一、導電膠的組成
(1)導電膠的基體基體包括預聚體、固化劑(交聯劑)、稀釋劑及其他添加劑(增塑劑、偶聯劑、消泡劑等)。
常用的聚合物基體包括環氧樹脂、酚醛類樹脂、聚酸亞胺、聚氨酷等。與其他樹脂相比,環氧樹脂具有穩定性好、耐腐蝕、收縮率低、粘接強度高、粘接面廣以及加工性好等優點,因此,環氧樹脂是目前研究最多、使用最廣的基體材料。但是環氧樹脂具有吸濕性,且耐熱性較差,所以對環氧樹脂進行改性,通過對環氧樹脂主漣結構和取代基進行調整,得到綜合性能更高的改性樹脂的研究正在開發中。
稀釋劑分爲活性稀釋劑和非活性稀釋劑兩類,其中活性稀釋劑含有活性端基,可以參加交聯反應,固化前不需去除,固化後成爲體系的一部分;非活性稀釋劑不參與交聯,僅起調節作用,固化前需要除去。預聚體、交聯劑和稀釋劑是固化過程中體積變化的主要影響因素。
(2)導電填料導電填料主要是通常有碳、金屬、金屬氧化物三大類。
常用的填料多爲Au、Ag、Cu、Ni等電阻率較低的金屬粉末。Au粉具有優異的導電性和化學穩定性,是最理想的導電填料,但價格昂貴,一般隻在要求較高的情況下使用。Ag粉價格相對較低,導電性較好,且在空氣中不易氧化,但在潮濕的環境下會發生電遷移現象,使得導電膠的導電性能下降。Cu粉和Ni粉具有較好的導電性,成本低,但在空氣中容易氧化,使得導電性變差。因此,導電填料一般選用Ag或cu。
二、導電膠的優點
導電膠作爲一種Pb/Sn焊料的替代品應運而生。與Pb /Sn焊料相比,它具有五大優點:
(2)塗膜工藝簡單,連接步驟少;
(4)熱機械性能好,韌性比合金焊料好,接點抗疲勞性高;
三、導電膠的分類
(2)按導電機理分爲本征導電膠和複合導電膠。本征導電膠是指分子結構本身具有導電功能的共扼聚合物,這類材料電阻率較高,導電穩定性及重複性較差,成本也較高,故很少研究。複合導電膠是指在有機聚合物基體中添加導電填料,從而使其具有與金屬相近的導電性能,目前的研究主要集中在這一塊。
(4)按照固化體系的不同,導電膠可分爲室溫固化導電膠、中溫固化導電膠、高溫固化導電膠和紫外光固化導電膠等。室溫固化需要的時間太長,一般需要數小時到幾天,且室溫儲存時體積電阻率容易發生變化,因此工業上較少使用。中溫固化導電膠力學性能優異,且固化溫度一般低于150℃,此溫度範圍能較好地匹配電子元器件的使用溫度和耐溫能力,因此是目前應用較多的導電膠。高溫固化導電膠高溫固化時,金屬粒子容易被氧化,固化速度快,導電膠使用時要求固化時間須較短,因此也使用較少。紫外光固化導電膠主要是依靠紫外光的照射引起樹脂基體發生固化反應,固化速度較快,樹脂基體在避光的條件下可以保存較長時間,是一種新型的固化方式。這種新型的固化方式将紫外光固化技術和一導電膠結合起來,賦予了導電膠新的性能。目前這方面的研究也是人們關注的熱點。
四、影響導電膠性能的因素
(2)樹脂體系和固化工藝樹脂體系作爲導電膠力學性能和粘接性能的主要來源,其選擇很重要。根據不同力學性能和用途的需要選擇不同的樹脂體系。常用的樹脂體系爲環氧樹脂,其粘接性好,粘度低,固化溫度适中,适合導電膠的制備,一般用于常溫固化或中溫固化導電膠中。根據電子元器件的要求,需要高溫固化時,可以使用聚酞亞胺樹脂作爲基體樹脂或是在傳統環氧樹脂中加人耐高溫物質如雙馬來酞亞胺樹脂提高耐熱性。用于光敏固化的導電膠的樹脂體系選擇丙烯酸環氧類光敏物質。固化工藝對導電膠的導電性有一定的影響。加熱固化時,應盡量縮短凝膠點以前的時間,因爲凝膠時間長,會導緻膠黏劑對導電粒子表面進行充分的包覆,降低導電性,所以加熱固化時一般都是直接置于固化溫度下固化,以減少潤濕包覆帶來的不利影響。固化溫度和時間不但影響導電膠的導電性,對其力學性能也有很大影響。對于室溫固化銅粉導電膠,延長固化時間會使剪切強度下降了,中高溫固化導電膠延長固化時間會提高力學性能。
(4)其他添加劑的影響其他添加劑主要是根據導電膠的需要,加人一些物質來提高導電膠的性能。一般導電膠中都加人偶聯劑來降低金屬顆粒和膠層之間的界面表面能,如矽烷類偶聯劑、钛酸鹽偶聯劑等。
(2)複合導電膠複合型導電高分子材料已發展成爲一種新型的功能性材料,在抗靜電、電磁屏蔽、導電 自動控制和正溫度系數材料等方面具有廣闊的應用前景,其市場需求量不斷增大。雷芝紅等采用無钯活化工藝在環氧樹脂(EP)粉末上形成活性點,利用化學鍍法成功制備出新型外鍍銀銅/EP複合導電粒子,其電阻率爲4.5*10-3Ω·cm,可以作爲各向異性導電膠的導電填料(代替純金屬導電填料)。Eom等制備出一種新型低熔點各向異性導電膠。研究結果表明:該導電膠的電阻低于10 mΩ,而傳統導電膠的電阻則低于1000 mΩ;該導電膠可以在電流密度爲10000 A/cm2的條件下使用;高壓蒸煮試驗前後,導電膠的電阻和電流密度均沒有發生變化,而剪切強度的變化率爲23%。
(4)無導電粒子導電膠近年來,一種NCA鍵合技術(無鉛無導電顆粒互聯技術)深受人們的關注。這種互連方式具有良好的粘接強度和較低的成本,所使用的連接材料是NCA聚合物,通常不填充任何導電填料。這種互連技術在實現連接時,需要在一定的溫度條件下,通過向 IC 芯片和基闆施加壓力才能使 NCA 在芯片粘接部位表面處形成直接的物理連接。該技術省略了膠體中加入導電填料的步驟,去除了填充金屬所帶來的成本,其連接位置由金屬直接接觸形成,從而成爲一種簡單、高效和價廉的互連方式。
近年來,無導電粒子導電膠的發展十分迅速,出現了(類似于各向異性導電膠)Z軸方向上導電的新品種,連接材料中的空隙尺寸達到納米級尺度。六、導電膠的應用及問題導電膠是一種同時具備導電性能和粘接性能的膠粘劑,它可以将多種導電材料連接在一起,使被連接材料間形成電的通路。自1966年問世以來,導電膠已經在電子科技中起到越來越重要的作用。目前,導電膠已廣泛應用于印刷線路闆組件、發光二極管、液晶顯示屏、智能卡、陶瓷電容、集成電路芯片等電子元器件的封裝和粘接。但是,Pb/Sn焊料仍在電子表面封裝技術中大量應用,導電膠雖然擁有許多優點,但因其自身存在的亟待解決的問題,仍然不能完全取代Pb /Sn焊料。
導電膠主要存在以下問題:
(2)粘接效果受元器件類型、PCB(印刷線路闆)類型影響較大;
(4)粘結強度相對較低。在節距小的連接中,粘接強度直接影響元件的抗沖擊性能。
六、導電膠的市場狀況
目前國内市場上一些高尖端領域使用的導電膠主要以進口爲主:美國的Ablistick公司、3M公司幾乎占領了全部的IC和LED領域,日本的住友和台灣翌華也有涉及這些領域.日本的Three-Bond公司則控制了整個的石英晶體諧振器方面導電膠的應用.國内的導電膠主要使用在一些中、低檔的産品上,這方面的市場主要由金屬研究所占有。TeamChem Company系列的導電膠主要适用于LED、大功率LED、 LED數碼管、LCD、TR、IC、COB、PCBA、點陣塊、顯示屏、晶振、諧振器、太陽能電池、光伏電池、蜂鳴器、陶瓷電容、半導體分立器件等各種電子元件和組件的封裝以及粘結等.應用範圍涉及電子元器件、電子組件、電路闆組裝、顯示及照明工業、通訊、汽車電子、智能卡、射頻識别等領域。
七、總結
要大幅度提高國産導電膠的綜合性能,必須從下列幾方面着手:
(2)開發新型的導電顆粒。制備以納米顆粒爲主的導電填料,以覆鍍合金或低共熔合金作爲導電填料,并且對導電粒子表面進行活化處理,是制備導電膠的重要條件。
(3)研究新的固化方式.室溫固化耐高溫粘接材料是未來的發展趨勢;雖然目前熱固化導電膠體系仍占主導地位,但其固化劑及偶合劑等存在污染環境等問題,因此光固化、電子束固化等技術已在塗料、油墨、光刻膠和醫用膠等領域中得到廣泛應用;另外,微波固化技術,也取得了階段性的成果;雙重固化體系(UV固化+熱固化)的開發,也是未來的發展方向。
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