摘要:便携式电子产品市场正在被更小、更薄和更轻的产品所驱使着，例如：移动电话、摄像机、CD和掌上电脑等。为了能够进一步地接高这些产品的性能，表面贴装技术己经发生了很大的变化。新的导电粘接材料正在被开发，以求能胜任己经取得很大成功的传统的焊料产品。
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关键词:表面贴装器件；导电粘接；电子组装?
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表面贴装元器件（Surface Mount Device简称SMD）在电子工业领域有着非常广泛的应用，它所提供的应用能力可以有效地降低产品的尺寸。更小、更薄和更轻的产品推动着便携式电子产品市场向前发展，例如：移动电话、摄像机、CD和掌上电脑等。为了能够进一步地提高这些产品的性能，表面贴装技术己经发生了很大的变化。利用通孔连接形成的多层电路板和采用各向异性导电粘接剂的元器件装配就是这些变化中的一例。

1、问题的提出

在常规焊料产品中所包含的铅，成了全球范围内人们对环境保护问题所xx和争议的焦点。有人认为可以在工业中有限制地使用铅材料。而更多的人为了能够对无铅化的挑战作出回应，在无铅焊料方面开展了大量的研究工作，其中使用导电粘接材料就是一项人们努力的方向。

由于导电粘接材料的固化温度相对较低，所以也能够适用于柔性基质材料和对温度敏感的元器件。于是它不仅仅可以替代焊料，而且也能够形成一项超越焊料技术的一种新的技术，用来满足小型化、薄型化和轻型化的电子产品需要。因此，为了更长远的可满足新一代电子产品的应用需求，人们在不断地研究和开发各类粘接剂。

本文所介绍的含银导电粘接剂和含铜导电粘接剂的开发工作是由日本Asahi Chemical Research Laboratory Co. Ltd.公司完成的。

2、导电粘接剂的引入

导电粘接剂除了拥有较低的固化温度以外，还必须具有一些与焊膏相似的工艺特性（具有可印刷性、粘合性和可修复性）（见表1）。另外粘接的强度指标也应该与焊料相同。

表1、适用于SMD的导电粘接剂要求

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制造性
位置
?个元器件型式
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固化
?为了缩短时间，在低温状态下进行固化。

（在150℃时为10分钟）
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印刷
?当实施筛网印刷的时候，微细间距的连接盘不能有漏泄或者下垂现象（例如：在印刷100 μm厚和300 μm宽的连接盘时，不允许有超过50 μm的漏泄现象存在）。
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修复
?利用热风操作可以实施修复操作

（在200~250℃的温度范围内，操作时间不超过30秒）
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粘合性
?焊膏的粘合性和湿态强度（green strength）
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操作性
?粘合力
?与焊料相同的强度
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接触电阻
?每个连接点小于100 mΩ
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触点可靠性
?在接触电阻不发生改变的情况下绝大多数可以通过下列测试：

热循环测试：*1)-65 ~125℃. 100 次循环

老化测试：? *2)85℃ x 1000 小时

湿度测试：?? 60℃, 90% RH x 500 小时

导电粘接剂的配方主要是由填充导电体颗粒、粘接剂用树脂、硬化剂媒介物、溶剂、稀释剂和添加剂所组成。

己经知晓的导电填充材料是金属颗粒料，例如：金、银、铜和镍以及氧化物，如氧化铟和氧化锡，或者是炭黑和石墨颗粒。合成材料例如包覆铜粉的银也可以被采用。

银颗粒和包覆铜粉的银颗粒也被选作为一种导电填充料来使用，这是因为它们所拥有的电性能、可靠性和xxx优势。

3、对导电粘接剂的测试

导电颗粒的分布、颗粒的形状和所采用的表面处理方式是决定导电率和粘接强度的主要因素。为了能够证明性能差异，具有不同尺寸大小、分布情况和表面处理的六种银颗粒料被配制成以环氧树脂为基础材料的导电粘接剂。

粘接剂的性能变化（流动性、导电性和粘接特性）受到所采用的银颗粒类型的控制。

为了能够粘合填充颗粒和提供优良的粘接力给基片，采用了多种无机的和有机的粘合材料。在这项研究工作中，为了能够达到优良的粘接性和可修复性，选择采用了环氧树脂材料。采用同样的环氧树脂材料，分为双酚A和双酚B，如果需要也可以添加低粘合性的环氧化合物。

当选择环氧树脂作为一种粘合剂的时候，很重要的一点是选择一种相配匹的硬化剂。采用相同的金属填充颗粒粘合剂，可以形成导电或者不导电，这主要取决于所采用硬化剂的类型。

在该项试验中对两种银粘合剂的接触电阻进行比较，它们使用了双酚树脂作为粘接剂，但是采用了两种不同类型的潜在硬化剂。一个标准的200 Ωm芯片器件通过粘接剂进行粘接，所采用的循环温度在 –65°到125℃之间。

接触电阻(contact resistance 简称RC)通过一台内阻为150 Ωm的仪器进行测量，在不同的位置平均进行了8次测量。每个连接点的接触电阻存在着明显的差异，不仅在原始的接触电阻，而且也反映在接触的可靠性方面。通过这些数据，可以推断出硬化剂自身具有不同的特性（亲水性），元器件的结构使得固化粘接剂的特性发生了差异。

免溶剂导电粘接剂是优先考虑的对象，然而少量的溶剂用在配方中可以优化印刷工艺流程。可印刷性和产品的贮藏寿命变化取决于所采用的溶剂类型，在化合物中金属颗粒的分布也会受到影响，它可能会导致不良的导电性能或者不符合要求的粘接性能。于是，对于溶剂必须认真仔细地进行挑选。

可选用不同类型的添加剂以改善填充材料的分布、在基片上的润湿情况以及粘接强度。添加剂可以影响到润湿、固化、导电性和粘接强度。

在采用银包覆铜颗粒的环氧树脂粘接剂中，使用了不同的分散剂。添加了A组分的粘接剂在不该具有跌落趋势的地方拥有较高的跌落曲线，而另一个添加了B组分的粘接剂却拥有较低的跌落曲线，所以具有良好的流动性。

这些粘接剂能够满足低温工艺操作流程，与此同时仍留有与传统的焊膏相同的可生产性，例如：可印刷性、粘合性和可修复性。

这里，我们所讨论的是采用银颗粒作为导电填充料的导电粘接剂和采用银包覆铜颗粒的粘接剂的情况。两种产品均采用了液态的环氧树脂，以及潜在的硬化剂（latent hardener）作为粘合剂。为此，两种材料均拥有良好的可修复性。

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4、测试的条件

测试所用的电路板采用了可以耐受焊料的环氧玻璃基板。标准的200 mΩ芯片组件被粘接到测试板上面。

粘接剂通过70 μm或者150 μm的不锈钢印刷模板，采用筛网印刷的方式印刷上去。在印刷工艺完成好了以后，芯片组件立即被轻轻地安置在标注的位置上面，然后粘接剂发生固化。当在安置这些元器件的时候，所采用的压力在0.1 – 10 g/mm2的范围内，接着对初始电阻、粘合强度和可靠性进行评估。结果发现，采用{zd0}压力和最小压力对结果产生的影响是非常轻微的。

标准的固化时间表是在150℃的情况下，固化时间为10分钟。

各种涂覆材料的有效性通过测试得到验证，这将有助于可靠性的提高。在表2中显示了对涂覆材料所进行的潮湿测试条件。

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表2、对涂覆材料的潮湿测试条件

材料的化学名称
?固化时间要求
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环氧树脂
?150 ℃ x 10 分钟
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含氟的丙烯酸树脂
?80 ℃ x30 分钟
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丙烯酸树脂
?80 ℃ x30 分钟
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聚丁二烯，2—— 组件
?80 ℃ x30 分钟
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硅氧烷树脂
?80 ℃ x30 分钟
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初始的接触电阻通过分类法（methodology）进行测量，然后电路板的热循环测试工作按照美国军标MIL – STD – 202F中的107G方法，B条件进行，并对参数的变化情况进行监测。

具体的步骤为：

1) – 65℃ 30 分钟

2) 25℃ 5分钟以内

3) 125℃ 30 分钟

4) 25℃ 5分钟以内

在每经过5、25、50 和100次循环以后，接触电阻和粘合强度被检查一次。

按照美国军标MIL – STD – 202F中的108A方法，测试用的电路板被安置在一个85℃的箱体内。在经过了96、 250、500 和1000小时以后，对接触电阻和粘合强度进行检测。

然后样板被安置在60℃和相对湿度为90%RH的潮湿箱内，在经过了96、250 和500 小时变化以后进行检测。

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5、测试的结果

下面的可靠性数据是来自于含有银颗粒作为导电填充物、环氧树脂和潜在硬化剂作为粘合物的粘接剂。

热循环的测试结果反映实现了良好的可靠性，在经历了高达100次的循环以后，接触电阻低于60 mΩ，这几乎可以忽略不计。

在这种条件状态下，电子和机械接触的稳定性能够被保持住，暴露在高温下的测试结果依然如此。

在防潮性能的测试条件下，粘接剂可以保持可靠的电接触，而与所采用的涂覆材料无关。然而，这样的涂覆材料也许对银迁移的发生无效。

随后的数据表明了导电粘接剂具有良好的接触可靠性，在该粘接剂中使用了银包覆铜粉作为导电填充材料，具有粘合剂作用的环氧树脂材料含有潜在的硬化剂。

热循环测试的结果显示在早期阶段实现了良好的接触效果，采用银为基础的粘接剂可以胜任电气和机械接触要求。然而，以铜为基础的粘接剂所显示的结果在进行了50到100次循环之间，其接触电阻有了非常显著的增加。

高温暴露测试结果显示以银为基础的粘接剂，其电气和机械接触稳定性仍保持相同的性能。在防潮性能测试中，接触电阻值会增加。

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6、与焊料的比照

这些导电粘接剂的性能与焊膏进行了比照。接触电阻在开始读数的时候，其目标值低于100 mΩ，在经历了各种可靠性检测以后，仍可保持在低于200mΩ。

由此可见，银基粘接剂如果说没有更好，至少可以说与焊料的电接触可靠性相当。铜基粘接剂尽管它们跌落到目标范围以下，但是却具有较高的初始值。这种粘接剂不能很稳定地通过热循环和加热/湿度测试，就算可以通过使用防潮涂覆，其结果也是如此。

有机粘接剂的测试显示有微微提升粘接强度的倾向，它通过了潮湿测试，而不管它采用了何种导电填充材料，反之，通过所有三种测试方法，焊接点展现了其稳定的机械强度。然而，有机粘接剂通过使用防潮涂覆材料可以提高其性能。

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7、结束语

通过使用导电粘接剂来满足表面贴装元器件的装配，在电子工业行业有着广泛的市场需求，人们积极寻求新技术来替代焊接工艺，以满足电子产品更小、更薄和更轻的需要。

本文对导电粘接剂的性能特点作了一个简单的介绍。从己知的测试结果显示，这些粘接剂还存在着一些缺点，通过对它们的进一步研究开发，将有望研制开发出新一代的技术，以实现良好的粘接剂导电连接。