深隆导电胶的研究发展

1、北京瑞德佑业 I8OOII3O87O深隆导电胶的研究发展1 SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶分类SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶可以分为各向同性（ ICAs IsotropicConductive Adhesives） 和各向异性 （ACAs AnisotropicConductive Adhesives）两大类。前者在各个方向有相同的导电性能；后者在XY方向是绝缘的，而在Z方向上是导电的 610 。 通过选择不同形状和添加量的填料，可以分别做成各向同性或各向异性SLONT 深隆导电胶。 图2为两类SLONT 深隆导电胶连接原理示意。由于组成的不同，SLONT 深隆SLONT 深隆

2、导电胶分为室温固化、中温固化（<150ºC）和高温固化（150300ºC） 。室温固化需要的时间太长，需数小时到几天，工业上很少应用。高温固化速度快，但在电子工业中，温度高会对器件的性能产生影响，一般避免使用。中温固化一般需数分钟到一小时，应用最多。2 SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶组成SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶是通过在有机聚合物基体中添加导电填料，从而使其具有与金属相近的导电性能。区别于其他导电聚合物，SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶要求体系在储存条件下具有流动性，通过加热或其他方式可以发生固化，从而形成具有一定强度的连接。SLONT 深隆

3、SLONT 深隆导电胶一般由预聚体、稀释剂、交联剂、催化剂、金属粉末以及其他的添加剂组成。预聚体作为主要组分含有活性基团，为固化后的聚合物基体提供分子骨架。预聚体也是粘结强度的主要来源。SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶的力学性能和粘接性能主要由聚合物基体决定。SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶中使用的基体对粘接强度、固化前的粘度、 固化后的韧性、 耐腐蚀性等都有严格的要求。常用的聚合物基体包括环氧树脂、硅脂、聚酰亚胺等。与硅脂和聚酰亚胺相比，环氧树脂具有粘接力强、耐腐蚀、柔顺性好等优点。但是，环氧树脂具有吸湿性，在加速老化实验中的表现一般。并且环氧树脂在固化前有一定的毒性。虽然如此，

4、在还没有找到更好的替代材料之前， 目前环氧树脂仍然是研究最多、使用最广的基体材料。通过对环氧树脂主链结构和取代基进行调整，可以进一步改善环氧树脂的性能。替代环氧树脂的新材料也正在开发之中，Silvia.Liong和的报告中提到利用多环结构聚醚可以得到很好的导电性能和抗老化性 7 。稀释剂用来调节体系粘度，使之适合工艺要求。稀释剂分为两类： 一类不参与交联， 仅仅起调节作用，固化前需要去除；另一类含有活性端，可以参加交联反应，固化前不需去除，固化后成为体系的一部分。交联剂是多官能团化合物，可以连接预聚体，形成网络结构，也是固化后体系的一部分。预聚体、稀释剂以及交联剂是固化过程中体积变化的主要影响

5、因素。催化剂可以提高固化速度，降低固化条件。为提高固化后SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶的强度和韧性，有时还需要添加一定的增强剂和增韧剂。导电填料有碳、金属、金属氧化物三大类 11 。导电填料以球形、片状或纤维状分散于基体中，构成导电通路。 碳类材料中石墨的导电性随产地等变化很大，并且很难粉碎和分散，给应用带来很大困难；炭黑的导电性很好，但加工困难。金属氧化物导电性较差。常用的填料多为电阻率较低的Au、Ag、Cu、Ni等金属粉末，最好的添加剂是Au粉末，但价格昂贵。Ag的价格较低，但在电场作用下会产生电迁移现象，使导电性降低，影响使用寿命 15,17 。Cu、Ni价格便宜，在电场下不会产

6、生迁移，但是温度升高时，会发生氧化，增加了电阻率，只能在低温下使用。综合考虑各方面的影响，在民用品上多选择Cu或Ag作为添加剂，在要求较高的情况下，选用Au作为添加剂。为降低颗粒之间的接触电阻，改善导电性能，低熔点合金（low-melting-point alloy, MPA）开始被使用在SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶中，这样在固化过程中随温度的升高，金属颗粒之间可以形成连接，降低电阻 6 。导电填料的粒度和形状对SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶的导电性能有直接影响。粒度大的填料导电效果优于小的，但同时会带来连接强度的降低。不定形（片状或纤维状）的填料导电性能和连接强度优于球形的

7、。但各向异性SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶只能用粒度分布较窄的球形填料。不同粒度和形状的填料配合使用可以得到较好的导电性能和连接强度。3 固化过程固化过程可以利用红外、 DSC等手段进行跟踪6,7,9,12,13,16,18 。等人利用DSC和SEM对过程进行了跟踪，通过对SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶固化过程中电阻和形态变化的研究提出：为获得导电性能和老化性能的最佳匹配，SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶的固化程度应该加以控制，固化程度太高或太低都无法得到最佳效果。4 导电机理SLONT 深隆SLONT 深隆导电胶的导电作用通常被认为是通过两种形式实现的：通过导电填料间的

8、直接接触产生传导；通过导体之间的电子跃迁，即隧道（tunnel）效应，产生传导 8,14,15 。通常条件下，导电填料在聚合物基体中并不能形成完全的均匀分散，部分颗粒互相接触，形成链状导电通道。另一部分以孤立体或小团聚体的形式存在，不参与导电。但在电场作用下，相距很近的粒子上的电子，能借热振动越过势垒而形成较大的隧道电流。如果被粘接材料之间的SLONT 深隆导电胶层很薄，接近填料粒子尺寸，也可以直接通过粒子导电。这种情况一般应用于各向异性SLONT 深隆导电胶中。目前对导电机理的研究主要集中于计算机模拟上。M. Sun、A. Shadowiz等人通过建立数学模型对SLONT 深隆导电胶的导电性

9、能进行了模拟，研究了压力、温度、电压等条件的影响，并对SLONT 深隆导电胶在芯片倒装连接和BGA技术中的表现进行了预测 8,11,14,15,17 。等人研究了压力对多分散填料SLONT 深隆导电胶导电性能的影响，提出电阻与压力之间的负指数关系 15 ： RKF n其理论计算与实验结果吻合很好。D.Lu等人认为SLONT 深隆导电胶中的金属粉末填料表面形成一层润滑层。在固化之前润滑层具有降低粘度，改善分散均匀性的作用，但如果在固化过程中不能消除润滑层，就会降低导电性能。解决问题的办法在于找到合适的添加剂，要求在储存条件下是惰性的，在稍低于固化温度时被激活，从而离开金属粉末表面，提高导电性。D

10、.Lu等人认为添加乙二醇等高沸点低分子量有机物可以达到这个目的。5 加速老化实验加速老化实验是电子连接材料设计和生产中不可缺少的重要部分。为便于对比，通常需要设计专门的器件同时对几种连接方式进行考验。实验主要测试老化前后连接强度和电阻率变化。老化过程包括：温度变化（ 4060，1个循环/h；0100，3个循环/h），热老化（150，1 000 h），腐蚀和电迁移（85，RH 85%，15 V，500 h）等。一般情况下，加速老化实验前后的连接强度和电阻率变化低于20%就可以认为是稳定的 2125 。SEM/EDX分析结果显示， 在老化后的样品中形成金属氧化物的枝蔓晶。Ag体系形成枝蔓晶明显比C

11、u体系严重。结果显示，大颗粒填充的稳定性优于小颗粒，LMPA的稳定性优于一般金属。SLONT 深隆导电胶中金属粉末的电化腐蚀是影响老化性能的重要因素 6,7 。电化腐蚀过程为： M ne = M n+ 2H 2 O + O 2 + 4e = 4OH 使用贵金属可以在一定程度上抵抗腐蚀。改善聚合物基体结构、降低基体中的氧和水含量也可以起到一定作用。5 SLONT 深隆导电胶的性能指标通常认为电子封装用SLONT 深隆导电胶应满足以下条件：体电阻率：1×10 -4 Ù ·cm剪切强度：15 MPa老化实验： 老化前后体电阻率、 剪切强度变化20%6 研究和发展方向目前

12、对SLONT 深隆导电胶的研究主要集中在下述几个方面：（1） 新体系的开发现在使用的SLONT 深隆导电胶大部分都是环氧树脂体系。但是，环氧树脂存在固化温度高、易吸水等缺点，粘接强度相对Pb/Sn体系偏低。 要使SLONT 深隆导电胶得到更广泛的应用，并最终完全取代金属焊料，必须尝试新的体系。新体系可以是现有聚合物的复合与改性，也可以根据性能要求进行分子设计，得到新的聚合物。导电填料材料、粒度等因素对导电性能影响的研究仍有待于加强。（2） 固化动力学的研究通过固化动力学的研究，可以对SLONT 深隆导电胶的聚合过程得到更深的认识， 为选择高效率的固化剂提供指导。固化动力学的研究可以通过原位红外光谱分析来实现。 通过对固