新型各向异性导电胶的研究

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近年来,各向异性导电胶(ACA)作为一种新型的可用于微电子组件制造工艺中的连接材料,以其具有柔性连接、低温键合、低污染、低成本、适合于高密度、极细间距的封装连接可取代传统的锡铅焊料连接材料等显著优点,倍受人们的青睐。尤其是,以外镀金属层聚合物微粒作为填充材料制备的各向异性导电胶倍受关注。为了提高各向异性导电胶的稳定性和降低其成本,本文开展了各向异性导电胶的制备及性能研究工作。 1、研究了利用非贵金属活化的化学镀工艺制备ACA用新型导电粒子——银/铜/聚合物基复合导电颗粒。借助光学显微镜、扫描电镜(SEM)和X射线能谱(EDS)、热重仪分别对复合导电粒子的形貌、成分、抗氧化性进行了分析。本实验所制备的银/铜/聚合物基复合导电粒子的金属层厚度近似为0.93~0.94 μm,平均电阻率为4.5×10<-3>Ω·cm;热重分析后,其电阻率由3.2×10<-3>~6.1×10<-3>Ω·cm变为3.8×10<-3>~7.0×10<-3>Ω·cm,电阻率变化小于20%,表现出优异的抗氧化性能。 2、利用所制备的新型导电粒子——银/铜/聚合物基复合导电颗粒,选用双酚A环氧树脂作为导电胶基体,以改性胺为固化剂,并添加其它助剂制备了各向异性导电胶。实验结果表明,所制备的各向异性导电胶的电性能好(接触电阻值低于0.2Ω)、具有较好的热稳定性,经过100 h的高温实验,其电阻变化率小于20%。利用红外光谱(IR),研究了环氧树脂的固化机理。研究结果表明,环氧树脂与改性胺固化剂反应时,不但形成了胺网状结构,同时也形成了醚网状结构,因而进一步增大了基体胶的内聚力,提高了粘接强度。同时研究了固化温度、固化时间、粘接压力以及导电填料、硅烷偶联剂、增韧剂的添加量等工艺参数对导电胶的粘接强度、导电性以及可靠性的影响,得到了最佳的工艺参数。并分析了偶联剂的分散和偶联机理,得出了偶联剂通过在导电粒子、被粘接物与环氧树脂基体的界面间架成“分桥”,从而把两种性质完全不同的材料连接在一起,实现导电粒子在体系中的分散均匀性和基胶与被粘接物的偶联作用。 3、运用DSC测试手段对环氧树脂固化动力学进行了分析,得到了环氧树脂固化反应表观活化能为207.85 kJ/mol,反应级数为1.34以及固化反应速率方程式为-da/dt=3.88×10<8>exp(-25000/T)(1-a)<1.34),说明了固化温度对固化反应有较大的影响。4、利用有限元分析方法对外镀金属层聚合物微粒的机械性能进行了模拟研究,得到接触压力与导电颗粒形变的关系为:当ε<,s>≤10%,微球的接触压力与其形变的关系满足σ<,s>/K=1/2.81ε<1.521><,s>;当ε<,S>>10%,微球的接触压力与其形变满足σS/K=0.06666ε<,s>+0.5104ε<2><,s>+0.5725ε<3>为优化各向异性导电胶的固化工艺参数提供了理论依据。
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