1.粘度基本概念

 

1.1 什麽是粘度/流變

    粘度 是用來(lái)定義流體(tǐ)内部（流動）阻力大(dà)小的一個專業術(shù)語，由分(fēn)子吸引力引起的流體(tǐ)内部摩擦，使其阻擋流動傾向。^[1]

    将流動着的液體(tǐ)看(kàn)作(zuò)許多相(xiàng)互平行移動的液層, 各層速度不同,形成速度梯度(dv/dx),由于速度梯度的存在,流動較慢(màn)的液層阻滞較快(kuài)液層的流動,因此.液體(tǐ)産生(shēng)運動阻力.

爲使液層維持一定的速度梯度運動,必須對液層施加一個與阻力相(xiàng)反的反向力.　液體(tǐ)在流動時，在其分(fēn)子間産生(shēng)内摩擦力；當施加一個（剪切）外力與流體(tǐ)上，就(jiù)可(kě)以觀測到這個阻力大(dà)小；阻力越大(dà)，需要越大(dà)的剪切外力去(qù)驅使流體(tǐ)流動；這個剪切力可(kě)以用來(lái)定義粘度。

    直觀表現就(jiù)是礦泉水比番茄醬容易倒出。

粘度示意圖

粘度形成公式

粘度公式簡化：

  單位：cP、Pa.S

            1 cP = 1 mPa·s  

           1 P = 100 cP 1 Pa·s = 1,000 mPa·s

1.2 流體(tǐ)分(fēn)類：

    不同的剪切外力作(zuò)用下，按受到阻力變化狀況（粘度）将流體(tǐ)可(kě)以分(fēn)爲：

   1. 牛頓流體(tǐ)：粘度與剪切速率和時間無關，典型的是氣體(tǐ)，水

   2. 非牛頓流體(tǐ)：粘度與剪切速率&壓力相(xiàng)關，不同條件(jiàn)下，粘度會變化，比如(rú)導電膠，石油樹(shù)脂等

        - 在特殊參數條件(jiàn)下測得(de)的粘度稱之爲"表觀粘度",比如(rú)膠粘劑常用的5rpm,25C.

        - 半導體(tǐ)封裝膠黏劑是典型的非牛頓型流體(tǐ)，具有剪切變稀的行爲

流體(tǐ)種類

 

2.粘度的測試方法：

    原理(lǐ)：通過轉子轉動流體(tǐ)，粘度儀的轉子施加的扭矩與被測樣品的分(fēn)子内部摩擦力(即粘度)正相(xiàng)關，通過檢測轉子受力換算出樣品粘度^[2]

粘度測試示意圖

 膠黏劑市場主流的測試設備是倆種 Brookfield 的粘度儀器和TA的流變儀，前者是市場應用廣泛(70%左右），價格實惠；後者準确性和再現性出色，但(dàn)價格是前者的幾倍。

    半導體(tǐ)封裝日(rì)趨精密，對封裝輔料的膠粘劑要求也會逐步加強，個人(rén)認爲，流變儀會成爲未來(lái)膠粘劑流體(tǐ)特性表征的主流設備。

-2.1)Brookfield 粘度儀

        Broofield 粘度儀市場占有量大(dà)，精度在±1.0%的全量程範圍内， 重現性在±0.2% ， 工(gōng)作(zuò)溫度範圍從(cóng)5°C到80°C，基本可(kě)以滿足市場測試需求

Brookfield 的根據測試設備型号不同，轉子不同形成了一系列覆蓋各個粘度範圍的配套成熟産品：

半導體(tǐ)封裝膠水行業主要使用的是博勒飛DV2T粘度計(jì)，有如(rú)下4個機(jī)型：

     1）LVDV2T（低粘度）  

     2）RVDV2T（中等粘度）

     3）HADV2T（高粘度）   常見(jiàn)用于膠粘劑行業      

     4）HBDV2T（高粘度）

通常配備的轉子是CP51或52，以下是不同機(jī)型不同轉子的測試範圍

在使用過程中，有以下幾個值得(de)注意的地方：

1）不同的轉速粘度測試範圍不同：

    - 測試樣品粘度至少在該轉速下最大(dà)扭矩的10%，最好大(dà)于25%，越高越精确

    - 低粘度  大(dà)轉子高轉速； 高粘度  小轉子  低轉速

2）粘度儀的誤差爲最大(dà)量程的1%，量程選擇不當，誤差較大(dà)

3）托杯調制(進/退一格)，會影(yǐng)響粘度測試的準确性

   - 進一格轉子與托杯間隙變小同樣膠量會溢出，包裹轉子四周接觸面增大(dà)，扭矩變大(dà)，粘度偏高

   - 退一格  轉子與托杯間隙變大(dà)同樣膠量不足以完全填充，接觸面積變小，扭矩變小，測試粘度偏低

 

-2.2)TA流變儀：

流變儀測試粘度數據更爲精确，重複性比較好，操作(zuò)比brookfield相(xiàng)對簡單

 同時TA的測試功能輔助件(jiàn)種類多元，能夠測試除粘度以外的更多性能，比如(rú)測試膠水在升溫或者UV固化過程中的體(tǐ)積膨脹收縮表現

3. 粘度與膠水性能：

3.1 觸變指數TI:

    觸變TI是衡量膠黏劑點膠性能的重要參數，這是一個造出來(lái)的，約定成俗的規定:

     半導體(tǐ)封裝膠水通常觸變指數

     TI= 0.5RPM粘度/5.0RPM粘度

        - 0.5rpm粘度，靜(jìng)态粘度，是液體(tǐ)開始流動的粘度，越大(dà)越不容易滴膠 靜(jìng)如(rú)處子

        - 5.0rpm粘度，動态粘度，液體(tǐ)流動起來(lái)的粘度，越小越容易點膠操作(zuò) 動如(rú)脫兔

        - 一些場合下，也會規定10rpm粘度/1.0rpm爲觸變指數

  在點膠的時候，理(lǐ)論上希望靜(jìng)态粘度比較大(dà)，動态粘度相(xiàng)對小，即高觸變，但(dàn)也不是越高越好，根據客戶實際應用，找到一個對應的區間

- 通常對于導電膠觸變大(dà)于3.5，絕緣膠會小一些,大(dà)于2，也有特殊的應用場景，大(dà)于等于1.0即可(kě)

3.2 工(gōng)作(zuò)時間：

測試膠水室溫一定時間内粘度增長的幅度，确定膠水的工(gōng)作(zuò)時間，保存周期

3.3 施膠性能：

因爲封裝膠水的應用場景比較多，從(cóng)芯片粘接到攝像頭結構，對膠水粘度的要求也各不相(xiàng)同

- 流平性 流動性 灌封性 定高性

 

4. 粘度的影(yǐng)響因素

4.1 分(fēn)子間作(zuò)用力

影(yǐng)響液體(tǐ)粘度的核心因素，在于液體(tǐ)分(fēn)子間的作(zuò)用力（inter-molecular forces）。液體(tǐ)要流動，那麽液體(tǐ)分(fēn)子就(jiù)需要“經過”另一個分(fēn)子。如(rú)果分(fēn)子間作(zuò)用力強大(dà)，分(fēn)子“經過”另一個分(fēn)子就(jiù)會被阻礙。因此，液體(tǐ)的分(fēn)子間吸引力越小，它的粘度就(jiù)越低，反之則越大(dà)。

常溫下成液态的正烷烴比水的粘度低，因爲正烷烴分(fēn)子間作(zuò)用力是範德華力，水分(fēn)子之間則是氫鍵。範德華力遠(yuǎn)小于氫鍵，因此液态正烷烴粘度小于水。而糖漿粘度比水大(dà)許多，因爲糖漿中的糖類分(fēn)子含有大(dà)量羟基(-OH ),以氫鍵的方式與水分(fēn)子互相(xiàng)吸引。

4.2 溫度

随着液體(tǐ)溫度上升，通常其粘度也會随之降低。比較典型的例子就(jiù)是冬天的糖漿更加難倒出來(lái)。這是因爲溫度上升會使分(fēn)子運動更快(kuài)，産生(shēng)更大(dà)的分(fēn)子動能（Kinetic Energy,KE=kT 分(fēn)子動能與溫度直接相(xiàng)關）液體(tǐ)的分(fēn)子動能增加會削弱分(fēn)子間吸引力，同時當溫度升高，使得(de)液體(tǐ)分(fēn)子間間距增大(dà)，進而使得(de)分(fēn)子間吸引力減小，于是内摩擦力減小，結果就(jiù)導緻了液體(tǐ)的粘度降低。^[3]

膠黏劑主要由填料與樹(shù)脂基體(tǐ)，添加劑組成，這三者是影(yǐng)響膠黏劑粘度主要因素，可(kě)以通過增減填料/稀釋劑/觸變劑比例，改變産品粘度

-樹(shù)脂基體(tǐ)：主要是不同化學結構的高分(fēn)子聚合物，這些聚合物的分(fēn)子量大(dà)小，分(fēn)子量分(fēn)布以及聚合物空間結構（支鏈等），都(dōu)會對粘度産生(shēng)重要的影(yǐng)響

 

5. 其他(tā)補充-冰凍後粘度變化（個人(rén)經驗假設,驗證中）

   封裝膠水通常是低溫保存，在冰凍前後，膠水粘度會有小幅度變化，部分(fēn)特殊膠水的粘度會有較大(dà)差異：

-a) 凍後粘度上升：

一般發生(shēng)在導電銀膠中，膠水在剛剛制造完成時，樹(shù)脂基體(tǐ)與金屬填料表面的潤濕程度，或者是二者之間的分(fēn)子間作(zuò)用力尚未充分(fēn)形成，在低溫保存的過程中，分(fēn)子間作(zuò)用力逐步完成，導緻解凍後粘度上升，通常靜(jìng)态、動态粘度同步變化，對觸變不會有影(yǐng)響

-b)凍後粘度下降：

通常凍後粘度下降的是絕緣非導膠水， 一般絕緣膠水的填料是二氧化矽，氧化鋁等，攪拌混合過程中，填料本身(shēn)與樹(shù)脂基體(tǐ)可(kě)以很快(kuài)形成穩定的氫鍵等分(fēn)子間作(zuò)用力，可(kě)能超負荷形成（120% 150%200%等）使得(de)粘度上升達到要求，在低溫保存解凍過程中，這種作(zuò)用力部分(fēn)消亡，下降趨于穩定的100%，導緻凍後粘度急劇(jù)下降。

同時，在非導絕緣膠黏劑中會加入一定量的觸變劑氣矽，提升靜(jìng)态粘度，提升觸變，改善點膠性能；這些氣矽的表面處理(lǐ)方式和用量一定程度上也會對粘度變化産生(shēng)重要影(yǐng)響

以上規律也不是100%絕對，部分(fēn)情況會反向。

 

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