微壓入法研究各向同性固化導電膠的力學性能.pdf

1、電子封裝的無鉛化使得無鉛焊料與導電膠成為目前主要的微電子互連材料，相比于合金焊料，導電膠具有工藝溫度低、印刷線條細及可連接性好等優(yōu)點，關于其各種新型產(chǎn)品的研發(fā)及相關力學性能的研究已引起了業(yè)界的廣泛關注。隨著電子產(chǎn)品的微型化和多功能化，封裝中微電子互連材料的尺寸越來越小（微米級），發(fā)展小尺度下具有高分辨率的力學測量方法從細觀角度來表征固化導電膠的力學性能對于建立其相關力學性能數(shù)據(jù)庫及工業(yè)生產(chǎn)設計有著重要的現(xiàn)實意義。本文采用微壓入法系統(tǒng)研究

2、了加載應變率、溫度和濕度對各向同性固化導電膠力學性能的影響，并基于數(shù)值模擬分析了倒裝芯片封裝中導電膠的熱不匹配應力，相關研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　1、采用微壓入應變率控制法（(P)/P=C）對三種銀含量（50wt.％、60wt.％和70wt.％）固化導電膠進行不同應變率下(0.005s-1、0.010s-1、0.050s-1和0.100s-1)的測試。結(jié)果表明，固化導電膠的剛度、彈性模量、剪切模量及硬度均隨加載應變率的增加而增大，

3、表現(xiàn)出應變率效應;銀顆粒限制了基體樹脂分子鏈的變形和運動，一定程度上提高了其剛度和屈服強度;固化導電膠的力學性能強烈依賴于應變率。
　　2、按照JEDEC國際標準老化條件(85℃/85％RH)，采用微壓入載荷控制法研究了濕熱老化作用對固化導電膠力學性能的影響。由于濕熱老化使基體樹脂發(fā)生濕膨脹與分子降解，降低了固化導電膠的剛度、屈服強度和抗蠕變能力;通過基于廣義開爾文模型(generalized Kelvin model)的半經(jīng)驗方

4、法對其壓入蠕變行為進行表征，隨著老化時間的增加，瞬時彈性位移he占加載段總位移的比例、粘性系數(shù)相關常數(shù)μ0不斷減小，同時蠕變?nèi)崃坎粩嘣龃?、松弛現(xiàn)象更明顯;老化程度較高時，固化導電膠的應變率敏感指數(shù)m較大、蠕變抗力較低，整體上0＜m＜1，表現(xiàn)為不均勻的非牛頓流動性，較高銀含量固化導電膠對濕熱條件更為敏感。
　　3、由熱機械分析儀所得的較高銀含量固化導電膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)滯后于較低銀含量固化導電膠且其熱膨脹系數(shù)較低。采用微壓入

5、測試高溫模塊（G-Series Hot Stage Frame Stiffness Cal）研究其高溫力學性能的結(jié)果表明，溫度的升高使固化導電膠的彈性模量、剪切模量及硬度分別由玻璃態(tài)時的3000～7000MPa、1000～2500MPa及100～300MPa降低到高彈態(tài)時的6～200MPa、2～70 MPa及1～10 MPa，降低了其剛度和屈服強度;相比于玻璃態(tài)，高彈態(tài)時瞬時彈性位移he占加載段總位移的比例較大，但整體上不超過25％，壓

6、入過程以塑性變形為主，同時蠕變粘性系數(shù)相關常數(shù)μ0較小、高溫粘性流動能力較強，高彈態(tài)時的蠕變?nèi)崃枯^大，松弛現(xiàn)象更明顯。升高溫度和降低應變率在影響導電膠力學性能上的作用效果等同，存在時溫等效性。
　　4、基于高溫壓入測試結(jié)果及有限元分析軟件ANSYS12.1分析了平面應變狀態(tài)下不同銀顆粒含量、不同膠層厚度(20μm、40μm和60μm)的導電膠用于倒裝芯片封裝時膠連界面的熱不匹配應力，整體上各熱不匹配應力分量(X-stress、Y-