电子展|浅谈微波芯片元件的导电胶粘接工艺与应用
随着电子产品向小型化、便携化发展，器件集成度的不断提高，传统的Pb/Sn焊料已经不能满足工艺需要。导电胶常用于微波组件的组装过程，其粘接强度、导电、导热和韧性等性能指标严重影响其应用范围。导电胶可以起到电路连接和机械连接的作用，同时具有多种优点，如环境友好性、温和的工艺条件、较简单的工艺和高的线分辨率等。接下来电子展小编就带你来了解下微波芯片元件的导电胶粘接工艺与应用。
目前在微组装领域，导电胶粘接已经得到较为广泛的应用，如在小功率元器件的粘接和元器件与基板存在热膨胀系数失配的情况下，常采用导电胶作为粘接材料。电子展小编觉得，今后，随着电子组装的高速发展，导电胶粘剂将向高导电率、低热阻和高可靠性等更高的层次发展。
1．电子展解读导电胶性能参数与指标
1.1 导电胶现状
目前市场上导电胶的品种较多，可根据具体的使用要求来选取。总体上来说，国外对导电胶的研究起步较早，技术相对成熟，因此产品性能优异和稳定，目前占据导电胶领域的主体地位。国内在新型导电胶的研制方面取得了一些成绩，但是也存在电导率较低、接触电阻不够稳定和耐碰撞冲击性能差等缺陷，尤其是在温度和湿度等环境应力下可靠性较低。进口导电胶品牌众多，性能也各有所长。
1.2 导电胶的性能参数
导电胶的性能参数主要有体积电阻率、热导率、玻璃化转变温度、剪切强度、溢气性和腐蚀性等。
1.2.1 体积电阻率与电稳定性
作为芯片粘接用的导电胶必须具有长期的电学稳定性，而体积电阻率为高温贮存试验中导电胶电稳定性的主要指标。若体积电阻率基本保持为恒定值，则表明导电胶具有良好的电稳定性。
1.2.2 热导率与热稳定性
热导率是导电胶能否满足微波芯片元件散热要求的一项指标。一般随着温度的升高，导电胶的热导率下降。导电胶的热稳定性可用分解温度来定性表征。材料的分解温度可通过热质量损失分析来评价。
1.2.3 玻璃化转变温度
玻璃化转变温度θg是反映胶粘剂软化点的性能参数，它是导电胶中环氧树脂发生可逆变化时的温度。当使用温度大于玻璃化转变温度时，胶体的热膨胀系数急剧增大，粘接强度迅速降低。固化对导电胶的玻璃化转变温度有较大影响。
1.2.4 剪切强度
导电胶用于微波芯片元件的粘接，一是要保证良好的导电性和导热性，另一方面必须具备一定的粘接强度。粘接强度包括剪切强度、剥离强度、抗扭曲强度和抗拉伸强度等。微组装中主要考虑芯片剪切强度和叠层剪切强度。叠层剪切强度主要反映导电胶的自身粘接强度。芯片剪切强度则是将芯片粘接于基板上，用剪切力测试仪测出将芯片水平推离粘接位置时所用的力。该方法主要应用于生产线上检查芯片的粘接强度，它不仅反映导电胶的自身性能，同时与粘接面的清洁度和粘接材料剥芯片、基板的浸润性和粘接性有关，因此可以用来表征粘接性能的好坏。
1.2.5 溢气性
导电胶固化后在高温烘烤时会造成质量损失，这对材料的性能会产生致命的影响。溢气性的测试可以采用以下的方法：将预清洗过的玻璃片用微量天平测量质量，精确至±0.000 1 mg，然后将导电胶涂覆在玻璃片上，涂覆厚度为38.1μm。在150 ℃下固化后，用天平测固化后的导电胶质量，精确至±0.000 1 mg，然后置于250℃的烘箱中1h（视具体要求确定温度和时间）。测量烘烤之后的玻璃片质量，来确定导电胶在此条件下的质量损失率。
1.2.6 腐蚀性
若导电胶中含有腐蚀性的物质，则粘接后会对微波基板造成腐蚀污染，因此应尽量选用无腐蚀或腐蚀性较小的导电胶。导电胶的腐蚀性可用覆铝聚酯薄膜腐蚀试验来表征。首先将导电胶涂于覆铝聚酯薄膜，常温下放置48h，然后用丙酮去除胶层，以胶层的光透性（是否将聚酯薄膜上覆铝转移）来评定导电胶的腐蚀性。
1.3 混合微电路对导电胶应用的指标要求
混合微电路组装中对导电胶的各项性能有一个典型的指标要求。
2．电子展解读微波芯片元件粘接工艺与过程控制
导电胶的固化工艺制度（固化温度和固化时间等）对其玻璃化转变温度和最终的粘接强度有着重要的影响。导电胶的胶层厚度、胶量和胶点位置等工艺参数也对最终产品的可靠性等性能产生影响，因此必须对整个微波芯片元件的粘接工艺过程及相关参数采取严格的控制措施。
2.1 固化工艺控制
导电胶的固化温度和固化时间对粘接强度和玻璃化转变温度有较大程度的影响。必须进行合理的固化工序设计，以保证高粘接强度和高可靠性。为保证较高玻璃化转变温度、低溢气率（溢出物可能导致电路单元的污染和腐蚀）、高粘接强度和高可靠性，一般导电胶的固化时间应延长至厂商推荐固化时间的两倍以上；同时应综合考虑微波组件各个环节对温度和时间的限制要求，选用合适的固化温度和固化时间。
2.1.1 固化对θg的影响
固化对导电胶的玻璃化转变温度有较大影响。由此可知，玻璃化转变温度随着固化时间的增加而增大。因此，在一定的温度下固化时应适当延长固化时间，以得到较高的玻璃化转变温度。
2.1.2 固化与粘接强度的关系
导电胶的固化温度和固化时间影响其粘接强度。由某型导电胶不同固化参数与剪切力的关系曲线可知，如图1所示，随固化温度提高和固化时间增长，粘接强度增加；在一定温度下，随固化时间的增加粘接强度增加并接近一极限值；但是若温度过高和时间过长反而会使胶层变脆，粘接强度下降。
2.1.3 θg与导电胶性能的关系
θg是反映胶粘剂软化点的性能参数。温度达到θg以上时，导电胶的一些物理性能，如拉伸强度、剪切强度及模量等均会有大幅度的降低。因此，粘接力为器件的主要结合力的情况下，θg应该在使用温度之上为好。另外，当温度达到θg以上时，导电胶的热膨胀系数也会增加2倍~3倍，膨胀时产生的应力不匹配可能会造成胶层开裂或对元器件造成损伤。
2.2 胶量与点胶粘片位置控制
2.2.1 胶层厚度与热阻的关系
微波芯片元件的尺寸大小和导电胶的胶层厚度均与导电胶的热阻有着密切的关系，因此胶层的厚度一定要适中。
2.2.2 胶点位置与粘片位置控制
对于批量化的微波芯片元件的导电胶粘接工艺，为保证点胶粘片的一致性与可靠性，应采用自动化的点胶粘片设备，通过编程来精确控制点胶位置、胶量大小和粘片位置，防止因点胶和粘片错位而使电路板线路短路或使粘接不牢固，最终引发的失效。
2.3 导电胶粘接微波元件性能
2.3.1 电性能
对采用某型导电胶粘接的雷达微波组件进行了电性能测试。电测结果显示，组件达到了电性能设计要求的各项指标。
2.3.2 芯片元件剪切强度
为表征微波芯片元件导电胶粘接的可靠性，采用了剪切力测试仪对经某型导电胶粘接的几种微波芯片元件进行了常温下芯片剪切强度的测试。
由测试结果可知，经某型导电胶粘接的微波芯片元件，其剪切强度高于GJB 548A-96 2019A的要求。由此可见，某型导电胶具有很高的粘接可靠性。
3．结语
目前在微组装领域，导电胶粘接已经得到较为广泛的应用。电子展小编觉得，今后，随着电子组装的高速发展，导电胶粘剂将向高导电率、低热阻和高可靠性等更高的层次发展，尤其在一些特殊的环境下，导电胶在元器件粘接中发挥着不可替代的作用。