1 引言

導(dǎo)電膠粘接技術(shù)，主要應(yīng)用于厚膜電路片、薄膜電路片接地等。導(dǎo)電膠粘接技術(shù)與其它焊、柔性印刷電路片與殼體、載板的固定接技術(shù)如釬焊、共晶焊接相比，具有獨特的優(yōu)越性。釬焊不能用于鍍金表面，需用助焊劑和阻焊膜，且隨后的加工過程中的溫度不能超過其熔點；而共晶工藝一般只適用于鍍金表面，并且其焊接溫度高，焊后基本不能返修。而導(dǎo)電膠粘接具有較高的電導(dǎo)率，固化溫度低、技術(shù)簡單、具有更好的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性等特點，使其在微電子領(lǐng)域獲得廣泛研究與應(yīng)用,是微組裝工藝過程中是必要且十分重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。在微組裝工藝中，必然需要使用大量的導(dǎo)電膠。導(dǎo)電膠由基本粘接材料、固化劑、填充劑、催化劑、增韌劑、稀釋劑、溶劑、增粘劑、穩(wěn)定劑等按一定比例組成。其中基本粘接材料、固化劑、催化劑的種類和比例決定了該材料的剪切強(qiáng)度、固化溫度、固化時間等特性。不同的導(dǎo)電膠使用的溫度、場合都各不一樣。

2 正文

2.1 導(dǎo)電膠粘接失效問題

隨著電子產(chǎn)品向小型化、便攜式、低成本的方向發(fā)展，新型的鋁腔體也慢慢的代替了傳統(tǒng)的銅腔體。但是由于鋁材和銅材在機(jī)械性能和電氣性能上的不一致，在替代中會出現(xiàn)其它預(yù)料之外的現(xiàn)象。我單位在腔體型材的替換過程中就出現(xiàn)過粘結(jié)界面開裂及微帶片脫落問題。腔體更換成鋁材后，使用原來H20E 導(dǎo)電膠粘結(jié)的微波件，在常溫測試時，功能和性能正常，但是經(jīng)過高低溫沖擊及溫度存儲試驗后，發(fā)現(xiàn)鋁腔體內(nèi)的粘結(jié)界面出現(xiàn)裂紋及部分微帶片脫落，粘結(jié)失效，導(dǎo)致微波件的功能及性能指標(biāo)下降甚至失效。圖1 為我所某微波件更改成鋁體后經(jīng)過溫度沖擊試驗后的結(jié)果。

從圖1 看出，在經(jīng)過-40℃～80℃的溫度沖擊試驗后，導(dǎo)電膠粘結(jié)界面的開裂比例在30%以上，微帶片脫落比例在10%以上，即經(jīng)過溫度沖擊試驗后，微波件的總體故障率在40%以上，不具備可生產(chǎn)性。通過查找鋁材和銅材與溫度相關(guān)的性能，發(fā)現(xiàn)鋁材鋁的膨脹系數(shù)24.30ppm/℃，而銅的膨脹系數(shù)只有16.56ppm/℃，兩個材料的熱膨脹系數(shù)相差較大。

因此通過初步分析，裂紋形成有以下幾個途徑：

1 界面材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，產(chǎn)生的熱機(jī)械疲勞導(dǎo)致粘接膠裂縫或分層。

2 低溫時導(dǎo)電膠的脆性導(dǎo)致裂縫的形成。

3 粘接時導(dǎo)電膠與基板界面存在氣泡。

4 工藝缺陷導(dǎo)致的導(dǎo)電膠體內(nèi)裂紋擴(kuò)展到界面。

因此為了解決鋁腔體粘結(jié)后的脫落問題的最佳途徑是找到緩解熱膨脹系數(shù)失配的粘接材料。

2.2 導(dǎo)電膠選擇及使用范圍的確定

鑒于原有的H20E 不適合鋁腔體的粘結(jié)技術(shù)，我們又從常用的導(dǎo)電膠中選擇了ME8456、EPO-TEK H20S、BONDLINE 2485 三種膠用于鋁腔體和微帶片的粘結(jié)試驗，經(jīng)過溫度沖擊試驗后，發(fā)現(xiàn)的使用EPO-TEK H20S粘接的微波件的失效率達(dá)到50%以上，而使用BONDLINE 2485 粘結(jié)的微波件的失效率也在20%以上，而使用ME8456 的粘結(jié)的微波件沒有發(fā)現(xiàn)失效情況。我們將試驗用的幾種的導(dǎo)電膠幾種進(jìn)行性能比較，見下表1：

在導(dǎo)電膠的幾個性能指標(biāo)中，玻璃化溫度（TG）指的是聚合物中發(fā)生相變的溫度。聚合物在低于玻璃化溫度時處于一種更剛性的類似于玻璃質(zhì)狀態(tài)，這時具有高強(qiáng)度和低熱膨脹系數(shù)（CTE）。當(dāng)溫度超過玻璃化溫度時，可以使材料轉(zhuǎn)換成一種“橡膠態(tài)”。玻璃化溫度的選擇對于彌補熱膨脹系數(shù)失配，有極其重要的意義。在幾種導(dǎo)電膠中，ME8456 型導(dǎo)電膠的玻璃化溫度低最低，只有-20℃。在常溫及其工作溫度下，ME8456 型導(dǎo)電膠處于類似“橡膠”的形態(tài)，可以彌補熱膨脹系數(shù)不匹配帶來的應(yīng)力作用，避免導(dǎo)電膠粘結(jié)界面的開裂即微帶片的脫落。

2.3.使用工藝

導(dǎo)電膠固化是所有導(dǎo)電膠使用中的一個重要環(huán)節(jié)，對導(dǎo)電膠的性能影響很大。如何確定導(dǎo)電膠的固化溫度曲線對粘結(jié)后的微波件的性能有較大的影響。不同廠家、不同型號的導(dǎo)電膠固化對應(yīng)關(guān)系不同，一般固化時間長短和溫度高低成反比關(guān)系。表2 為廠家提供的ME8456 固化溫度對應(yīng)關(guān)系。

表2 ME8456 固化溫度與時間對應(yīng)關(guān)系

根據(jù)廠家給出的對應(yīng)關(guān)系，我們選擇了125℃固化，時間為2 小時。發(fā)現(xiàn)固化后在膠體內(nèi)部出現(xiàn)很多小氣泡，氣泡的存在嚴(yán)重影響導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及剪切力等指標(biāo)。從理論上講，固化溫度變化率越小，固化效果越好，可以減小固化后導(dǎo)電膠內(nèi)部應(yīng)力以及減少氣泡。但是固化溫度低，則需要的固化時間增加，從而降低了生產(chǎn)效率。如何在固化溫度和固定時間上找到平衡，在滿足性能的同時提高生產(chǎn)效率。查閱了大量資料，得知揮發(fā)會在超過100℃時加劇，揮發(fā)加劇導(dǎo)致固化后氣泡增多。根據(jù)這個理論及試驗，我們總結(jié)了ME8456 的固化曲線如圖2：

先經(jīng)過80℃烘烤60 分鐘，然后再經(jīng)過120℃固化100 分鐘，固化后導(dǎo)電膠的膠體內(nèi)部沒有氣泡產(chǎn)生，膠體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及剪切力等指標(biāo)也滿足生產(chǎn)的要求，整個固化時間在160分鐘，也可以滿足生產(chǎn)率的要求。

ME8456 適用于熱膨脹系數(shù)不匹配、尺寸較大的材料間的粘接。不適用于粘接管芯及器件。原因如下：

一、因為管芯及器件粘接面積小，而且這種導(dǎo)電膠常溫下為“橡膠態(tài)”，剪切力較小，無法保證粘接可靠性；

二、如果器件需要鍵合，鍵合過程中較高的溫度會導(dǎo)致膠體變的更軟，且鍵合過程中劈刀隨傳感器伸縮前后振動，會把振動傳遞給管芯，使器件產(chǎn)生相對位移，導(dǎo)致鍵合后拉力減小，可靠性變差。

3 結(jié)論

ME8456 導(dǎo)電膠的選用，從根本上解決了熱膨脹系數(shù)不匹配材料粘接界面存在裂紋的問題，實現(xiàn)了鋁腔體上直接粘接微帶片的工藝，對降低生產(chǎn)成本、減輕微波件的重量、實現(xiàn)儀器便攜式和保證產(chǎn)品質(zhì)量方面都起到了至關(guān)重要的作用。