1、導(dǎo)電膠的制備工藝發(fā)展現(xiàn)狀班級:姓名:學(xué)號:指導(dǎo)教師:與電膠的制備工藝發(fā)展現(xiàn)狀摘要：介紹了導(dǎo)電膠的分類、特點(diǎn)、材料配方等概況，并介紹了幾種主要類型的導(dǎo)電膠簡介、制備工藝、發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并對導(dǎo)電膠的近代發(fā)展做了簡要分析，近幾年上國際上的最新成果，最后對提高我國導(dǎo)電膠總體性能提出了幾點(diǎn)建議。關(guān)鍵詞：導(dǎo)電膠；填料；膠粘劑；銅粉導(dǎo)電膠；導(dǎo)電性能前言：導(dǎo)電膠是將提供導(dǎo)電性能的導(dǎo)電填料填充到提供機(jī)械性能的聚合物粘料中制得的電子化學(xué)品。它起源于20世紀(jì)70年代早期，起初主要用在陶瓷基板上IC晶片及被動(dòng)元器件的精細(xì)間距引腳連接，并未獲得廣泛工業(yè)應(yīng)用。大量使用的Sn/Pb金屬合金焊料成本低、熔點(diǎn)低、強(qiáng)度高、

2、加工塑性好、浸潤性好，廣泛應(yīng)用于家電、數(shù)碼電子產(chǎn)品、汽車等領(lǐng)域111o導(dǎo)電膠由導(dǎo)電填料、聚合物粘料和其他助劑組成121o1 .導(dǎo)電膠分類導(dǎo)電膠可以分為各向同性ICAsIsotropicConductiveAdhesives和各向異性ACAsAnisotropicConductiveAdhesives兩大類前者在各個(gè)方向有相同的導(dǎo)電性能，后者在X、Y方向是絕緣的而在Z方向上是導(dǎo)電的。通過選擇不同形狀和添加量的填料可以分別做成各向同性或各向異性導(dǎo)電膠。導(dǎo)電膠作為一種新型的復(fù)合材料其應(yīng)用日益受到人們的重視，有著廣闊的市場前景和發(fā)展?jié)摿Α?dǎo)電膠根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)可以有多種分類。根據(jù)導(dǎo)電粒子種類不同，可分為

3、銀系、金系、銅系和碳系導(dǎo)電膠等，其中應(yīng)用最廣的是銀系導(dǎo)電膠；根據(jù)導(dǎo)電方向不同，可分為各向同性導(dǎo)電膠(ICA)和各向異性導(dǎo)電膠(ACA)兩大類：ICA在各個(gè)方向有相同導(dǎo)電性能；ACAtZ軸方向上導(dǎo)電，而在X,Y軸上不導(dǎo)電。根據(jù)固化條件不同，可分為熱固化型、常溫固化型、高溫?zé)Y(jié)型、光固化型和電子束固化型導(dǎo)電膠等。根據(jù)粘料的類型，又可將導(dǎo)電膠分為無機(jī)導(dǎo)電膠和有機(jī)導(dǎo)電膠。2導(dǎo)電膠的特點(diǎn)2 .1銀導(dǎo)電膠在金屬中銀的電阻低，而且氧化速度慢，氧化物也導(dǎo)電，盡管價(jià)格高，仍然是最早使用的導(dǎo)電膠。銀導(dǎo)電膠在使用中存在的最大問題是銀的遷移現(xiàn)象，許多文獻(xiàn)中均有這方面的研究報(bào)道。所謂遷移現(xiàn)象是指用于連接盤或?qū)Ь€的導(dǎo)電金

4、屬在長期高濕度環(huán)境中附加直流電壓的情況下。導(dǎo)電金屬離子會在絕緣體中移動(dòng)，從而引起連接盤問或?qū)Ь€間的絕緣性下降，最終導(dǎo)致了短路的現(xiàn)象。它已成為電子產(chǎn)品邁向小型化、高集成化的一大難題，使銀導(dǎo)電膠在高密度互連多層板中的推廣應(yīng)用受到限制。銀的遷移在電氣和電子產(chǎn)品小型化時(shí)就成為問題，使引線間隔受到限制，引線密度難以提高。為防止銀的遷移，雖然已經(jīng)從膠粘劑等方面進(jìn)行了改性，但是還是難以控制銀完全不發(fā)生遷移現(xiàn)象，目前最有效而且也是最現(xiàn)實(shí)的防止遷移的方法是控制導(dǎo)致銀發(fā)生離子化的水分的存在，具體說就是把使用銀導(dǎo)電膠部件置于氣密條件下，讓銀導(dǎo)電膠在上下夾心保護(hù)下阻止水分的進(jìn)入。3 .2銅導(dǎo)電膠銅粉由于其價(jià)格優(yōu)勢和良

5、好的耐金屬遷移性被普遍看好是銀粉的替代產(chǎn)品。但由于銅是容易被氧化的金屬，氧化物是絕緣體，因此難以把銅粉作為導(dǎo)電膠的導(dǎo)電粉末來使用，銅導(dǎo)電膠初期是導(dǎo)通的，但隨時(shí)間的增長，氧化程度增加，使其電阻增大，因此不能用在可靠性要求高的電器產(chǎn)品上。在研究銅粉導(dǎo)電膠時(shí)發(fā)現(xiàn)，銅粉在樹脂加熱固化的過程中容易被氧化，導(dǎo)電性下降；銅導(dǎo)電膠在潮濕環(huán)境中電阻變化率大，結(jié)果導(dǎo)電膠使用壽命大大縮短。為防止以上現(xiàn)象，有研究指出；添加還原劑，如對苯二酚、不飽和脂肪酸等；用胺類化合物作為絡(luò)合劑進(jìn)行表面保護(hù)；使用銀銅梯度粉等方法可以減少銅的氧化，提高導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性。銅導(dǎo)電膠目前還存在固化溫度較高、不沾焊料等問題，其應(yīng)用還局限在部分印

6、刷電路板的引線方面，不過可以設(shè)想，隨著對銅導(dǎo)電膠的進(jìn)一步研究，大部分的銀導(dǎo)電膠終將會被銅導(dǎo)電膠所替代。4 .3碳類導(dǎo)電膠碳導(dǎo)電膠是摻合型導(dǎo)電涂料的一種，是近三十年來發(fā)展起來的一種新型材料。碳類導(dǎo)電膠比銀導(dǎo)電膠電阻率高10-3。-cm以上，不過由于它比銀便宜，化學(xué)穩(wěn)定，因此在印制電阻器、電磁屏蔽及開關(guān)的接點(diǎn)上使用。止匕外，在建筑領(lǐng)域，用碳導(dǎo)電膠制成的碳膜可將電能轉(zhuǎn)化成熱能來加熱住宅和其它建筑物。碳導(dǎo)電膠使用的碳粉主要是石墨和炭黑，其導(dǎo)電性能取決于碳粉的性能和添加量，實(shí)際的碳類導(dǎo)電膠中多數(shù)是石墨粉與炭黑混合使用的。通常石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，具耐壓力的程度受到了一定的限制，因此其一般不單獨(dú)作為填料使用，

7、層狀結(jié)構(gòu)的石墨與球形結(jié)構(gòu)的炭黑混合使用時(shí)，石墨的片可以在炭黑的球之間搭橋，從而有利于提高固化膜的導(dǎo)電性能。炭黑的導(dǎo)電性能與其結(jié)構(gòu)性、比表面積和表面化學(xué)特性等因素有關(guān)。炭黑的結(jié)構(gòu)性越高，比表面積越大(即粒徑越小)、表面活性基團(tuán)含量越少，則導(dǎo)電性能越好。除了以上三類導(dǎo)電膠外，還有鍥導(dǎo)電膠。鍥比銀易氧化，但比銅好，而且經(jīng)過表面處理后相當(dāng)穩(wěn)定，且價(jià)格也很吸引人，已經(jīng)在電磁屏蔽方面得到應(yīng)用。5 .導(dǎo)電膠的組成(1)導(dǎo)電填料可用于導(dǎo)電膠的導(dǎo)電填料通常有金粉、銀粉、銅粉、鍥粉、鉗粉、鋁粉、鉆粉、石墨、炭黑等，其中應(yīng)用較廣的是銀粉和銅粉。近年從節(jié)能角度考慮，鍍銀金屬粉、鍍銀玻璃微球、鍍銀塑料、碳納米管等新型導(dǎo)

8、電填料也備受關(guān)注。吳海平等以自己合成的納米銀線作為導(dǎo)電填料，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56%時(shí)導(dǎo)電膠的電導(dǎo)率比填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%微米銀粒子的導(dǎo)電膠高約6倍體積電阻率為1.2x10-4Qcm,抗剪切強(qiáng)度以Al為基板時(shí)的抗剪切強(qiáng)度為17.6MPa相比于填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%微米銀粒子和質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%納米銀粒子導(dǎo)電膠均有不同程度的提高，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能和節(jié)約成本的目的。張志浩等刮通過液相化學(xué)還原法制納米銀粉，在總銀粉填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%,納米銀與微米銀比例為1:5時(shí)，導(dǎo)電膠的體積電阻率達(dá)到最低值1.997x10"。cm,同時(shí)連接強(qiáng)度達(dá)到18.9MPa(2)基體樹脂基體樹脂的作用是把導(dǎo)電填料牢固地粘結(jié)起來，形成導(dǎo)

9、電通道，使導(dǎo)電膠具有可靠的導(dǎo)電性；同時(shí)使導(dǎo)電粒子與電子元器件和電路基板在電子組裝過程中接觸良好。(3)助劑導(dǎo)電膠的制備過程中常常要添加一些能夠改善導(dǎo)電膠性能的助劑，包括溶劑、填料、阻燃劑、增塑劑和固化劑等。6 .導(dǎo)電膠的研究現(xiàn)狀近年來，國內(nèi)外在開發(fā)導(dǎo)電膠方面作了大量工作，開發(fā)了許多新型導(dǎo)電膠,導(dǎo)電高分子的研究近年來十分活躍，而且在可溶性上取得了較大進(jìn)展。如果保證足夠高的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性，則是一種十分有前景的導(dǎo)電膠填料。6.1 納米導(dǎo)電膠納米碳管具有較強(qiáng)的力學(xué)性能將其作為導(dǎo)電填料可以明顯增加導(dǎo)電膠的拉伸強(qiáng)度1700MPa另外納米碳管的管狀軸承效應(yīng)和自潤滑效應(yīng)使其具有較高的耐摩擦性耐酸堿性和耐腐蝕性

10、能從而提高了含納米碳管導(dǎo)電膠的使用壽命和抗老化性能皿。馮永成"”制備了導(dǎo)電性能極好的雙組分納米銀/碳復(fù)合管導(dǎo)電膠研究結(jié)果表明該導(dǎo)電膠的體積電阻率低于10-3。cm剪切強(qiáng)度高于150MPa剝離強(qiáng)度高于35N/cm與傳統(tǒng)導(dǎo)電銀粉膠粘劑相比該導(dǎo)電膠可節(jié)省銀原料30%-50%吳海平等制備了以碳納米管和鍍銀碳納米管為導(dǎo)電填料的各向同性導(dǎo)電膠ICA研究結(jié)果表明以碳納米管作為導(dǎo)電填料當(dāng)碳納米管=34%寸導(dǎo)電膠的最低電阻率為2.4x10-3Qcm當(dāng)碳納米管=23%時(shí)導(dǎo)電膠的剪切性能最好以鍍銀碳納米管為導(dǎo)電填料當(dāng)鍍銀碳納米管=28%時(shí)導(dǎo)電膠的最低電阻率為2.2x10-4Qcm當(dāng)導(dǎo)電膠中分別填充碳納米管

11、和鍍銀碳納米管時(shí)導(dǎo)電膠的抗老化性能均較好在85/RH85琳境中經(jīng)過1000h老化測試后導(dǎo)電膠的體積電阻率和剪切強(qiáng)度的變化率均低于10%常英等研究了碳納米管用量對導(dǎo)電膠性能的影響。6.2 復(fù)合導(dǎo)電膠復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料已發(fā)展成為一種新型的功能性材料在抗靜電電磁屏蔽導(dǎo)電自動(dòng)控制和正溫度系數(shù)材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景其市場需求量不斷增大。雷芝紅,等采用無鉗活化工藝在環(huán)氧樹脂EP粉末上形成活性點(diǎn)利用化學(xué)鍍法成功制備出新型外鍍銀銅/EP復(fù)合導(dǎo)電粒子其電阻率4x10-3Qcm可以作為各向異性導(dǎo)電膠的導(dǎo)電填料代替純金屬導(dǎo)電填料。6.3 紫外光固化導(dǎo)電膠紫外光UV固化導(dǎo)電膠是近年來開發(fā)的新品種。與普通導(dǎo)電膠

12、相比其將紫外光固化技術(shù)與導(dǎo)電膠結(jié)合起來賦予了導(dǎo)電膠新的功能并擴(kuò)大了導(dǎo)電膠的應(yīng)用范圍。常英15等采用自制的鍍銀銅粉制備環(huán)氧丙烯酸樹脂/鍍銀銅粉導(dǎo)電膠。劉彥軍16等采用自制的環(huán)氧丙烯酸樹脂制取紫外光固化的ICAo6.4 無導(dǎo)電粒子導(dǎo)電膠近年來一種NCA鍵合技術(shù)-無鉛無導(dǎo)電顆粒互聯(lián)技術(shù)深受人們的關(guān)注，這種互連方式具有良好的粘接強(qiáng)度和較低的成本1171,所使用的連接材料是NCA聚合物，通常不填充任何導(dǎo)電填料。7 .導(dǎo)電膠的應(yīng)用及面臨的技術(shù)難題隨著電子器件向微型化方向發(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。目前，Pb/Sn焊料仍在電子表面封裝技術(shù)中大量應(yīng)用，導(dǎo)電膠雖然擁有

13、許多優(yōu)點(diǎn)，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(dǎo)電膠主要存在以下問題：(1)電導(dǎo)率低，對于一般的元器件，大多導(dǎo)電膠均可接受，但對于功率器件，則不一定。（2）粘接效果受元器件類型、PCB（印刷線路板）類型影響較大；（3）固化時(shí)間長。由基體樹脂和金屬導(dǎo)電粒子組成的導(dǎo)電膠,其電導(dǎo)率往往低于Pb/Sn焊料。為了解決這一問題,國內(nèi)外的科研工作者做了以下的努力：增加樹脂網(wǎng)絡(luò)的固化收縮率；用短的二竣酸鏈去除金屬填充物表面的潤滑劑；用醛類去除金屬填充物表面的金屬氧化物；采用納米級的填充粒子等。導(dǎo)電膠的另一個(gè)技術(shù)問題是相對較低的粘接強(qiáng)度，在節(jié)距小的連接中，粘接強(qiáng)度直接影響元件的抗沖擊

14、性能。研究發(fā)現(xiàn)，用等離子體清潔導(dǎo)電膠的待粘表面可以大大增加粘接強(qiáng)度。通過等離子處理，導(dǎo)電膠待粘表面的氧化物得到清理，并進(jìn)一步防止表面吸潮或形成氧化物。另外在樹脂體系中加入偶聯(lián)劑，增加接觸表面的粗糙程度也被認(rèn)為是可行的方法。8 .國內(nèi)外研究的最新成果國內(nèi)在各向同性導(dǎo)電膠的研制方面取得了一些進(jìn)展，劉榮杰族等以環(huán)氧樹脂、蜜胺-月尿醛樹脂為原料制備了銅粉導(dǎo)電膠，體積電阻率3.6x10-3Q-cm固化溫度為100C。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，該導(dǎo)電膠工藝性能良好，且性能穩(wěn)定，能滿足多種半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝條件的要求。路慶華等利用在真空條件下球磨處理過的鍍銀銅粉，制得了低成本高性能的新型導(dǎo)電膠，獲得了與銀接近的電導(dǎo)率和耐

15、濕性能,并且耐銀遷移性是銀粉導(dǎo)電膠的約100倍。為了進(jìn)一步改善這種導(dǎo)電膠的抗氧化性和耐濕性，加入了具有給電子性的胺類化合物絡(luò)合劑與鍍銀銅粉表面裸露的銅部分絡(luò)合，同時(shí)添加電子受體化合物，形成電荷移動(dòng)性絡(luò)合物，這樣得到的導(dǎo)電膠不僅初期電導(dǎo)率高，而且抗氧化性和耐濕性都顯著提高1201o在對穩(wěn)定性和可靠性要求極高的場合，金導(dǎo)電膠是合適的選擇。昆明貴金屬所的李世鴻，郎彩等人利用改性的酚類樹脂（NF）,片狀金粉與球狀金粉的混合粉末，少量睇粉和醇類為主的溶劑等材料，制成了固化溫度為150-300C,體積電阻率為5x10-4Qcm存放期可達(dá)半年以上的高性能、高可靠性導(dǎo)電膠。采用改性耐熱性酚類樹脂為粘料，醇類為

16、主的無毒或低毒性溶劑，解決了金導(dǎo)電膠的耐熱性、固化溫度、貯存期及使用工藝性方面等存在的問題。疏松的片狀金粉中加入粒度較小的球狀金粉，改變了粉末的粒度分布特性和堆積狀態(tài)，顆粒間實(shí)現(xiàn)了片與片、點(diǎn)與點(diǎn)、片與點(diǎn)幾種接觸形式，從而提高了導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能，另外，深圳長先化工產(chǎn)品有限公司的E-005CS導(dǎo)電膠的電阻率為8.5x10-4。-cm,GSD-T型銅粉導(dǎo)電膠，體積電阻率為5x10-2Qcm剪切強(qiáng)度5.7MPa。而楊小峰儂】制備的銅粉導(dǎo)電膠的電阻率為（0.51）5x10-4Q-cmbTanigaki研制的銅粉導(dǎo)電膠的電阻率最小達(dá)10-5。-cmb銀粉導(dǎo)電膠如楊小峰研制的CLD-20體積電阻率為5.8x

17、10-4Qcm剪切強(qiáng)度達(dá)30MPa。姚國良】制備的銀粉導(dǎo)電膠體積電阻率5x10-4。cm能長期在260e下工作；深圳長先公司E-005SS的電阻率為（1.5-1.7）x10-4Qcm近2年，華中科技大學(xué)電子封裝實(shí)驗(yàn)室也在導(dǎo)電膠的開發(fā)研究方面進(jìn)行了深入的研究，目前其ACAs中聚合物微球的研制已獲得成功，另外在鍍銀銅粉填充的各向同性導(dǎo)電膠和銀填充導(dǎo)電膠方面開展的研究工作，導(dǎo)電性能和剪切強(qiáng)度均可以滿足工業(yè)使用要求四。國內(nèi)外正在積極研制開發(fā)元件（包括電阻、電容、電感等）內(nèi)埋型多層板，據(jù)有關(guān)資料介紹日本、美國已能小批量生產(chǎn)。并預(yù)測不久的將來，會廣泛的應(yīng)用于電子產(chǎn)品中1251o劉榮杰1261說隨著科學(xué)技術(shù)

18、的高度發(fā)展和膠粘劑應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，特種膠粘劑導(dǎo)電膠滿足電子元件小型化及高密度等技術(shù)發(fā)展的需要，而得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，要求在越來越小的空間上安裝更多的器件，但遇到的最大問題是各器件的端子間和配線間的絕緣性問題】。隨著電子元器件的小型化和輕量化，埋人電阻式多層印制板將會得到更加廣泛的應(yīng)用1281。9 .結(jié)語目前，我國膠粘劑的生產(chǎn)工藝技術(shù)已取得了長足的進(jìn)步，以輻射法紫外光固化法和互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)法等為代表的生產(chǎn)技術(shù)，在改進(jìn)產(chǎn)品性能提高產(chǎn)品質(zhì)量方面起到了重要作用，并且耐高溫導(dǎo)電膠和無機(jī)導(dǎo)電膠也有了新的突破，伴隨著新技術(shù)的應(yīng)用與推廣，新產(chǎn)品也層出不窮12910但是，國內(nèi)外導(dǎo)電膠

19、的性能差距仍較大主要表現(xiàn)在國內(nèi)導(dǎo)電膠的綜合性能較低，而國外導(dǎo)電膠在電導(dǎo)率老化頻漂穩(wěn)定性粘接強(qiáng)度和儲存期等方面具有明顯的優(yōu)勢，要大幅度提高國產(chǎn)導(dǎo)電膠的綜合性能必須從下列幾方面著手：(1)開發(fā)新體系，尋找新的樹脂和固化劑及其配方制備多功能高性能的導(dǎo)電膠銀系導(dǎo)電膠有銀遷移和腐蝕等作用，銅和鍥系導(dǎo)電膠易氧化，電導(dǎo)率較低且固化時(shí)間相對較長。因此聚合物的共混改性以及由此制備的新型導(dǎo)電聚合物是近幾年來的研究重點(diǎn)之一。(2)開發(fā)新型的導(dǎo)電顆粒制備以納米顆粒為主的導(dǎo)電填料以覆鍍合金或低共熔合金作為導(dǎo)電填料，并且對導(dǎo)電粒子表面進(jìn)行活化處理是制備導(dǎo)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

20、的發(fā)展趨勢，雖然目前熱固化導(dǎo)電膠體系仍占主導(dǎo)地位，但其固化劑及偶合劑等存在污染環(huán)境等問題因此光固化1301,電子束固化等技術(shù)已在涂料，油墨,光刻膠和醫(yī)用膠等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，另外微波固化技術(shù)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(fā)也是未來的發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)(1)謝明貴，郭丹，黃艷，盧志云.導(dǎo)電膠的研究進(jìn)展-無鉛電子組裝材料.精細(xì)化工.2008,11(11):1061-1064.(2)代凱，施利毅，方健慧，等.導(dǎo)電膠粘劑的研究進(jìn)展J.材料導(dǎo)報(bào)，2006,20(3):116118.(3)倪曉軍，梁彤翔.導(dǎo)電膠的研究進(jìn)展.清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院新材料研究室.2002,(1):

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