导电胶配方分析

2021-06-17

产品简介

        导电胶广泛应用于电子、电器、通讯、触摸屏、数码产品、半导体芯片、传感器、电气绝缘、汽车电子、医疗器械等行业的各种电子元件和组件的封装以及粘接。

一 .背景

        导电型胶粘剂(简称导电胶)是一种经固化或干燥后既能很好地粘接各种材料, 又具有导电性能的特殊胶粘剂。在高分子粘料、固化剂中加入导电性填料配成的导电胶,被称为“复合型导电胶”,是目前导电胶的主体。作为一种新型的复合材料,其应用日益受到人们的重视,有着广阔的市场前景和发展潜力。作为导电连接材料,利用其流动性可用于丝网印刷,直接成型复杂的印刷线路:利用其低温固化的特点,可以用于连接不耐高温的导电材料。随着电子器件向微型化发展,许多传感器材料都要求薄膜化,导电胶成为连接薄膜和其引线的主要材料。随着工程塑料被大量用于制作电子装置的外壳,电磁屏蔽问题显得尤为突出,而将导电胶涂于塑料外壳表面,形成电磁屏蔽层,是卓有成效的方法之一。

        目前,国内生产导电胶的单位主要有上海合成树脂研究所,国外企业有日本的日立公司、Three. Bond公司、美国的Epoxy公司、Abistick公司、 Loc. tite公司、 3M公司等。已商品化的导电胶种主要有导电胶有、导电胶浆、导电涂料、导电胶带等;组分有单、双组分。导电胶一般用于微电子封装、印刷电路板、导电线路粘接等各种电子领域中。现今国内的导电胶无论从品种和性能上与国外都有较大差距。

二.导电胶

2.1导电胶的分类

        导电胶种类很多,按导电方向分为各向同性导电胶(ICAs,Isotropic Conductive Adhesives)和各向异性导电胶(ACAs, Anisoropic Conductive Adhesives)。ICA是指各个方向均导电的胶黏剂,可广泛用于多种电子领域; ACA则指在一个方向上如z方向导电,而在X和Y方向不导电的胶黏剂。-般来说ACA的制备对设备和工艺要求较高,比较不容易实现,较多用于PCB板的精细印刷等场合,如平板显示器(FPDs)中的PCB板的印刷。

        按照固化体系导电胶又可分为室温固化导电胶、中温固化导电胶、高温固化导电胶、紫外光固化导电胶等。室温固化导电胶较不稳定,室温储存时体积电阻率容易发生变化。高温导电胶高温固化时金属粒子易氧化,固化时间要求要较短才能满足导电胶的要求。目前国内外应用较多的是中温固化导电胶(低于150°"C),其固化温度适中,与电子元器件的耐温能力和使用温度相匹配,力学性能也较优异,所以应用较广泛。紫外光固化导电胶将紫外光固化技术和导电胶结合起来,赋予了导电胶新的性能并打大了导电胶的应用范围,可用于液晶显示电致发光等电子显示技术上,国外从上世纪九十年代开始研究,我国近年也开始研究

2.2导电胶的组成

        导电胶一般由基体、固化剂、稀释剂、催化剂、导电填料以及其他添加剂组成。基体主要包括环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氣酯等。虽然高度共轭类型的高分子本身结构也具有导电性,如大分子吡啶类结构等,可以通过电子或离子导电 ,但这类导电胶的导电性只能达到半导体的程度,不能具有像金属一样低的电阻,难以起到导电连接的作用。所以本文讨论的导电胶都是填料型。

        填料型导电胶的树脂基体,原则上讲,可以采用各种胶黏剂类型的树脂基体,常用的一般有热固性胶黏剂如环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等胶黏剂体系。这些胶黏剂在固化后形成了导电胶的分子骨架结构,提供了力学性能和粘接性能保障,并使导电填料粒子形成通道。由于环氧树脂可以在室温或低于150°C固化,并且具有丰富的配方可设计性能,目前环氧树脂基导电胶占重要地位。

        导电胶要求导电粒子本身要有良好的导电性能,粒径要在合适的范围内,能够添加到导电胶基体中形成导电通路。导电填料可以是Au. Ag. Cu. A1. Fe. Zn. Ni的粉末和石墨及一些导电化合物。银的电阻率很低,为1.62*10Qam, 而且不易氧化,所以银粉比较适合作为导电埴料。但由于银粉在胶黏剂中存在迁移现象,而且银的价格昂贵,所以限制了其应用。铜导电率与银接近, 但铜化学性质比银活泼,其表面易氧化形成氧化膜,使导电不连续,- 般应用于导电率要求不高的场台。为避免铜粉的氧化,目前研究出了多种对铜粉进行处理的方法,如表面镀银、加入还原剂和在铜表面形成络合物等,其中镀银铜粉取得 了很好的效果。本院研制的镀银铜粉导电胶在其添加量为55%时,体积电阻率即可达到1x10Q cm。镀银铜粉相对于银粉优势在于无迁移现象,但是其添加量没有银粉等导电胶黏剂高,使导电胶的体积电阻率达不到银粉的程度,所以提高其体积电阻率是目前要解决的问题。金的导电胶的导电性能优异,没有迁移现象和氧化问题,但其价格昂贵,只能应用于特殊场台。Ni. AI等金属本身导电性不高,也易于氧化,所以这些金属作为导电填料的导电胶导电性不好。为节约成本,可以将两种或两种以上的金属作为合金结合使用作为填料,如镍一银合金、铜-银合金等,镀银铜粉也可以看作是铜一银的互补结合使用。石墨导电胶的电阻值比较稳定,其电阻率较高,-般只用作中阻值浆料,但其价格便宜,化学稳定性较好,相对密度小,分散性好,目前人们正在努力使其导电性能达到与石墨粒子同等数量级。尽管导电填料很多,目前国内外的高性能导电胶黏剂的填料大多以银粉和铜粉为主。

        导电胶中另一个重要成分是溶剂。由于导电填料的加入量至少都在50%以上,所以导电胶的树脂基体的黏度大幅度增加,常常影响了胶黏剂的工艺性能。为了降低黏度,实现良好的工艺性和流变性,除了选用低黏度的树脂外,- 般需要加入溶剂或者活性稀释剂,其中活性稀释剂可以直接作为树脂基体,反应固化。溶剂或者活性稀释剂的量虽然不大,但在导电胶中起到重要作用,不但影响导电性,而且还影响固化物的力学性能。常用的溶剂(或稀释剂)-般应具有较大的分子量,挥发较慢,并且分子结构中应含有极性结构如碳-氧极性链段等。 溶剂的加入量要控制在一定范围内, 以免影响导电胶胶体的胶接整体性能。

        除树脂基体、导电埴料和稀释剂外,导电胶其他成分和胶黏剂-样,还包括交联剂、偶联剂、防腐剂、增韧剂和触变剂等。

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