焊膏流变特性及喷印性能研究

发布时间：2017-10-15 07:22

  本文关键词：焊膏流变特性及喷印性能研究

  更多相关文章： 无铅焊膏 粘度 触变性 稳定性 喷印性能 合金焊粉 触变剂

【摘要】：表面组装技术(SMT)是电子封装行业的主要工艺。随着电子封装向更高精度、更多样性方向发展,SMT中的焊膏钢网印刷技术难以满足复杂工艺的要求,焊膏喷印技术应运而生。实现焊膏喷印需要设备与材料的配合,即需要在钢网印刷焊膏的基础上对焊膏体系进行性能改进以满足微喷工艺要求。开发喷印焊膏必须掌握焊膏的流变性能,而焊膏是合金焊粉和助剂的均匀混合物,两者皆会影响焊膏的粘度和其它性能。本文以Sn58Bi和Sn3Ag0.5Cu两种粉体制备的无铅焊膏为研究对象,运用材料粘度测试、坍塌性测试、沉降测试等多种分析测试手段,系统研究合金焊粉含量、类型、尺寸分布等固相颗粒特性以及助剂流变特性对焊膏粘度等流变特性的影响,并对其相互作用关系和影响机理进行了一定探讨。对焊膏进行喷印测试,初步确定了可用于喷印的合金焊粉,探索了触变剂对焊膏喷印性能的影响规律,为开发高性能及高可靠性的喷印焊膏提供实验依据和理论基础。研究发现,合金焊粉含量越高,焊膏粘度越大,粘度的可回复性变差。在不同焊粉含量范围内,随着焊粉含量增大焊膏粘度增大的程度不同,这是焊膏体系流体动力学作用力和颗粒间接触力主导作用转变造成的。采用本文的F1助剂配方,焊粉含量为87wt%(42vol%左右)时焊膏流变特性发生转折,焊膏体系内部粘性力主导过渡到摩擦力主导。焊膏喷射实验表明,合金焊粉含量越低,焊膏粘度越小,越易实现喷射,当合金焊粉含量增高导致膏体内以颗粒间接触力为主导时,喷射腔体内的高剪切作用易带来流动拥堵,焊膏无法实现喷射。通过Sn3Ag0.5Cu和Sn58Bi焊膏的粘度对比,发现在同样焊粉尺寸和体积分数条件下,同一助剂的两种焊膏粘度接近,证明了颗粒和助剂的流体动力学作用力为主导时,膏体的流体性质与颗粒表面无关。但Sn3Ag0.5Cu焊膏由于合金硬度软,在高速冲击下易挤压变形造成喷嘴堵塞,可通过改进阀体结构实现喷射。对于焊粉颗粒尺寸分布较窄的体系,焊粉尺寸越小,焊膏的粘度越大。随着焊粉含量的降低,尺寸效应减弱,焊膏粘度随其含量增加而增大的趋势减弱。对于焊粉颗粒尺寸分布较宽的体系,大小颗粒的配合可以大幅降低焊膏粘度,但对焊膏触变性能影响不大。采用直径为0.15mm的喷嘴,焊粉颗粒直径在25μm以下的焊膏可实现喷射,颗粒尺寸减小有力于焊膏喷印。对于焊粉颗粒尺寸分布较宽的体系,焊膏溅射问题严重。焊粉颗粒的沉降过程的发生与否主要与助剂体系粘性有关。通过计算,对于本文F1助剂体系,焊粉含量在85wt%(约38vol%)以上时沉降速率低于1.59μm/min,可忽略。通过48h沉降试验,其结果与计算相符,未发现颗粒在体系内有明显沉降。焊膏的抗冷热坍塌性能与焊膏粘度相关。对于F1助剂体系,焊粉含量在87wt%(约42vol%)及以上的焊膏具有较好的保形能力,可基本满足贴片和回流的工艺要求。助剂体系对焊膏流变性能和喷印性能影响很大。助剂粘度越高,焊膏粘度越大,助剂触变性能越好,焊膏触变性能也越好。触变系数更高的焊膏中,助剂能将焊粉颗粒牢牢包裹,保证了焊粉的分散性,阻碍焊粉的沉降,保证焊膏的稳定性。通过将不同助剂配方的焊膏进行对比,发现触变性影响喷印焊膏喷射成型的形态,触变性低的焊膏易出现"拉尖现象"。尝试采用乙二撑双硬脂酸酰胺和氢化蓖麻油改进焊膏的触变性,发现添加5%氢化蓖麻油的能明显提高焊膏触变性,实现了高粘度(160Pa.s)的焊膏喷印,并保证了喷印后焊膏的抗坍塌性,但加入乙二撑双硬脂酸酰胺却降低焊膏粘度和触变性。
【关键词】：无铅焊膏 粘度 触变性 稳定性 喷印性能 合金焊粉 触变剂
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG42
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 SMT概述11-12
• 1.2 焊膏涂覆技术的发展12-17
• 1.2.1 焊膏钢网印刷技术12-15
• 1.2.2 全自动焊膏喷印技术15-16
• 1.2.3 两种焊锡膏涂覆技术的比较16-17
• 1.3 焊膏17-23
• 1.3.1 焊膏的基本介绍17-20
• 1.3.2 焊膏的特性及研究现状20-23
• 1.4 焊膏喷印技术现状23-26
• 1.4.1 喷印问题23-26
• 1.4.2 回流焊后问题26
• 1.5 本课题的目标及主要内容26-28
• 1.5.1 研究目标26-27
• 1.5.2 研究内容27-28
• 第二章 实验过程及研究方法28-38
• 2.1 工艺路线28
• 2.2 焊膏制备28-34
• 2.2.1 焊膏成分设计28-29
• 2.2.2 原材料准备29-32
• 2.2.3 助剂配制32-33
• 2.2.4 焊膏制备33-34
• 2.3 材料性能测试34
• 2.3.1 粒度分析34
• 2.3.2 电子显微扫描实验34
• 2.3.3 密度测试34
• 2.3.4 显微硬度测试34
• 2.4 焊膏流变特性测试34-37
• 2.4.1 粘度测试34-36
• 2.4.2 坍塌性测试36-37
• 2.4.3 沉降测试37
• 2.5 焊膏喷印实验37-38
• 第三章 合金焊粉对焊膏的流变特性影响38-70
• 3.1 合金焊粉含量对焊膏流变特性影响38-54
• 3.1.1 合金焊粉含量对焊膏流变特性影响38-46
• 3.1.2 合金焊粉含量对焊膏稳定性影响46-54
• 3.2 合金类型对焊膏流变性能影响54-58
• 3.2.1 合金类型对焊膏流变特性影响54-57
• 3.2.2 合金类型对焊膏稳定性能影响57-58
• 3.3 焊粉尺寸及其分布对焊膏流变性能影响58-69
• 3.3.1 焊粉尺寸对焊膏流变特性影响58-63
• 3.3.2 焊粉尺寸分布对焊膏流变特性影响63-66
• 3.3.3 焊粉尺寸及其分布对焊膏稳定性影响66-69
• 3.4 本章小结69-70
• 第四章 焊膏喷印性能研究70-91
• 4.1 合金焊粉对焊膏喷印性能影响70-80
• 4.1.1 不同焊粉含量的焊膏喷印70-74
• 4.1.2 不同合金类型的焊膏喷印74-76
• 4.1.3 不同焊粉尺寸及分布的焊膏喷印76-78
• 4.1.4 合金焊粉形状对焊膏喷印性能影响78-79
• 4.1.5 改变撞针结构后焊膏的喷印实验79-80
• 4.2 助剂对焊膏流变特性及喷印性能影响80-89
• 4.2.1 助剂配方的选择80-81
• 4.2.2 不同助剂体系的比较81-85
• 4.2.3 触变剂对焊膏性能的影响85-89
• 4.3 喷印焊膏问题提出89
• 4.4 本章小结89-91
• 第五章 主要结论91-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-97
• 攻读硕士期间发表的论文和申请的国家发明专利97

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本文编号：1035825