新型导电胶的研究_耐银迁移导电胶的研究_路庆华

新型导电胶的研究(Ⅱ)耐银迁移导电胶的研究
路庆华　Hirai Keizou+
(上海交通大学高分子材料研究所,上海,200240) (+日本日立化成工业株式会社)
摘　要　本文经过对镀银铜粉的球磨处理(以下简称CM处理粉),得到一种高导电性的粉体,由该导电粉制得的导电胶不仅导电率高、耐湿性好,而且耐银迁移性是银粉导电胶的100倍。

关键词　导电胶　镀银铜粉　机械合金化　耐银迁移
1　引　言
随着电子技术的不断发展,要求在越来越小的空间上安装更多的器件,但遇到的最大问题是各器件的端子间和配线间的绝缘性问题。

其中之一是用于端子或配线的导电金属在长期高湿度环境中附加直流电压的情况下,导电金属离子会在绝缘体中移动,从而引起端子间的绝缘性下降,最终形成短路,这种现象被称为金属迁移现象,它已成为电子产品迈向小型化、高集成化的一大难题。

在普通印刷电路板中已得到广泛应用的银粉导电胶,由于极易发生银迁移现象[1～3],因而在高密多层线路板中的推广受到了极大限制。

本文采用了镀银铜粉在真空条件下球磨处理,由该粉制得的导电胶不仅具有和银粉导电胶一样好的导电性(≤100 m・cm)和耐湿性(60℃、90%RH 湿度下1000h内电阻变化率低于10%),并且耐银迁移性是银胶的100倍,达到或超过铜粉导电胶,是一种低成本、高性能的新型导电胶。

2　实　验
2.1　主要原料
球状铜粉(5～6 m)由日本 !∀加工提供,酚醛树脂选用日本群荣化学P L-2207(M w: 20800、M n1200)。

2.2　M A处理镀银铜粉的制备
用离子交换水洗净球状铜粉,在搅拌下投入到由A gCN和N aCN水溶液组成的电镀液中,进行置换反应,重复3次所得粉末经水洗、甲醇洗涤、然后在氮气中干燥,最后在真空条件下球磨处理(处理条件已另文发表[4]),球磨时添加少量的硬脂酸作为润滑剂。

镀银量的测定:将镀银铜粉溶解于硝酸中,用原子吸收光谱测定含量。

2.3　导电性测定
将导电粉和酚醛树脂按一定比例置入研钵中,经充分研磨混合后成导电胶。

把该导电胶通过图案为长113.5m m、宽0.7mm线条的丝网,印刷到纸/酚醛树脂积层板上,80℃下干燥10～30min,然后再在150℃下加热30min固化。

通过表面粗糙计( ! 社制)测定导电体宽度和厚度,并用数字电阻测定仪( !∀#社制)测其线条两端的电阻,按(1)式计算电阻率,每组测五次求平均值。

电阻率 =R t (W1+W2)/2l(1) W1:导体截面下底宽、W2:导体截面上底宽、t:厚度、l:导体长度、R:印刷物的电阻,每个配方测其5条印刷导电体求平均值。

2.4　耐湿性测定
将上述导体在60℃、90%R H(相对湿度)环境中放置一定时间测定其电阻率,然后按(2)式计算电阻变化率。

电阻变化率=(恒温恒湿放置后的电阻-初期电阻)/初期电阻×100%(2) 2.5　耐迁移性测定
将导电胶在玻璃板上印刷长为12mm、宽为2mm 且相距2mm的两个电极,80℃干燥30min后,再在
图1　离子迁移加速实验方法
F ig1A ccelera ted migr atio n measur ement
初稿收到日期:1997-03-16　终稿收到日期:1997-06-16
150℃下加热固化30min。

所得的电极接入图1所示
回路,电极间放一小条滤纸并滴入充足的去离子水,
然后附加一定的电压,用记录仪记录电阻R两端电
压随时间的变化,通过此电压可计算出迁移电流。

3　结果与讨论
3.1　球磨处理镀银铜粉的形貌分析
图2是球磨处理前后镀银铜粉的SEM图。

图2　球磨处理前后粒子断面的SEM及Cu、A g线
分析图
(a)　球磨处理前 (b)　球磨处理后
Fig2　SEM gr aphs o f silver-plat ed copper befor e
and after mechanical milling
(a)　befor e (b)　aft er
由图2看出,球磨处理前银充分地包裹在铜粉表
面,经过球磨处理后粉体向扁平变形,这有利于提高
粉体导电性。

从Cu、Ag含量线分析知,包裹在铜粉表
面的银部分在球磨过程中不但没有被剥离,反而更进
一步深入铜表面,使银铜有合金化趋势,表层形成银
铜梯度层,因而可提高其导电胶的耐湿性和耐银迁移
性能。

3.2　球磨处理镀银铜粉的导电性
图3是几种不同条件下制得的M A处理镀银铜
粉的导电性比较。

图3　球磨处理镀银铜粉的导电性
Fig3　Conductivit y o f mechanical-milled silv er-
plated copper pow der
由图3可知,导电性随着镀银量的增加而增加,
当镀银量为20%时,不用任何氧化防止剂就能达到
和银导电胶一样高的导电性。

球磨时润滑剂的最佳用
量为1.0w t%,过量的润滑剂会在粉体表面有残留,
从而导致导电性下降,但不使用润滑剂或添加量太低
时,球磨过程中由于粉体之间的巨大作用力会使粒子
破碎,同样得不到高的导电性粉体。

图4分别是不加
润滑剂和添加量的1.0%时球磨处理镀银铜粉的
SEM图。

图4　球磨时添加和不加润滑剂所得的粉体SEM图
(a)　加润滑剂 (b)　不加润滑剂
Fig4　SEM g raphs of mechanical-milled silver-pla t-
ed copper pow der
(a)　w ith stear ic acid (b)　without
stearic acid
3.3　球磨处理镀银铜粉的耐湿性
图5是球磨处理镀银铜粉导电胶在60℃、90%
RH环境下保持时间和电阻率变化关系。

由图5知球磨镀银铜粉有良好的耐湿性,只要镀
银量超过15%,就能实现1000h内电阻变化率小于
10%的实用化目标。

图5　球磨处理镀银铜粉的耐湿性
Fig5　M o isture resista nce of m echanical milled sil-
ver-plated co pper po wder
3.4　M A处理镀银铜粉的耐银迁移性
图6是银粉、铜粉、20%镀银铜粉和M A处理镀
银铜粉导电胶的耐金属迁移加速实验结果。

从图6看出,银粉(A)在1min不到漏曳电流达
到100 A,而镀银铜粉(B)和铜粉(C)达到同样程度
的漏流则需要60min以上,可见镀银铜粉对耐银迁移
性有非常明显的效果。

图7是同样达到漏曳电流为
200 A时电极部分的照片。

图6　金属粉耐金属迁移性比较
Fig6　Compar ison o f mig rat ion r esistence for metal pow der s
A:银粉　B:20%镀银铜粉　C:铜导电胶　
D:
球磨处理镀银铜粉
图7　发生金属迁移后电极间的现象
(a)　银粉胶 (b)　镀银铜粉胶
Fig7　M ig r atio n phenomena betw een electr ode
银粉胶两极间有大量的云状析出物,而镀银铜粉及其M A处理粉从负极向正极形成树枝状析出物。

另外实验过程中观察到,由于银粉胶的银离子迁移太快,在负极明显有水电解引起的气泡放出。

镀银铜粉或其M A处理粉发生金属迁移时有蓝色出现,因此推测是铜离子引起的金属迁移,当用银覆盖铜表面时,铜基体对银起到电化学保护作用,铜在被保护的银前优先发生离子迁移,铜是一种不易发生离子迁移的金属,因而可大幅度推迟镀银铜粉的金属迁移时间。

从图6还可以看出镀银铜粉经过M A处理后耐金属迁移性变的更好,这可能是由于进一步合金化的缘故。

4　结　论
(1)　镀银铜粉有良好的耐金属迁移性,特别是经过球磨处理后耐金属迁移性更好。

(2)　球磨处理镀银铜粉具有良好的导电性和耐湿性,可以用于高密线路板的导电胶。

致谢:本工作得到了日立化成株式会社茨城研究所第3分室全体人员的帮助,在此表示衷心的感谢。

参考文献
1　清水孝纯.日本电子材料技术协会秋季演讲会论文集(1991)
2　日本公开特许公报,昭58-101168,1983
3　日本公开特许公报,昭62-74967,1987
4　路庆华,和田弘.功能材料,已接收
路庆华　1965年3月22日出生,
籍贯:山西。

1993年3月毕业于上
海交通大学高分子材料专业,学位:
硕士。

1994年3月～1995年3月在
日本日立化成株式会社茨城研究所
进修1年。

现在职称为讲师,主要研
究方向为:功能性聚酰亚胺、高密度线路板用导电胶、感光性聚酰亚胺在微马达中的应用等,发表论文10篇,参加并完成2项上海市科委研究项目。

Study on a New Type of Conductive Paste
(Ⅱ)Study on a Conductive Paste of Silver-Plated Copper Powder
Lu Qinghua　Hirai Keizou+
(Po ly meric M ater ials R esea rch Institute,Sha ng hai Jiao tong U niver sity,Shanghai,200240,China)
(+Hitachi Chemical Co.L td.,Japan)
ABSTRACT　A po wder w ith high conductivit y w as o btained by m echanical alloy ing o f silver-plated copper pow der.Conductive pa st es made fr om the abov e pow der show ed hig h co nduct ivity and hig h mo istur e r esis-tance.T heir silver mig ra tio n r esistance was100times than that o f silv er co nductiv e paste.
KEY WORDS　conductive paste,silver-plated copper,mechanical alloying,silver migration resistance。