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.