低熔点合金掺杂银粉导电胶的研究

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以甲基六氢邻苯二甲酸酐(MeHHPA)和2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)为固化剂和促进剂,通过选用不同种类环氧树脂、添加不同比例的Sn-Bi低熔点合金粉(Low Melting Point Alloy,LMPA)与SF-01片状银粉混合导电填料、液态端羧基丁腈橡胶(CTBN)增韧剂,在不同的工艺条件下,制备出高电气性能的低熔点合金掺杂银粉导电胶(LOW Melting Point Alloy Incorporated Isotropically ConductiveAdhesives,LMPCA)。利用差示扫描量热分析(DSC)确定了合理的LMPCA固化程序,通过扫描电子显微镜(SEM)观察和DSC检测研究了LMPA在LMPCA中的扩散与消耗行为,分析了LMPA与银粉之间形成冶金连接相的成份;利用体积电阻率测试、拉伸剪切强度实验、热条件下体积电阻的变化和85℃/85%RH老化实验等分别对LMPCA导电性能、粘结强度和可靠性能进行了研究,结果表明:(1)LMPCA固化过程中,Sn-Bi共晶合金在树脂基体中熔化扩散并且与银接触发生反应,形成高熔点的Sn-Ag二元或Sn-Ag-Bi三元化合物。固化程度影响熔融LMPA在树脂基体中的扩散以及与银粉的润湿。为形成更多的冶金连接,要求在LMPA熔化润湿过程中树脂基体固化程度低。当2E4MZ的含量在0.3%-0.5%,低熔点合金与银粉配比mLMPA/mAg≤20/80,填料总体含量mMatrix/mFiller≥25/75,两步法保温固化,LMPCA中LMPA被消耗的更彻底,形成的高熔点合金与冶金连接也更多,LMPCA体积电阻率低于5×10-4Ω·cm。(2)随着CTBN含量的增加,LMPCA的导电性能变差,拉伸剪切强度有明显提高。CTBN的添加比例为5wt%、10wt%和15wt%,LMPCA的拉伸剪切强度分别为8.86 MPa、9.53 MPa和8.32MPa,整体上呈现先上升后下降的趋势。通过降低填料整体含量与配比对LMPCA的力学性能改善作用不明显。(3)在40℃-200℃变温加热与150℃恒温保温条件下,LMPCA的体积电阻都没有因为残余LMPA的存在而明显上升,导电性能稳定。以混合导电填料配比为mLMPA/mAg=20/80,采用两步法工艺制备的LMPCA,其内部形成的冶金连接并与Cu衬底界面之间形成了稳定的Ag-Sn-Bi-Cu合金层,在85℃/85%RH条件下具有良好的接触电阻稳定性。
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