锡膏流变特性对印刷效果影响的分析

锡膏流变特性对印刷效果影响的分析
摘要焊锡膏（Solding pasts）简称为锡膏或焊膏，是随着SMT技术的飞速发展特别是回流焊技术的发展而产生的一种新型的焊接材料。

文章从锡膏的流变特性入手，研究其对于印刷效果的影响，以及相应的解决方案。

关键词锡膏；伪塑性流体；SMT；锡膏印刷
1锡膏的流变特性
可以自由改变形态或随意分割的物质，在工程上称为流体。

水是日常中最常见的流体，研究流体受力后的流动行为规律和特征的科学称为流动学。

锡膏作为流体的一种，在表面贴装工艺中，其流变特性对于印刷效果以及后续工艺，都有着至关重要的影响。

而其最主要的影响特性，即是黏度。

牛顿力学对于流体的黏度是这样定义的。

以图1的模型为例，两个相互平行的流体，面积均为“A”，处于不同的平面，间距为“dx”，向相同的方向流动，速度分别为v1和v2，假设要保持不同的流速，受力正比于相对速度或速度梯度dv/dx，即
F=ηdv/dx=ηD （1）
其中：F为单位液层上施加的力，称切应力；D为切变速度或速度梯度，单位为S-1；η就是黏度，其大小和材料本身的特性有关。

式（1）就是著名的牛顿流体流动定律。

从这个定律出发，我们可以这样来理解黏度。

假设有两块板浸于液体B当中，面积均为1m2，两块板子的间距为1m，如果施加1N的恒力，可以使两块板的相对速率为1m/s，那么液体B的黏度就是1Pa·s。

因为存在着速度差，流速较快的层面会受到流速较慢的层面的阻滞，从宏观看，液体产生的流动阻力，就是黏性。

图1
遵循式（1）的流体，成为“牛顿流体”。

即物质的黏度只和温度有关。

不符合式（1）的流体，称为非牛顿流体，以ηa表示它在一定剪切力下的黏度，成为表观粘度。

由于锡膏内的组成成分，存在有大分子的长链结构，它的流动行为要复杂的多，远非牛顿流体流动定律可以表述的，故其属于非牛顿流体。

其特征为黏度随剪切力的施加而变化。

锡膏成分中一般都添加有触变剂，这是一种凝胶体，其内部细长的颗粒依靠弱的化学键连结成网状结构，在震荡、压迫等机械作用下，会发生可逆的溶胶现象。

所以锡膏表现出伪塑性流体的特征。

在受到剪切力的作用时，其黏性会随着外力的增加而迅速下降，下降到一定程度趋于稳定，在剪切力消失后，黏度又会迅速回升。

2锡膏的流变特性对印刷的影响
锡膏伪塑性流体的特性，对于印刷主要起着积极地作用。

在印刷时，由于受到刮刀剪切力的作用，其黏性会下降，在到达钢板开口位置时，黏性下降到一定得程度，使其能顺利的从开口位置沉降到印制电路板的pad上。

在脱模之后，外力作用停止，锡膏的黏性迅速回升，又能保持印刷图形的稳定。

与此同时，锡膏的伪塑性流体特性，也给印刷带来了一些可控性的影响。

2.1黏度与搅拌强度的控制性
锡膏从存储到使用，必经的两个过程是回温和搅拌。

回温是为了防止锡膏结露吸潮，对后续工艺产生影响，而搅拌就是为了调节锡膏的黏度，使其达到合适的黏度以利于印刷。

正确的搅拌强度，对于锡膏黏度的影响是至关重要的。

假设锡膏存储于圆柱形瓶中，其半径为r，搅拌器叶轮的回转角速度为ω，由式（1）可得出黏度的计算式：
η=Fdr/d（ωr）（2）
当叶轮将锡膏充分搅拌后，锡膏各层间的角速度与设定值保持一致，可得到：
η=F/ω（3）
可以看出，锡膏的黏度与其搅拌的速度成反比关系，合适的搅拌强度，可以控制锡膏黏度，从而达到理想的印刷效果。

2.2车间温度的影响
锡膏的伪塑性流体的特性，使其本身的黏度，受温度的影响非常大。

一般来讲，锡膏的黏度随温度的降低而增大，随温度的上升而减小。

有测试数据表明，在温度为20℃，搅拌转速为6rpm时，锡膏黏度为226.5pa·s；当温度上升为30℃时，在转速不变的情况下，黏度下降为210.5pa·s。

所以，为了保证印刷质量，必须严格控制车间的温度。

一般来讲，要求SMT印刷机内温度为25℃。

2.3印刷保持时间的影响
锡膏的流变特性，使其在受到一定剪切力的情况下，黏度降低以利于印刷；静置一段时间后，又可恢复其黏度，从而保证后续的贴装等工序。

但由于锡膏本身的质量差异，合金颗粒可能受到氧化等因素的影响，其流变特性未必如预先预料的一样。

当锡膏的黏度未及时恢复，便很容易产生塌陷缺陷。

这就要求在选择锡膏，尽可能选择朝日、千住等主流品牌，保证锡膏的质量，从而保证印刷和焊接质量。

通过对锡膏流变特性的分析，可以确定锡膏的最佳使用条件，并以此作为判
定印刷工艺参数的理论依据和评判标准。

参考文献
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