易降解構裝材料技術：材料世界網

陳意君、林志浩、陳凱琪 / 工研院材化所

環氧樹脂具有優異機械、化學及熱性質，廣泛應用於電子構裝材料中。現階段生產不良品或退役後產生之電子廢棄物多以掩埋或焚燒(溫度≧600˚C)處理，對環境造成嚴重負擔。工研院開發可降解型環氧樹脂材料，透過觸媒引發讓熱固共價網狀樹脂在相對溫和條件下得以被分解，初步導入異方性導電膠膜(ACF)及FOG載具進行驗證，元件壓合導通電阻值為1.46 Ω，低溫觸媒拆解無殘膠，重新壓合導通元件阻值為1.81 Ω。驗證結果顯示，具有使用於低溫拆解導電膠膜應用的潛力。

【內文精選】

可降解型樹脂材料技術

電子構裝材料(Electronic Packaging Materials)多為一次性熱固性材料，熱固樹脂交聯密度高，有良好的耐化性、尺寸安定性及高機械強度等優點，但這也使得其降解性和可回收性受到限制。鑒於此，許多研究團隊在熱固化共價網狀樹脂中導入容易因酸降解或透過化學鍵交換，使得網狀共價樹脂在相對溫和的條件下得以分解為寡聚物或可溶性小分子，讓電子元件得以被拆卸或再應用。

易降解構裝材料設計與開發

圖四為新型環氧樹脂之材料設計與聚合物降解說明，本新型亞胺環氧樹脂2可與雙酚A環氧樹脂1在胺硬化劑下以共聚合方式形成交聯網狀聚合物3。網狀結構降解則是透過酸催化在相對低溫條件下(≤80˚C)讓亞胺基斷鍵形成可溶小分子或寡聚物；或是透過添加小分子胺，同樣在相對低溫條件下(≤80˚C)，亞胺鍵與小分子胺進行轉胺基反應，讓網狀交聯組成因此受到破壞。

圖四、工研院開發新型環氧樹脂之材料設計與網狀結構降解說明

在新型可降解環氧樹脂材料的研發過程中，首先採用異方性導電膠膜(ACF)進行材料驗證，並進行加工性及構裝載具可靠度驗證，再逐步將觸媒可裂解樹脂往底部填充膠、模封材方向發展，以開發出更多樣化的產品和應用，擴展材料的市場。

異方性導電膠膜(ACF)係為於樹脂中添加一定量的導電粉體，利用塗佈方式讓導電球均勻分散在樹脂膠膜中，所形成之膠膜屬於未完全反應的B-stage膜。ACF電性導通部分，首先將ACF貼合於基板線路與IC表面的凸塊之間後，利用適當的壓力、時間、溫度，使絕緣膠材固化，導電粉體則與凸塊及基板線路接觸，最後形成上下垂直(Z軸)導通、橫向(X、Y軸)絕緣的穩定結構。我們將Polymer 3(圖四)材料導入異方性導電膠膜樹脂系統中，以解決模組化過程面板組件失效而有修復需求，以及因拆解困難而遭棄置無法回用等問題。

新型導電膠膜製作與驗證

在確認樹脂膠材特性後，將導電球添加在樹脂Binder，並進行幅寬100毫米、長度20米之ACF實際製作驗證。導電膠樹脂線上塗佈後透過80˚C烘烤，烘烤後厚度20 μm乾膜經收捲、分條後再收捲等步驟，最終形成一般常見的導電膠膜型態。

導電膠膜製作有幾個重要考量點。首先是導電球在樹脂Binder中的分散性，成膜後導電球不容許聚集現象發生，導電球聚集將造成電子線路橫向導通影響元件信賴性。取塗佈、分條、收捲後之導電膠膜進行電子顯微鏡(OM)觀察，於20倍光學顯微鏡檢測下，顯示本次線上製作導電膠膜之5 μm導電球均勻分散在膠膜中，沒有聚集現象發生。

其次是樹脂安定性，導電膠膜屬於B-stage膜，意味著膠膜雖呈現固體狀態，但分子結構還未完全交聯，此時膠膜屬於不穩定狀態，為確保導電膠膜的品質和性能，冷藏運送和儲存是確保導電膠膜維持最佳狀態的重要需求。

導電膠膜一般規範是製造日起在-10~5˚C存放條件下6個月反應性不變，開封使用後保存得當(低溫乾燥保存)一般是2週內膠材反應性不變。取開封使用過之可拆解型導電膠膜，以微示差掃描熱卡分析儀(DSC)追蹤膠膜反應性，數據顯示，本導電膠膜(編號：EP2012)開封後8週樹脂反應性依舊維持，顯示膠材有一定安定性。

而構裝後之電子元件，於高溫、高濕環境下及冷熱循環等信賴性測試也是重要考量與需求。使用工研院材料與化工研究所簡易型手動對位貼合機，如圖八(a)，將厚度20 μm、寬度1.2 mm之編號EP2012可拆解型導電膠膜，以ITO玻璃與軟性電路板(FPC)測試元件，如圖八(c)，在3 MPa 180˚C/10 sec條件下，進行Film-on-Glass (FOG)元件對位壓合，壓合連接後元件如圖八(b)。6組連接導通元件初始導通阻值在1.32 Ω~1.76 Ω間，平均阻值為1.46 Ω ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。