一种具有各向异性导电锡胶及其制备方法与流程

本发明涉及一种导电锡胶，尤其涉及一种适用于微间距电子元器件封装用的各向异性导电锡胶及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子信息产业的不断进步，电子元器件逐渐向微型化、薄型化和柔性化的方向发展，这对微间距的电子元器件封装和互联要求也越来越高。以近年来飞速发展的mini-led和micro-led为例，其芯片尺寸从大功率led的大于200μm，缩小至尺寸介于100-200μm的mini-led和尺寸介于1-100μm(或小于50μm)的micro-led。led的微缩化和矩阵化技术使得在同一芯片上集成的微小尺寸led阵列密度越来越高，这要求芯片的封装不再仅仅是实现可靠性的连接，还需要满足在窄间距互联界面的垂直路径上实现导电，同时，在平行的i/o端口之间具有电绝缘性，确保窄间距的相邻终端之间不会产生短路风险。传统的电子封装材料(如锡膏、导电胶等)已无法完全满足目前电子元器件的技术要求，而各向异性导电胶则能契合微间距电子元器件的封装需求，近年来被广泛用于具有高密度、微间距的封装需求的液晶显示模组、摄像头模组、柔性电路板、触控屏连接线、高精密排线、集成电路等制造领域。

2、各向异性导电胶，与常规导电胶迥异，不仅集导电与传导性能于一身，更兼具密封、防水、绝缘等多重特性。其独特的导电与绝缘性能在不同方向上呈现出的差异性，使得在高难度封装领域，如焊接密度大、焊盘尺寸小和封装间距小等场景，展现出无可比拟的优势。简而言之，各向异性导电胶凭借其独特的物理和化学属性，以及广泛的应用领域，已成为现代电子制造领域不可或缺的关键材料。然而，尽管其应用广泛，但受技术门槛限制，目前全球范围内的主要生产商仍屈指可数。当前的研究与产品开发，主要聚焦于如何进一步优化和提升各向异性导电胶的导电性能、热性能及其可靠性。

3、中国专利公开号cn115386318a的发明专利，公开了一种用于超细间距电极封装的各向异性导电胶膜的制备，通过将自下而上的微球合成方法和自上而下的光刻技术结合起来，制备了厚度可控的绝缘镀镍聚苯乙烯微球，并在毛细管力的作用下将微球自组装到具有周期性孔洞拓扑结构的导电胶基体中，形成规则排布。制备的各向异性导电胶膜具有良好的各向异性导电性能，保证单根电极对导电粒子捕获率的同时，能够实现超细间距电极的封装，防止在集成度不断增加的电子元器件封装中出现相邻电极短路情况的产生。

4、中国专利公开号为cn116004144a的发明专利申请，公开了一种各向异性导电胶用复合导电微球制备方法及应用，其复合导电微球内核为25μm～35μm的sn球，外壳为au纳米颗粒。通过将导电微球与树脂胶粘结剂充分混合并热压，可使复合微球在x-y平面呈单层分布。由于sn具有较强的延展性，在热压过程中可以增大z轴方向接触面积，提高导电性，通过控制导电颗粒在树脂中的填料比可实现各向异性。制成的各向异性导电胶接触电阻可以低至0.7ω。

5、中国专利公开号为cn116640529a的发明专利申请，公开了一种各项异性导电胶膜的制备方法及各项异性导电胶膜，通过微孔模板的制备路线获取阵列分布的导电微球，将获取的阵列分布的导电微球转移到第一层光热双重固化的树脂胶膜，再将第二层树脂胶膜覆膜到所述第一层树脂胶膜上，对所述第一层树脂胶膜进行紫外光预固化处理，预固化保证导电微球的阵列形态在树脂胶膜中被初步固定，获得所述粒子阵列型各向异性导电胶膜。

6、中国专利公开号为cn117292889a的发明专利申请，公开了一种各向异性导电膜及其制备方法，该导电膜的制备首先通过预先设置阵列分布的导电微球，然后将阵列分布的导电微球转移到所述第一树脂胶膜上，最后在阵列分布的导电微球上旋涂第二树脂分散液，干燥后能够得到内部含有阵列分布的均匀分散的导电微球的各向异性导电膜，能够实现超高精度电路的连接。提供的制备方法能够有效解决采用现有方法制备得到的各向异性导电膜中导电粒子分布不均匀，但无法实现高精度电路连接的问题。

7、综合现有公开的文献资料和市场大规模应用的产品核心技术来看，现有的各向异性导电胶的组成主要是由导电填料和聚合物基体组成，二者的混合方法包括机械混合、自组装方法及预置阵列微球的多层胶膜叠加工艺。研究开发方向也集中在导电填料和聚合物基体的各自性能提升上，对导电填料和聚合物基体间的相互连接界面及界面对整体性能提升研究还相对较少。目前导电填料和聚合物基体间多采用物理连接的粘结界面，该界面的性能也直接决定了导电胶的整体性能。因此，亟需综合考虑导电填料、聚合物基体及二者连接界面的整体性能提升，提出一种基于金属有机框架材料(mof)和低温锡铋合金为导电填料，同时导电填料与聚合物基体存在有化学键合的各向异性导电锡胶及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有各向异性导电锡胶及其制备方法，解决现有各向异性导电胶导电填料与聚合物基体间多为随机分布，在微间距封装时具有短路风险。同时封装后导电填料与聚合物基体间为物理连接界面，在长时间服役过程中，可能导致易出现界面失效的问题。

2、本发明提供一种导电填料与聚合物基体间形成化学键合的高稳定性导电锡胶，该锡胶的导电填料为金属有机框架材料(mof)和低温锡铋合金，基于mof材料的官能团还可参与热固性聚合物基体的交联反应，使得二者直接形成化学键合，提升长时间服役过程界面的稳定性。具体的技术方案如下：

3、一种具有各向异性的导电锡胶，由导电填料和聚合物基体组成，按质量百分比计，导电填料20％-25％，聚合物基体为75％-80％。其中，所述的导电填料由锡铋合金粉末和mof材料组成，锡铋合金粉末包括但不局限于以下合金sn99.3bi0.7、sn58bi42、sn42bi57.6ag0.4中的一种，合金粉末的粒径为t10级别，粒径范围为1.0-2.0μm。mof材料为uio-66，锡铋合金粉末和mof材料的质量百分比为1:1。

4、所述的聚合物基体由以下质量百分比的组分组成：

5、

6、所述的环氧树脂包括双酚a型树脂e51、双酚a型树脂e44、双酚f型环氧树脂der351的任意一种或多种。

7、所述的固化剂为微胶囊包覆的固化剂，包括sc10208a潜伏性固化剂、henkel的latent固化剂、dow chemical的microencapsulated固化剂的任意一种或多种。该固化剂在常温储存过程中，不会对导电锡胶产生固化作用，仅在热固化条件下迅速释放并引发环氧树脂的固化反应。

8、所述的表面活性剂为triton df-20表面活性剂，该活性剂为非离子型表面活性剂，具有很好的低泡表面润湿性能，可溶解于环氧树脂基体，在热固化温度下促进锡铋合金迅速润湿封装基体。

9、所述的有机酸活化剂为混合二元酸(sokalan dcs)，该活化剂熔化范围为100-130℃，可在热固化过程中熔化，迅速释放出可去除封装基体及锡铋合金粉末表面的氧化膜，促进导电填料与封装基体的润湿，同时热固化后无残留腐蚀。

10、所述的抗氧化剂包括抗氧剂irganox1076、irganox 245、irganox 1330的任意一种或多种，具有低熔点及与基体相容性好的特点，可有效防止光和热引起的变色和氧化作用。

11、所述的稀释剂为无水丙酮、乙醇的任意一种或多种。

12、本发明首先通过静电自组装工艺将锡铋合金微粉自组装到mof孔洞中形成具有稳定化学键合的导电填料。再将导电填料加入到聚合物基体中，制备各向异性导电胶，包括如下步骤：

13、(1)静电自组装制备基于金属有机框架材料(mof)和低温锡铋合金导电填料；

14、(2)聚合物基体的制备，导电填料与聚合物基体的混合，制备得到各向异性导电胶。

15、具体的，步骤(1)包括：首先将气雾化制备的t10粒径的锡铋合金粉末加入到乙醇溶液中，添加量按照1g粉末与1000ml溶液的比例。将上述添加粉末的溶液在1kw超声条件下，用磁力搅拌器搅拌30min后，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，继续超声搅拌6h，充分反应后，进行真空抽滤，制备得到表面带有正电荷的锡铋合金粉末。将上述带有正电荷的锡铋合金粉末和uio-66加入到水溶液中，其中锡铋合金粉末与uio-66的质量比为1:1，复合粉末与水溶液的比例按照1g粉末添加至30ml的比例。在水热反应釜中，80℃反应12h后，进行真空抽滤，再将混合粉末进行冷冻干燥，即可制备得到含有锡铋合金的uio-66复合粉末导电填料。

16、步骤(2)包括：首先按照添加比例将环氧树脂、稀释剂及抗氧化剂加入至烧杯中，在40℃下磁力搅拌30min后，再依次加入微胶囊包覆的固化剂、有机酸活性剂及表面活性剂，室温条件下继续磁力搅拌30min。在1kw超声辅助的磁力搅拌条件下，加入步骤(1)制备得到的导电填料，磁力搅拌30min后，将导电锡胶加入到真空干燥箱中，40℃温度下进行脱气处理1h后，得到本发明的各向异性导电锡胶。

17、本发明提供的微间距电子元器件封装用的各向异性导电锡胶主要具有以下有益效果：1)基于添加的微胶囊包覆的固化剂和抗氧化剂，长时间存储条件下具有良好的光和热稳定性，仅在热固化封装工艺下释放活性，实现环氧树脂的交联固化反应，确保高可靠性的封装；2)采用静电自组装工艺制备的锡铋合金粉末表面带有正电荷，与带有羧基负电荷的uio-66金属有机框架材料相互间的静电引力，导电填料均匀分布在uio-66的孔道中，如附图1所示。解决了传统机械混合导电填料存在的导电粒子随机分布状态的问题，具有各向异性稳定，且在微间距的相邻电极间无短路风险的优点；3)mof材料uio-66表面带有大量的羧基官能团，能与聚合物基体环氧树脂和固化剂在交联固化过程中形成氢键结合，有效提高导电填料与聚合物基体的连接界面强度，使得长时间服役过程中界面能保持稳定，减少疲劳失效风险。