无铅锡膏壁滑效应
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无铅锡膏壁滑效应
由于锡膏在电子封装中的需求量很大，因此对于锡膏性质需要有很好的把关，从而减少焊接后的不良率。在印刷过程中，锡膏的流变性需要特别重视。流变性很大程度决定印刷质量和焊接后焊点可靠性。壁滑现象(Wall-slip)对仪器测量锡膏材料流变性的准确性和印刷质量起到很大影响。由于锡膏颗粒和几何结构存在各种复杂吸引力和排斥力的相互作用，从而会可能导致壁滑问题。Barnes (1995)认为几何结构由于空间，流体动力学，重力等原因，使得壁和体相流体之间出现低粘度耗尽层并且带来滑动效应。壁滑通常发生在锡膏样品和测量部件之间的界面处。
影响锡膏滑动效应的因素主要包括大颗粒充当分散相，低流速和带静电荷的颗粒和壁 (Barnes, 1995 )。Barnes认为光滑的几何结构更容易受到滑动效应影响。因此有研究者认为将锡膏几何结构粗化后可以有效降低滑移效应。Mallik et al.（2009）采用了三种不同的几何结构对Sn96.5Ag3Cu0.5锡膏进行流变性测试，包括光滑平行板 (Smooth parallel plate, PP20), 锯齿状平行板1号(Serrated parallel plate-1, SPP-1)和锯齿状平行板2号 (Serrated parallel plate-2, SPP-2)。从图1可以发现，锯齿状测量仪器结构下，锡膏的粘度随着剪切速率变化先上升后下降，到达临界值后剪切变稀。而光滑结构则出现了粘度不连续性。Mallik et al. 认为该现象是由壁滑效应导致的，而粗化结构则能够在施加剪切力时使锡膏保持足够的抓握力。
图1. 不同几何结构下的剪切速率vs.粘度
Durairaj et al. (2010)使用了40mm直径平行板的应力流变仪和印刷机对两款锡膏分别进行了流变和印刷测试 (锡膏参数如图2)。通过计算发现两种锡膏的真实粘度都远大于模拟测试粘度，很可能使由于壁滑效应所导致。同时，滑移对印刷到焊盘上的锡膏量有着很大的影响。Durairaj et al. 在进行印刷测试后发现P1比P2的滑移速度更快，形成的印刷点更加优秀，原因是因为P1附着在孔壁上的锡膏量更少。因此，适当的滑移对印刷起到正面作用。
图2. P1和P2锡膏的参数。
图3. P1(左)和P2(右)印刷后的孔壁残留物。
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参考文献
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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