集成电路封装中导电胶的材料与性能研究

李彦林

（甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020）

随着电子信息技术及智能家居行业的发展，以地产建筑、装修建材、家具家电、卫浴空净等为代表的传统产业，快速向物联网靠拢，对集成电路、通讯技术、传感器技术等产生了极大的需求。为满足人们对各种建材的高品质、高质量的需求，对相关的集成电路封装技术的要求也在日益提高。在集成电路封装技术中，导电胶作为一种具有一定导电性能的胶黏剂，在微电子封装、印刷电路板、在线键合、导电线路粘接等电子领域，得到了广泛的应用。下面，笔者对导电胶的材料与性能进行研究，以提升导电胶的整体质量与性能，提高与之相关的产品的品质，拓展导电胶的应用领域。

1 导电胶的材料与导电机理

导电胶是导电性胶粘剂的简称，通过无机胶连接不同材料进行使用，是一种具有导电等基本性能的粘合剂。导电胶一般有导电填充物和导电树脂组成，具体结构包括预聚体、固化剂、增塑剂、稀释剂、导电填料等，其中预聚体包括PU、PE、EU等，主要为增强粘合程度；固化剂包括胺类、磋米类、有机硅酸等化合物，主要与预聚体发生化学反应产生与三维网中聚合物不融合的物质；增塑剂包括甲临苯二乙偏硅酸、磷酸化合物等，主要为提高材料的稳定性和抗冲击能力；稀释剂包括丙酮、乙二醇和甘油等，主要为降低粘度，减少焊接前后的冲洗，以增强导电胶的使用寿命；导电填料包括Cu、Ag、Au和碳粉以及复合粉等，主要为提高导电胶的导电性。

1.1 银系导电胶

银在元素金属性顺序表中位于铜后面，化学性质稳定不易分解，且具有优良的导电性能，在导电胶中几乎不会被分解氧化，起固定支撑作用。在工业生产中，银可以极大地提高导电胶的使用效率。相比于其他金属，银的价格比较便宜，很多学者都致力研究银系导电胶，并取得了一定进展。研究者张志豪等人，通过液化学还原法，制备了新型纳米银胶，研究显示，当w（银的总量）=70%（相对于整个银系导电胶）、m（微米银粉）：m（纳米银粉）=3：1时，导电胶的电阻率达到最低水平，此时，剪切强度最高，即通过控制银粉的量，有效控制了电阻率和导电胶的剪切强度。

吴海平等人研究了填料的不同形式，根据不同的作业要求改变填料形式，自制纳米线作为导电胶的引线调节导电胶的导电方式。研究显示，当w（自制纳米引线）=65%时，导电胶电阻率约为1.2×10-4Ω·cm，比天然纳米导电胶提高了6倍左右，其剪切强度（以Al作为基板）相比于天然导电胶（w纳米或微米粒子）有了不同程度的提高。

马瑞等人采用复合固化体系，运用到生产加工和科学研究中，并产生了EP导电胶，这种类型的导电胶有着良好的粘结性和抗腐蚀性，电阻值也比较低，是结合式导电胶，主要供铝、铁、铜以及稳定性良好的金、铂等的结构粘结，也可以作为修复体修复其他导电配件在运行过程中出现的功能性问题，最主要是通过铆接或焊接加强稳定性，然而这种方法的缺点是会加速导电胶的磨损，减少导电胶的使用寿命。

目前在市场上，以银粉为主要导电体系的导电胶，主 要 有 DAD-91E、Loctite3800、Threebond3303B、Ablebond84-1四种，其电阻率、剪切强度、固化温度及固话时间等物理性能，如表1所示。

表1 几种银粉导电胶的性能

1.2 铜系导电胶

铜的金属稳定性与银接近，都不容易能被强氧化性物质氧化，在高温加湿的条件下，也可以控制其低电阻率，且价格比银便宜，在实验室中温度相对容易控制，因此铜是制备新型导电胶的具有优势的金属，然而，铜在纯金属状态下与在正二价粒子状态下的稳定性不同，只有在正二价游离状态或，与其他物质呈现化合物时，不容易被氧化，因此作为导电胶引线的纯金属铜，必须要采取防氧化性措施，如在表面镀银，或者加入一定还原剂。

张聚国等人采用EP分析法，将EP铜粉、聚合物以及固化剂等材料结合分析，经过研究发现了铜粉导电胶的特点，铜粉导电胶在常温下容易被氧化，因此，必须要镀银，才能在价格最低的条件下，发挥价值优势。实验发现该导电胶电阻率可以达到10-4Ω·cm，成本比银系导电胶低，且耐剪切性较强，当实验环境温度达到130℃之后，具有高强度的抗氧化性。

刘荣强等人以密胺脲醛脂作为原料，制备了结构稳定的铜系导电胶，体积电阻率达到3.8×10-3Ω·cm，固化温度大约为100℃，剪切强度在22MPa以上。

1.3 导电胶的导电机理

导电胶的导电机理，主要包括“导电通道”学说和“隧道效应”学说。“导电通道”学说认为，通过不同导电材料的相互接触，形成不同电阻的并联电路，从而获得导电性，电路中胶体稳定接触的部分，称为稳定层，其余部分称为连接层；导电胶固化经过稳定层而固化或干燥，因此，导电体在粘合剂的作用效果下，导电填充层体积发生收缩，而成为新的连接层，此时的导电胶导电性最强。另一种“隧道效应”学说，主要指的是，导电胶中导电离子发生直接接触，根据同级相斥异性相吸的原则，导电离子会在通道中发生定向移动，除了离子的直接接触，还会带来一定规律的热振动，导电离子可在大量粒子形成的高速电场中，产生电流发射，当离子之间的距离足够小，以至于小于1nm范围内，隧道效应会使电场力急剧加大，这便形成了导电胶的导电功能。

2 导电胶的性能研究

作为一种同时具备导电性和粘合性的胶，导电胶可以连接各种导电材料，将待连接的材料之间形成电通路。目前，导电胶已广泛用于印刷电路板组件、液晶显示器、发光二极管、陶瓷电容器、智能卡、集成电路芯片，以及其他电子元件的封装和粘接。但由于导电胶自身的性能问题，目前它尚不能完全取代Pb/Sn焊料。

导电胶自身的性能问题，主要有以下几点：1）导电率低；2）接合效果不稳定，不同的元器件类型和印刷电路板类型，对接合效果有很大影响；3）粘合强度较低。在小间距的连接中，粘合强度的大小，直接影响部件的抗冲击性；4）固化时间长，效率低；5）成本较高，限制了它的应用。

目前，虽然我国的胶粘剂生产技术经过了一定时期的发展，有了很大的进步与突破。但是，与国外生产的导电胶性能相比，我国与之差距仍然很大，国内所需的高性能导电胶仍然主要依靠进口。差距在于，国内生产的导电胶，整体上性能较差，而国外生产的导电胶，在导电性、粘接强度、老化频率、漂移稳定性以及储存等方面，具有明显的优势。为了提高国产导电胶的整体性能，要从以下三方面出发进行研究：

1）开发新的树脂、固化剂及配方。要制造多功能、高性能导电胶，就要开发新的树脂、固化剂及配方。银基导电浆料，具有银迁移和腐蚀的作用。铜和镍基导电浆料，易氧化，导电率低，固化时间相对较长。因此，聚合物的共混和改性，以及由其制备的新型导电聚合物，是近年来的研究重点之一。

2）开发新型导电颗粒。基于纳米颗粒、涂层合金，或共晶合金作为导电填料的导电填料的制备，以及导电颗粒表面的活化，是制备导电浆料的重要条件。

3）研究新的固化方法。未来，固化方法的发展趋势是室温固化高温粘接材料。虽然目前，热固化导电橡胶体系仍占主导地位，但是，由于其固化剂和偶联剂不够环保，存在污染环境等问题，因此，光固化、微波固化、电子束固化等技术正在逐渐取代它，得到了广泛应用。UV固化+热固化，即双固化体系，也是未来固化方法的一个发展方向。

综上所述，目前我国电子工业在快速发展，导电胶在电子技术中，发挥着日益重要的作用，具有广阔、良好的应用前景。但是，由于我国在导电胶领域的研究起步较晚，目前国产导电胶在品种和性能方面与国外有很大差距。为此，我国要从开发新的树脂、固化剂及配方、开发新型导电颗粒、研究新的固化方法等方面出发，提高国产导电胶的整体质量与性能，进而满足人们对各种建材的高品质、高质量的需求。