一种可自修复的阵列式ACF材料及其制备方法与流程

本发明属于微电子封装，涉及一种可自修复的阵列式acf材料及其制备方法。

背景技术：

1、acf是一种取代锡焊的电子封装材料，同时具有粘接、导电、绝缘三大特性的透明高分子连接材料，其显著特点是垂直方向导通而水平方向绝缘，可以解决一些以往连接器无法处理的细微导线连接问题，用于芯片与面板精细的连接，在家电、汽车、个人电脑、可穿戴设备等各类显示领域被广泛应用。

2、但是目前需要解决导电粒子在acf体系中的无规排布而造成的导电不良问题以及延长导电胶的工作寿命以更好满足市场需求，阵列式acf的实现方式主要包括，利用磁场去控制磁性的导电粒子定向在胶中排布；或者在acf胶膜中留出阵列式孔洞，并喷入导电粒子。但这些方法一是价格昂贵；二则导电粒子的阵列分布不够精准，存在错位/一个点位堆积较多颗粒子/在切割分装中存在粒子移位等问题(厚涂的acf)，这不仅使得acf材料导电性能降低，而且碰到过高的电压或电流作用时导致导电填料之间的连接断裂，使得导电性能进一步降低。

3、再者由于目前的acf材料在受到外力冲击、挤压、剪切等作用很容易发生破裂、玻璃等现象，在温度的影响下还容易导致acf材料中树脂基体发生变形、软化等现象，遇到强酸、强碱、有机溶剂也很容易导致导电材料和树脂基体的化学结构发生变化，可见目前的acf材料在物理性能、热稳定性及化学稳定性方面都有待进一步提升。

4、中国专利申请文件(cn104312471a)公开了一种含苯并恶嗪的异方性导电膜及其制备方法，但是其存在粒子分布不均、树脂基体无自修复功能、材料缺乏长期使用稳定性。

5、中国专利申请文件(cn105969237a)公开了一种异方性导电胶膜的制备方法，其存在孔洞制造工艺复杂且达不到微米级的间距精度，同时树脂基体也没有自修复作用。

6、中国专利申请文件(cn103666318a)公开了一种自修复导电胶及其制备方法，但是其粒子无规排布，导电胶存在短路的风险，同时制备成本也高，市场潜力较小。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种物理和化学性能稳定，且保证材料导电性良好的同时避免短路以及具备树脂的自修复作用的可自修复的阵列式acf材料。

2、本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种可自修复的阵列式acf材料，所述acf材料包括如下质量份数的原料：20-40份自修复环氧树脂基的acf、15-30份丁腈橡胶、20-30份二氧化硅、3-10份固化剂、5-15份导电粒子。

3、在上述的一种可自修复的阵列式acf材料中，自修复环氧树脂基的acf的制备方法包括如下步骤：

4、s1、将环氧氯丙烷加热后添加糠胺进行反应，反应结束后加入氢氧化钠溶液继续反应；

5、s2、反应结束后依次进行乙酸乙酯和纯水萃取，用无水硫酸镁干燥后得糠基缩水甘油胺；

6、s3、将糠基缩水甘油胺和bmi均匀混合，然后添加四乙烯五胺进行反应得到自修复环氧树脂基的acf。

7、在上述的一种可自修复的阵列式acf材料中，步骤s1中环氧氯丙烷和糠胺的质量比为(1.5-2.5):1。

8、在上述的一种可自修复的阵列式acf材料中，步骤s3中糠基缩水甘油胺和bmi的摩尔比为(1.5-3)：1。

9、作为优选，二氧化硅的粒径为180～230nm。

10、作为优选，固化剂为二亚乙基三胺。

11、在上述的一种可自修复的阵列式acf材料中，步骤s3反应温度为60-80℃，时间为40-50h。

12、在上述的一种可自修复的阵列式acf材料中，导电粒子为粒径7-20um的ps-ni粉。本发明通过控制导电粒子ps微球负载纳米ni颗粒的ps-ni粉粒径为7-20um，有利于提高微小间距的粘接，从而提高最终阵列式acf材料的导电性。

13、本发明还提供了一种可自修复的阵列式acf材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

14、s1、配置上述原料；

15、s2、将导电粒子分散于溶剂中，然后加入增稠剂均匀搅拌得墨水；

16、s3、将自修复环氧树脂基的acf、丁腈橡胶、二氧化硅、固化剂和丙酮均匀混合，然后过滤涂成薄膜，再进行烘干处理到异方性导电胶膜；

17、s4、通过3d打印将墨水在胶膜中进行粒子矩阵化排布作业。

18、本发明中基于diels-alder反应的环氧树脂，具有可逆的成环-开环特点，其中开环温度略高于成环温度，因此，当树脂在使用中出现微裂纹时，可以用比树脂成环温度略高的温度去开环、再在略低温度下成环的原理对裂纹进行修复，从而提高acf的使用寿命和稳定性。并且，本发明中由于acf中的导电粒子是阵列式分布，不存在短路风险，且相比导电粒子无规排布的acf，可以最大程度节约粒子成本。

19、作为优选，步骤s2导电粒子和溶剂的质量比为2:(90-100)。

20、在上述的一种可自修复的阵列式acf材料的制备方法中，增稠剂为纤维素钠、聚氨酯增稠剂中至少一种。

21、作为优选，溶剂包括水、乙醇、乙酸乙酯、稀盐酸、磷酸、丙酮、丁酮、甲苯、乙二醇丁醚中的至少一种。

22、作为优选，增稠剂的添加量为溶剂质量的1-3％。本发明使用的增稠剂用量少，增稠性强，在3d打印过程中打印粘度容易控制，但是对添加量有严格要求，添加过少稠度不够，打印的时候无法控制导电粒子精准定位在一个点，而且会使得导电粒子同时泄漏，导致无法打印；添加过多又会使得墨水粘度过高，挤出困难，也会导致无法打印。

23、作为优选，步骤s3薄膜厚度为35-45μm。

24、作为优选，步骤s3烘干温度为70-90℃。

25、在上述的一种可自修复的阵列式acf材料的制备方法中，3d打印过程中打印机功率为300-500w，打印速度为2-5μm/s。

26、作为优选，3d打印过程中3d打印机空间最小精度为3-5um。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、1.本发明阵列式acf材料先利用含有共轭双烯键的双环氧氯丙烷与含碳碳双键的亲双烯体n,n'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺(bmi)反应得到自修复环氧树脂基的acf，接着将ps微球负载纳米ni颗粒的ps-ni粉导电粒子溶于溶剂，加入增稠剂制成本发明专用打印的墨水，用高分辨(空间最小精度4um)3d打印机在自修复acf树脂基体上形成粒子矩阵排布图案，打印完成后，由于胶膜具备一定的粘性，可以很好地固定住导电粒子的位置，从而保证材料导电性良好的同时避免短路；

29、2.本发明通过对acf材料的配方优化再结合本发明特制的自修复环氧树脂基的acf使得最终制备得到的阵列式acf材料具备优良导电性能的同时，在物理性能、热稳定性及化学稳定性方面得到进一步的提升。

技术特征：

1.一种可自修复的阵列式acf材料，其特征在于，所述acf材料包括如下质量份数的原料：20-40份自修复环氧树脂基的acf、15-30份丁腈橡胶、20-30份二氧化硅、3-10份固化剂、5-15份导电粒子。

2.根据权利要求1所述的一种可自修复的阵列式acf材料，其特征在于，自修复环氧树脂基的acf的制备方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种可自修复的阵列式acf材料，其特征在于，步骤s1中环氧氯丙烷和糠胺的质量比为(1.5-2.5):1。

4.根据权利要求2所述的一种可自修复的阵列式acf材料，其特征在于，步骤s3中糠基缩水甘油胺和bmi的摩尔比为(1.5-3)：1。

5.根据权利要求1所述的一种可自修复的阵列式acf材料，其特征在于，固化剂为二亚乙基三胺。

6.根据权利要求1所述的一种可自修复的阵列式acf材料，其特征在于，导电粒子为粒径7-20um的ps-ni粉。

7.一种如权利要求1所述可自修复的阵列式acf材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述一种可自修复的阵列式acf材料的制备方法，其特征在于，增稠剂为纤维素钠、聚氨酯增稠剂中至少一种。

9.根据权利要求7所述一种可自修复的阵列式acf材料的制备方法，其特征在于，增稠剂的添加量为溶剂质量的1-3％。

10.根据权利要求7所述一种可自修复的阵列式acf材料的制备方法，其特征在于，3d打印过程中打印机功率为300-500w，打印速度为2-5μm/s。

技术总结
本发明属于微电子封装技术领域，涉及一种可自修复的阵列式ACF材料及其制备方法。本发明阵列式ACF材料先利用含有共轭双烯键的双环氧氯丙烷与含碳碳双键的亲双烯体N,N'‑(4,4'‑亚甲基二苯基)双马来酰亚胺(BMI)反应得到自修复环氧树脂基的ACF，接着将PS‑Ni粉导电粒子溶于溶剂，加入增稠剂制成本发明专用打印的墨水，用高分辨(空间最小精度4um)3D打印机在自修复ACF树脂基体上形成粒子矩阵排布图案，打印完成后，由于胶膜具备一定的粘性，可以很好地固定住导电粒子的位置，从而保证材料导电性良好的同时避免短路。

技术研发人员：何浪,苗意外,吴飞翔,钱建峰
受保护的技术使用者：宁波连森电子材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13