2005年3月14日
导电胶(ECA)材料为电子工业提供了一种替代锡铅焊料的材料，目前锡铅焊料用于连亚博网站下载接显示驱动芯片、存储芯片和其他设备到电路板。但在这些材料在高端电子设备中得到广亚博网站下载泛应用之前，研究人员必须克服包括低电流密度在内的技术挑战。app亚博体育
乔治亚理工学院的研究人员使用自组装的单分子层(本质上是分子线)和三部分防腐蚀策略，在解决这些问题方面取得了重大进展。在3月13日举行的第229届美国化学学会全国会议上，研究人员将描述如何改进ECA材料，使其能够像设计用来替代的金属合金焊料一样传导电流。亚博网站下载
这项研究得到了美国国家科学基金会(National Science Foundation)、美国亚博老虎机网登录环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency)和几家电子互连公司的资助。
“在某些需要高电流密度的应用中，导电粘合剂仍然达不到金属焊料的标准，”Regents的教授C.P. Wong指出佐治亚理工学院材料科学与工程学院亚博网站下载亚博老虎机网登录．“然而，通过使用这些自组装分子线和控制界面上的腐蚀，我们可以显著增加电流密度。”
出于环境方面的原因，制造商正在放弃锡铅合金，而锡铅合金现在被用于将设备集成到电脑、pda和手机等产品中。日本制造商在2005年1月采用了无铅电子互连技术，欧盟制造商预计将在2006年6月效仿。
虽然美国没有正式要求停止使用铅，但欧洲和日本的决定刺激了对替代材料的新研究。亚博网站下载这些替代品可分为两类:(1)将锡与银、金、铜、铋或锑等金属结合在一起的合金;(2)将银、镍或金薄片与有机聚合物基体结合在一起的导电粘合剂。
每种选择都有自己的优缺点。
大多数焊料含有两种或三种金属，如锡银(SnAg)和锡银铜(Sn/Ag/Cu)，其熔点高于共晶锡铅合金焊料，增加了连接组件上的热应力。更高的回流温度，高达260摄氏度，而不是230摄氏度，也需要更昂贵的电路板材料，并增加能源成本。亚博网站下载
导电胶粘剂可以简化电子产品的制造，因为它省去了几个加工步骤，包括对酸性助焊剂的需要以及用洗涤剂和水清洗。因为这种材料可以在较低的亚博网站下载温度下固化——大约150摄氏度，甚至可能是室温——它们将对元件产生更少的热应力，需要更少的能源，并使用现有的电路板材料。
“导电粘合剂有很多优势，但也有一些挑战，”Wong指出。“在用导电粘合剂将组件粘贴到板上并固化后，必须在高湿度和高热量的条件下测试连接。当你这样做时，关节中的电阻增加，导电性下降。这是该行业的一个主要问题。”
起初，科学家和工程师认为这个问题是由氧化引起的。但是Wong和他在美国国家科学基金会支持的包装研究中心的同事们发现，电偶腐蚀是真亚博老虎机网登录正的罪魁祸首。电偶腐蚀是由粘合剂中的不同金属和设备接触中使用的锡铅合金之间的接触引起的。从那以后，他们发表了许多描述抗腐蚀策略的论文。
他说:“通过了解这种电偶腐蚀，我们可以开发改进的材料，使用抑制剂(如酸)来保护触点不受腐蚀，我们还可以使用氧清除剂(如对苯二酚)来获取亚博网站下载发生腐蚀所需的氧气。”“我们还可以使用一种牺牲材料，这种材料具有较低的电位，首先会受到腐蚀过程的攻击，从而避免导电材料。”亚博网站下载
进一步的改进是用短链二羧酸取代硬脂酸，硬脂酸是防止银片结块的表面活性剂。取代或减少硬脂酸-作为银片周围的绝缘体-进一步改善了电流。
尽管如此，目前导电粘合剂的密度仍低于支持处理器等耗电设备所需的密度。
为了克服这一挑战，Wong和同事Grace Yi Li和Kyoung-sik Moon开发了自组装单层膜(SAM)——本质上是分子线——由含硫导电材料硫醇组成。亚博网站下载这些不到10埃长的分子通过化学方式与设备和电路板上的金垫结合，提供了直接的电连接，绕过了通常在接口上发现的电阻。
“最近的研究表明，通过加入这些自组装的单分子层，导电粘合剂的导电性和载流能力可以与传统焊点竞争，”Wong说。“这可能是改进这些材料的重大进展。”亚博网站下载
但是和大多数的进步一样，SAM的结构还没有得到优化。测试表明，它们在150摄氏度以上的温度下开始分解。
“我们需要在这一领域进行更多的研究，以开发更稳定的材料，仍然能够携带所需的电流密度，并具有必要的机械性能，”李说，她是王实验室的一亚博网站下载名研究生。
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