微壓入法研究各向同性固化導(dǎo)電膠的力學(xué)性能.pdf

1、電子封裝的無鉛化使得無鉛焊料與導(dǎo)電膠成為目前主要的微電子互連材料，相比于合金焊料，導(dǎo)電膠具有工藝溫度低、印刷線條細(xì)及可連接性好等優(yōu)點(diǎn)，關(guān)于其各種新型產(chǎn)品的研發(fā)及相關(guān)力學(xué)性能的研究已引起了業(yè)界的廣泛關(guān)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?。ㄎ⒚准?jí)），發(fā)展小尺度下具有高分辨率的力學(xué)測(cè)量方法從細(xì)觀角度來表征固化導(dǎo)電膠的力學(xué)性能對(duì)于建立其相關(guān)力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)及工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文采用微壓入法系統(tǒng)研究

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

3、表現(xiàn)出應(yīng)變率效應(yīng);銀顆粒限制了基體樹脂分子鏈的變形和運(yùn)動(dòng)，一定程度上提高了其剛度和屈服強(qiáng)度;固化導(dǎo)電膠的力學(xué)性能強(qiáng)烈依賴于應(yīng)變率。
　　2、按照J(rèn)EDEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(duì)固化導(dǎo)電膠力學(xué)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(dǎo)電膠的剛度、屈服強(qiáng)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(yàn)方

4、法對(duì)其壓入蠕變行為進(jìn)行表征，隨著老化時(shí)間的增加，瞬時(shí)彈性位移he占加載段總位移的比例、粘性系數(shù)相關(guān)常數(shù)μ0不斷減小，同時(shí)蠕變?nèi)崃坎粩嘣龃?、松弛現(xiàn)象更明顯;老化程度較高時(shí)，固化導(dǎo)電膠的應(yīng)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(dòng)性，較高銀含量固化導(dǎo)電膠對(duì)濕熱條件更為敏感。
　　3、由熱機(jī)械分析儀所得的較高銀含量固化導(dǎo)電膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)滯后于較低銀含量固化導(dǎo)電膠且其熱膨脹系數(shù)較低。采用微壓入

5、測(cè)試高溫模塊（G-Series Hot Stage Frame Stiffness Cal）研究其高溫力學(xué)性能的結(jié)果表明，溫度的升高使固化導(dǎo)電膠的彈性模量、剪切模量及硬度分別由玻璃態(tài)時(shí)的3000～7000MPa、1000～2500MPa及100～300MPa降低到高彈態(tài)時(shí)的6～200MPa、2～70 MPa及1～10 MPa，降低了其剛度和屈服強(qiáng)度;相比于玻璃態(tài)，高彈態(tài)時(shí)瞬時(shí)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(shí)蠕變粘性系數(shù)相關(guān)常數(shù)μ0較小、高溫粘性流動(dòng)能力較強(qiáng)，高彈態(tài)時(shí)的蠕變?nèi)崃枯^大，松弛現(xiàn)象更明顯。升高溫度和降低應(yīng)變率在影響導(dǎo)電膠力學(xué)性能上的作用效果等同，存在時(shí)溫等效性。
　　4、基于高溫壓入測(cè)試結(jié)果及有限元分析軟件ANSYS12.1分析了平面應(yīng)變狀態(tài)下不同銀顆粒含量、不同膠層厚度(20μm、40μm和60μm)的導(dǎo)電膠用于倒裝芯片封裝時(shí)膠連界面的熱不匹配應(yīng)力，整體上各熱不匹配應(yīng)力分量(X-stress、Y-