力的鑒定,審查砼施工工藝是否合理,掌握樁缺陷的防治措施。這樣才能對砼樁質量進行控制,達到質量監(jiān)督的目的。銅箔基板品質術語之詮釋Part-II1.抗撕強度PeelStrength(次重要)
這是CNS的正確譯詞,而且早已行之有年。其典雅貼切足證前輩功力之高??上承┿~箔基板業(yè)者們不明就裡不讀正書,竟自做聰明按日文字面直接說成"剝離強度",不但信雅達欠週,且欲待呈現(xiàn)之原義也盡失,雖不至背道而馳卻也頗乏神似而殊為遺憾。
此詞是指銅箔對基材板的附著力或固著力而言,常以每吋寬度銅箔垂直撕起所需的力量做為表達單位。這當然不僅量測原板材的到貨(As
Received)情形,也還要模擬電路板製程的高溫環(huán)境,熱應力,濕製程化學槽液等的各種折磨,以及耐溶劑的考驗,然後檢視其銅箔附著力是否發(fā)生劣化。之所以如此,實乃因線路愈來愈細密時,其附著力的穩(wěn)定性(Consistency)將益形重要,而並非原板材銅箔附著力平均值很高就算完事。
PC-4101/21就FR-4板材之此號規(guī)格單中,對該類基板之抗撕強度已劃分成三項試驗及允收規(guī)格,即:
A.厚度17um以上之低稜線銅箔(Low
Profile),其測值無論厚板(指0.78mm或31mil以上)或薄板(指0.78mm或31mil以下)均需超過70㎏/m(或3.938磅/吋)之規(guī)格。B.標準稜線抓地力較強之銅箔(即IPC-CF-150之Grade1)又有三種情況(試驗方法均按IPC-TM-650之2.4.8節(jié)之規(guī)定):(B-1):熱應力試驗後(288℃漂錫10秒鐘);薄板者須超過80㎏/m(或4.47磅/吋),厚板者須超過105㎏/m(或5.87磅/吋)。(B-2):於125℃高溫中;薄板與厚板均須超過70㎏/m(約4lb/in)。(B-3):經(jīng)濕製程考驗後;薄板須超過55㎏/m(或3.08lb/in)厚板須超過80㎏/m(或4.47lb/in)。C.其他銅箔者,其抗撕強度之允收規(guī)格則須供需雙方之同意。D.試驗頻度:按IPC-4101表5之規(guī)定,上述B-1項品質出貨時須逐批試驗,B-2項則三個月驗一次,而B-3項也是三個月驗一次。一般業(yè)者經(jīng)常對抗撕強度隨便說說的8磅,係指早期美軍規(guī)範(MIL-P-13949)舊“規(guī)格單4D”中,對厚度1oz之標準銅箔之8lb/in而言,立論十分鬆散不足為訓。2.VolumeResistivity體積電阻率(不重要)
係在量測板材本身的絕緣品質如何,是以“電阻值”為其量化標準。例如在各種DC高電壓下,測試兩通孔間板材的電阻值,即為絕緣品質的一種量測法。由於板材試驗前的情況各異,試驗中周遭環(huán)境也不同,故對本術語與下述之“表面電阻率”在數(shù)據(jù)都會造成很大的變化。
例如軍規(guī)MIL-P-13949要求20mil以上的FR-4厚板材,執(zhí)行本試驗前須在50℃/10﹪RH與25℃/90﹪RH兩種環(huán)境之間,先進行往返10次的變換,然後才在第10次25℃/90﹪RH之後進行本試驗。至於原在20mil以上的FR-4厚板材,則另要求在C-96/35/90(ASTM表示法,即35℃,90﹪RH,放置96小時)之環(huán)境中先行適況處理,且另外還要求在125℃的高溫中,量測FR-4的電阻率讀值。
IPC-4101在其表5中對此項基板品質項目,要求12個月才測一次(由此可見本項並不重要)。每次取6個樣片,須按IPC-TM-650手冊之2.5.17.1測試法進行實做,而及格標準則另按各單獨板材之特定規(guī)格單。至於最常見FR-4之厚板(指0.78mm或30.4mil以上)經(jīng)吸濕後,其讀值仍須在106Megohm-cm以上,高溫中試驗之及格標準亦應在103Megohm-cm以上。
其實此種"體積電阻率"也就是所謂的"比絕緣"(Specific
Insulation)值,係指板材在三度空間各邊長1cm的塊狀絕緣體上,分別自其兩對面所測得電阻值大小之謂也。因目前基材板的技術已非常進步,此種基本絕緣品質想要不及格還不太容易呢,似無必要詳加追究。
3.SurfaceResistivity表面電阻率(不重要)
係量測單一板面上,相鄰10mil兩導體間之表面電阻率。不過當板材的事先適況處理與試驗環(huán)境不同時,其之測值亦有很大的變化。本試驗前各種板材所應執(zhí)行的10次適況前處理,則與前項體積電阻率之做法相同,而125℃的高溫中試驗也按前項實施。
IPC-4101亦將此項目收納在其表5中,測試方法與12個月測試之頻度,也與前項完全相同。早年樹脂的生產(chǎn)技術自然不如目前遠甚,時常擔心樹脂或玻纖布中夾雜有離子性的殘渣,一旦如此將造成板材絕緣品質的劣化,是故早年的老舊規(guī)範中,都加設了上述兩項絕緣品質之"電阻率"規(guī)格。
然而基材板中若要12個月才測一次的品質項目,又能對每天大量出貨的PCB工業(yè)有何幫助?有什麼把關的必要?真是天曉得!想必此等可有可無不關痛癢的陋規(guī),將來遲早會被取消而成為歷史。
4.MoistureAbsorption吸濕率(又名WaterAbsorption)(次重要)
此項品質係訂定於IPC-4101之表5,須每三個月取4個樣板去做試驗。又按IPC-4101/21對FR-4基板的規(guī)定,厚度低於0.78mm(30.5mil)的薄板要求吸濕率不可超過0.80﹪;30.5mil以上的厚板則須低於0.35﹪。
至於測試方法,則應按IPC-TM-650手冊之2.6.2.1方法去進行。其做法是裁取2吋X2吋的樣板,板邊四面都要用400號砂紙小心磨平,再將兩面銅箔蝕刻掉,洗淨後放置在105℃-110℃烤箱中烘烤1小時,取出後於乾燥皿中冷到室溫,再精稱其重量到0.1mg。之後的吸水實驗也很簡單,即將樣板浸在23℃±1℃的蒸餾水中24小時。取出後立即擦乾並立即精秤即可。4.1原理詮釋:
理論上純水是不導電的,若板材吸水後應不致造成絕緣品質的劣化,或出現(xiàn)漏電的缺失。當然若所吸到的是不純的水,自然會影響到板材的絕緣品質。但讀者們卻不可忘記,水分子是一種"極性"頗強的化合物,其"相對容電率"(εr.即老式說法的介質常數(shù)Dk)高達75,故板材吸水後所製作的多層板傳輸線,必然會造成訊號傳播速率(Vp)的降低,原理從Maxwell
Equation:Vp=C/√
εr中可得其詳。(Vp:訊號之傳播速度、C:光速、εr:訊號線周圍介質之相對容電率)
其次是板材所可能吸到水份,當然不可能是純水,何況鑽孔鍍孔以及眾多的溼式流程,怎麼可能會不吸入離子性漏電的物質?是故有了水後“玻纖絲陽極性漏電”之缺失(CAF;ConductiveAnodicFilament)就難免不會發(fā)生了。而且吸了水的板材遇到瞬間高溫焊接或噴鍚時,必然會產(chǎn)生爆板的惡果,這就是對基材板嚴格要求吸水率夠低的三種主要原因。
目前由於樹脂配方技術與膠片含浸工程的長足進步,一般商品板材之吸水率都遠於規(guī)格值的數(shù)十倍以下,換句話說吸水率早已不是問題了,除非規(guī)格值再嚴加降低,或改用壓力鍋試驗(PCT;PressureCookerTest)更嚴酷的做法,才會面臨挑戰(zhàn)。
5.DielectricBreakdown介質崩潰(次重要)
係刻意不斷提高AC測試之電壓至50KV以上,以觀察厚板材中相距1吋之兩插孔電極,其崩潰打穿的起碼電壓值為何。按IPC-4101表5的規(guī)定,此項品質亦係三個月測一次,每次取三個樣片。至於IPC-4101/21對FR-4原板之及格標準,則另訂定下限為40KV。
其試驗法係按IPC-TM-650之2.5.6B法(1986.5)去進行。所取無銅箔之樣板其大小為3吋X2吋(厚度在30.5mil以上),沿其板長方向的中心線上,鑽出相距1吋而直徑各為188mil的穿孔兩個,並分別插入兩錐狀電極(其一為高電壓極,其二為接地極),然後連以電纜一同浸於絕緣油槽中(如ShellDialAx即可)。再按上表以每秒調升500V之方式逐漸升高測試電壓,仔細觀察所發(fā)生之崩潰的情形,且記錄其三個數(shù)據(jù)及求平均值。但若並未出現(xiàn)崩潰時,即以其可調之最高電壓值為紀錄。
6.FlexuralStrength抗撓強度(又稱FlexuralModulus抗撓模數(shù))(不重要)6.1詮釋
聚是指基材板所在承受多少重量之下,而尚不致折斷的機械強度。也就是說做成電路板後,可以承載多少元件而不變形的能力。換言之就是在測板材的硬挺性(Stiffness
or
Rigidity),口語上似可說成“抗彎強度”或“抗彎能力”。板材若在本項之品質良好時,其板彎板翹也就低了。
此“抗撓強度”的試驗方法,可按IPC-TM-650之2.4.4法(1994.12)去做,該法指出本項目是針對厚板而做,而厚板與薄板的分界卻是0.51mm(20mil),與現(xiàn)行分法(1997.12)的0.78mm(31mil)又有所不同。按品質管理的精神,當然是“後來居上”取代前者,故知此種基板硬挺性品質是針對31mil以上的厚板而言。6.2做法
實際做法很簡單,是將板材自底面以“兩桿”支撐,再自頂面的中央以“固定寬度的重頭(Crosshead)”用力向下壓。該壓試機“之支撐跨距(Span)與下壓速度(Speed
of
Testing)等數(shù)據(jù),以及對應試驗板在長寬厚等尺度方面的關係,均按下表之規(guī)定:
上述試驗機之支撐桿上緣與下壓重頭之下緣(Nose),均須呈現(xiàn)圓弧表面,樣板外緣亦須保持平整,不可出現(xiàn)缺口撕口等。試驗要一直用力壓下直到樣板斷裂為止。所得數(shù)據(jù)以“磅”或“公斤”為單位,再按樣板面積換算成“壓力強度”的PSI或Kg/M2,做為允收規(guī)格。IPC-4101/21中即已列入現(xiàn)行的允收規(guī)格長方向之下限為4.23X107kg/m2,橫方向之下限為3.52X107kg/m2。
7.Flexural
Strengthat
Elevalted
Temperature高溫中抗撓強度(次重要)
係為已搭載零件的板子,在高溫焊接中模擬其抗撓強度如何的試驗。實驗可按IPC-TM-650之2.4.4.1規(guī)定去做,是將樣板放在已有夾具的特定烤箱內,去進行壓試。該烤箱須能控溫在3℃以內,不同板材之溫度條件另有表格規(guī)定。所有做法與前項常溫者類同。
此等板材高溫“硬挺性”之品質好壞,對表面貼裝(SMT)各種零件之焊點強度甚具影響力。目前各種小型手執(zhí)電子機器的流行,連薄板也要考慮到本項品質了。不過由於樹脂在Tg方面的提高,與玻纖布的改善(如Asahi-Scwebel專利壓扁分散的玻纖布),使得本項品質也改善極多。
8.ArcResistance耐電弧性(不重要)
是對無銅箔之清潔厚板面上,以高電壓低電流(0.1A以下)的兩個鎢金屬平面之電極測頭,在0.25的跨距下,當開動測試機時即產(chǎn)生空中之電弧,不久即會自動消失於板材中。此時板材即將有電弧之軌跡(Tracksing)出現(xiàn),於是記錄下空中電弧消失前所經(jīng)歷的“秒數(shù)”,即為“耐電弧”
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