导电银粘接剂和电子封装环氧树脂材料的新发展

导电银粘接剂和电子封装环氧树脂材料的新发展
龚本民
导电银粘接剂(俗称导电银浆)自1966年问世以来它已经在电子科技中起到越来越重要的作用。目前,导电银粘接剂已经广泛应用于牛导体集成电路的封装、集成电路的表面电路连线、计算机软电路连线、液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、有机发光屏(OLED)、印制电路板(PCB)、压电陶瓷、焊剂取代等许多领域。
到2003年底，导电银粘接剂世界市场的销售额已达到20亿美元，特别值得一提的是，电子封装和光电器件制造的全球重心已转到亚洲地区，亚洲地区已成为导电银粘接剂销售的主要市场。近年来，台湾的许多电子和光电器件制造大量移到祖国大陆，中国大陆的导电银粘接剂需求量呈大幅增长，但因中国大陆的生产能力等因素，导电银粘接剂主要依赖进口。如美国的Ablestik、TraBond、Eastman、Epotek和日本的Amicom等公司，这些公司每年在中国大陆市场大约要销售2亿美元的导电银粘接剂。

三十多年来，导电银粘接剂都是采用双组份环氧树脂的银粉浆料，用户必须将A、B二组份混合搅拌均匀才能使用。在搅拌过程中产生大量的气泡无法消除，未使用完的导电银粘接剂会自行固化，从而造成浪费。美国Ablestik公司于近年推出了单组份的导电银粘接剂，深受用户的欢迎。但它必须在-40℃贮存，在运输中必须采用干冰包装，干冰的使用期为7天左右，其运输成本非常之高。在常温下的操作时间限制在24小时左右。

一个理想的材料永远是用户的追求，然而世界上是没有理想材料的，只能是向理想的材料靠近。美国TiC公司的科技人员在追求理想的导电银粘接剂上有一个新的突破。推出了一种在常温贮存达一年之久的单组份导电银粘接剂，这种导电银粘接剂即使在50℃烘烤10天，也能保持其稳定的性能；并且这种导电银粘接剂采用更为先进的工艺，达到了完全消泡的效果，从而使导电银粘接剂的技术大大向前迈进了一步。

环氧树脂一直是电子和光电器件制造中最重要的封装材料。人们对环氧树脂的印象总是将两组份混合调匀，经过一定时间和一定温度才能固化后使用。它有许多的优点，即它的粘接强度高、耐热、耐酸、耐碱和化学溶剂的浸蚀、不易老化、能承受各种环境和老化试验。

人们对环氧树脂的关注已经经历了半个多世纪，发展了上百个环氧树脂品种，但决定环氧树脂特性的根本问题除了选择有效的配方以外，最重要的是取决于环氧树脂的固化剂。因固化剂在整个配方中占有很大的比例，其固化后的结构模式和物理化学性能有极大的关系。因此，我们认为：随着固化剂的发展才是代表了环氧树脂的配方和应用的发展。

大致上说，固化剂经历了以下五个阶段的发展。

第一代是胺类固化剂，它包含了脂肪胺、芳香胺、脂环胺、酰胺、改性高分子胺等等。它们总的特性是在常温下能与环氧树脂反应，因此必须以双组份的形式使用。胺与环氧树脂的反应速度较慢，即使是在加温过程中也不能以高速度的形式进行固化。

第二代是咪唑类固化剂。发展起始于二十世纪六十年代，它是引发和交联同时进行的固化反应，它的特点是在加温过程中比胺类固化剂反应速度快，而在常温下比胺类固化剂反应速度慢。因此在使用中有加温固化速度快、常温工作时间长的优点。

第三代是亚胺类固化剂。它的特点是耐高温性能特别明显，固化后的的玻璃化温度可达200℃以上，耐化学腐蚀性强，其缺点是多数以固体形式出现，固化温度较高。

第四代是阳离子光固化引发剂。发展起始于二十世纪九十年代。它的特点是单组份配方，贮存稳定性特别好，固化速度快，在数秒至数十秒之内可完成固化。它还能自动后固化，即爆光不足处能继续自动固化。美国Epotek公司在这类固化环氧配方中处于领先地位，该公司开发了数百种OG系列产品在世界各国广泛应用，特别是在光电器件制造中，由于光固化速度快，性能优异，得到了广泛的应用。

第五代是美国TiC公司开发的特种固化剂。它与环氧树脂在常温下不反应，这类固化剂能配制出最新一代的单组份常温贮存环氧树脂，使环氧树脂的配方更接近于理想的材料。

由于环氧树脂有着千变万化的特性，在实际应用中也有着千差万别的要求，因此正确选择环氧树脂材料就成为产品材料工艺定型的重要问题。在电子和光电器件生产工艺中，必然遇到选材的以下问题:固化条件(Cure Condition)(常温、加温、紫外光、红外光、微波)、固化速度和时间(Cure Shedule)、外观(Appearance)(透明、半透明、颜色)、填充料(Filler)、所粘接的材料(Adherent Material)、粘度(Viscosity)、玻璃化温度(Te)、硬度(Hardness)、粘接强度(Lap Shear,Die shear)、弹性模量(Modulus)、热膨胀系数(CTE)、热传导系数(Thermo-conductivity)、光折射系数(1ndex Refraction)、固化收缩率(Shrinkage)、吸水率(Moisture Absorption)、工作温度(Working Temperature)、体积比电阻率(Volume Resistive)、离子含量(10nContend)、工作时间(Pot Life)、存放时间(Shelf Life)、成本(Cost)等。

以上这些特性是每一个产品选材者必须考虑的参数。如果材料选择对,它就会给工艺、产品质量、生产成本等带来巨大的利益。如日本Olympus公司的某种液晶显示器(LCD)密封由传统的热固化环氧树脂改用为光固化环氧树脂后，其生产效率大大提高；又如光纤的精密连接必须要求快速固化和光折射率与玻璃纤维匹配，就必须选用特殊的光固化环氧树脂；再如，当今最新一代的有机发光二极管(OLED)，是最有前途的显示器，它将取代第二代的液晶显示器(LCD)和第三代的等离子显示器(PDP)。这是因为它的设计简单、色彩鲜艳、高光亮度、高对比度、高分辨率、高清晰图像以及宽广的视角、仅数微秒的高频转换时间，由于余辉极短，显示器背景变化的动态特性极佳，OLED在极低电压下激发(9V以下)功耗极少、超轻和超薄(1厘米)的结构成本将低于LCD和PDP等显示器，因此它是未来最有发展前途的显示技术。

OLED的原理是某些有机物在活性金属(如钙)上有极低的电压(9V以下)激发发光，且亮度和对比度极高，不同的有机物能发出不同颜色的光，如蓝、红、绿、白光等。然而金属钙极易与空气和微量水分起反应，而失去活性不能发光，无水介质密封材料就成为至关重要的问题。美国TiC公司早在1998年。就为许多OLED研制企业，如美国Uniax公司、南加洲大学YangYang教授和台湾光钜公司以及日本的EMS公司等企业提供无水光固化环氧树脂，解决了OLED的密封问题。

新材料在日新月异的发展，如何尽早发现有用的新材料和正确选择新材料的使用条件是每一个企业面临的重大问题，产品质量的可靠性、生产效率和生产成本都是企业竞争能力的标志。


本文摘自《集成电路应用》