第二十章 导电胶接触电阻的稳定性

1、简介：
a.影响电化腐蚀的因素：有好几种因素，如吸湿、电解液浓度等，都能够影响电偶腐蚀率，进行电偶腐蚀的一个最重要的因素是必须由电解液，如果没有水溶液，电偶腐蚀将不会进行；电解质提供了电导率，在电偶腐蚀中也是需要的，没有电解质的话，电流腐蚀进行得非常慢，在这种情况下的电解质主要来源于树脂内的杂质；
b.防电化腐蚀的添加剂（氧气清道夫）：氧气清道夫是为了防止氧腐蚀而添加到水中的化学成分，正如它们名字所意味的，它们在水溶液中与分解的氧气发生反应。通过氧气清道夫防止腐蚀发生的主要机制在于阴极的机理是以降低氧气浓度为基础的；

2、实验：
a.材料：壳牌化学公司的双酚F型环氧树脂EPON862，从Union Carbide公司购买的一种环氧树脂ERL-4299，一种聚酰胺313B，作为环氧树脂的硬化剂，从Aldrich化学公司购买了CHZ、HQ、HQL、PAL、氯化钠、氯化铵、硫酸氨、醋酸钠和所有金属线，包括Sn、Cu、Ni等；
b.接触电阻测试装置：四探针法（吉时利多用表）；
c.导电胶翘曲行为的研究：TA公司2970型差热扫描热量计DSC；
d.导电胶动态特性的研究：TA公司2980型动态机械分析仪DMA；
e.湿度吸收的测试：85℃，85%的湿度下测试（Lunaire公司的CEO932W-4）；
f.粘结强度的测试：使用Royce仪器公司的552黏性测试仪；

3、结果与讨论：
a.电解对接触电阻漂移的影响：在非贵金属上导电胶接触电阻不稳定的主要原因在于流电腐蚀，正如先前提到的，电解液是进行流电反应所必需的要素，电解液能够增加溶液的电导率，加速流电反应、导致接触电阻上升幅度更大；
b.湿度吸收对接触电阻漂移的影响：在ECA和金属间界面处由于吸收湿气，带来水分的沉积，从而形成电偶腐蚀所需的电解溶液，因此，对于某个具有较低吸湿性的ECA，则在界面处具有较慢的腐蚀速率，其所对应老化过程中接触电阻的漂移也比较小；
c.应用添加剂提高接触电阻的稳定性：
■ECA的配料；
■氧气清道夫对于接触电阻漂移的影响（氧气清道夫可以减慢接触电阻的漂移）；
■在金属上氧气清道夫的吸附（不同金属对不同类氧气清道夫的吸附程度不同）；
■氧气清道夫对ECA的处理性能方面的影响（氧气清道夫一般不与环氧树脂发生反应，也基本不会影响玻璃体相变温度）；
■氧气清道夫对ECA力学性能的影响（CHZ对应处理树脂的存储模量略微降低，但是氧气清道夫对于tanδ没有明显的影响）；
■氧气清道夫对于吸湿性的影响（CHZ和HQ对ECA材料的吸湿性没有明显的影响）；
■氧气清道夫对于粘结强度的影响（CHZ和HQ对于导电粘结材料的粘接强度没有产生明显的影响）；

4.结论：
带有高纯度树脂的ECA表现出更稳定的接触电阻，基于吸湿性较低树脂的ECA表现出更稳定的接触电阻。氧气清道夫CHZ和HQ能够使在Sn-Pb上的导电黏胶的接触电阻上升的趋势变缓，其中CHZ比HQ更有效，CHZ和HQ将树脂的处理峰移向更低的温度范围，但它们不会影响ECA的玻璃体相变温度、动态特性、吸湿性和粘接强度；

5.小结：
目前的导电胶仍不能够替代焊料，主要是由于它们的电导率较低，在非贵金属焊盘上接触电阻不稳定，并且抗冲击能力较差，全面理解目前导电胶技术的可靠性方面是发展高性能焊料替代材料的关键，能够全面替代焊料的导电胶应该具有如下特点：电导率较高，电阻率低于十的负三次方、在非贵金属上稳定的接触电阻，在85/85下老化500h，接触电阻上升幅度小于20%。通过结合有效的树脂来提高冲击强度，通过有效的添加剂来稳定接触电阻，通过有效的方法提高电导率，开发出具有高性能的导电胶，这些ECA满足所有关于替代焊料NCMS的要求。发展高性能的ECA需要在未来几年内，材料科学、化学和电子工程学之间有效的合作。