[发明专利]各向异性导电胶膜用复合导电粒子及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于各向异性导电胶膜(ACF)中的新型复合导电粒子的制备工艺，主要包括导电粒子基体聚苯乙烯微球的制备过程以及聚苯乙烯微球表面镀覆镍和银的工艺方法，属于新型聚合物基复合导电粒子的制备方法，包含在微电子封装新材料开发的范畴之中。

背景技术

微电子机械系统(Micro-Electron-Mechanical System，MEMS)是多学科交叉的前沿研究领域，它涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等学科与技术。为了满足微电子机械系统的发展要求，互联技术必然需要向集成化、高性能、多引线和窄间距的方向发展。而传统的锡-铅焊料只能应用于0.65mm以上间距的连接，已经不能满足高I/O数的发展要求。同时，由于铅是对人体和环境有害的物质，在国际范围内，通过了一系列的法律来禁止铅的使用。所以，作为铅-锡焊料的一种替代产品，各向异性导电胶膜(ACF)迅速发展起来。ACF是由导电粒子、粘结剂、添加剂组成的(如图1所示)，具有导电性、粘接性和绝缘性的电子、电气各向异性高分子薄膜，其中导电粒子赋予ACF以导电性能，粘结剂赋予ACF以连接性能(粘接性和绝缘性)。

在导电胶制备方面，现在的研究主要集中在克服导电胶替代锡铅后的缺点：如耐冲击性能差；金、银粉价格较高；铜粉易氧化，银粉在高湿环境下容易产生迁移现象，粘接强度低等。国外研究主要集中在金属填料的开发和改性上，包括开发新的可熔合金导电填料。可熔性填料在环氧高温固化时熔化，直接形成导电通道，同时使树脂固化后形成的空间得到有效的填充，使导电胶的接触电阻大大的降低，热导率得到大幅提高。

在ACF的导电粒子方面，具体地说，导电粒子经历了碳纤维、焊料、镍粉以及复合粉体等过程。碳纤维电导率不高，为了获得足够大的电导，必须填充重量百分比5％～25％的粒子，这样ACF透明度很低。焊料颗粒在焊接过程中易形成金属间化合物(IMC)，IMC比较脆，与基材(封装时的电极、零部件或基板等)之间的热膨胀系数等性能差别较大，如果长得过大就容易产生龟裂，带来可靠性问题。有人提出用瞬间熔融技术来避免IMC的形成，但该工艺在凸点上增加了锡铅镀层，增加了工艺的复杂程度。在细节距互连中，焊料颗粒必须很小，但小焊料颗粒扩散产生IMC所需得时间更短，可靠性问题就更严重，所以在超细节距的ACF中，焊料颗粒很少使用。Ni粉不像包覆金属的聚合物小球那样容易成形，但是同样可以作为导电颗粒用于易氧化金属电极的互连。Ni粉，尤其是那些表面有许多毛刺的颗粒非常适合破坏互连金属电极的氧化层。复合粉体主要指包覆着金属的聚合物小球，也正是本发明所研究的新型复合导电粒子所属的范畴。

发明内容

国内导电胶发展较晚，虽然近几年有很多企业开始生产导电胶，基本上是引进国外的技术。LED用银粉各向异性导电胶(ACA)国内每年花费约2000万美元，基本上被美国和日本的高档胶膜占领。导电粒子的制备是各向异性导电胶膜制备工艺中极为重要的部分，胶体与导电颗粒合成ACF的技术已经比较成熟，因而本发明的目的就在于提供一种新型复合导电微球的制备方法，克服碳纤维、焊料、镍粉等等这些材料作为导电粒子时的缺点，为制备优良性能的ACF打下基础。

本发明的一种各向异性导电胶膜用复合导电粒子，其特征是导电粒子基体为聚苯乙烯微球，聚苯乙烯微球表面镀覆一层镍，在镍层上再包覆一层银层；基体聚苯乙烯微球粒径为微米级，是单分散颗粒；基体镀覆的镍层表面带突起；复合导电粒子的尺寸也处于微米级范畴。

本发明的各向异性导电胶膜用复合导电粒子的制备方法，包括导电粒子基体聚苯乙烯微球的制备、聚苯乙烯微球表面化学镀镍和化学镀镍表面再包覆银的方法。

第一部分，ACF用复合导电粒子基体聚苯乙烯微球的制备。

一种制备本发明ACF用复合导电粒子基体聚苯乙烯微球的方法：在配有机械搅拌、冷凝管和氮气进出口的反应器中，加入预定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，无水乙醇和去离子水，以一定的速率进行搅拌，并通氮气适当时间，随后置于设定温度70-80℃的水浴中待用。另在烧杯中称入预定量的苯乙烯单体(St)和偶氮二异丁腈(AIBN)，振荡溶解后，加入其中，保持搅拌和通氮气状态，反应7-24h后冷却终止，得到乳液产物。然后经分离干燥得到微球。