银填充导电胶中表面与界面研究

论文摘要

导电胶作为传统铅锡焊料的一种替代品,因具有环境友好、操作温度低、间距细及工艺步骤少等优点,而引起人们的广泛关注。和无铅焊料相比,导电胶具有更好的柔性度,抗蠕变性和能量吸收性。但是,导电胶也有很多缺点,如体电阻率高、接触电阻不稳定和抗冲击性能差等。本文研究了导电粒子的制备与表征、光亮片状银粉的表面行为、导电胶中的界面行为,探讨了提高导电胶的电性能与机械性能的方法。以水合肼为还原剂还原硝酸银溶液制备球形或类球形银粉。研究了反应条件与环境因素如反应物浓度、配比、反应物滴加速度、搅拌速度、反应温度、分散剂用量等对银粉几何形态、性能的影响。优化后的制备工艺为:反应温度为室温,还原剂浓度2.1mol/L,硝酸银浓度0.35 mol/L,滴加时间40分钟,搅拌速度1000rpm,水合肼与硝酸银摩尔比6:1,分散剂PVP与硝酸银的重量比为0.9。通过对还原银粉进行球磨制备光亮片状银粉,研究了球磨液体介质、球磨助剂、球磨时间等对光亮片状银粉的粒径、粒径分布与形貌的影响。实验表明,以水为球磨液体介质、油酸为球磨助剂,球磨48小时能得到质量很好的光亮片状银粉。利用差示扫描热分析法研究了光亮片状银粉被溶剂与醇酸混合溶液处理前后的热性能,利用傅立叶红外光谱对油酸与光亮片状银粉表面进行了表征,利用扫描电镜和能谱分析仪EDAX对被醇酸混合溶液处理前后的片状银粉的表面进行了形貌观察和成份分析。结果表明,球磨后光亮片状银粉表面的油酸不是物理吸附的油酸,而是化学吸附在银粉表面的一层有机润滑层,是油酸和银粉相互作用产生的有机银盐。不同的溶剂与溶液对光亮片状银粉表面的去除效率不同。本研究首次发现,醇酸混合溶液能完全去除光亮片状银粉表面的有机银盐。其去除机理为:醇酸混合溶液中的H+首先和光亮片状银粉表面的有机银盐反应,生成油酸和无机银盐,油酸溶于醇,无机银盐溶于水溶液,直至有机银盐被完全去除为止。光亮片状银粉表面的油酸被完全去除后,在相同银粒子填充量的情况下,能提高导电胶的体电阻率。通过添加偶联剂能改善导电粒子与树脂间的相容性,不同的偶联剂对导电胶性能的影响不同,本研究中添加硅烷偶联剂KH-570能提高导电胶的电导率和剪切强度,而添加钛酸脂偶联剂NDZ-401的导电胶的电导率的变化不大。扫描电镜照片显示添加偶联剂的导电胶的导电粒子与树脂基体间的结合更紧密。导电填料中添加适量的低熔点合金有助于导电胶电导率的提高,导电填料中低熔点合金的最佳含量为20 wt%左右。低熔点合金在导电胶固化阶段熔化,在银粒子间形成冶金连接。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 微电子封装简介
• 1.3 导电胶（Electrically Conductive Adhesives）
• 1.4 导电胶研究进展
• 1.5 本课题研究思路与拟研究内容
• 2 微细银粉的制备
• 2.1 引言
• 2.2 微细银粉的制备方法
• 2.3 实验材料和方法
• 2.4 反应条件对还原银粉性能的影响
• 2.5 本章小结
• 3 片状银粉的制备与表面行为
• 3.1 引言
• 3.2 片状银粉的制备方法
• 3.3 片状银粉制备与表征
• 3.4 制备、处理工艺对银粉性能的影响
• 3.5 本章小结
• 4 导电胶导电粒子与树脂的界面行为
• 4.1 引言
• 4.2 导电填料与树脂间的相容性
• 4.3 偶联剂与作用机理
• 4.4 实验材料与方法
• 4.5 导电胶性能测试与可靠性
• 4.6 本章小结
• 5 低熔点合金对导电胶导电性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验与性能测试
• 5.3 导电胶性能与填料中低熔点合金含量关系
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 本课题主要结论与取得的成绩
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间发表的论文目录