1. 導(dǎo)電銀膠(分純銀、銅包銀)簡介
導(dǎo)電銀膠是一種固化或干燥后具有一定導(dǎo)電性能的膠粘劑,它通常以基體樹脂和導(dǎo)電填料即導(dǎo)電粒子為主要組成成分,通過基體樹脂的粘接作用把導(dǎo)電粒子結(jié)合在一起,形成導(dǎo)電通路,實(shí)現(xiàn)被粘材料的導(dǎo)電連接。由于導(dǎo)電銀膠的基體樹脂是一種膠黏劑,可以選擇適宜的固化溫度進(jìn)行粘連,如環(huán)氧樹脂膠黏劑可以在室溫至150℃固化,遠(yuǎn)低于錫鉛焊接的200℃以上的焊接溫度,這就避免了焊接高溫可能導(dǎo)致的材料變形、電子器件的熱損傷和內(nèi)應(yīng)力的形成。同時(shí),由于電子元件的小型化、微型化及印刷電路板的高密度化和高集成化的迅速發(fā)展,鉛錫焊接0.65mm的節(jié)距遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了導(dǎo)電連接的實(shí)際需求,而導(dǎo)電銀膠可以制成漿料,實(shí)現(xiàn)高的線分辨率,而且導(dǎo)電銀膠工藝簡單,易于操作,可提高生產(chǎn)效率,也避免了錫鉛焊料中重金屬鉛引起的環(huán)境污染,所以導(dǎo)電銀膠是替代鉛錫焊接,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接的合適選擇。
目前導(dǎo)電銀膠已廣泛應(yīng)用于液晶顯示屏(LCD)、發(fā)光二極管(LED)、集成電路(IC)芯片、印刷線路板組件(PCBA)、點(diǎn)陣塊、陶瓷電容、薄膜開關(guān)、智能卡、射頻識(shí)別等電子元件和組件的封裝和粘接,有逐步取代傳統(tǒng)的錫焊焊接的趨勢。
2. 導(dǎo)電銀膠的分類及組成
2.1導(dǎo)電銀膠的分類
導(dǎo)電銀膠種類多,按導(dǎo)電方向分為各向同性導(dǎo)電銀膠(ICAs, Isotropic Conductive Adhesive)和各向異性導(dǎo)電銀膠(ACAs, Anisotropic Conductive Adhesives)。ICA是指各個(gè)方向均導(dǎo)電的膠黏劑,可廣泛用于多種電子領(lǐng)域;ACA則指在一個(gè)方向上如Z方向?qū)щ姡赬和Y方向不導(dǎo)電的膠黏劑。一般來說ACA的制備對(duì)設(shè)備和工藝要求較高,比較不容易實(shí)現(xiàn),較多用于板的精細(xì)印刷等場合,如平板顯示器(FPDs)中的板的印刷。
按照固化體系,導(dǎo)電銀膠又可分為室溫固化導(dǎo)電銀膠、中溫固化導(dǎo)電銀膠、高溫固化導(dǎo)電銀膠、紫外光固化導(dǎo)電銀膠等。室溫固化導(dǎo)電銀膠較不穩(wěn)定,室溫儲(chǔ)存時(shí)體積電阻率容易發(fā)生變化。高溫導(dǎo)電銀膠高溫固化時(shí)金屬粒子易氧化,固化時(shí)間要求必須較短才能滿足導(dǎo)電銀膠的要求。目前應(yīng)用較多的是中溫固化導(dǎo)電銀膠(低于150℃),其固化溫度適中,與電子元器件的耐溫能力和使用溫度相匹配,力學(xué)性能也較好,所以應(yīng)用較廣泛。紫外光固化導(dǎo)電銀膠將紫外光固化技術(shù)和導(dǎo)電銀膠結(jié)合起來,賦予了導(dǎo)電銀膠新的性能并擴(kuò)大了導(dǎo)電銀膠的應(yīng)用范圍,可用于液晶顯示電致發(fā)光等電子顯示技術(shù)上,國外從上世紀(jì)九十年代開始研究,我國近年也開始研究。
目前我國電子產(chǎn)業(yè)正大量引進(jìn)和開發(fā)SMT生產(chǎn)線,導(dǎo)電銀膠在我國有廣闊的應(yīng)用前景。但我國在這方面的研究起步較晚,目前所需用的高性能導(dǎo)電銀膠主要依賴進(jìn)口,因此必須大力加強(qiáng)粘接溫度和固化時(shí)間、粘接壓力、粒子含量等因素導(dǎo)電銀膠可靠性的影響的研究和應(yīng)用開發(fā),制備出新型的導(dǎo)電銀膠,以提高我國電子產(chǎn)品封裝業(yè)的國際競爭力。
2.2 導(dǎo)電銀膠的組成
導(dǎo)電銀膠主要由樹脂基體、導(dǎo)電粒子和分散添加劑、助劑等組成。市場上使用的導(dǎo)電銀膠大都是填料型。
填料型導(dǎo)電銀膠的樹脂基體,原則上講,可以采用各種膠勃?jiǎng)╊愋偷臉渲w,常用一般有熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成了導(dǎo)電銀膠的分子骨架結(jié)構(gòu),提供了力學(xué)性能和粘接性能保障,并使導(dǎo)電填料粒子形成通道。由于環(huán)氧樹脂可以在室溫或低于150℃固化,并且具有豐富的配方可設(shè)計(jì)性能,目前環(huán)氧樹脂基導(dǎo)電銀膠有著重要地位。
導(dǎo)電銀膠要求導(dǎo)電粒子本身要有良好的導(dǎo)電性能,粒徑要在合適的范圍內(nèi),能夠添加到導(dǎo)電銀膠基體中形成導(dǎo)電通路。導(dǎo)電填料可以是金、銀、銅、鋁、鋅、鐵、鎳的粉末和石墨及一些導(dǎo)電化合物。
3. 國內(nèi)外研究狀況及前景
目前,國內(nèi)生產(chǎn)導(dǎo)電銀膠的單位主要有金屬研究所等,國外企業(yè)有Uninwell、Breakover- quick、日本的日立公司、Three-Bond公司、美國的Epoxy公司、Ablistick公司,Loctite公司、3M公司等。已商品化的導(dǎo)電銀膠主要有導(dǎo)電銀膏、導(dǎo)電銀漿、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電銀膠帶、導(dǎo)電銀膠等,組分有單、雙組分。導(dǎo)電銀膠一般用于微電子封裝、印刷電路板、導(dǎo)電線路粘接等各種電子領(lǐng)域中。現(xiàn)今國內(nèi)的導(dǎo)電銀膠無論從品種和性能上與國外都有一定的差距。
4. 導(dǎo)電銀膠的應(yīng)用領(lǐng)域
(1)導(dǎo)電銀膠粘劑用于微電子裝配,包括細(xì)導(dǎo)線與印刷線路、電鍍底板、陶瓷被粘物的金屬層、金屬底盤連接,粘接導(dǎo)線與管座,粘接元件與穿過印刷線路的平面孔,粘接波導(dǎo)調(diào)諧以及孔修補(bǔ)。
(2)導(dǎo)電銀膠粘劑用于取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜時(shí)耐受能力的點(diǎn)焊。導(dǎo)電銀膠粘劑作為錫鉛焊料的替代品,其主要應(yīng)用范圍如:電話和移動(dòng)通信系統(tǒng);廣播、電視、計(jì)算機(jī)等行業(yè);汽車工業(yè);醫(yī)用設(shè)備;解決電磁兼容(EMC)等方面。
(3)導(dǎo)電銀膠粘劑的另一應(yīng)用就是在鐵電體裝置中用于電極片與磁體晶體的粘接。導(dǎo)電銀膠粘劑可取代焊藥和晶體因焊接溫度趨于沉積的焊接。用于電池接線柱的粘接是當(dāng)焊接溫度不利時(shí)導(dǎo)電銀膠粘劑的又一用途。
(4)導(dǎo)電銀膠粘劑能形成足夠強(qiáng)度的接頭,因此,可以用作結(jié)構(gòu)膠粘劑。
5. 國內(nèi)外導(dǎo)電銀膠的應(yīng)用情況
目前國內(nèi)市場上一些領(lǐng)域使用的導(dǎo)電銀膠主要以進(jìn)口為主:美國的Uninwell、Breakover- quick、Ablistick公司、3M公司幾乎占領(lǐng)了全部的IC和LED領(lǐng)域,日本的住友和臺(tái)灣翌華也有涉及這些領(lǐng)域。Uninwell、Breakover- quick、日本的Three-Bond公司則控制了整個(gè)的石英晶體諧振器方面導(dǎo)電銀膠的應(yīng)用。國內(nèi)的導(dǎo)電銀膠主要使用在一些中、低檔的產(chǎn)品上,這方面的市場主要由金屬研究所占有。
Uninwell、Breakover- quick系列的導(dǎo)電銀膠主要適用于LED、大功率LED、LED數(shù)碼管、LCD、TR、IC、COB、PCBA、點(diǎn)陣塊、顯示屏、晶振、諧振器、太陽能電池、光伏電池、蜂鳴器、陶瓷電容、半導(dǎo)體分立器件等各種電子元件的組件的封裝以及粘結(jié)等。