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導(dǎo)電膠配方|配方分析|分析檢測(cè)|禾川化學(xué)0512-82190669
 
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導(dǎo)電膠配方成分分析

發(fā)布時(shí)間:2012/12/6 18:47:42 來(lái)源:胡工 字體: 
導(dǎo)電膠廣泛應(yīng)用于電子、電器、通訊、觸摸屏、數(shù)碼產(chǎn)品、半導(dǎo)體芯片、傳感器、電氣絕緣、汽車電子、醫(yī)療器械等行業(yè)的各種電子元件和組件的封裝以及粘接,禾川專業(yè)從事導(dǎo)電膠配方分析、配方還原、配方檢測(cè)、成分分析、成分檢測(cè),禾川化工為膠黏劑企業(yè)配方改進(jìn)提供整套技術(shù)方案,

 一.背景

導(dǎo)電型膠粘劑(簡(jiǎn)稱導(dǎo)電膠)是一種經(jīng)固化或干燥后既能有效地粘接各種材料,又具有導(dǎo)電性能的特殊膠粘劑。在高分子粘料、固化劑中加入導(dǎo)電性填料配成的導(dǎo)電膠,被稱為“復(fù)合型導(dǎo)電膠”,是目前導(dǎo)電膠的主體。作為一種新型的復(fù)合材料,其應(yīng)用日益受到人們的重視,有著廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿?。作為?dǎo)電連接材料,利用其流動(dòng)性可用于絲網(wǎng)印刷,直接成型復(fù)雜的印刷線路:利用其低溫固化的特點(diǎn),可以用于連接不耐高溫的導(dǎo)電材料。隨著電子器件向微型化發(fā)展,許多傳感器材料都要求薄膜化,導(dǎo)電膠成為連接薄膜和其引線的首選材料。隨著工程塑料被大量用于制作電子裝置的外殼,電磁屏蔽問(wèn)題顯得尤為突出,而將導(dǎo)電膠涂于塑料外殼表面,形成電磁屏蔽層,是行之有效的方法之一。
目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)導(dǎo)電膠的單位主要有上海合成樹(shù)脂研究所,國(guó)外企業(yè)有日本的日立公司、Three.Bond公司、美國(guó)的Epoxy公司、Ablistick公司、Loc.tite公司、3M公司等。已商品化的導(dǎo)電膠種主要有導(dǎo)電膠膏、導(dǎo)電膠漿、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠帶等;組分有單、雙組分。導(dǎo)電膠一般用于微電子封裝、印刷電路板、導(dǎo)電線路粘接等各種電子領(lǐng)域中?,F(xiàn)今國(guó)內(nèi)的導(dǎo)電膠無(wú)論從品種和性能上與國(guó)外都有較大差距。表2列出了市場(chǎng)上幾種有代表性的中溫固化環(huán)氧樹(shù)脂基導(dǎo)電膠的基本性能。

二.導(dǎo)電膠

2.1導(dǎo)電膠的分類

導(dǎo)電膠種類很多,按導(dǎo)電方向分為各向同性導(dǎo)電膠(ICAs,Isotropic Conductive Adhesives)和各向異性導(dǎo)電膠(ACAs,Anisotropic Conductive Adhesives)。ICA是指各個(gè)方向均導(dǎo)電的膠黏劑,可廣泛用于多種電子領(lǐng)域;ACA則指在一個(gè)方向上如z方向?qū)щ?,而在X和Y方向不導(dǎo)電的膠黏劑。一般來(lái)說(shuō)ACA的制備對(duì)設(shè)備和工藝要求較高,比較不容易實(shí)現(xiàn),較多用于PCB板的精細(xì)印刷等場(chǎng)合,如平板顯示器(FPDs)中的PCB板的印刷。
按照固化體系導(dǎo)電膠又可分為室溫固化導(dǎo)電膠、中溫固化導(dǎo)電膠、高溫固化導(dǎo)電膠、紫外光固化導(dǎo)電膠等。室溫固化導(dǎo)電膠較不穩(wěn)定,室溫儲(chǔ)存時(shí)體積電阻率容易發(fā)生變化。高溫導(dǎo)電膠高溫固化時(shí)金屬粒子易氧化,固化時(shí)間要求必須較短才能滿足導(dǎo)電膠的要求。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是中溫固化導(dǎo)電膠(低于150℃),其固化溫度適中,與電子元器件的耐溫能力和使用溫度相匹配,力學(xué)性能也較優(yōu)異,所以應(yīng)用較廣泛。紫外光固化導(dǎo)電膠將紫外光固化技術(shù)和導(dǎo)電膠結(jié)合起來(lái),賦予了導(dǎo)電膠新的性能并擴(kuò)大了導(dǎo)電膠的應(yīng)用范圍,可用于液晶顯示電致發(fā)光等電子顯示技術(shù)上,國(guó)外從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始研究,我國(guó)近年也開(kāi)始研究.

2.2導(dǎo)電膠的組成

導(dǎo)電膠一般由基體、固化劑、稀釋劑、催化劑、導(dǎo)電填料以及其他添加劑組成。基體主要包括環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸酯樹(shù)脂、聚氯酯等。雖然高度共軛類型的高分子本身結(jié)構(gòu)也具有導(dǎo)電性,如大分子吡啶類結(jié)構(gòu)等,可以通過(guò)電子或離子導(dǎo)電 ,但這類導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性最多只能達(dá)到半導(dǎo)體的程度,不能具有像金屬一樣低的電阻,難以起到導(dǎo)電連接的作用。所以本文討論的導(dǎo)電膠都是填料型。
填料型導(dǎo)電膠的樹(shù)脂基體,原則上講,可以采用各種膠黏劑類型的樹(shù)脂基體,常用的一般有熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、丙烯酸樹(shù)脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成了導(dǎo)電膠的分子骨架結(jié)構(gòu),提供了力學(xué)性能和粘接性能保障,并使導(dǎo)電填料粒子形成通道。由于環(huán)氧樹(shù)脂可以在室溫或低于150℃固化,并且具有豐富的配方可設(shè)計(jì)性能,目前環(huán)氧樹(shù)脂基導(dǎo)電膠占主導(dǎo)地位。
導(dǎo)電膠要求導(dǎo)電粒子本身要有良好的導(dǎo)電性能,粒徑要在合適的范圍內(nèi),能夠添加到導(dǎo)電膠基體中形成導(dǎo)電通路。導(dǎo)電填料可以是Au、Ag、Cu、A1、Fe、Zn、Ni的粉末和石墨及一些導(dǎo)電化合物。銀的電阻率很低,為1.62×10Q·am ,而且不易氧化,所以銀粉比較適合作為導(dǎo)電填料。但由于銀粉在膠黏劑中存在遷移現(xiàn)象,而且銀的價(jià)格昂貴,所以限制了其應(yīng)用。銅導(dǎo)電率(1.69×10Q·cm)與銀接近,但銅化學(xué)性質(zhì)比銀活潑,其表面易氧化形成氧化膜,使導(dǎo)電不連續(xù),一般應(yīng)用于導(dǎo)電率要求不高的場(chǎng)合。為避免銅粉的氧化,目前研究出了多種對(duì)銅粉進(jìn)行處理的方法,如表面鍍銀、加入還原劑和在銅表面形成絡(luò)合物等,其中鍍銀銅粉取得了很好的效果。本院研制的鍍銀銅粉導(dǎo)電膠在其添加量為55%時(shí),體積電阻率即可達(dá)到1×10Q·cm。鍍銀銅粉相對(duì)于銀粉優(yōu)勢(shì)在于無(wú)遷移現(xiàn)象,但是其添加量沒(méi)有銀粉等導(dǎo)電膠黏劑高,使導(dǎo)電膠的體積電阻率達(dá)不到銀粉的程度,所以提高其體積電阻率是目前要解決的問(wèn)題。金的導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能優(yōu)異,沒(méi)有遷移現(xiàn)象和氧化問(wèn)題,但其價(jià)格昂貴,只能應(yīng)用于特殊場(chǎng)合。Ni、Al等金屬本身導(dǎo)電性不高,也易于氧化,所以這些金屬作為導(dǎo)電填料的導(dǎo)電膠導(dǎo)電性不好。為節(jié)約成本,可以將兩種或兩種以上的金屬作為合金結(jié)合使用作為填料,如鎳一銀合金、銅一銀合金等,鍍銀銅粉也可以看作是銅一銀的互補(bǔ)結(jié)合使用。石墨導(dǎo)電膠的電阻值比較穩(wěn)定,其電阻率較高,一般只用作中阻值漿料,但其價(jià)格便宜,化學(xué)穩(wěn)定性較好,相對(duì)密度小,分散性好,目前人們正在努力使其導(dǎo)電性能達(dá)到與石墨粒子同等數(shù)量級(jí)。盡管導(dǎo)電填料很多,目前國(guó)內(nèi)外的高性能導(dǎo)電膠黏劑的填料大多以銀粉和銅粉為主。
導(dǎo)電膠中另一個(gè)重要成分是溶劑。由于導(dǎo)電填料的加入量至少都在50% 以上,所以導(dǎo)電膠的樹(shù)脂基體的黏度大幅度增加,常常影響了膠黏劑的工藝性能。為了降低黏度,實(shí)現(xiàn)良好的工藝性和流變性,除了選用低黏度的樹(shù)脂外,一般需要加入溶劑或者活性稀釋劑,其中活性稀釋劑可以直接作為樹(shù)脂基體,反應(yīng)固化。溶劑或者活性稀釋劑的量雖然不大,但在導(dǎo)電膠中起到重要作用,不但影響導(dǎo)電性,而且還影響固化物的力學(xué)性能。常用的溶劑(或稀釋劑)一般應(yīng)具有較大的分子量,揮發(fā)較慢,并且分子結(jié)構(gòu)中應(yīng)含有極性結(jié)構(gòu)如碳一氧極性鏈段等。溶劑的加入量要控制在一定范圍內(nèi),以免影響導(dǎo)電膠膠體的膠接整體性能。
除樹(shù)脂基體、導(dǎo)電填料和稀釋劑外,導(dǎo)電膠其他成分和膠黏劑一樣,還包括交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、防腐劑、增韌劑和觸變劑等。

2.3導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機(jī)理

導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機(jī)理一般分為4個(gè)方面:① 接觸效應(yīng):導(dǎo)電膠在固化過(guò)程中由于體積收縮等原因使導(dǎo)電粒子相互接觸,形成電的通路,使導(dǎo)電膠具有導(dǎo)電性。② 隧道效應(yīng): 除一部分導(dǎo)電粒子直接接觸形成導(dǎo)電, 沒(méi)有直接接觸的導(dǎo)電粒子在膠體中以孤立體或小團(tuán)聚體的形式存在,不參與導(dǎo)電。但在電壓作用下,相聚很近的粒子上的電子還以可通過(guò)導(dǎo)體之間的電子躍遷產(chǎn)生傳導(dǎo), 能借熱振動(dòng)越過(guò)勢(shì)壘而形成較大的隧道電流 。③ 場(chǎng)致發(fā)射:當(dāng)導(dǎo)電粒子的直徑為納米級(jí)時(shí),導(dǎo)電膠的微觀結(jié)構(gòu)顯示導(dǎo)電粒子不能直接接觸,研究者認(rèn)為是擊穿導(dǎo)電一一場(chǎng)致發(fā)射。LiLei Lu等認(rèn)為導(dǎo)電機(jī)理與粒度、形狀有關(guān)。當(dāng)粒子為片狀時(shí), 通常是由導(dǎo)電通道效應(yīng)控制;當(dāng)粒子為幾微米甚至納米級(jí)時(shí),則由隧道效應(yīng)或場(chǎng)致發(fā)射控制。④ 導(dǎo)電團(tuán)簇理論:隨著導(dǎo)電膠的固化,體系的電阻減小,導(dǎo)電粒子相互凝聚形成的導(dǎo)電團(tuán)簇;導(dǎo)電團(tuán)簇逐漸長(zhǎng)大進(jìn)而形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),體系由絕緣變?yōu)閷?dǎo)體。團(tuán)簇的動(dòng)力使體系勢(shì)能降低,團(tuán)簇理論不但合理解釋了導(dǎo)電膠由不導(dǎo)電變成導(dǎo)電的原理,也很好地解釋了溶劑或分散劑在導(dǎo)電膠體系中的作用。

2.4導(dǎo)電膠性能的影響因素

2.4.1導(dǎo)電粒子

導(dǎo)電粒子是導(dǎo)電膠中導(dǎo)電性的來(lái)源,不同導(dǎo)電粒子的各參數(shù)不同,添加入導(dǎo)電膠后其導(dǎo)電性和膠體的其他性能也有所不同。自身導(dǎo)電性高、粒子間排列較集中、表面處理較好的導(dǎo)電粒子其導(dǎo)電性也高,對(duì)膠體的聚合固化行為也更敏感,如振實(shí)密度高,表面處理的銀粉要比集中接觸、簡(jiǎn)單處理的石墨的導(dǎo)電性和對(duì)固化行為的敏感性高很多。
1)導(dǎo)電填料形貌和粒徑尺寸
導(dǎo)電粒子的形貌對(duì)導(dǎo)電膠的影響比較大。比如銀粉,根據(jù)其制備工藝分為球形銀粉、不定形銀粉、鱗片形(片狀銀粉、枝狀銀粉)、日本花卉狀銀粉等,但一般來(lái)說(shuō)由于片狀或枝狀銀粉其接觸面積較大,接觸機(jī)會(huì)及接觸的層次較多,產(chǎn)生的電阻較小,所以較多選用這種貌的銀粉作為導(dǎo)電膠填充物,而球狀銀粉接觸面積小,產(chǎn)生的電阻較大,不適合單獨(dú)使用,而且同一黏度下其添加量也低于其它形貌的銀粉。所以一般填人較少量和其他形貌的銀粉混合使用。
由于一般用于導(dǎo)電膠的導(dǎo)電粒子本身要有良好的導(dǎo)電性能,其金屬的粒徑要在合適的范圍內(nèi),才能夠均勻分散到樹(shù)脂基體中,并在固化后形成導(dǎo)電通路,所以導(dǎo)電粒子的粒徑理論上是越小越好,而且平均粒徑的分布越窄越好。對(duì)于常用的銀粉來(lái)說(shuō),納米級(jí)的銀粉比微米級(jí)的銀粉導(dǎo)電性高。這也是由于較小粒徑的銀粉互相的接觸機(jī)會(huì)較多,接觸面積都比較大,也較易分散,從而導(dǎo)電粒子間的連接比較好,降低了電阻值。其它如鍍銀玻璃球和鍍銀鎳導(dǎo)電粒子中也表現(xiàn)出同樣的現(xiàn)象。
導(dǎo)電粒子粒徑不但對(duì)導(dǎo)電膠的形貌有影響,同樣對(duì)粘接性能也有一定的影響,粒徑較小的在基體樹(shù)脂中分散較均勻、固化后較致密,粘接力學(xué)性能也較好。
2)導(dǎo)電粒子的用量
導(dǎo)電膠在添加導(dǎo)電粒子時(shí),由開(kāi)始的絕緣體至添加到一定量成為導(dǎo)體,并且隨著用量的進(jìn)一步增加,導(dǎo)電性達(dá)到一個(gè)最大值,此用量稱之為極限臨界值。繼續(xù)加入導(dǎo)電粒子,超過(guò)此臨界值之后,由于導(dǎo)電粒子之間難以實(shí)現(xiàn)良好的鏈狀連接,會(huì)導(dǎo)致體積電阻率下降,而且過(guò)量的導(dǎo)電粒子會(huì)降低導(dǎo)電膠的粘接性能,所以一般導(dǎo)電粒子的添加量為55%-85%才能達(dá)到較好的導(dǎo)電性。

2.4.2樹(shù)脂體系和固化工藝

樹(shù)脂體系作為導(dǎo)電膠力學(xué)性能和粘接性能的主要來(lái)源,其選擇很重要。根據(jù)不同力學(xué)性能和用途的需要選擇不同的樹(shù)脂體系。常用的樹(shù)脂體系為環(huán)氧樹(shù)脂,其粘接性好,黏度低,固化溫度適中,適合導(dǎo)電膠的制備,一般用于常溫固化或中溫固化導(dǎo)電膠中。根據(jù)電子元器件的要求,需要高溫固化時(shí),可以使用聚酰亞胺樹(shù)脂作為基體樹(shù)脂 ,或是在傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂中加入耐高溫物質(zhì)如雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂提高耐熱性。用于光敏固化的導(dǎo)電膠的樹(shù)脂體系選擇丙烯酸環(huán)氧類光敏物質(zhì)。
固化工藝對(duì)導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性有一定的影響。加熱固化時(shí),應(yīng)盡量縮短凝膠點(diǎn)以前的時(shí)間,因?yàn)槟z時(shí)間長(zhǎng),會(huì)導(dǎo)致膠黏劑對(duì)導(dǎo)電粒子表面進(jìn)行充分的包覆,降低導(dǎo)電性,所以加熱固化時(shí)一般都是直接置于固化溫度下固化,以減少潤(rùn)濕包覆帶來(lái)的不利影響。固化溫度和時(shí)間不但影響導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性,對(duì)其力學(xué)性能也有很大影響。對(duì)于室溫固化銅粉導(dǎo)電膠,延長(zhǎng)固化時(shí)間會(huì)使剪切強(qiáng)度下降,中高溫固化導(dǎo)電膠延長(zhǎng)固化時(shí)間會(huì)提高力學(xué)性能。

2.4.3環(huán)境的影響

考察環(huán)境影響的一項(xiàng)重要的指標(biāo)就是濕熱老化試驗(yàn),條件為85℃,95%RH。在此條件下,導(dǎo)電膠的力學(xué)性能都有所下降;而電性能,以金為填料的比銅的有更好的耐受性 ,而以銀為填料的導(dǎo)電膠在此條件下容易產(chǎn)生銀的遷移現(xiàn)象。銀分子的遷移現(xiàn)象是膠固化后,在直流電場(chǎng)作用下和濕氣條件下,銀分子產(chǎn)生電解運(yùn)動(dòng)所造成的電阻率改變的現(xiàn)象,一般在用于層壓材料、陶瓷、玻璃鋼為基材的印刷電路上較易發(fā)生。濕熱下還可引起導(dǎo)電膠高聚物的降解,從而引起導(dǎo)電膠的氧化問(wèn)題。因此,導(dǎo)電膠中一般加入8-羥基喹啉等喹啉類、嘧啶類等作為防腐劑。

2.4.4稀釋劑(溶劑)的影響

稀釋劑在導(dǎo)電膠中起著重要的作用。它能降低體系黏度,使導(dǎo)電粒子能較好的分散在基體樹(shù)脂中,同時(shí)在導(dǎo)電粒子和膠層及被粘接電子元器件間形成良好的導(dǎo)電接觸。用于導(dǎo)電膠的稀釋劑有活性稀釋劑和非活性稀釋劑兩種。非活性稀釋劑一般選用高
極性的溶劑如醇類、醚類、酯類等。高極性的溶劑因?yàn)榭梢栽谀z層表面充當(dāng)?shù)挚垢g的介質(zhì)。所以會(huì)提高導(dǎo)電膠的抗?jié)駸嵝?。非活性稀釋的用量?.1~20%,隨著用量的增加可以提高導(dǎo)電性能,但同時(shí)也會(huì)降低力學(xué)性能?;钚韵♂寗┲饕砑拥綐?shù)脂中,作為一種反應(yīng)物,降低體系的黏度。這類物質(zhì)加入后在降低體系黏度的同時(shí)也會(huì)損失耐熱性,所以用量要控制在合理的范圍。在實(shí)際使用中,可以混合使用活性稀釋劑和非活性稀釋劑,以達(dá)到最好的稀釋效果。

2.4.5其他添加劑的影響

其他添加劑主要是根據(jù)導(dǎo)電膠的需要,加入一些物質(zhì)來(lái)提高導(dǎo)電膠的性能。一般導(dǎo)電膠中都加入偶聯(lián)劑來(lái)降低金屬顆粒和膠層之間的界面表面能,如硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸鹽偶聯(lián)劑等。硅烷偶聯(lián)劑加入后不但能提高導(dǎo)電性能,而且還能提高剪切強(qiáng)度;加入鈦酸鹽可以使粘接界面易于黏合,但對(duì)導(dǎo)電性和力學(xué)性能沒(méi)有貢獻(xiàn)。
為增加膠體的觸變性,導(dǎo)電膠中也可加入觸變劑,如氣相二氧化硅、微米二氧化硅、納米二氧化硅等。納米二氧化硅如果經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑改性,以化學(xué)鍵、化學(xué)吸附的方式與導(dǎo)電膠基體的界面相結(jié)合,還能起到分散應(yīng)力、吸收沖擊能、阻止裂紋擴(kuò)散的作用。

三.導(dǎo)電膠的應(yīng)用

3.1導(dǎo)電膠在電磁屏蔽上的應(yīng)用

電磁屏蔽復(fù)合材料是由屏蔽填料與聚合物基體、添加劑等制備而成,如:導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電橡膠或電磁屏蔽橡膠材料等。傳統(tǒng)的屏蔽填料一般是高導(dǎo)電率或高導(dǎo)磁率的金屬或金屬?gòu)?fù)合粉體,例如:銀粉、銅粉、鎳粉或銀包銅粉、銀包鎳粉等。而這類粉體材料的價(jià)格較高、密度大一直是電磁屏蔽技術(shù)中迫切需要解決的問(wèn)題?,F(xiàn)在出現(xiàn)的一種復(fù)合導(dǎo)電橡膠是采用自組裝化學(xué)鍍銀技術(shù)制備的銀包玻璃微珠為導(dǎo)電填料,以丁腈橡膠為基膠,過(guò)氧化二異丙苯為硫化劑和相應(yīng)的配合劑,通過(guò)橡膠加工技術(shù)制備而得,能彌補(bǔ)傳統(tǒng)屏蔽填料存在的缺點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),隨著銀包玻璃微珠體積分?jǐn)?shù)的增加,其電性能和屏蔽效能均增加,力學(xué)性能則呈現(xiàn)下降趨勢(shì),而且該導(dǎo)電橡膠具有輕質(zhì)和環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)。
另外,隨著電子設(shè)備的小型化,如手機(jī)、掌上電腦(PDA)、PC卡等,傳統(tǒng)導(dǎo)電橡膠無(wú)法滿足在體積微小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜屏蔽殼體中的使用要求而需要采用點(diǎn)膠技術(shù)。點(diǎn)膠成形導(dǎo)電膠是針對(duì)尺寸極小的電磁密封襯墊需求而出現(xiàn)的一類新型高性能電磁屏蔽復(fù)合材料,通常稱為FIP導(dǎo)電橡膠。其主要功能是在導(dǎo)電表面之間提供低阻抗和柔性連接,而且提供環(huán)境密封和屏蔽作用。

3.2導(dǎo)電膠作為組裝材料

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),電子工業(yè)中的環(huán)保問(wèn)題日益受到關(guān)注。大量使用的Sn/Pb金屬合金焊料存在鉛污染問(wèn)題,隨著近年來(lái)歐盟《關(guān)于電子電氣設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》(RolS)和我國(guó)《電氣信息產(chǎn)品污染控制管理方法》等法令法規(guī)的全面實(shí)施,焊料的環(huán)保無(wú)鉛化已是大勢(shì)所趨。近年來(lái),隨著倒裝焊料FC(flipchip)和芯片尺寸封裝CSP(chip scale package)技術(shù)的出現(xiàn)及低溫產(chǎn)品的推出,導(dǎo)電膠再次成為研究重點(diǎn)。同傳統(tǒng)的Sn/Pb金屬合金和無(wú)鉛合金焊料材料相比,導(dǎo)電膠具有以下優(yōu)點(diǎn):不含鉛或其他有毒金屬, 不需焊前及焊后清洗,無(wú)殘余物,環(huán)境友好;加工條件溫和,且具有可繞曲性, 使熱敏性塑料元器件的使用和可繞曲線路板、不可焊線路板的組裝成為可能;加工工序簡(jiǎn)單, 減少了加工成本;更適合精細(xì)間距元器件的組裝。
各向異性導(dǎo)電膠(ACA)的特性是能提高微互聯(lián)精密度,適應(yīng)三維封裝,發(fā)展?jié)摿艽蟆,F(xiàn)在最常用的連接材料是各向異性導(dǎo)電膜(ACF),它是在聚合物基體(如環(huán)氧膠)中摻入一定量(一般體積分?jǐn)?shù)3~15%)的導(dǎo)電粒子而形成的薄膜。當(dāng)對(duì)ACF膜加壓、加熱時(shí),膠膜軟化,導(dǎo)電粒子可以流動(dòng)并均勻分布,使得每條線路有一定數(shù)量的導(dǎo)電粒子,保證穩(wěn)定的電阻值。在粘接壓力的作用下,導(dǎo)電粒子絕緣膜破裂,圓片上的凸點(diǎn)和與之對(duì)應(yīng)的玻璃基板上的ITO電路之間夾著多個(gè)受壓變形的導(dǎo)電粒子,由這些變形的導(dǎo)電粒子實(shí)現(xiàn)上、下凸點(diǎn)之間的電互連,其他區(qū)域的粒子則互不接觸,并且分布密度很小,不足以在橫向形成導(dǎo)電通路。因此,實(shí)現(xiàn)了各向異性互連。
日本和美國(guó)是研發(fā)和應(yīng)用ACA最早、規(guī)模最大的地區(qū),如日立、住友、索尼、3M公司都在競(jìng)相研制粘接性優(yōu)異、可較低溫(140℃以下)快速固化、可靠性高、貯存穩(wěn)定、易修復(fù)的ACF和ACP。我國(guó)也有些單位從事研制、生成與銷售。

3.3導(dǎo)電親水型膠粘劑

靜電的存在可導(dǎo)致儀器不準(zhǔn)、損壞、甚至爆炸。將產(chǎn)生的靜電導(dǎo)出是電子行業(yè)中非常重要的課題。最近時(shí)國(guó)珍等人研制出一種親水型導(dǎo)電膠粘劑,較好地克服了靜電的問(wèn)題。它是以有機(jī)硅聚合物為主體材料,對(duì)有機(jī)硅聚合物進(jìn)行化學(xué)改性,在結(jié)構(gòu)中引入親水基團(tuán),在催化劑存在下,將含有活性官能團(tuán)的聚硅氧烷與親水性聚合物在溶劑中發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成親水結(jié)構(gòu)化合物,然后再以有機(jī)硅聚合物和親水結(jié)構(gòu)化合物為主體原料,加入導(dǎo)電材料制成。
現(xiàn)在這種親水型導(dǎo)電膠粘劑主要用于線控水下航行體。導(dǎo)電親水型膠粘劑是固定控制用線團(tuán)的關(guān)鍵材料,它的研制成功有力地加強(qiáng)了我國(guó)的海上作業(yè)能力。

3.4導(dǎo)電膠用于接觸壓力的測(cè)量

對(duì)各種接觸壓力分布的測(cè)量與分析,在許多行業(yè)中具有重要的作用。如測(cè)量人體對(duì)座椅的接觸壓力分布,輪胎與地面的接觸輪廓和壓力分布, 車門(mén)密封條在關(guān)門(mén)時(shí)的受力分布等。根據(jù)目前接觸壓力測(cè)量的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),提出了一種新型柔性力敏導(dǎo)電膠材料用于接觸壓力測(cè)量的構(gòu)想。柔性力敏導(dǎo)電膠的原材料本身不導(dǎo)電,但是在收縮或施加外力、受熱膨脹時(shí),該材料的導(dǎo)電性會(huì)發(fā)生變化。Ishigu re等人的研究表明,低彈性模量基體材料(如硅橡膠)由于具有彈性好、符合耐久性及接觸壓力測(cè)量等使用性能要求,可選作為柔性力敏導(dǎo)電膠的基體材料。
黃英等人針對(duì)各種接觸壓力測(cè)量的特點(diǎn)和需求,研究了炭黑/硅橡膠/納米二氧化硅復(fù)合柔性力敏導(dǎo)電膠的特性,這種可液體成型的新型復(fù)合材料能應(yīng)用于各種接觸面特別是柔性接觸面的壓力分布測(cè)量。合肥工業(yè)大學(xué)也研制出了基于柔性力敏導(dǎo)電膠的觸覺(jué)傳感器。其傳感單元的結(jié)構(gòu)形式為:以柔性電路板為底板,圓片狀的柔性力敏導(dǎo)電橡膠置于柔性電路板上,并與電路板上分布的電極連接 。

3.5納米導(dǎo)電膠在印刷上的應(yīng)用

納米導(dǎo)電膠是一種均勻的液體,它含有的金屬納米粒子比一般的顏料油墨中使用的固體粒子還要小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,特別適宜噴墨涂敷,對(duì)各種材料都不會(huì)產(chǎn)生滲阻?,F(xiàn)在家庭用的壓電方式的噴墨打印機(jī)已廣泛普及,其最小滴徑約為16 u m。最近日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所開(kāi)發(fā)了f1的噴墨技術(shù),這種裝置的噴出滴徑可以達(dá)到1um左右,可以形成2~4um的線。

3.6環(huán)氧導(dǎo)電銀膠在LED上的應(yīng)用

LED(Lighting Emitting Diode)即發(fā)光二極管,是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件,有“綠色光源”之稱。在LED制造過(guò)程中,用于固晶、起到導(dǎo)電連接作用的導(dǎo)電銀膠便是一例。導(dǎo)電銀膠自1996年問(wèn)世以來(lái),它已經(jīng)在電子科技中起到越來(lái)越重要的作用。目前,銀粉導(dǎo)電膠已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路的封裝、集成電路的表面電路連接、計(jì)算機(jī)電路聯(lián)線、液晶顯示屏、發(fā)光二極管、有機(jī)發(fā)光屏、印刷電路板、壓電陶瓷等領(lǐng)域。
現(xiàn)階段LED用銀粉ACA國(guó)內(nèi)每年花費(fèi)約2000萬(wàn)美元,基本上被美國(guó)和日本的高檔膠膜占領(lǐng)。國(guó)內(nèi)導(dǎo)電膠發(fā)展較晚,雖然近年有很多企業(yè)開(kāi)始生產(chǎn)導(dǎo)電膠,基本上是引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)。湖北省化學(xué)研究院承擔(dān)的863計(jì)劃“器件微型化功能材料各向異性導(dǎo)電膠膜ACA”已通過(guò)驗(yàn)收,對(duì)我國(guó)的ACA的研究發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。
導(dǎo)電膠的應(yīng)用領(lǐng)域還有FV太陽(yáng)能電池組件、TP觸摸屏、光通訊器件、電子標(biāo)簽、電子紙、智能卡封裝、EL冷光片、無(wú)源器件、封裝測(cè)試、SMT表面貼裝、攝像頭、手機(jī)組裝、電腦裝配、DVD、數(shù)碼產(chǎn)品、半導(dǎo)體芯片、傳感器、電氣絕緣、汽車電子、醫(yī)療器械等行業(yè)的各種電子元件和組件的封裝以及粘接等。

四.導(dǎo)電膠的的參考配方

(各物質(zhì)組分及含量都經(jīng)過(guò)修改,與實(shí)際配方相差較大,僅供參考)
成分
質(zhì)量百分比
成分說(shuō)明
環(huán)氧樹(shù)脂
10-20%
主體樹(shù)脂
環(huán)氧稀釋劑
0-1%
稀釋劑
雙氰胺
1.0-5%
固化劑
甲基咪唑
0-1%
促進(jìn)劑
銅粉
60-80%
導(dǎo)電填料
錫粉
3-10%
導(dǎo)電填料
三氧化二鋁
1-5%
導(dǎo)熱填料
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