無鉛錫膏壁滑效應
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無鉛錫膏壁滑效應
由于錫膏在電子封裝中的需求量很大，因此對于錫膏性質需要有很好的把關，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量和焊接后焊點可靠性。壁滑現象(Wall-slip)對儀器測量錫膏材料流變性的準確性和印刷質量起到很大影響。由于錫膏顆粒和幾何結構存在各種復雜吸引力和排斥力的相互作用，從而會可能導致壁滑問題。Barnes (1995)認為幾何結構由于空間，流體動力學，重力等原因，使得壁和體相流體之間出現低粘度耗盡層并且帶來滑動效應。壁滑通常發生在錫膏樣品和測量部件之間的界面處。
影響錫膏滑動效應的因素主要包括大顆粒充當分散相，低流速和帶靜電荷的顆粒和壁 (Barnes, 1995 )。Barnes認為光滑的幾何結構更容易受到滑動效應影響。因此有研究者認為將錫膏幾何結構粗化后可以有效降低滑移效應。Mallik et al.（2009）采用了三種不同的幾何結構對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可以發現，鋸齒狀測量儀器結構下，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。而光滑結構則出現了粘度不連續性。Mallik et al. 認為該現象是由壁滑效應導致的，而粗化結構則能夠在施加剪切力時使錫膏保持足夠的抓握力。
圖1. 不同幾何結構下的剪切速率vs.粘度
Durairaj et al. (2010)使用了40mm直徑平行板的應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 (錫膏參數如圖2)。通過計算發現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所導致。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現P1比P2的滑移速度更快，形成的印刷點更加優秀，原因是因為P1附著在孔壁上的錫膏量更少。因此，適當的滑移對印刷起到正面作用。
圖2. P1和P2錫膏的參數。
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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