由于現(xiàn)有導(dǎo)電銀膠存在諸多缺陷與不足,如電導(dǎo)率低、粘接強(qiáng)度小、接觸電阻不穩(wěn)定、抗沖擊性能差等。正航儀器實(shí)驗(yàn)室工作人員對導(dǎo)電銀膠的性能改進(jìn)作了如下的研究。
一、用多孔的銀團(tuán)粒作為填充粒子的導(dǎo)電銀膠
有研究采用多孔的銀團(tuán)粒子作為填充金屬粒子,制備了粘接強(qiáng)度高,耐碰撞特性好的導(dǎo)電銀膠。用惰性氣體淀積法可制得多孔銀粒,即將銀加熱產(chǎn)生其飽和蒸氣,用惰性氣體對流冷卻,使銀蒸氣淀積,最后用振動篩選法或空氣噴射法篩選出一定大小的銀團(tuán)粒。由于聚合樹脂可以填充到銀團(tuán)粒的氣孔中,這種導(dǎo)電銀膠保持了原聚合樹脂良好的熱力學(xué)特性。剪切應(yīng)力試驗(yàn)表明,其熱力學(xué)性能比采用同種樹脂、填充傳統(tǒng)銀粒子的導(dǎo)電銀膠提高近乎兩倍。用這種方法制成的導(dǎo)電銀膠的電阻率較高,在10一2m量級,遠(yuǎn)高于一般商用導(dǎo)電銀膠的電阻率(大約5 xlo一4ocm),但在對熱力學(xué)特性有特殊要求的場合,利用這種方法制備導(dǎo)電銀膠無疑是一個很好的選擇。
二、摻低熔點(diǎn)合金導(dǎo)電銀膠
導(dǎo)電銀膠的電阻由體積電阻和接觸電阻兩部分構(gòu)成,接觸電阻遠(yuǎn)大于體積電阻,因此,如果能減小接觸電阻,導(dǎo)電銀膠的電阻率就會大大降低。在環(huán)氧樹脂中同時摻入銀粒子和低熔點(diǎn)的合金粒子,固化后,由于低熔點(diǎn)合金融化,粒子之間,粒子與粘接襯底之間會形成金屬冶金連接,使導(dǎo)電銀膠的粘接電阻大大下降。
接觸電阻的測試表明加入了低熔點(diǎn)合金的導(dǎo)電銀膠,接觸電阻明顯低于同等條件但未摻低熔點(diǎn)合金粒子者。經(jīng)過120小時85e,85%RH(R elative Hulnility,相對濕度)的高溫高濕試驗(yàn),接觸電阻保持穩(wěn)定,而只摻銀粒子的導(dǎo)銀電膠接觸電阻則有大幅增加。
三、導(dǎo)電銀膠接觸電阻穩(wěn)定性
目前表面安裝用導(dǎo)電銀膠的最大不足是當(dāng)接觸賤金屬(如sn、Ni、cu等)時,在高溫高濕的環(huán)境下尤其是在85e、85%RH環(huán)境下接觸電阻會發(fā)生劇增,而粘接強(qiáng)度也明顯下降,而當(dāng)接觸金屬是Pt、An、Ag等貴金屬,接觸電阻則保持穩(wěn)定,剪切力測試表明粘接強(qiáng)度變化不大。接觸面金屬氧化或電化學(xué)腐蝕兩種機(jī)理被視為導(dǎo)致接觸電阻不穩(wěn)定的可能的原因。最近的研究肯定了電化學(xué)腐蝕是接觸電阻不穩(wěn)定的主導(dǎo)因素,當(dāng)具備以下條件時可發(fā)生電化學(xué)腐蝕:
l)電化學(xué)勢不同的金屬互相接觸;
2)有水和電解質(zhì)存在;
3)兩種金屬中必須有一種其電化學(xué)勢低于0.4v。
有研究者采取了以下手段提高導(dǎo)電銀膠接觸電阻的穩(wěn)定性:在導(dǎo)電銀膠中加入脫氧劑,脫氧劑與通過擴(kuò)散進(jìn)入導(dǎo)電膠內(nèi)部的氧氣發(fā)生反應(yīng)從而延緩和減慢了電化學(xué)腐蝕的發(fā)生;加入腐蝕抑制劑,這些抑制劑與陽極金屬形成鰲合物,將陽極金屬表面包圍起來,抑制了腐蝕反應(yīng);降低導(dǎo)電膠中的水汽含量和提高聚合物多為樹脂的純度。實(shí)驗(yàn)表明這些措施的確有助于導(dǎo)電銀膠高溫高濕的穩(wěn)定性。
四、導(dǎo)電銀膠耐碰撞沖擊性能研究
電子產(chǎn)品在制造、組裝、運(yùn)輸、使用的過程中,不可避免地受到或強(qiáng)或弱地力學(xué)沖擊,這就要求作為導(dǎo)電互連用的導(dǎo)電銀膠應(yīng)具有良好的抗沖擊特性。現(xiàn)有導(dǎo)電銀膠相對于鉛錫焊料而言的另一最大弱點(diǎn)就是其抗沖擊性差。為了提高耐力學(xué)沖擊性能,一種簡單的方法是降低導(dǎo)電銀膠中金屬粒子的含量,但是降低金屬粒子含量的同時也會降低導(dǎo)電銀膠的電導(dǎo)率。另一種方法是通過降低膠粘劑的楊氏彈性模量和提高其介質(zhì)損耗角來提高導(dǎo)電銀膠的碰撞性能。聚合物材料在其玻璃軟化溫度以下楊氏彈性模量很小,選擇玻璃軟化溫度在室溫附近或低于室溫,損耗角大的材料,會顯著改善導(dǎo)電銀膠的耐沖擊特性。有研究選用環(huán)氧化合物改良的聚亞胺醋和雙酚F型環(huán)氧樹脂,將二者以一定比例混合,再加入固化劑,催化劑,防腐劑等制成了新的導(dǎo)電銀膠,在室溫下具有較高的介質(zhì)損耗tg6值和較好耐沖擊性能。
五、導(dǎo)電銀膠電遷移
電遷移是指導(dǎo)電材料在電流的作用下產(chǎn)生的物質(zhì)輸運(yùn)現(xiàn)象,它是引起集成電路失效的一種重要機(jī)制。在大電流密度下,由于電遷移作用,可能出現(xiàn)導(dǎo)致電路失效的現(xiàn)象。現(xiàn)在商業(yè)化的導(dǎo)電銀膠中銀在偏壓下潮濕環(huán)境中有電遷移問題。因此一些學(xué)者對導(dǎo)電銀膠中是否會發(fā)生銀電遷移作了研究。制作間距為0.8一0.1mm的平行導(dǎo)電膠長條,分別加SV和12V的偏置電壓,在85.C,85%RH的環(huán)境下放置168 h,通過顯微分析沒有發(fā)現(xiàn)任何電遷移的跡象,表面絕緣電阻測量的結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。另外在間距為0.65 mm的QFP焊盤上印刷導(dǎo)電膠,加sv的偏置電壓,在60e,90%Rll下放置1000小時,并監(jiān)測其表面絕緣電,沒有發(fā)現(xiàn)有電遷移的發(fā)生。在導(dǎo)電粒子填充膠中,銀粒子密封在環(huán)氧樹脂中,經(jīng)過固化,這些樹脂流動并覆蓋在了銀粒子的表面,形成了一個堅(jiān)固的不可穿透的鈍化層。這可能是多數(shù)的導(dǎo)電膠的在環(huán)境試驗(yàn)中沒有觀察到電遷移現(xiàn)象的原因。
六、導(dǎo)電銀膠可靠性檢測方式
通常對導(dǎo)電銀膠粘接可靠性的評價方法是熱循環(huán)、高溫高濕等加速壽命試驗(yàn),然后進(jìn)行電性能和力學(xué)性能的測量,試驗(yàn)周期長,費(fèi)時間。Behner,Uvan dammeL.K.J.等人先后嘗試用1/f噪聲對導(dǎo)電銀膠的粘接質(zhì)量進(jìn)行檢測,對熱循環(huán)試驗(yàn)后的粘接樣品進(jìn)行測量,發(fā)現(xiàn)粘接質(zhì)量好的樣品,接觸電阻增加幅度小于1.14倍,粘接質(zhì)量差的樣品,接觸電阻約為原來的1.7倍;而噪聲前者增加倍數(shù)小于一個數(shù)量級,后者約為三個數(shù)量級。（正航儀器整理）http://ggswu.com
