液态金属导电胶的制备及性能表征
发布时间：2021-01-05 13:07
随着柔性电子器件和设备的蓬勃发展,电子行业传统互连所用的锡基钎料因其高弹性模量、极小的弹性变形极限、低延展率等缺点使得它在可折叠电子、可延展电子、三维封装等领域的应用受到限制,开发对应的柔性连接材料与工艺已经逐渐成为电子封装技术领域一大新的趋势。液态金属镓铟合金作为一种具有高导电性的常温流体材料,受到了柔性连接领域研究者的广泛关注。本文通过将镓铟合金与导电胶技术相结合,利用镓铟合金的流动性与导电性实现一种新的柔性连接接头。本文主要针对液态金属在柔性连接领域的应用展开相关的研究,提出了一种液态金属导电胶的制备方案,并对制备过程中液态金属的形貌变化进行了跟踪分析,测量了导电胶的电学性能以及固化过程中其电学性能的变化,研究了液态金属含量,固化温度,固化压力,固化时间对导电胶电学性能的影响。结果表明液态金属的渗流阈值约为90wt.%,超过此值时,液态金属导电胶能够实现其导电特性,固化温度对液态金属导电胶的影响很小,但导电胶的电阻率随固化温度增加有小幅下降。存在固化压力阈值,随着固化压力增长超过阈值,导电胶将会发生从不导电到导电态的转变。导电胶受固化时间的影响并不大,在聚合物基体基本固化完成前,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
导电胶导电原理图
哈尔滨工业大学硕士学位论文-2-常用的导电胶方案采用向有机物基体中添加一定分散程度的金属颗粒来实现柔性连接，其连接的导电示意图如下图所示，通过施加一定的压力，来使得集体中的金属颗粒相互接触从而形成导电通路。图1-1导电胶导电原理图导电胶粘粘接存在的共性问题是固化残余应力导致的脱粘、溶剂或颗粒表面涂层挥发等连接失稳。而且，常见的Ag、Cu、Au、C颗粒填充导电胶胶接分别有Ag的电迁移、Cu金属颗粒氧化或腐蚀、成本高昂问题、形成碳化物从而增加电阻的问题[1]。而且由于内嵌的颗粒为固体，其接头只具有部分柔性。而近年出现的有机导电胶，长期使役实际导电率只能达到半导体水平[2]。HarrisDB等[3]提出了利用绒毛纽扣的方法实现弹性机械的接触结构以增强接头的柔性，其结构示意图如下图1-2绒毛纽扣的连接结构示意图[3]然而这一方案的缺点也是显而易见的，其柔性依靠结构间的弹性相互作用，因此其延伸率有限，大概只有5%到10%，而且由于绒毛纽扣的结构限制，其柔性特征只能是单向的，而且其集成度也难以再进一步进行提高。因此这一方法的应用在器件小型化的趋势下受到了极大的限制。1.2.2导电胶的简介与研究应用
ctiveAdhesives，ACA)和各向同性导电胶(IsotropicallyConductiveAdhesives，ICA)，如图所示，ACA和ICA以填料百分比是否超过渗流阈值为区分，市面上常见的银导电胶的渗流阈值一般为导电胶体积分数的15-25%。对于各向同性导电胶来说，导电填料填充量超过了渗透阈值，因此在x、y和z方向均具有导电性。另一方面，对于各项异性导电胶来说，导电填料的填充量远低于渗透阈值，不足以实现导电颗粒之间的相互接触，因此其x–y平面的导电性很差，当加热加压时，导电填料在外部力作用下发生接触，此时其在垂直方向上具有单向导电性。图1-3典型渗流曲线示意图，以渗流阈值为界区分ACA与ICA[6]聚合物基体与导电填料是构成导电胶这一复合材料的两大主要成分，其中聚合物基体主要为互连提供机械强度与实现粘接性能，而导电填料主要为导电胶提供电学性能以实现电气互连，常用的聚合物基体可以按照对热的响应行为分为热固性基体与热塑性基体两种，常见的热固性基体包括环氧树脂、氰酸酯、有机硅、聚氨酯等，常见的热塑性基体包括酚醛环氧树脂、马来酰亚胺丙烯酸酯、聚酰亚胺等[6,7]。采用热塑性材料作为基体制备的导电胶具有易修复的特点，但同时，这一特性也导致它在高温下的力学性能较差，耐热性不好，受到热冲击的时候容易造成粘附力下降从而导致失效。另外聚酰亚胺基的基体通常都含有溶剂，溶剂在加热时挥发，
【参考文献】：
期刊论文
[1]液态金属液滴的可控分散和融合（英文）[J]. 陈森,丁玉杰,张晴蕾,王磊,刘静. Science China Materials. 2019(03)
[2]碳系导电胶的研究进展[J]. 陈建军,黄恒超,付子恩,刘光华,杨敦,黄文哲,缪明松. 中国胶粘剂. 2017(06)
[3]柔性电子封装技术研究进展与展望[J]. 王高志全,何欣怡,唐宏伟,谢梓建,赵一,夏卫生. 电子工艺技术. 2016(05)
[4]微电子封装用导电胶的研究进展[J]. 段国晨,齐暑华,吴新明,齐海元. 中国胶粘剂. 2010(02)
[5]导电胶的研究与发展[J]. 何影翠. 化学与粘合. 2008(01)
博士论文
[1]聚酰亚胺复合材料的导电机理与电磁性能研究[D]. 张盼盼.大连理工大学 2018
[2]气—固两相反应流复杂系统的格子气元胞自动机介尺度模拟研究[D]. 陈红生.重庆大学 2017
[3]LED封装用高性能导电胶的制备及性能研究[D]. 王玲.哈尔滨工业大学 2014
[4]热锻非连续变形过程微观组织演变的元胞自动机模拟[D]. 陈飞.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]新型各向异性导电胶的研制[D]. 郝长祥.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于液态合金的复合薄膜和传感器制备及其性能表征[D]. 蔡重阳.哈尔滨工业大学 2018
[3]热固性树脂基复合材料固化过程的数值模拟与实验研究[D]. 田秋实.中国民用航空飞行学院 2017
[4]用于求解流体动力学问题的FHP-Ⅱ格子气自动机及程序实现[D]. 王博宇.吉林大学 2017
[5]导电银胶的研究与制备[D]. 王萍.机械科学研究总院 2012
[6]低熔点合金掺杂银粉导电胶的研究[D]. 黄耀鹏.中南大学 2009
本文编号：2958718
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
导电胶导电原理图
哈尔滨工业大学硕士学位论文-2-常用的导电胶方案采用向有机物基体中添加一定分散程度的金属颗粒来实现柔性连接，其连接的导电示意图如下图所示，通过施加一定的压力，来使得集体中的金属颗粒相互接触从而形成导电通路。图1-1导电胶导电原理图导电胶粘粘接存在的共性问题是固化残余应力导致的脱粘、溶剂或颗粒表面涂层挥发等连接失稳。而且，常见的Ag、Cu、Au、C颗粒填充导电胶胶接分别有Ag的电迁移、Cu金属颗粒氧化或腐蚀、成本高昂问题、形成碳化物从而增加电阻的问题[1]。而且由于内嵌的颗粒为固体，其接头只具有部分柔性。而近年出现的有机导电胶，长期使役实际导电率只能达到半导体水平[2]。HarrisDB等[3]提出了利用绒毛纽扣的方法实现弹性机械的接触结构以增强接头的柔性，其结构示意图如下图1-2绒毛纽扣的连接结构示意图[3]然而这一方案的缺点也是显而易见的，其柔性依靠结构间的弹性相互作用，因此其延伸率有限，大概只有5%到10%，而且由于绒毛纽扣的结构限制，其柔性特征只能是单向的，而且其集成度也难以再进一步进行提高。因此这一方法的应用在器件小型化的趋势下受到了极大的限制。1.2.2导电胶的简介与研究应用
ctiveAdhesives，ACA)和各向同性导电胶(IsotropicallyConductiveAdhesives，ICA)，如图所示，ACA和ICA以填料百分比是否超过渗流阈值为区分，市面上常见的银导电胶的渗流阈值一般为导电胶体积分数的15-25%。对于各向同性导电胶来说，导电填料填充量超过了渗透阈值，因此在x、y和z方向均具有导电性。另一方面，对于各项异性导电胶来说，导电填料的填充量远低于渗透阈值，不足以实现导电颗粒之间的相互接触，因此其x–y平面的导电性很差，当加热加压时，导电填料在外部力作用下发生接触，此时其在垂直方向上具有单向导电性。图1-3典型渗流曲线示意图，以渗流阈值为界区分ACA与ICA[6]聚合物基体与导电填料是构成导电胶这一复合材料的两大主要成分，其中聚合物基体主要为互连提供机械强度与实现粘接性能，而导电填料主要为导电胶提供电学性能以实现电气互连，常用的聚合物基体可以按照对热的响应行为分为热固性基体与热塑性基体两种，常见的热固性基体包括环氧树脂、氰酸酯、有机硅、聚氨酯等，常见的热塑性基体包括酚醛环氧树脂、马来酰亚胺丙烯酸酯、聚酰亚胺等[6,7]。采用热塑性材料作为基体制备的导电胶具有易修复的特点，但同时，这一特性也导致它在高温下的力学性能较差，耐热性不好，受到热冲击的时候容易造成粘附力下降从而导致失效。另外聚酰亚胺基的基体通常都含有溶剂，溶剂在加热时挥发，
【参考文献】：
期刊论文
[1]液态金属液滴的可控分散和融合（英文）[J]. 陈森,丁玉杰,张晴蕾,王磊,刘静. Science China Materials. 2019(03)
[2]碳系导电胶的研究进展[J]. 陈建军,黄恒超,付子恩,刘光华,杨敦,黄文哲,缪明松. 中国胶粘剂. 2017(06)
[3]柔性电子封装技术研究进展与展望[J]. 王高志全,何欣怡,唐宏伟,谢梓建,赵一,夏卫生. 电子工艺技术. 2016(05)
[4]微电子封装用导电胶的研究进展[J]. 段国晨,齐暑华,吴新明,齐海元. 中国胶粘剂. 2010(02)
[5]导电胶的研究与发展[J]. 何影翠. 化学与粘合. 2008(01)
博士论文
[1]聚酰亚胺复合材料的导电机理与电磁性能研究[D]. 张盼盼.大连理工大学 2018
[2]气—固两相反应流复杂系统的格子气元胞自动机介尺度模拟研究[D]. 陈红生.重庆大学 2017
[3]LED封装用高性能导电胶的制备及性能研究[D]. 王玲.哈尔滨工业大学 2014
[4]热锻非连续变形过程微观组织演变的元胞自动机模拟[D]. 陈飞.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]新型各向异性导电胶的研制[D]. 郝长祥.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于液态合金的复合薄膜和传感器制备及其性能表征[D]. 蔡重阳.哈尔滨工业大学 2018
[3]热固性树脂基复合材料固化过程的数值模拟与实验研究[D]. 田秋实.中国民用航空飞行学院 2017
[4]用于求解流体动力学问题的FHP-Ⅱ格子气自动机及程序实现[D]. 王博宇.吉林大学 2017
[5]导电银胶的研究与制备[D]. 王萍.机械科学研究总院 2012
[6]低熔点合金掺杂银粉导电胶的研究[D]. 黄耀鹏.中南大学 2009
本文编号：2958718
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