|
一．实验目的
通过对影响锡膏粘度的因素进行测试和定性分析，确定锡膏的最佳使用条件，并以此作为我们制定印刷工艺参数的理论依据和评判标准。
二．实验原理
1.锡膏粘度的定义
粘度指的是流体或半流体流动的难易程度。锡膏的粘度可定性地定义为它的流动阻力，它是锡膏最重要的性能之一。也是我们在设定工艺参数时的重要依据。粘度低，锡膏流动性好利于渗锡但成型不好，易引起桥连；粘度高，则锡膏流动时的阻力大，能维持良好的锡膏形状，但容易堵塞网孔而引起少锡不良。因此，需确保锡膏的粘度在合适的的范围内。
粘度的定义可参照以下图示：
在两个平行平板间充满流体，平板A以速度V移动而B不动，由于流体与平板间的吸附作用将使贴近板A的一层以速度v=V随板移动；而贴近板B的一层则静止不动（v=0）。于是形成流体各层间的相对滑移，在各层的界面上就存在有相应的切应力。此切应力与速度的关系可用数学形式表示如下：
τ=ηdv / dy………………………………(1)
上式中：τ—流体单位面积上的剪切阻力，即切应力；dv/dy —流体沿垂直运动方向（图中Y方向）的速度梯度； η—比例常数，即流体的粘度。
2．锡膏粘度与温度的关系
log u =A/T+B……………………………………(2)
式中： u—粘度系数； A,B—常数 ； T—绝对温度。
通过上式可以看出，温度越高，锡膏粘度越小。为保持一定的粘度，一般使用锡膏的环境温度设定在25℃左右。而我们用锡膏粘度计测试粘度时的温度设置也为25℃，以确保测试值与实际值尽量相符。
3．锡膏粘度与搅拌速度的关系
通过式（1）及粘度测试时的锡膏状态（下图）我们可推导出粘度的计算公式：η=τdr/ d(wr)
上式中：r —锡膏瓶的半径（常量）；w —粘度计设定的 回转角速度。
当粘度计的叶轮将锡膏搅拌充分后，锡膏各层间的角速度将与设定值保持一致，此时读到的值即为我们所要得到的粘度值。因此，可进一步得到：
η=τdr/ dwdr 即η=τ/ w……………………….（3）
从上式可以看出,粘度与搅拌速度成反比.通常我们在测试粘度时将搅拌速度设定为10rpm.
事实上，锡膏在钢网上印刷时,在刮刀的作用下滚动的状态与测试粘度时的状态相似 (参考上图)。为此，我们可以对印刷状态下锡膏的粘度作如下的定性分析：
①刮刀的直线运动转化为锡膏（圆柱状）的匀速滚动，我们可以将刮刀速度v1沿平行和垂直刮刀的方向分解为v2和v3。其中v2与锡膏滚动时边缘的线速度相等。它与锡膏的角速度w1关系为：
v2= v1×cos a = w1×D/2 ………………………………..(4)
上式中：v1 —刮刀运动速度；a —刮刀角度（我们采用60°刮刀）；D —锡膏直径（通常为10~15MM）。
②通过式（4）和式（3）可以得出印刷状态下锡膏的粘度计算公式：
η=τD / 2v1 cos a………………………………..(5)
从上式可以看出，我们可以通过设定适当的工艺参数（如刮刀速度，角度，锡膏直径等），来获得适宜的粘度，从而保证印刷质量。
三．实验仪器
粘度测试仪 (PCU-203) , 锡膏搅拌机
四．实验方法及步骤
1. 将搅拌充分的锡膏在不同的设定条件下（温度，回转速度）测试其粘度值；
2. 绘制不同温度下的“回转速度——粘度曲线”；
3. 对曲线作定性分析并作出实验结论。
五．实验结果及结论
我们取朝日（Asahi BI335TE Pb）和千住（Senju M31-221BM5-42-11 Pb-free）两款锡膏进行粘度测试，结果记录如下表：
Asahi BI335TE Pb粘度测试记录 （单位：Pas）粘度规格：230±40 Pas
|
速度（rpm）
温度（℃） |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
|
20 |
265.7 |
260.3 |
254.8 |
250.1 |
244.8 |
|
22.5 |
261.1 |
255.4 |
250.3 |
244.3 |
239.6 |
|
25 |
254.5 |
248.7 |
239.5 |
235.2 |
230.5 |
|
27.5 |
248.8 |
243.5 |
225.8 |
220.3 |
215.5 |
|
30 |
240.5 |
230.7 |
220.6 |
210.8 |
200.4 |
Senju M31-221BM5-42-11 Pb-free粘度测试记录（单位：Pas） 粘度规格：200±30 Pas
|
速度（rpm）
温度（℃） |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
|
20 |
226.5 |
218.6 |
213.5 |
208.2 |
203.5 |
|
22.5 |
223.4 |
215.1 |
206.4 |
202.3 |
198.6 |
|
25 |
218.6 |
208.4 |
200.1 |
197.6 |
194.5 |
|
27.5 |
214.3 |
204.2 |
197.2 |
193.5 |
190.0 |
|
30 |
210.5 |
198.6 |
192.5 |
186.8 |
181.2 |
通过以上我们测试的结果以及根据这一结果绘制的特性曲线的分析，进一步论证了我们先前对锡膏粘度所作的理论推导。在此基础上我们可以得出如下结论：
1.锡膏的粘度随温度的的降低而增大，反之，随温度的升高而减小。为获得较为适宜的粘度，需对锡膏使用环境的温度进行控制。一般控制在25±2.5℃ 的范围内。（SMT车间的温度能满足此要求）；
2.锡膏的粘度与其运动的角速度成反比；
3.锡膏的粘度与其印刷状态的优劣息息相关. 我们可以通过适当调整印刷参数(如刮刀速度,刮刀角度等)来调节锡膏的粘度值, 以保证印刷质量. 具体需遵循的原则如下:
㈠ 锡膏在钢网上印刷时的截面直径越大,粘度越大;反之,直径越小粘度越小.但考虑到锡膏暴露在空气中时间过长会使其品质劣化, 通常我们都采用10~15mm锡膏滚动直径;
㈡ 刮刀角度也可以影响到锡膏的粘度. 角度越大,粘度越大;反之,角度越小,粘度越小. 通常我们采用45°或60°两种型号的刮刀;
㈢ 印刷速度越大,粘度越小; 反之,印刷速度越小,粘度越大. 钢网上的锡膏在印刷一段时间后由于吸收了空气中的水气或助焊剂的挥发而造成锡膏粘度变化而影响印刷效果. 除了可以通过适时添加新锡膏改善外,还可以通过适当调整刮刀速度来改善锡膏的粘度,从而改善锡膏的印刷状态. |
