一、导电胶的组成
(1)导电胶的基体基体包括预聚体、固化剂(交联剂)、稀释剂及其他添加剂(增塑剂、偶联剂、消泡剂等)。
常用的聚合物基体包括环氧树脂、酚醛类树脂、聚酸亚胺、聚氨酷等。与其他树脂相比,环氧树脂具有稳定性好、耐腐蚀、收缩率低、粘接强度高、粘接面广以及加工性好等优点,因此,环氧树脂是目前研究最多、使用最广的基体材料。但是环氧树脂具有吸湿性,且耐热性较差,所以对环氧树脂进行改性,通过对环氧树脂主涟结构和取代基进行调整,得到综合性能更高的改性树脂的研究正在开发中。
稀释剂分为活性稀释剂和非活性稀释剂两类,其中活性稀释剂含有活性端基,可以参加交联反应,固化前不需去除,固化后成为体系的一部分;非活性稀释剂不参与交联,仅起调节作用,固化前需要除去。预聚体、交联剂和稀释剂是固化过程中体积变化的主要影响因素。
(2)导电填料导电填料主要是通常有碳、金属、金属氧化物三大类。
常用的填料多为Au、Ag、Cu、Ni等电阻率较低的金属粉末。Au粉具有优异的导电性和化学稳定性,是最理想的导电填料,但价格昂贵,一般只在要求较高的情况下使用。Ag粉价格相对较低,导电性较好,且在空气中不易氧化,但在潮湿的环境下会发生电迁移现象,使得导电胶的导电性能下降。Cu粉和Ni粉具有较好的导电性,成本低,但在空气中容易氧化,使得导电性变差。因此,导电填料一般选用Ag或cu。
二、导电胶的优点
导电胶作为一种Pb/Sn焊料的替代品应运而生。与Pb /Sn焊料相比,它具有五大优点:
(2)涂膜工艺简单,连接步骤少;
(4)热机械性能好,韧性比合金焊料好,接点抗疲劳性高;
三、导电胶的分类
(2)按导电机理分为本征导电胶和复合导电胶。本征导电胶是指分子结构本身具有导电功能的共扼聚合物,这类材料电阻率较高,导电稳定性及重复性较差,成本也较高,故很少研究。复合导电胶是指在有机聚合物基体中添加导电填料,从而使其具有与金属相近的导电性能,目前的研究主要集中在这一块。
(4)按照固化体系的不同,导电胶可分为室温固化导电胶、中温固化导电胶、高温固化导电胶和紫外光固化导电胶等。室温固化需要的时间太长,一般需要数小时到几天,且室温储存时体积电阻率容易发生变化,因此工业上较少使用。中温固化导电胶力学性能优异,且固化温度一般低于150℃,此温度范围能较好地匹配电子元器件的使用温度和耐温能力,因此是目前应用较多的导电胶。高温固化导电胶高温固化时,金属粒子容易被氧化,固化速度快,导电胶使用时要求固化时间须较短,因此也使用较少。紫外光固化导电胶主要是依靠紫外光的照射引起树脂基体发生固化反应,固化速度较快,树脂基体在避光的条件下可以保存较长时间,是一种新型的固化方式。这种新型的固化方式将紫外光固化技术和一导电胶结合起来,赋予了导电胶新的性能。目前这方面的研究也是人们关注的热点。
四、影响导电胶性能的因素
(2)树脂体系和固化工艺树脂体系作为导电胶力学性能和粘接性能的主要来源,其选择很重要。根据不同力学性能和用途的需要选择不同的树脂体系。常用的树脂体系为环氧树脂,其粘接性好,粘度低,固化温度适中,适合导电胶的制备,一般用于常温固化或中温固化导电胶中。根据电子元器件的要求,需要高温固化时,可以使用聚酞亚胺树脂作为基体树脂或是在传统环氧树脂中加人耐高温物质如双马来酞亚胺树脂提高耐热性。用于光敏固化的导电胶的树脂体系选择丙烯酸环氧类光敏物质。固化工艺对导电胶的导电性有一定的影响。加热固化时,应尽量缩短凝胶点以前的时间,因为凝胶时间长,会导致胶黏剂对导电粒子表面进行充分的包覆,降低导电性,所以加热固化时一般都是直接置于固化温度下固化,以减少润湿包覆带来的不利影响。固化温度和时间不但影响导电胶的导电性,对其力学性能也有很大影响。对于室温固化铜粉导电胶,延长固化时间会使剪切强度下降了,中高温固化导电胶延长固化时间会提高力学性能。
(4)其他添加剂的影响其他添加剂主要是根据导电胶的需要,加人一些物质来提高导电胶的性能。一般导电胶中都加人偶联剂来降低金属颗粒和胶层之间的界面表面能,如硅烷类偶联剂、钛酸盐偶联剂等。
(2)复合导电胶复合型导电高分子材料已发展成为一种新型的功能性材料,在抗静电、电磁屏蔽、导电 自动控制和正温度系数材料等方面具有广阔的应用前景,其市场需求量不断增大。雷芝红等采用无钯活化工艺在环氧树脂(EP)粉末上形成活性点,利用化学镀法成功制备出新型外镀银铜/EP复合导电粒子,其电阻率为4.5*10-3Ω·cm,可以作为各向异性导电胶的导电填料(代替纯金属导电填料)。Eom等制备出一种新型低熔点各向异性导电胶。研究结果表明:该导电胶的电阻低于10 mΩ,而传统导电胶的电阻则低于1000 mΩ;该导电胶可以在电流密度为10000 A/cm2的条件下使用;高压蒸煮试验前后,导电胶的电阻和电流密度均没有发生变化,而剪切强度的变化率为23%。
(4)无导电粒子导电胶近年来,一种NCA键合技术(无铅无导电颗粒互联技术)深受人们的关注。这种互连方式具有良好的粘接强度和较低的成本,所使用的连接材料是NCA聚合物,通常不填充任何导电填料。这种互连技术在实现连接时,需要在一定的温度条件下,通过向 IC 芯片和基板施加压力才能使 NCA 在芯片粘接部位表面处形成直接的物理连接。该技术省略了胶体中加入导电填料的步骤,去除了填充金属所带来的成本,其连接位置由金属直接接触形成,从而成为一种简单、高效和价廉的互连方式。
近年来,无导电粒子导电胶的发展十分迅速,出现了(类似于各向异性导电胶)Z轴方向上导电的新品种,连接材料中的空隙尺寸达到纳米级尺度。六、导电胶的应用及问题导电胶是一种同时具备导电性能和粘接性能的胶粘剂,它可以将多种导电材料连接在一起,使被连接材料间形成电的通路。自1966年问世以来,导电胶已经在电子科技中起到越来越重要的作用。目前,导电胶已广泛应用于印刷线路板组件、发光二极管、液晶显示屏、智能卡、陶瓷电容、集成电路芯片等电子元器件的封装和粘接。但是,Pb/Sn焊料仍在电子表面封装技术中大量应用,导电胶虽然拥有许多优点,但因其自身存在的亟待解决的问题,仍然不能完全取代Pb /Sn焊料。
导电胶主要存在以下问题:
(2)粘接效果受元器件类型、PCB(印刷线路板)类型影响较大;
(4)粘结强度相对较低。在节距小的连接中,粘接强度直接影响元件的抗冲击性能。
六、导电胶的市场状况
目前国内市场上一些高尖端领域使用的导电胶主要以进口为主:美国的Ablistick公司、3M公司几乎占领了全部的IC和LED领域,日本的住友和台湾翌华也有涉及这些领域.日本的Three-Bond公司则控制了整个的石英晶体谐振器方面导电胶的应用.国内的导电胶主要使用在一些中、低档的产品上,这方面的市场主要由金属研究所占有。TeamChem Company系列的导电胶主要适用于LED、大功率LED、 LED数码管、LCD、TR、IC、COB、PCBA、点阵块、显示屏、晶振、谐振器、太阳能电池、光伏电池、蜂鸣器、陶瓷电容、半导体分立器件等各种电子元件和组件的封装以及粘结等.应用范围涉及电子元器件、电子组件、电路板组装、显示及照明工业、通讯、汽车电子、智能卡、射频识别等领域。
七、总结
要大幅度提高国产导电胶的综合性能,必须从下列几方面着手:
(2)开发新型的导电颗粒。制备以纳米颗粒为主的导电填料,以覆镀合金或低共熔合金作为导电填料,并且对导电粒子表面进行活化处理,是制备导电胶的重要条件。
(3)研究新的固化方式.室温固化耐高温粘接材料是未来的发展趋势;虽然目前热固化导电胶体系仍占主导地位,但其固化剂及偶合剂等存在污染环境等问题,因此光固化、电子束固化等技术已在涂料、油墨、光刻胶和医用胶等领域中得到广泛应用;另外,微波固化技术,也取得了阶段性的成果;双重固化体系(UV固化+热固化)的开发,也是未来的发展方向。
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