Caractersticas elctricas de una nueva clase de Conductor Adhesivo

Los adhesivos conductores convencionales se componen de tamao micro metal de relleno y una matriz de polmero. Actualmente, la conductividad de Los adhesivos conductores convencionales es generada por pequeos puntos de contacto entre las partculas formadas durante el proceso de curado y por el efecto tnel.Por lo tanto, los adhesivos conductores convencionales generalmente exhiben mayor resistencia elctrica que los materiales de soldadura de metal. En este estudio, una nueva clase de adhesivo conductor, compuesto de nano-partculas y micro-partculas en epoxi, fue desarrollado para mejorar la conductividad elctrica. Este estudio utiliz cuatro adhesivos convencionales conductores (CCA 1 a 4) y tres adhesivos conductores hbridos (HCA 1 a 3). Microscopa electrnica de barrido (SEM) de observacin se utiliz para investigar la configuracin de nano-partculas y micro-partculas. La resistencia elctrica de HCA 1 a 3 se investig y se compara con CCA 1 a 4 utilizando un mtodo de sonda de cuatro puntos.Cuando se aadi 2% en masa de contenido de nano-partculas a la micro-partcula (HCA1), la resistencia elctrica disminuy en comparacin con CCA3. En 4% en masa de contenido de partculas nano (HCA2), el valor de la resistencia elctrica era similar a CCA3. Sin embargo, al 8% en masa de contenido de nanopartculas (HCA3), la resistencia elctrica continu aumentando y supera la del CCA3.IntroduccinLos adhesivos conductores se estn investigando activamente para aplicaciones de microelectrnica desde los requisitos ambientales y las alternativas de fcil uso para el plomo que contienen los materiales de soldadura se ha incrementado en la industria electrnica. No slo son cuestiones medioambientales, los adhesivos conductores tienen varias ventajas en comparacin con la soldadura convencional, tales como el procesamiento ms simple que soldadura por onda, menos tensin residual termo-mecnica, baja temperatura de procesamiento y la capacidad de alta resolucin para la interconexin de paso fino.Las propiedades elctricas de los adhesivos conductores convencionales se explican generalmente por la teora de la percolacin: cuando una cantidad suficiente de la realizacin de metales de relleno se carga en una matriz aislante, el material compuesto se transforma de un aislante en un conductor. Es decir, como la concentracin de relleno en la matriz de polmero es variada, la conductividad exhibe una transicin aislante a conductor que se interpreta como un umbral de percolacin.

Sin embargo, los metales de relleno conductores (micro tamao), tales como, plata, oro, y cobre en los adhesivos conductores convencionales no se disuelven en la matriz de polmero a la temperatura de curado (423 a 473 K).En consecuencia, la corriente en los adhesivos conductores convencionales pasa por un camino elctrico de contacto reducido y formada por un efecto tnel , como se ilustra en la fig. 1 (a). En contraste, la soldadura se basa en el reflujo de soldadura.

La conexin se logra disolviendo las uniones en los electrodos. Por lo tanto, uno de los inconvenientes de los adhesivos conductores convencionales es su mayor resistencia elctrica que los materiales de soldadura de metal.

Los metales de relleno conductoras en adhesivos conductores convencionales no forman un camino elctrico de unin de metal, como hacen los materiales de soldadura metlica sino que forman un pequeo camino elctrico de contacto por la contraccin y evaporacin del disolvente durante el proceso de curado. Adems, la resistencia elctrica de adhesivos conductores convencionales depende del contenido de metal de relleno. Es decir, como aumenta el contenido de metal de relleno, la resistencia elctrica disminuye. Sin embargo, cuando el contenido de metal de relleno alcanza un determinado valor, la resistencia elctrica llega a ser estable y no hay gran mejora de la propiedad elctrica incluso por encima de contenido crtico. Por lo tanto es difcil mejorar la propiedad elctrica de adhesivos conductores convencionales con slo partculas de tamao micro.

Para reducir la resistencia elctrica de adhesivos conductores, una nueva clase de adhesivos conductores se desarroll como se ilustra en la fig. 1 (b).

Esta nueva clase de adhesivos conductores se compone de nano-partculas y micropartculas en epoxi para aumentar el rea de contacto. La nueva clase de adhesivos conductores se denomina '' adhesivo conductor hbrido '' (HCA) en este trabajo. Las nanopartculas exhiben diferentes propiedades elctricas, magnticas, pticas y mecnicas que los materiales a granel. En particular, las nano-partculas por debajo de 100 nm de dimetro son difciles de controlar durante el procesamiento debido a que tienden a agregarse entre s para disminuir la energa del sistema. Adems, la relacin de nano / micro partculas juega un papel importante en la resistencia de los adhesivos conductores. Cuando se aaden las nanopartculas en las micro-partculas apropiadamente, se espera que las nanopartculas podran ayudar a establecer la trayectoria elctrica, ya que pueden entrar en los intersticios de micro partculas.Sin embargo, en los casos de bajo contenido de micro-partculas y alto contenido de nanopartculas, las nanopartculas tienden a agruparse o separar los contactos entre las micro partculas, lo que podra disminuir las trayectorias elctricas y puntos de contacto resulta en una mayor resistencia de unin del sistema. Por lo tanto, es muy importante controlar la proporcin de nano / micro partculas en HCA para mejorar las caractersticas elctricas de los adhesivos conductores. Este estudio investiga el contenido de metal de relleno ms adecuado en adhesivos conductores convencionales y, a continuacin, cambia el contenido de nano-partculas y micro-partculas en el contenido de metal de relleno ms adecuado para disminuir la resistencia elctrica.

Este documento tambin se investiga la proporcin adecuada de nano / micro partculas sobre la resistencia elctrica del HCA y discute el mecanismo de conduccin relacionada en HCA.

Procedimiento experimental

Para determinar el contenido apropiado de los adhesivos conductores convencionales (slo micropartculas, CCA 1-4) para la resistencia elctrica, CCA convencional se utilizaron 1 a 4 adhesivos conductores, y tres adhesivos conductores hbridos HCA 1 a HCA 3 se utilizaron para comparar con la resistencia elctrica de adhesivo conductor convencional e investigar la proporcin adecuada de nano / micro para la resistencia elctrica en el presente documento. CCA1 a 4 se compone de un promedio de partculas de 3 mm de plata (tipo esfrica) y epoxi. La relacin de contenido de micro partculas de plata CCA se detalla en la Tabla 1.

HCA se compone de 3 mm partculas de plata (tipo esfrica), 5 nm de partculas de plata y matriz epoxi (de Harima Chemical Inc., Ltd.). La relacin de nano / micro partculas en HCA se detallan en la Tabla 2. el contenido total de partculas de plata (nano-partculas y micro-partculas) se fijan en 92% en masa, mientras diferente composicin de nanopartculas, es decir, 2, 4 y 8 de masas %, respectivamente, fueron considerados aqu. Es difcil de dispersar nanopartculas de manera uniforme. Por lo tanto, se utiliz agente dispersante en HCA para dispersar nanopartculas de manera uniforme. Un agente dispersante cubre la superficie de las nanopartculas. Lo siguiente es el proceso de eliminacin del agente dispersante durante el curado. En primer lugar, las nanopartculas se dispersan uniformemente debido a la presencia de agente dispersante antes del curado. Cuando el curado comenz, el agente dispersante se adjunta en la superficie de las nanopartculas en HCA reaccionando al epoxi, y fue eliminado de la superficie de las nanopartculas. En consecuencia, la superficie de nano-partculas tiende a ser inestable, de modo que las nano-partculas vecinas agregadas llevan a la formacin de clster de nano-partculas (50-100 nm).

El Calormetro diferencial de barrido (DSC) se realiz con un DSC-7000M a una velocidad de calentamiento de 10 K / min para investigar el perfil de curado. El mtodo de la sonda de cuatro puntos se utiliz para investigar la resistencia elctrica de adhesivos conductores como expuso en la figura. 2. Una mscara de metal se coloca sobre el sustrato FR-4, y el adhesivo conductor (24 5 0: 2 mm) fue pegado en la mscara de metal. El curado se realiz utilizando un horno de conveccin a 423 y 473 K durante 1 h. Las micro-estructuras de CCA y HCA para la relacin de nano / micro partculas fueron examinados a travs de microscopa de barrido de electrones (SEM).

3. Resultados y Discusin

Para evaluar el contenido de plata ms adecuado para la conductividad en CCA1 a CCA4, se investig la relacin entre la resistencia elctrica y el contenido de plata. La Figura 3 representa la variacin de la resistencia elctrica para diversos contenidos de partculas de plata y de la temperatura de curado en CCA. Como la temperatura de curado aument 423 a 473 K, la resistencia elctrica disminuye. Esto se puede explicar por los resultados de DSC de CCA1 a 4 que se muestran en la figura. 4. El pico de reaccin de curado para estos adhesivos conductores apareci en 428 a 444 K.

Por lo tanto, a baja temperatura de curado, tales como 423 K, la reaccin de curado de los adhesivos conductores no procede suficientemente. Sin embargo, a alta temperatura de curado, tales como 473 K, la reaccin de curado de todos los tipos de CCA se complet, resultando en una resistencia elctrica menor que a 423 K. Por otra parte, la resistencia elctrica disminuye con un aumento del contenido de plata.El contenido de plata se incrementa del 92 al 94% en masa; Sin embargo, la variacin de la resistencia elctrica no es grave como se presenta en la figura. 3. La figura 5 ilustra la superficie de la microestructuras CCA despus del curado. En bajo contenido de partculas de plata (CCA1), Fig. 5 (a), se detect una mayor tolerancia entre las partculas de plata.Tras el aumento de contenido de partculas de plata, esta tolerancia tenda a ser ms pequea, como se muestra en las Figs. 5 (b), (c). Al margen de 92 a 94% en masa, la distribucin de las partculas de plata en CCA es muy similar. A partir de estos resultados (Figs. 3 y 5), se puede inferir que la posibilidad de formar una trayectoria elctrica en adhesivos conductores convencionales mejora con el contenido de plata. Es decir, en baja fraccin de volumen de partculas de plata, la posibilidad de generar contactos continuos es relativamente pequeo debido a que las partculas de plata se distribuyen al azar por toda la matriz epoxi.

A alta fraccin volumen de partculas de plata, la conductividad se convierte en alta debido a los contactos continuos mayores que se producen entre las partculas de plata.Sin embargo, en la gama de alta fraccin de volumen (92 a 94% en masa en este estudio), tambin aumenta inevitablemente la resistencia de contacto, lo que resulta en una disminucin mucho menor de la resistencia elctrica.

Por lo tanto, el contenido de plata ms adecuado en CCA se determina que es alrededor de 92% en masa (CCA3) en este estudio.