1 引言

各向异性导电胶膜(ACF)是一种新兴的绿色环保微电子封装互联材料。为了满足微电子机械系统发展的要求，互连技术必然需要向集成化、高性能、多引线和窄间距的方向发展。目前微电子封装行业普遍使用的锡-铅互连材料，由于铅是对人体和环境有害的物质，在世界范围内将被禁止使用。一种更方便、更环保、成本低廉的互连材料--各向异性导电胶在最近的十年中正在悄然兴起[1-3]。它开始时主要应用在液晶显示器与驱动电路和芯片的连接上，渐渐发展到笔记本电脑、手机、数码相机、掌中宝等电子产品的集成电路(IC)连接上。连接形式主要有：芯片与玻璃基板的连接(chip on gla )，芯片与柔性基板的连接(chip on flex)，倒装芯片(flip-chip)，驱动电路与玻璃基板的连接(TAB)等[4,5]。目前各向异性导电胶的应用还只限于锡-铅焊接使用较困难的互联技术中，但随着对其研究的不断深入，以其窄间距、低成本、高性能等优点，应用范围不断扩大，必将会成为锡-铅焊的一种替代品，而且在微电子机械系统领域里将得到应用。

Liu等人[6,7]提出了温度冲击引起各向异性导电胶膜失效机理，他认为热膨胀系数不匹配引起的内应力也会引起导电粒子的移位变形，是接触电阻增加的另一个原因。其他研究者[8-10]认为，有机聚合物材料在高于它的玻璃转化温度和低于玻璃转化温度有不同的物理性质，使对其可靠性的研究增加了很多复杂因素[11]。Co table等人[12]的实验表明各向异性导电胶膜粘接的试件，经1 000周温度循环疲劳试验后导电胶的应变是锡-铅焊结构的10倍，导电胶产生的应力范围在5MPa～26MPa，而锡-铅焊产生的应力范围是17MPa～42MPa。在高低温循环试验时用各向异性导电胶膜粘接的电路一般能经历2000～3 000次循环才会出现失效情况，这说明各向异性导电胶膜对被粘物体的热膨胀不匹配有很好的缓冲作用，它的作用与锡-铅焊中的填充材料起的作用相似，从中可以看到各向异性导电胶膜优越性的一方面。

各向异性导电胶膜的胶体是有机聚合物，在湿热的情况下水分子容易进入胶体和粘接界面内。各向异性导电胶膜的吸湿分为可逆和不可逆两部分，可逆部分是指胶体吸收的水分通过烘干可以排除的部分；不可逆部分是指水分子已经和聚合物分子结合，它造成的影响是永久的。聚合物胶体吸湿后会引起塑性化和膨胀，胶体塑性化会降低聚合物材料的玻璃转化温度(Tg)，并且降低胶体的连接强度和弹性模量[13]。Kelly和Bueche[14]提出自由体理论对胶体吸湿后玻璃转化温度(Tg)降低进行了描述。chan等人[15]的实验可以测量到湿热试验后(85℃／85％RH，500h)各向异性导电胶膜增重2.3wt％，可以看出它的吸湿能力。Chiu等人[16]的试验得到各向异性导电胶膜粘接的电路在湿热循环实验前的剪切强度是12.60MNm-2，48小时后剪切强度是9.79MNm-2，降低了22.3％。在366小时以后它的剪切强度已低于7.74 MNm-2，说明了湿热情况对各向异性导电胶膜的剪切强度的影响很大。

各向异性导电胶的玻璃转化温度Tg是它的一个重要性能参数，用差示扫描热示计(DSC)分别测定商用各向异性导电胶膜前和后玻璃转化温度，确定时间不同对它的玻璃转化温度的影响，以及高温高湿(85℃，85％RH)环境对它的玻璃转化温度的影响，得到玻璃转化温度对各向异性导电胶粘接强度的影响。

2 试件的制作和实验过程

试验用的各向异性导电胶膜是南日本日立公司生产，型号是A OLM AC-7106U-25，它的主要参数见表1。各向异性导电胶膜是热同型胶，它由环氧树脂加入导电粒子组成，环氧树脂是一种有机聚合物，它在不同温度下有两种形态，玻璃态和橡胶态。玻璃态转化温度Tg是它固、液两态的转折点。以玻璃态转化温度，Tg为界，聚合物分为截然不同的两种状态。

首先把各向异性导电胶膜切成每段长度为10mm，然后放在玻璃板上，每个玻璃板上有两条，这样有利于固化后各向异性导电胶膜很容易被取下来。把一组放有各向异性导电胶膜的玻璃板放在180℃恒温箱中进行固化，固化时间是20s。固化前、后分别对他们进行DSC测试，分别得到玻璃态转化温度值。再把另一组放有各向异性导电胶膜的玻璃板放在180℃恒温箱中进行固化，固化时间分别为24h、48h，再用DSC分别对它们玻璃态转化温度进行测试。把固化时间20s后的三组各向异性导电胶膜放在高温高湿(85℃，85％RH)箱中，停留时间分别为100h、200h和300h，对它们进行DSC测试，得到湿热环境对各向异性导电胶膜玻璃转化温度Tg的影响曲线。

3 实验结果和分析

从DSC的测试结果，如图1可以看到，各向异性导电胶膜的玻璃转化温度Tg在固化前后并没有变化，都是143.1℃，这说明不管各向异性导电胶膜固化与否，超过143.1℃各向异性导电胶膜都开始变成橡胶态。实验结果可以发现，各向异性导电胶膜在180℃固化后，胶体内部有一些化学反应产生，但固化后它的玻璃转化温度Tg并没有变化，这表明各向异性导电胶膜粘接的电子元件能承受的最高温度不应该超过143℃，否则它的粘接强度就会降低，这也是各向异性导电胶膜粘接的电子元件使用时应注意的重要事项。

 

从图2可以看到，固化时间增长，各向异性导电胶膜的玻璃转化温度也没有大的改变，固化停留时间24h和48h后，它的玻璃转化温度都是143.2℃，只增加了0.1℃，这也是在测量误差范围之内的。结果说明玻璃转化温度Tg并不随固化时间的长短变化，表明各向异性导电胶膜的玻璃转化温度并不随外部温度而变化，可以解释为温度循环试验对各向异性导电胶膜粘接强度的影响较小[17]。因此温度循环试验后粘接强度下降只是内应力引起，不是它的玻璃转化温度变化引起。

由图3可以看到，固化后的各向异性导电胶膜，在高温高湿环境中的停留时间分别为100h、200h和300h，DSC测得它们的玻璃化温度Tg分别为127℃、101.5℃和74℃。由实验结果可以发现，水分子在各向异性导电胶膜内的扩散可以降低它的玻璃转化温度，改变各向异性导电胶膜粘接性质，粘接强度会下降很多。因为外界温度高于玻璃转化温度Tg后，各向异性导电胶膜会变成流化态，而粘接强度下降。高温高湿试验后各向异性导电胶膜的粘接强度一般平均下降40％[17]，因为500小时的高温高湿试验后，各向异性导电胶膜的玻璃转化温度会低于85℃，各向异性导电胶膜的玻璃转化温度在85℃以下粘接强度下降很多，说明玻璃转化温度的下降是粘接强度下降的一个主要原因。

4 结论

通过对各向异性导电胶膜的玻璃转化温度DSC测试，可以得到：各向异性导电胶膜的玻璃转化温度在固化前后并没有变化，玻璃转化温度并不随固化时间的长短变化，说明温度循环也不会改变各向异性导电胶膜的玻璃转化温度，这可以解释温度循环试验对各向异性导电胶膜粘接强度的影响较小。高温高湿环境可以降低各向异性导电胶膜的玻璃转化温度，对各向异性导电胶膜粘接强度的影响较大，说明玻璃转化温度的下降是粘接强度下降的一个主要原因。所以如何提高高温高湿环境中各向异性导电胶膜的玻璃转化温度，是它应用性能提高的主要因素，也是它应用范围扩展的重要方面。

本文引用地址：http://www.newbonder.com/article/2006/1228/article_1362.html

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