Dán điện tử là một thuật ngữ chung cho dạng sệt hoặc vật liệu điện tử lỏng. Nó thường được áp dụng thông qua in lụa, in phun, lớp phủ, in pad hoặc in 3D. Hỗn hợp được phủ lên các chất nền như gốm sứ, thủy tinh, màng polymer, tấm silicon hoặc đế kim loại. Sau khi thiêu kết hoặc đóng rắn, nó tạo thành các màng hoặc hoa văn chức năng.
Nó được sử dụng rộng rãi trong mạch màng dày, MLCC, cuộn cảm chip nhiều lớp, tế bào quang điện, bao bì bán dẫn, thiết bị hiển thị và cảm biến. Keo dán này có nhiều chức năng như dẫn điện, điều chỉnh điện trở, điện môi, bảo vệ và dẫn điện trong suốt.
Thoạt nhìn, keo dán điện tử trông giống như một khối dính. Về bản chất, nó là một hệ thống hỗn hợp đa pha. Nó thường bao gồm bột chức năng, chất kết dính và chất mang hữu cơ.
Trong hầu hết các loại keo dán màng dày, hệ thống này đặc biệt bao gồm bột chức năng, bột thủy tinh và chất mang hữu cơ. Bột chức năng quyết định hiệu suất điện. Bột thủy tinh cung cấp độ ổn định cấu trúc và độ bám dính. Chất mang hữu cơ đảm bảo khả năng thích ứng quy trình. Ba thành phần này tuy có vai trò riêng biệt nhưng lại phụ thuộc lẫn nhau. Cùng nhau, chúng quyết định hiệu suất cuối cùng của keo dán.
Trong một số trường hợp đặc biệt, bột thủy tinh có thể không được sử dụng. Thay vào đó, nhựa hoặc kim loại tự thiêu kết được sử dụng làm thành phần cấu trúc.
Bột chức năng – Cốt lõi định nghĩa chức năng
Trong keo dán điện tử, vai trò của bột chức năng là cung cấp các đặc tính điện. Loại bột quyết định trực tiếp chức năng của keo dán trong thiết bị. Nó xác định keo dán có khả năng dẫn điện, cản quang, cách điện hay truyền ánh sáng trong khi dẫn điện hay không.
- Keo dẫn điện: Các kim loại như bạc (Ag), đồng (Cu), niken (Ni) hoặc đồng tráng bạc. Chúng tạo thành các đường dẫn điện và đóng vai trò là điện cực.
- Dán điện trở: Bột oxit như ruthenium oxide (RuO₂) hoặc rhodium oxide (RhO₂). Chúng có khả năng chống chịu được kiểm soát.
- Keo điện môi: Các loại bột như bari titanat (BaTiO₃) hoặc bari stronti titanat (BST). Chúng đảm bảo khả năng cách điện và lưu trữ điện tích.
- Keo dẫn điện trong suốt: ITO (indium tin oxide), dây nano bạc hoặc graphene. Chúng cho phép dẫn điện trong khi vẫn duy trì khả năng truyền ánh sáng.
Bột thủy tinh – “Chất kết dính” và “Chất điều chỉnh cấu trúc”
Trong công thức hồ dán, bột thủy tinh không phải là thành phần chính nhưng đóng vai trò quyết định. Trong quá trình thiêu kết, bột thủy tinh mềm ra và chảy ra. Cuối cùng, nó đông cứng cùng với chất nền và bột. Bột thủy tinh vừa đóng vai trò là chất kết dính vừa là chất điều chỉnh cấu trúc.
Vai trò chính của nó bao gồm:
- Độ bám dính: Thủy tinh mềm ở nhiệt độ cao và liên kết kim loại hoặc oxit với chất nền gốm, thủy tinh hoặc silicon. Nếu không có nó, điện cực có thể bị bong ra.
- Sự cô đặc: Dòng chảy của nó lấp đầy khoảng trống giữa các hạt. Điều này làm tăng mật độ màng và cải thiện độ ổn định điện.
- Phù hợp giãn nở nhiệt: Việc điều chỉnh thành phần thủy tinh làm cho hệ số giãn nở của nó gần bằng với hệ số giãn nở của vật liệu nền. Điều này làm giảm ứng suất và ngăn ngừa nứt hoặc cong vênh.
Bột chức năng xác định các đặc tính điện. Bột thủy tinh đảm bảo các đặc tính này luôn ổn định và bền lâu.
Ghi chú: Keo dán dẫn điện trong suốt dùng trên nền thủy tinh, PET hoặc PI thường sử dụng các loại polymer như epoxy, acrylic hoặc PU làm chất kết dính. Chúng đông cứng ở nhiệt độ thấp hoặc thậm chí nhiệt độ phòng mà không cần bột thủy tinh.
Hệ thống kính chính trong keo dán điện tử
| Loại kính | Hệ thống đại diện | Điểm làm mềm thủy tinh (°C) | Hóa chất Sự ổn định | Hệ số giãn nở nhiệt (10°C-1) | Thuận lợi | Nhược điểm |
| Kính chì | Pb0-Si0,、Pb0-B,0:-Si0.PbO-Zn0-B,0:-Si0,等 | 350-600 | Độ ổn định tốt | 70-120 | Điện trở cao, tổn thất điện môi thấp, nhiệt độ làm mềm thấp và độ ổn định hóa học tốt. | Gốm sứ AIN dễ bị oxy hóa gây ra những rủi ro đáng kể cho con người và môi trường. |
| Thủy tinh bismuthate | Bi,0;-B,0,-Si0₂、BizO:-B₂0:-BaOBi,0:-Zn0-Si0.Bi,0:-B,0:-Zn0.BizO:-Si0z-Sb,Os等 | 350-500 | Độ ổn định tốt | 90-150 | Oxit bismuth có hàm lượng cao, tương tự như thủy tinh chì, có nhiệt độ làm mềm thấp và độ ổn định hóa học tốt. | Gốm AIN dễ bị oxy hóa, đắt tiền, dễ bị kết tủa bismuth và có khả năng chống axit kém. |
| Thủy tinh borat | Ba0-B,0:-Si0?Ca0-B,0:-Si0,-Ba0.Si0,-B,0;-AlO;-RO 等 | 300-600 | Không ổn định lắm | 90-150 | Điểm nóng chảy thấp chỉ có thể đạt được bằng cách thêm kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, thủy tinh hoặc ion kim loại nặng. | Chúng không ổn định về mặt hóa học, thường có hệ số giãn nở nhiệt cao và dễ bị tách pha. |
| Kính kẽm | Zn0-B,0;-Si0.Zn0-Ba0-B,0:Zn0-B,0:-Al0:-Si0,等 | 450-600 | Độ ổn định tốt | 60-90 | Chúng có tính chất hóa học ổn định, hệ số giãn nở nhiệt thấp, độ liên kết cao và điểm nóng chảy thấp. | Chúng cũng có khả năng hàn kém và khả năng trợ dung ở nhiệt độ cao kém. |
Chất mang hữu cơ – Chìa khóa để kiểm soát quy trình
Chất mang hữu cơ là hỗn hợp dung môi (65–98% theo trọng lượng), chất làm đặc, chất làm tăng độ nhớt, chất hoạt động bề mặt và chất điều chỉnh độ chảy. Ít nhất, nó chứa dung môi hữu cơ và chất làm đặc. Các dung môi phổ biến bao gồm diethylene glycol ether acetate, tributyl citrate và dibutyl phthalate.
Mặc dù chất mang không tham gia vào chức năng điện, nhưng chúng kiểm soát khả năng xử lý. Chúng xác định tính lưu biến và độ bám dính ban đầu với chất nền.
Xu hướng gần đây là sử dụng chất mang ít cặn, ít mùi và thân thiện với môi trường. Một số sản phẩm thậm chí còn sử dụng hệ thống keo gốc nước hoặc vô cơ để đáp ứng các yêu cầu sản xuất xanh.
Phần kết luận
Bột chức năng mang lại cho keo dán điện tử các đặc tính điện. Bột thủy tinh đảm bảo các đặc tính này ở dạng ổn định và bền vững. Các chất mang hữu cơ đảm bảo khả năng gia công trong quá trình chế tạo. Ba thành phần được phân chia rõ ràng về chức năng nhưng phụ thuộc lẫn nhau. Cùng nhau, chúng tạo thành một hệ thống đa pha cân bằng.