导电胶的研究新进展

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树脂芯导电微球/导电粒子简介

微球社专业生产的高品质树脂芯导电微球/导电粒子,广泛应用于微电路连接。树脂芯导电微球/导电粒子具有粒径均一,导电性高,合适的弹性和极强的金属壳与树脂核之间结合力等特点。树脂芯导电微球/导电粒子为微间距电极之间的连接而设计,如两个液晶显示面板上的玻璃板之间的垂直传导;树脂芯导电微球/导电粒子分散于粘结剂中制备各向异性导电膜(ACF);或各向异性导电胶(ACP)应用于液晶显示器的组装。了解更多…

导电胶是一种既能有效粘接各种材料, 又具有导电性能的胶粘剂。随着电子元器件向小型化、微型化和集成化等方向的迅速发展, 需要不断开发新型的连接材料,由此推动了导电胶的快速发展。导电胶除能满足导电性和粘接性能外, 还具有许多优点:

①良好的环境友好性;

②温和的工艺条件,可低温或室温固化, 避免了焊接时的高温所导致的材料变形和元器件的热损坏;

③使用导电胶时,制品的传递应力较均匀, 避免了铆接时的导电粒子应力集中以及电磁讯号的损失、泄露等;

④不需要特殊的设备。因此,导电胶在电子工业中已成为一种必不可少的新材料, 其应用范围越来越广泛。

1 导电胶的种类

1.1 纳米导电胶

目前广泛应用于导电胶中的导电填料一般为C、Au、Ag、Cu 和Ni 等。Au 的导电性能较好,树脂芯导电微球并且性能稳定,但其价格较高;Ag 的价格比Au 低,但在电场作用下会产生迁移等现象, 从而降低了导电性能和使用寿命;Cu、Ni 价格低廉,在电场作用下不会产生迁移,但温度升高时会发生氧化反应,导致电阻率增加导电粒子;碳粉在长时间高温条件下使用时容易形成碳化物,致使电阻变大、导电性能下降,并且其受环境影响较大。纳米碳管具有较强的力学性能,将其作为导电填料,可以明显增加导电胶的拉伸强度(1 700 MPa);另外,纳米碳管的管状轴承效应和自润滑效应,使其具有较高的耐摩擦性、耐酸碱性和耐腐蚀性能,从而提高了含纳米碳管导电胶的使用寿命和抗老化性能导电粒子。

冯永成[3]制备了导电性能极好的双组分纳米银/碳复合管导电胶。研究结果表明:该导电胶的体积电阻率低于10-3 Ω·m,剪切强度高于150 MPa,剥离强度高于35 N/cm;与传统导电银粉胶粘剂相比,该导电胶可节省银原料30%~50%。

吴海平[4]等制备了以碳纳米管和镀银碳纳米管为导电填料的各向同性导电胶(ICA)。研究结果表明:以碳纳米管作为导电填料,当准(碳纳米管)=34%时导电胶的最低电阻率为2.4×10-3 Ω·cm,当准(碳纳米管)=23%时导电胶的剪切性能最好; 以镀银碳纳米管为导电填料,当准(镀银碳纳米管)=28%时,导电胶的最低电阻率为2.2×10-4 Ω·cm;当导电胶中分别填充碳纳米管和镀银碳纳米管时树脂芯导电微球,导电胶的抗老化性能均较好,在85℃/RH85%环境中经过1 000 h老化测试后, 导电胶的体积电阻率和剪切强度的变化率均低于10%。

Wu[5]等研究了碳纳米管用量对导电胶性能的影响。结果表明:当准(碳纳米管)=0.1%~5%时,导电胶电阻的变化与填料用量没有直接的关系;当准(碳纳米管)=1%时, 导电胶的导电效果最好; 当温度为199℃、准(碳纳米管)=2.5%时,树脂芯导电微球电阻率达到最低值(为1.5×10-4 Ω·m)。

1.2 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[6]等采用无钯活化工艺在环氧树脂(EP)粉末上形成活性点, 树脂芯导电微球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4.5×10-3 Ω·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[7]等制备出一种新型低熔点各向异性导电胶。树脂芯导电微球研究结果表明:该导电胶的电阻低于10 mΩ,而传统导电胶的电阻则低于l 000 mΩ; 该导电胶可以在电流密度为10 000 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导电粒子发生变化,而剪切强度的变化率为23%。

1.3 紫外光固化导电胶

紫外光(UV)固化导电胶是近年来开发的新品种。与普通导电胶相比,其将紫外光固化技术与导电胶结合起来,树脂芯导电微球赋予了导电胶新的功能,并扩大了导电胶的应用范围。该导电胶具有固化温度低、固化速率快和使用设备简单等特点, 由于其不含溶剂或者只含少量的惰性稀释剂,故固化时不需要加热,具有环境污染小、能耗低、效率高、收缩率低和化学稳定性好等优点, 能够满足精细线路连接自动化流水生产线导电粒子的生产工艺要求。

常英[8]等采用自制的镀银铜粉制备环氧丙烯酸树脂/镀银铜粉导电胶。研究结果表明:该导电胶的电阻率为2.0×10-4 Ω·cm,而聚丙烯酸酯树脂导电胶的电阻率为1×10-4Ω·cm;当准(镀银铜粉)=70%、准(光引发剂)=3%和准(热引发剂)=1%~2%时,导电胶的性能最好;该导电胶可以在紫外灯照射下固化,树脂芯导电微球并且能够满足电子产品的使用要求。

刘彦军[9]等采用自制的环氧丙烯酸树脂制取紫外光固化的ICA。导电粒子研究结果表明:导电胶固化后的电阻率为1.3×10-3 Ω·cm,剪切强度为1.3 MPa;当m(铜粉)∶m(光敏树脂)=80∶20、准(热引发剂)=树脂芯导电微球1%和准(硅烷偶联剂)=4%时,导电胶的电阻率和剪切强度达到最佳值。

Cheng[10]等采用自制的环氧丙烯酸树脂,在乙二醇中加入AgNO3, 由此制取的银纳米粒子导电胶可以在紫外灯照射下固化。研究结果表明: 当n(AgNO3)=1 mol 时,银纳米粒子的直径为30~50 nm;当n(AgNO3)=2~3 mol 时,银纳米粒子的直径为80~90 nm; 当乙二醇中加入3 mol AgNO3和3 mol 光敏树脂时,导电粒子光固化银纳米粒子导电胶的电阻率达到最低值(为8.803×10-6 Ω·cm)。

1.4 无导电粒子导电胶[11]

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。树脂芯导电微球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。无导电粒子导电胶与含导电粒子导电胶相比,具有如下优点:

①不必填充导电粒子,价格较低;

②可以应用于多种材料;

③加工工艺简单;④固化温度较低。

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, 树脂芯导电微球连接材料中的空隙尺寸达到纳米级尺度。

结语

目前, 我国胶粘剂的生产工艺技术已取得了长足的进步导电粒子。以辐射法、紫外光固化法和互穿聚合物网络法等为代表的生产技术,在改进产品性能、提高产品质量方面起到了重要作用, 并且耐高温导电胶和无机导电胶也有了新的突破。伴随着新技术的应用与推广,新产品也层出不穷。但是,国内外导电胶的性能差距仍较大, 主要表现在国内导电胶的综合性能较低,而国外导电胶在电导率、老化频漂稳定性、粘接强度和储存期等方面具有明显的优势。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。

(1)开发新体系。树脂芯导电微球寻找新的树脂和固化剂及其配方,制备多功能、高性能的导电胶。银系导电胶有银迁移和腐蚀等作用;铜和镍系导电胶易氧化,电导率较低且固化时间相对较长。因此,聚合物的共混、改性以及由此制备的新型导电聚合物, 是近几年来的研究重点之一。

(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, 树脂芯导电微球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。