引言

在现代电子制造领域，随着电子产品不断向小型化、高性能化发展，表面贴装技术（SMT）成为电子组装的主流工艺。锡膏作为SMT工艺中不可或缺的焊接材料，其性能对焊接质量起着关键作用，进而直接影响电子产品的性能、可靠性与使用寿命。

锡膏通常由超细球形焊锡合金粉末与助焊剂及其它添加物混合而成，在常温下呈膏状，具有一定粘性。在SMT焊接过程中，锡膏首先被印刷到印刷电路板（PCB）的焊盘上，接着电子元件被贴装到涂有锡膏的焊盘位置，随后经过回流焊接，锡膏中的焊锡合金粉末熔化，在助焊剂的作用下实现电子元件与PCB焊盘之间的冶金连接。这一过程看似简单，却涉及复杂的物理和化学变化，其中锡膏的流变特性在各个环节都有着重要影响。

一、锡膏流变特性详解

（一）锡膏的基本组成

锡膏作为SMT工艺中关键的焊接材料，主要由焊料合金粉末与助焊剂按特定比例均匀混合而成。其中，焊料合金粉末是锡膏的主体成分，通常占总质量的85%-90%。这些粉末的主要作用是在回流焊接过程中熔化，实现电子元件与PCB焊盘之间的电气和机械连接。常用的焊料合金粉末有锡铅（Sn-Pb）、锡银铜（Sn-Ag-Cu）等体系。例如，传统的Sn63Pb37合金粉末具有良好的焊接性能和较低的熔点，广泛应用于早期的电子制造中；而随着环保要求的提高，Sn96.5Ag3.0Cu0.5等无铅焊料合金粉末逐渐成为主流。焊料合金粉末的形状、粒度和表面氧化程度对锡膏性能有着显著影响。

（二）流变特性的定义与原理

流变学是研究物质在受力作用下发生流动和变形的科学。对于锡膏而言，其流变特性主要表现为粘度在不同剪切力条件下的变化。粘度是衡量流体抵抗流动能力的物理量，对于锡膏这种非牛顿流体，其粘度并非恒定值，而是与剪切速率密切相关。在低剪切率（慢或者不流动）的环境下，锡膏呈现出较高的粘度，表现为粘稠状态。这是因为此时锡膏中的焊料合金粉末和助焊剂之间的相互作用较强，分子间的内摩擦力较大，阻碍了锡膏的流动。例如，在锡膏储存或静止放置时，它能保持一定的形状，不会轻易流动。随着流动性的增加和剪切率的增大，锡膏的粘度会逐渐变稀。当受到刮刀在钢网上的刮动等外力作用时，锡膏受到较大的剪切力，内部的分子结构发生改变，焊料合金粉末和助焊剂之间的相对运动变得容易，分子间的内摩擦力减小，从而使锡膏的粘度降低，流动性增强，便于通过钢网开孔印刷到PCB焊盘上。

二、焊接质量衡量指标

（一）常见的焊接质量评定标准

焊接质量评定标准在确保焊接质量、保障产品安全与可靠性方面起着关键作用。国际上，国际标准化组织（ISO）制定了一系列全面且权威的焊接工艺评定标准。例如，ISO 15607：2019《金属材料焊接工艺规程和评定——一般原则》，该标准对焊接工艺的基本要求、评定方法以及通用原则进行了详细规定，为全球范围内的焊接工艺评定提供了统一的框架。

在国内，我国也建立了完善的焊接工艺评定标准体系。GB/T 19869.1-2005《钢、镍及镍合金的焊接工艺评定试验》和GB/T 19869.2-2012《铝及铝合金的焊接工艺评定试验》分别针对钢、镍及镍合金以及铝及铝合金的焊接工艺评定试验的方法、试样制备、试验结果评定等方面做出了明确规定。NB/T 47014-2011《承压设备焊接工艺评定》则是承压设备行业的重要标准，对承压设备焊接工艺评定的规则、试验方法、合格指标等进行了详细阐述，确保了承压设备焊接质量的可靠性和安全性。这些标准从不同角度和行业领域，对焊接工艺的各个环节进行规范和指导，为焊接质量的评定提供了科学、准确的依据。

（二）具体衡量指标介绍

焊接接头抗拉强度作为关键的力学指标，其测定依赖拉伸试验。该试验模拟焊点实际服役时可能承受的拉伸载荷工况，通过施加逐渐增大的拉力，直至焊点断裂，获取其所能承受的最大拉力值，即抗拉强度。这一数值直观反映了焊点在拉力作用下的稳固程度，数值越高，焊点抵抗断裂的能力越强，在实际应用中越能保障焊接结构的安全性。而弯曲试验，聚焦于评估焊接接头的韧性与延展性。操作时，将焊接件按照规定角度进行弯曲，在这一过程中，密切观察焊接部位是否出现裂纹、分层等缺陷。若能顺利完成弯曲且无明显缺陷，表明焊接接头具备良好的抵抗弯曲变形能力，在承受动态或复杂应力时，更不易发生脆性断裂。无损检测技术在焊接质量评估中占据不可或缺的地位。X射线检测利用不同材料对X射线吸收程度的差异，当X射线穿透焊接部位，会在底片上形成对应不同灰度的影像。如此一来，内部诸如气孔、夹渣这类缺陷便清晰呈现，为及时发现并处理潜在问题提供有力支持。

三、锡膏流变特性对焊接质量的影响

（一）对焊接过程的影响

在SMT工艺中，锡膏印刷是至关重要的起始环节，而锡膏的流变特性对印刷质量起着决定性作用。当锡膏在刮刀的作用下在钢网上流动时，其流变特性决定了锡膏能否顺利地填充钢网开孔。若锡膏粘度过高，流动性差，在刮刀刮动过程中，难以克服内部阻力填充钢网开孔，导致锡膏在钢网开孔内填充不充分，印刷到PCB焊盘上的锡膏量不足，形成少锡缺陷。

（二）对焊接缺陷的影响

锡膏流变特性不佳是导致多种焊接缺陷的重要原因。锡珠飞溅是常见的焊接缺陷之一，当锡膏的触变性不良时，在印刷和贴片过程中，锡膏的粘度不能及时恢复，容易受到外力作用而发生位移。在回流焊接过程中，由于温度升高，锡膏中的助焊剂挥发产生气体，若锡膏的粘度过低，无法有效约束这些气体，气体逸出时就可能带动焊料颗粒形成锡珠飞溅。锡膏的触变性不佳还可能导致在印刷后，锡膏在焊盘上的形状不稳定，容易发生塌陷，使相邻焊盘之间的锡膏相连，在回流焊接时形成桥连缺陷。桥连会导致电气短路，使电子产品无法正常工作。

四、结论

锡膏流变特性在SMT工艺中对焊接质量有着多方面、深层次的影响。从焊接过程来看，锡膏流变特性直接决定了印刷环节的准确性和回流焊接时焊点的成型质量。在印刷过程中，合适的粘度和触变性确保了锡膏能够均匀、准确地填充钢网开孔并印刷到PCB焊盘上，为后续焊接奠定良好基础；在回流焊接阶段，良好的流变性使焊料均匀铺展，有助于形成高质量的焊点。在焊接缺陷方面，锡膏流变特性不佳是导致锡珠飞溅、桥连、空洞、润湿性不良等多种焊接缺陷的重要原因。这些缺陷不仅降低了焊接质量，还可能导致电子产品出现电气故障，影响其正常使用。而在焊接可靠性上，锡膏流变特性通过影响焊点强度、韧性和抗腐蚀性，对电子产品的质量和使用寿命起着关键作用。合适的流变特性有助于形成高强度、高韧性且抗腐蚀性良好的焊点，提高产品在不同工作环境下的可靠性。

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项目名称：广东省科学院青年人才专项-创新青年项目，编号：2023GDASQNRC-0320