索尼公司关于导电浆料与各向异性导电胶膜腐蚀行为的研究报告
本研究由Sony Corporation的Osamu Ikeda、Yoshio Watanabe和Fuminari Itoh团队完成，发表于2007年IEEE Polytronic会议论文集。研究聚焦电子器件中关键导电材料（导电浆料CP-Ag与各向异性导电胶膜ACFs）在东南亚高腐蚀性环境下的可靠性问题。
学术背景
随着手机、电脑等电子设备在东南亚等高腐蚀性环境中的普及，硫化氢（H₂S）、二氧化氮（NO₂）等气体与高温高湿气候易引发导电材料腐蚀，导致器件失效。导电浆料（Conductive Paste, CP-Ag）以环氧树脂为粘结剂、银粉为导电颗粒，而各向异性导电胶膜（Anisotropic Conductive Film, ACFs）则通过环氧树脂固定镀镍或镀镍/金的塑料导电颗粒（直径约4 μm）。二者均需在高腐蚀环境下保持稳定性，但此前缺乏系统性腐蚀深度数据。本研究旨在量化两种材料在加速腐蚀实验中的腐蚀层厚度差异，并建立腐蚀条件与厚度的关系模型。
研究流程与方法
样品制备
- CP-Ag：将含银粉的环氧树脂浆料印刷在聚酰亚胺薄膜（Polyimide Film）上，150°C固化30分钟，形成厚度95 μm、宽度1 mm的导线。
- ACFs：选用两种镀层不同的ACFs（ACF-A：镀镍；ACF-B：镀镍/金），预粘结于带有氧化铟锡（ITO）电极的玻璃基板，190°C热压5秒固化。
加速腐蚀实验
- 东南亚环境模拟（SAE条件）：2 ppm H₂S + 4 ppm NO₂，30°C，70%相对湿度（RH），暴露77.3小时（模拟5年自然腐蚀）。
- 极端环境模拟（IEC-4×7条件）：0.07 ppm H₂S + 1.4 ppm NO₂/SO₂/Cl₂，35°C，85% RH，96小时（模拟日本环境10年腐蚀）。
腐蚀分析技术
- SAICAS（表面与界面切割分析系统）斜切法：以1:500的垂直/水平速度比切割样品，暴露深层截面。
- SEM-EDX联用：通过扫描电镜（SEM）观察形貌，能量色散X射线光谱（EDX）定量分析硫（S）、氧（O）、镍（Ni）等元素分布。
主要结果
CP-Ag的腐蚀行为
- SAE条件下，腐蚀深度达2 μm，EDX检测到显著的硫富集层（图6），表明银与H₂S反应生成Ag₂S。此结果与Hiramoto等报告的东南亚自然环境数据（0.42 μm/年）一致，验证了加速实验的等效性。
ACFs的耐腐蚀性
- SAE条件下，ACFs表面未检出硫（图5），但IEC-4×7极端条件下，通过氧/镍重量比变化发现1.2 μm深的镍氧化层（图7），推测腐蚀机制以镍氧化为主，而非硫化物形成。
方法学创新
- SAICAS斜切法相比传统溅射法（如俄歇电子能谱）能更高效分析大深度范围的元素分布，尤其适用于ACFs中分散的导电颗粒（占10-20 wt%）。
结论与价值
科学价值
- 首次量化了ACFs在高腐蚀环境下的镍氧化深度，揭示其与CP-Ag（银硫化）的腐蚀机制差异。
- 建立的混合气体条件-腐蚀厚度关系模型（图3）为加速实验设计提供了依据。
应用价值
- ACFs在无封装条件下可耐受日本环境10年腐蚀（1.2 μm氧化层），适用于液晶驱动IC等裸芯片直接贴装场景。
- CP-Ag的腐蚀行为与块体银一致，需通过材料改性（如镀层保护）提升可靠性。
研究亮点
- 腐蚀机制差异：ACFs依赖镍氧化而非硫化的独特路径，使其在含硫环境中更具稳定性。
- 分析方法创新：SAICAS斜切法结合EDX实现了微米级腐蚀深度的精准测量。
- 环境等效性验证：通过对比自然暴露数据（图1），证实加速实验可有效模拟东南亚实际环境。
其他发现
- 环氧树脂的吸水性可能影响腐蚀速率，未来需研究树脂改性对ACFs长期可靠性的影响。
- 镀金层（ACF-B）未显著提升耐腐蚀性，表明镍氧化仍是主导因素。
本研究为电子器件在恶劣环境中的材料选型提供了关键数据支撑，相关方法亦可拓展至其他导电材料的腐蚀评估。