無鉛錫膏壁滑效應(yīng)
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無鉛錫膏壁滑效應(yīng)
由于錫膏在電子封裝中的需求量很大，因此對于錫膏性質(zhì)需要有很好的把關(guān)，從而減少焊接后的不良率。在印刷過程中，錫膏的流變性需要特別重視。流變性很大程度決定印刷質(zhì)量和焊接后焊點可靠性。壁滑現(xiàn)象(Wall-slip)對儀器測量錫膏材料流變性的準確性和印刷質(zhì)量起到很大影響。由于錫膏顆粒和幾何結(jié)構(gòu)存在各種復(fù)雜吸引力和排斥力的相互作用，從而會可能導(dǎo)致壁滑問題。Barnes (1995)認為幾何結(jié)構(gòu)由于空間，流體動力學(xué)，重力等原因，使得壁和體相流體之間出現(xiàn)低粘度耗盡層并且?guī)砘瑒有?yīng)。壁滑通常發(fā)生在錫膏樣品和測量部件之間的界面處。
影響錫膏滑動效應(yīng)的因素主要包括大顆粒充當(dāng)分散相，低流速和帶靜電荷的顆粒和壁 (Barnes, 1995 )。Barnes認為光滑的幾何結(jié)構(gòu)更容易受到滑動效應(yīng)影響。因此有研究者認為將錫膏幾何結(jié)構(gòu)粗化后可以有效降低滑移效應(yīng)。Mallik et al.（2009）采用了三種不同的幾何結(jié)構(gòu)對Sn96.5Ag3Cu0.5錫膏進行流變性測試，包括光滑平行板 (Smooth parallel plate, PP20), 鋸齒狀平行板1號(Serrated parallel plate-1, SPP-1)和鋸齒狀平行板2號 (Serrated parallel plate-2, SPP-2)。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，鋸齒狀測量儀器結(jié)構(gòu)下，錫膏的粘度隨著剪切速率變化先上升后下降，到達臨界值后剪切變稀。而光滑結(jié)構(gòu)則出現(xiàn)了粘度不連續(xù)性。Mallik et al. 認為該現(xiàn)象是由壁滑效應(yīng)導(dǎo)致的，而粗化結(jié)構(gòu)則能夠在施加剪切力時使錫膏保持足夠的抓握力。
圖1. 不同幾何結(jié)構(gòu)下的剪切速率vs.粘度
Durairaj et al. (2010)使用了40mm直徑平行板的應(yīng)力流變儀和印刷機對兩款錫膏分別進行了流變和印刷測試 (錫膏參數(shù)如圖2)。通過計算發(fā)現(xiàn)兩種錫膏的真實粘度都遠大于模擬測試粘度，很可能使由于壁滑效應(yīng)所導(dǎo)致。同時，滑移對印刷到焊盤上的錫膏量有著很大的影響。Durairaj et al. 在進行印刷測試后發(fā)現(xiàn)P1比P2的滑移速度更快，形成的印刷點更加優(yōu)秀，原因是因為P1附著在孔壁上的錫膏量更少。因此，適當(dāng)?shù)幕茖τ∷⑵鸬秸孀饔谩?/span>
圖2. P1和P2錫膏的參數(shù)。
圖3. P1(左)和P2(右)印刷后的孔壁殘留物。
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參考文獻
Barnes, H.A. (1995), “A review of the slip (wall depletion) of polymer solutions, emulsions and particle suspensions in viscometers: its cause, character, and cure”, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, vol.56(3), pp.221-251.
Durairaj, R., Man, L.W., Ekere, N.N., & Mallik, S. (2010), “The effect of wall-slip formation on the rheological behaviour of lead-free solder pastes”, Materials & Design, vol.31(3), pp.1056-1062
Mallik, S., Ekere, N.N., Durairaj, R., Marks, A.E., & Seman, A. (2009), “Wall-slip effects in SnAgCu solder pastes used in electronics assembly applications”, Materials & Design, vol.30(10), pp.4502-4506.
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