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各向异性导电胶及其在射频识别标签封装中的应用

蔡雄辉  
【摘要】: 本论文针对射频识别标签(RFID)芯片的倒装封装材料、封装工艺及可靠性展开研究,属于"RFID标签封装设备与技术”863课题的子项目,涉及导电银(Ag)粉的可控制备及其生长机理研究,RFID倒装芯片用各向异性导电胶(ACA)配方的筛选优化,RFID电子标签封装工艺、互连可靠性与失效机理研究。 采用湿化学法制备了不同形态的微米级Ag粉,并分析了其生长机理。以硝酸银为银源,采用七水合硫酸亚铁作为还原剂,不加或添加适量添加剂,如硫酸、马来酸、柠檬酸、保护剂中的一种或多种,控制反应条件,制备出球形、带有凸块的六边形、光滑片状六边形、片状三角形、花状球形的微米级Ag粉,Ag粉粒径可控;采用抗坏血酸做还原剂,硫酸作为稳定剂,还原硝酸银制备出粒径均一的类球形微米级Ag粉。结果表明:硫酸银是制备微米级Ag粉合适的中间体;无机/有机多元酸的残基基团能够吸附在Ag晶体的(111)晶面,促使片状Ag晶体的生成。以马来酸作为络合剂,在室温条件下,使用抗坏血酸还原五水硫酸铜制备了微米级的均一新鲜铜(Cu)粉,再由Cu粉还原硝酸银制备出枝状Ag粉,分析认为枝状Ag晶体是在非平衡态时,Ag粒子扩散受动力学控制,自发聚集而成。 用微米级球形Ag粉和环氧基树脂配合制备了中温快速固化ACA。最佳配比为:双酚A环氧树脂100份,自制Ag粉44.2份,增韧剂10份,潜伏性固化剂33份,填料4份。制备的ACA可在150-180℃,15-20s内固化,适合于RFID电子标签芯片倒装封装。 测量了ACA在不同升温速率下的差示扫描量热(DSC)曲线,求得了固化动力学方程,可以预测其固化性能,并指导封装热压工艺。用全自动电子标签芯片封装设备和柔性刻蚀的铝/聚酯(Al/PET)天线基板进行实验,得到的优化工艺参数条件为:固化时间为12.5s(热压固化温度170℃),热压压力为4.5MPa,上下压头温度差60℃(上下热压头温度为:200℃和140℃),点胶量1.0s(0.04Mpa)。 对用ACA倒装封装的RFID电子标签进行了可靠性研究。柔性刻蚀的Al/PET为天线基板的高频电子标签(13.56MHz)在高温高湿(85℃,85%RH)老化336小时后,80%的标签能正常响应,且最大响应距离为初始值的80%左右。采用刚性模块封装的低频电子标签(134.2KHz),在高温高湿老化336小时后,标签均能正常响应。这说明采用刚性模块倒装封装RFID电子标签的可靠性好。对于刻蚀的Al/PET天线基板而言,高温高湿老化环境对ACA倒装键合点的接触电阻有很大影响,随着老化时间增长,接触电阻会增大,这可能是由于Al焊盘氧化导致该类型电子标签失效。且在高温高湿老化试验过程中,胶黏剂进一步固化,分析认为后固化过程有利于提高RFID电子标签的可靠性。所研发的ACA能够应用于柔性和刚性天线基板RFID电子标签的封装。


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