一、导电胶产生
以前，美国首先采用一种银一环氧导电胶进行半导体器件的装片。这种新工艺的操作温度在室温至20 e之间,比传统的金一硅共晶,锡焊和银浆烧结温度低,可以避免高温对芯片特性的损伤;芯片背面和管座式引线框架不必镀金,可用镀银或镀镍;粘接牢度超过银浆烧结;操作简便,适合大批量生产和自动化作业。从而保证了半导体器件的质量,提高器件的合格率和工效,降低成本。七十年代由于世界黄金价格的上涨,用导电胶装片的工艺得到了普遍应用。到了八十年代,装片用导电胶的纯度和性能有了较大的提高,用导电胶装片的器件的可靠性己经基本达到了金一硅共晶水平,成为半导体器件装片工艺的主流。装片用导电胶已成为一类专用的特种胶粘剂,牌号已有几十种。
二、导电胶功能
导电胶是具有一定导电性的胶粘剂,它固化或干燥后可以将多种导电材料连接起来,使新连接的部分形成电的通路。当今电子产品继续向着微型、扁平、高灵敏、高可靠性方向发展,因此大量使用难以用铅锌合金焊接的材料及耐热性不高的高分子材料。这些元器件在制造和装配过程中,以往的焊接方法会引起零件变形、接着不牢、性能下降等问题,而用导电胶进行粘接就可以解决上述问题。
三、导电胶分类
按照结构的不同,导电胶粘剂分为两种,一种为结构型,这种物质中含有导电基团,如大分子毗陡类物质等。另一类就是填充型,即在传统的粘合剂中加入导电物质。这种导电物质可以是:Au、A g、cu、Al、Fe、zn、Ni粉和石墨及一些导电化合物。我国使用的导电胶粘剂大部分是在绝缘胶粘剂中加入导电粒子。导电胶按照导电方向的不同,可以分为各向同性导电胶(IsotroPio Conductive Adhesives一ICA)和各向异性导电胶(Anisotro pieConduetive A dhesives一ACA)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方向上是导的。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导电胶。
导电胶按照树脂基体的不同,可以分为热塑性导电胶和热固性导电胶。组成热固性导电胶的基体材料最初是单体或预聚合物,在固化过程中发生聚合反应,高分子链连接形成三维交联结构,在高温下稳定,不会流动。而热塑性导电胶的基体材料由很长的聚合物链构成,这些聚合物链很少有支链,不易形成交联的三维网状结构,在高温下易流动。
导电胶按固化方式的不同,导电胶又可分为热固化和光固化两类。其中热固化按照固化温度的不同,分为室温固化、中温固化(l 50 e)和高温固化(150 e一30℃)。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。光固化导电胶的固化主要是依靠紫外光的照射而引起树脂基体发生固化发应,紫外光固化速度快,树脂基体在避光的条件下可以长时间保存,目前也正是人们研究的热点。
三、导电胶导电机理
上世纪70年代提出的/穿流理论ereolation Theory)认为当导电胶中金属粒子与作为基质的聚合树脂的体积比达到一定限度,即/穿流闽值0后,填充粒子可能相互接触形成最初的导电通道,固化时由于聚合物体积的缩小,填充粒子的距离进一步拉近,从而建立各个方向的导电通道,形成一个连续的链状的导电路径,电子可以由此穿流通过。穿流阂值因填充的粒子不同而不同,一般填充粒子与聚合物基体的体积比在25%一30%。如图1.4,当填充粒子的填充百分比达到穿流闽值附近时,导电胶的电阻率会急剧降低。但在透射电子显微镜下发现,导电胶中粒子一粒子接触的完整的连续的链状导电路径实际上很少存在粒子多有很小的间隙,而且粒子的表面覆盖一层有机薄膜(多为加入导电胶中的润滑剂)或薄氧化层;当粒子接触面积过小时会产生较大的/集中电阻。这些都是穿流理论0所没有考虑到的。G.R.R uschau等人在1992年提出了新的模型。该模型认为一个完整的导电路径可以看成一系列电阻的串联,包括单个金属粒子的体电阻和粒子与粒子间的接触电阻。其中接触电阻可以表示为集中电阻与隧穿电阻之和。而被汇集压缩时产生的电阻;隧穿电阻是电子因隧道效应穿过金属粒子上覆盖的有机薄膜或氧化层时产生的电阻。
根据以上模型,可以解释导电胶在固化过程中建立高电导率的机理。在固化前,形成导电路径的许多金属粒子上覆盖有一层较厚的有机薄膜,粒子和粒子之间有一定的间隙,这时绝缘电阻和隧穿电阻占主导地位,导电胶的电阻率很高。在热固化的过程中,由于聚合物基质的收缩效应,开始使金属粒子的距离拉近,绝缘间隙变小,隧穿电阻变小;进一步的加热固化会使金属粒子表面的有机薄膜分解,氧化膜被刺穿破损,产生更多的金属冶金接触。因此固化以后的导电胶隧穿电阻很小,这时的电阻主要由金属接触的集中电阻和粒子的体电阻构成,二者的比例取决于填充在基质中的金属粒子的大小。如果填充粒子很小,接触面积就小,集中电阻就大,占主导地位;填充大粒子时,粒子的体电阻占主导地位。然而,最近又有研究指出,金属粒子表面有机薄膜的分解和去除并不是导电胶电导建立的先决条件和必要条件。依据两个试验在130e的温度下对ICA进行固化,其电阻率大大下降,具有导电性能。将表面涂覆有机薄膜的银薄片放入一试管。通过铝棒在两端施加压力,使其体积收缩,获得了高电导率。
试验的温度低于有机薄膜的分解温度,试验是在常温下进行的,因此银粒子表面的有机薄膜不可能分解,但建立了高电导率,这说明仅通过聚合物基质的收缩效应,就可以获得导电性能(因为当有机薄膜的厚度小于10lun时,其量子隧穿电阻很小),聚合物基质的收缩是导电胶获得导电性能的必要条件而非粒子表面有机薄膜的分解,尽管有机薄膜的分解也有助于提高电导率。http://www.zhushanzz.com
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