【材料】导电胶的不良判定及原因分析
导电胶
导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂,它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分, 通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起, 形成导电通路, 实现被粘材料的导电连接。由于导电胶的基体树脂是一种胶黏剂, 可以选择适宜的固化温度进行粘接, 同时, 由于电子元件的小型化、微型化及印刷电路板的高密度化和高度集成化的迅速发展, 而导电胶可以制成浆料, 实现很高的线分辨率。而且导电胶工艺简单, 易于操作, 可提高生产效率,所以导电胶是替代铅锡焊接, 实现导电连接的理想选择。
(1)导电粒子
导电粒子是导电胶中导电性的来源,不同导电粒子的各参数不同,添加导电胶后其导电性和胶体的其他性能也有所不同。自身导电性高、粒子间排列较集中、表面处理较好的导电粒子其导电性也高,对胶体的聚合固化行为也更敏感。导电粒子粒径不但对导电胶的形貌有影响,同样对粘接性能也有一定的影响,粒径较小的在基体树脂中分散较均匀、固化后较致密,粘接力学性能也较好。主要影响因素为导电粒子的形貌和粒径尺寸及导电粒子的用量。
(2)树脂体系和固化工艺
树脂体系作为导电胶力学性能和粘接性能的主要来源,其选择很重要。根据不同力学性能和用途的需要选择不同的树脂体系。常用的树脂体系为环氧树脂,其粘接性好,粘度低,固化温度适中,适合导电胶的制备,一般用于常温固化或中温固化导电胶中。根据电子元器件的要求,需要高温固化时,可以使用聚酞亚胺树脂作为基体树脂或是在传统环氧树脂中加耐高温物质如双马来酞亚胺树脂提高耐热性。用于光敏固化的导电胶的树脂体系选择丙烯酸环氧类光敏物质。
固化工艺对导电胶的导电性有一定的影响。加热固化时,应尽量缩短凝胶点以前的时间,因为凝胶时间长,会导致胶黏剂对导电粒子表面进行充分的包覆,降低导电性,所以加热固化时一般都是直接置于固化温度下固化,以减少润湿包覆带来的不利影响。固化温度和时间不但影响导电胶的导电性,对其力学性能也有很大影响。对于室温固化铜粉导电胶,延长固化时间会使剪切强度下降了,中高温固化导电胶延长固化时间会提高力学性能。
(3)稀释剂(溶剂)的影响
稀释剂在导电胶中起着重要的作用。它能降低体系粘度,使导电粒子能较好的分散在基体树脂中,同时在导电粒子和胶层及被粘接电子元器件间形成良好的导电接触。用于导电胶的稀释剂有活性稀释剂和非活性稀释剂两种。
非活性稀释剂一般选用高极性的溶剂如醇类、醚类、酯类等。高极性的溶剂因为可以在胶层表面充当抵抗腐蚀的介质所以会提高导电胶的抗湿热性。非活性稀释的用量在0.1%~20%,随着用量的增加可以提高导电性能,但同时也会降低力学性能。活性稀释剂主要添加到树脂中,作为一种反应物,降低体系的黏度。这类物质加人后在降低体系黏度的同时也会损失耐热性,所以用量要控制在合理的范围。在实际使用中,可以混合使用活性稀释剂和非活性稀释剂,以达到最好的稀释效果。
(4)其他添加剂的影响
其他添加剂主要是根据导电胶的需要,加入一些物质来提高导电胶的性能。一般导电胶中都加入偶联剂来降低金属颗粒和胶层之间的界面表面能力,如硅烷类偶联剂、钛酸盐偶联剂等。
导电胶是一种同时具备导电性能和粘接性能的胶粘剂,它可以将多种导电材料连接在一起,使被连接材料间形成电的通路。自1966年问世以来,导电胶已经在电子科技中起到越来越重要的作用。目前,导电胶已广泛应用于印刷线路板组件、发光二极管、液晶显示屏、智能卡、陶瓷电容、集成电路芯片等电子元器件的封装和粘接。
但是,Pb/Sn焊料仍在电子表面封装技术中大量应用,导电胶虽然拥有许多优点,但因其自身存在的亟待解决的问题,仍然不能完全取代 Pb /Sn焊料。
1、电导率低,对于一般的元器件,大多导电胶均可接受,但对于功率器件,则不一定。
2、粘接效果受元器件类型、PCB(印刷线路板)类型影响较大;
3、固化时间长;
4、粘结强度相对较低。在节距小的连接中,粘接强度直接影响元件的抗冲击性能。
5、成本较高。