由于现有导电银胶存在诸多缺陷与不足,如电导率低、粘接强度小、接触电阻不稳定、抗冲击性能差等。正航仪器实验室工作人员对导电银胶的性能改进作了如下的研究。
一、用多孔的银团粒作为填充粒子的导电银胶
有研究采用多孔的银团粒子作为填充金属粒子,制备了粘接强度高,耐碰撞特性好的导电银胶。用惰性气体淀积法可制得多孔银粒,即将银加热产生其饱和蒸气,用惰性气体对流冷却,使银蒸气淀积,最后用振动筛选法或空气喷射法筛选出一定大小的银团粒。由于聚合树脂可以填充到银团粒的气孔中,这种导电银胶保持了原聚合树脂良好的热力学特性。剪切应力试验表明,其热力学性能比采用同种树脂、填充传统银粒子的导电银胶提高近乎两倍。用这种方法制成的导电银胶的电阻率较高,在10一2m量级,远高于一般商用导电银胶的电阻率(大约5 xlo一4ocm),但在对热力学特性有特殊要求的场合,利用这种方法制备导电银胶无疑是一个很好的选择。
二、掺低熔点合金导电银胶
导电银胶的电阻由体积电阻和接触电阻两部分构成,接触电阻远大于体积电阻,因此,如果能减小接触电阻,导电银胶的电阻率就会大大降低。在环氧树脂中同时掺入银粒子和低熔点的合金粒子,固化后,由于低熔点合金融化,粒子之间,粒子与粘接衬底之间会形成金属冶金连接,使导电银胶的粘接电阻大大下降。
接触电阻的测试表明加入了低熔点合金的导电银胶,接触电阻明显低于同等条件但未掺低熔点合金粒子者。经过120小时85e,85%RH(R elative Hulnility,相对湿度)的高温高湿试验,接触电阻保持稳定,而只掺银粒子的导银电胶接触电阻则有大幅增加。
三、导电银胶接触电阻稳定性
目前表面安装用导电银胶的最大不足是当接触贱金属(如sn、Ni、cu等)时,在高温高湿的环境下尤其是在85e、85%RH环境下接触电阻会发生剧增,而粘接强度也明显下降,而当接触金属是Pt、An、Ag等贵金属,接触电阻则保持稳定,剪切力测试表明粘接强度变化不大。接触面金属氧化或电化学腐蚀两种机理被视为导致接触电阻不稳定的可能的原因。最近的研究肯定了电化学腐蚀是接触电阻不稳定的主导因素,当具备以下条件时可发生电化学腐蚀:
l)电化学势不同的金属互相接触;
2)有水和电解质存在;
3)两种金属中必须有一种其电化学势低于0.4v。
有研究者采取了以下手段提高导电银胶接触电阻的稳定性:在导电银胶中加入脱氧剂,脱氧剂与通过扩散进入导电胶内部的氧气发生反应从而延缓和减慢了电化学腐蚀的发生;加入腐蚀抑制剂,这些抑制剂与阳极金属形成鳌合物,将阳极金属表面包围起来,抑制了腐蚀反应;降低导电胶中的水汽含量和提高聚合物多为树脂的纯度。实验表明这些措施的确有助于导电银胶高温高湿的稳定性。
四、导电银胶耐碰撞冲击性能研究
电子产品在制造、组装、运输、使用的过程中,不可避免地受到或强或弱地力学冲击,这就要求作为导电互连用的导电银胶应具有良好的抗冲击特性。现有导电银胶相对于铅锡焊料而言的另一最大弱点就是其抗冲击性差。为了提高耐力学冲击性能,一种简单的方法是降低导电银胶中金属粒子的含量,但是降低金属粒子含量的同时也会降低导电银胶的电导率。另一种方法是通过降低胶粘剂的杨氏弹性模量和提高其介质损耗角来提高导电银胶的碰撞性能。聚合物材料在其玻璃软化温度以下杨氏弹性模量很小,选择玻璃软化温度在室温附近或低于室温,损耗角大的材料,会显著改善导电银胶的耐冲击特性。有研究选用环氧化合物改良的聚亚胺醋和双酚F型环氧树脂,将二者以一定比例混合,再加入固化剂,催化剂,防腐剂等制成了新的导电银胶,在室温下具有较高的介质损耗tg6值和较好耐冲击性能。
五、导电银胶电迁移
电迁移是指导电材料在电流的作用下产生的物质输运现象,它是引起集成电路失效的一种重要机制。在大电流密度下,由于电迁移作用,可能出现导致电路失效的现象。现在商业化的导电银胶中银在偏压下潮湿环境中有电迁移问题。因此一些学者对导电银胶中是否会发生银电迁移作了研究。制作间距为0.8一0.1mm的平行导电胶长条,分别加SV和12V的偏置电压,在85.C,85%RH的环境下放置168 h,通过显微分析没有发现任何电迁移的迹象,表面绝缘电阻测量的结果也证实了这一点。另外在间距为0.65 mm的QFP焊盘上印刷导电胶,加sv的偏置电压,在60e,90%Rll下放置1000小时,并监测其表面绝缘电,没有发现有电迁移的发生。在导电粒子填充胶中,银粒子密封在环氧树脂中,经过固化,这些树脂流动并覆盖在了银粒子的表面,形成了一个坚固的不可穿透的钝化层。这可能是多数的导电胶的在环境试验中没有观察到电迁移现象的原因。
六、导电银胶可靠性检测方式
通常对导电银胶粘接可靠性的评价方法是热循环、高温高湿等加速寿命试验,然后进行电性能和力学性能的测量,试验周期长,费时间。Behner,Uvan dammeL.K.J.等人先后尝试用1/f噪声对导电银胶的粘接质量进行检测,对热循环试验后的粘接样品进行测量,发现粘接质量好的样品,接触电阻增加幅度小于1.14倍,粘接质量差的样品,接触电阻约为原来的1.7倍;而噪声前者增加倍数小于一个数量级,后者约为三个数量级。（正航仪器整理）http://www.zhsysb.net
