導電膠培訓教材

導電膠培訓教材

導電膠是一種同時具備導電性能和粘結(jié)性能的膠黏劑，它導電材料連接在一起連接材料間形成導電通路。它是通過將導電填料填充在有機聚合物基體中，從而使其具有與金屬相近的導電性能。與普通導電聚合物不同的是，導電膠要求體系在儲存條件下具有流動性，通過加熱或其他方式可以發(fā)生固化，從而形成具有一定強度的連接。

第一部分：導電膠的產(chǎn)生背景

隨著科技的進步，電子元件不斷向微型化的方向發(fā)展，器件集成度不斷提高，要求連接材料具有很高的線分辨率，傳統(tǒng)的連接材料Pb/Sn焊料只能應(yīng)用在0.65mm以下節(jié)距的連接,無法滿足工藝需要；連接工藝中溫度高于230℃產(chǎn)生的熱應(yīng)力也會損傷器件和基板，此外，Pb/Sn焊料中的鉛為有毒物質(zhì)。人們迫切需要新型無鉛連接材料。導電膠作為一種Pb/Sn焊料的替代品應(yīng)運而生。與Pb/Sn焊料相比，它具有五大優(yōu)點：（1）線分辨率大大提高，能適應(yīng)更高的I/O密度；（2）涂膜工藝簡單，連接步驟少；（3）固化溫度低，減少能耗，避免基材損傷，可應(yīng)用在對溫度敏感的材料或無法焊接的材料上。（4）熱機械性能好，韌性比合金焊料好，接點抗疲勞性高；（5）與大部分材料潤濕良好。第二部分：導電膠的組成

導電膠一般是由基體和導電填料兩部分組成第二部分：導電膠的組成

導電膠基體包括預聚體、固化劑（交聯(lián)劑）、稀釋劑及其他添加劑（增塑劑、偶聯(lián)劑、消泡劑等）。預聚體是導電膠的主要組分之一，它含有活性基團，加入固化劑后可以進行固化。預聚體固化后形成了導電膠的分子骨架，同時提供了粘接性能和力學性能的保障，并能使導電填料粒子形成通道。常用的聚合物基體包括環(huán)氧樹脂、酚醛類樹脂、聚酸亞胺、聚氨酷等。與其他樹脂相比，環(huán)氧樹脂具有穩(wěn)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(yōu)點，因此，環(huán)氧樹脂是目前研究最多、使用最廣的基體材料。但是環(huán)氧樹脂具有吸濕性，且耐熱性較差，所以對環(huán)氧樹脂進行改性，通過對環(huán)氧樹脂主漣結(jié)構(gòu)和取代基進行調(diào)整，得到綜合性能更高的改性樹脂的研究正在開發(fā)中。固化劑是多官能團化合物，可以連接預聚體，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也是固化后體系的一部分。稀釋劑是導電膠的另一個重要組分。它可以調(diào)節(jié)體系的粘度，使導電粒子能較好的分散在基體樹脂中，同時在導電粒子和膠層及被粘接電子元器件間形成了良好的導電接觸。稀釋劑分為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(lián)反應(yīng)，固化前不需去除，固化后成為體系的一部分;非活性稀釋劑不參與交聯(lián)，僅起調(diào)節(jié)作用，固化前需要除去。預聚體、交聯(lián)劑和稀釋劑是固化過程中體積變化的主要影響因素。為了提高導電膠的性能，有時還需加入偶聯(lián)劑、增塑劑、消泡劑等各種添加劑。偶聯(lián)劑可改善導電填料在樹脂基體中的分散性，同時還能改善導電膠的表面性能，增加界面的粘附性能。加入增塑劑可以提高膠層的柔韌性和粘接強度。消泡劑在導電膠的制備過程中，可降低表面張力，消除物料混合過程中產(chǎn)生的泡沫。第二部分：導電膠的組成

導電填料主要是通常有碳、金屬、金屬氧化物三大類。碳類材料中的炭黑的導電性很好，但存在加工困難的問題;石墨很難粉碎和分散，且導電性隨產(chǎn)地等變化較大。碳類填料一般選用炭黑和石墨的混合粉末。金屬氧化物導電性普遍較差。常用的填料多為Au、Ag、Cu、Ni等電阻率較低的金屬粉末。

Au粉具有優(yōu)異的導電性和化學穩(wěn)定性，是最理想的導電填料，但價格昂貴，一般只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(huán)境下會發(fā)生電遷移現(xiàn)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。導電填料的粒度和形狀對導電膠的導電性能有直接影響。粒度大的填料導電效果優(yōu)于小的，但同時會帶來連接強度的降低。不定形（片狀或纖維狀）的填料導電性能和連接強度優(yōu)于球形的。但各向異性導電膠只能用粒度分布較窄的球形填料。不同粒度和形狀的填料配合使用可以得到較好的導電性能和連接強度。第三部分：導電膠分類按基體可分為熱塑性導電膠和熱固性導電膠。熱塑性導電膠的基體樹脂分子鏈很長，且支鏈少，在高溫下固化時流動性較好，可重復使用。而熱固性導電膠的基體材料最初是單體或預聚合物，在固化過程中發(fā)生聚合反應(yīng)，高分子鏈連接形成交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高溫下不易流動。第三部分：導電膠分類按導電機理分為本征導電膠和復合導電膠。本征導電膠是指分子結(jié)構(gòu)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(wěn)定性及重復性較差，成本也較高，故很少研究。復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。

第三部分：導電膠分類按導電方向分為各向同性（ICAs）和各向異性（ACAs）兩大類。前者在各個方向有相同的導電性能；后者在XY方向是絕緣的，而在Z方向上是導電的。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電膠。兩種導電膠各有所長，目前的研究主要集中在后者。第三部分：導電膠分類按照固化體系的不同，導電膠可分為室溫固化導電膠、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(shù)小時到幾天，且室溫儲存時體積電阻率容易發(fā)生變化，因此工業(yè)上較少使用。中溫固化導電膠力學性能優(yōu)異，且固化溫度一般低于150℃，此溫度范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(yīng)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(fā)生固化反應(yīng)，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將紫外光固化技術(shù)和一導電膠結(jié)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(guān)注的熱點。

第三部分：導電膠分類按導電粒子分類的導電膠又可以分為金導電膠、銀導電膠、銅導電膠、碳類導電膠、納米碳管導電膠等。

第四部分：導電膠導電機理導電膠的導電機理主要是導電回路如何形成及形成回路后如何導電兩個方面，目前主要存在的理論有滲流理論、隧道效應(yīng)、場致發(fā)射和導電團簇機理。第五部分：導電膠的主要性能指標

導電性、機械強度、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、固化時間、耐用性。第六部分：導電膠的應(yīng)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，它可以將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(jīng)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(yīng)用于印刷線路板組件、發(fā)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(shù)中大量應(yīng)用，導電膠雖然擁有許多優(yōu)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:（1）電導率低，對于一般的元器件，大多導電膠均可接受,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）固化時間長。（4）粘結(jié)強度相對較低。在節(jié)距小的連接中,粘接強度直接影響元件的抗沖擊性能。（5）成本較高。第七部分：導電膠的市場狀況

目前,國內(nèi)生產(chǎn)導電膠的單位主要有金屬研究所等，國外企業(yè)有TeamChemCompany、日本的日立公司、Three-Bond公司、美國Epoxy的公司、Ablistick公司、Loctite公司、3M公司等。已商品化的導電膠種主要有導電膠膏、導電膠漿、導電涂料、導電膠帶、導電膠水等,組分有單、雙組分.導電膠一般用于微電子封裝、印刷電路板、導電線路粘接等各種電子領(lǐng)域中.現(xiàn)今國內(nèi)的導電膠無論從品種和性能上與國外都有較大差距。目前國內(nèi)市場上一些高尖端領(lǐng)域使用的導電膠主要以進口為主：美國的Ablistick公司、3M公司幾乎占領(lǐng)了全部的IC和LED領(lǐng)域,日本的住友和臺灣翌華也有涉及這些領(lǐng)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(yīng)用.國內(nèi)的導電膠主要使用在一些中、低檔的產(chǎn)品上,這方面的市場主要由金屬研究所占有。

TeamChemCompany系列的導電膠主要適用于LED、大功率LED、LED數(shù)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(jié)等.應(yīng)用范圍涉及電子元器件、電子組件、電路板組裝、顯示及照明工業(yè)、通訊、汽車電子、智能卡、射頻識別等領(lǐng)域。目前我國電子產(chǎn)業(yè)正大量引進和開發(fā)SMT生產(chǎn)線,導電膠在我國必然有廣闊的應(yīng)用前景.但我國在這方面的研究起步較晚,目前所需用的高性能導電膠主要依賴進口。第八部分：總結(jié)目前，我國膠粘劑的生產(chǎn)工藝技術(shù)已取得了長足的進步。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，并且耐高溫導電膠和無機導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。但是，國內(nèi)外導電膠的性能差距仍較大，主要表現(xiàn)在國內(nèi)導電膠的綜合性能較低，而國外導電膠在電導率、老化頻漂穩(wěn)定性、粘接強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、高性能的導電膠。銀系導電膠有銀遷移和腐蝕等作用；銅和鎳系導電膠易氧化，電導率較低且固化時間相對較長。因此，聚合物的共混、改性以及由此制備的新型導電聚合物，是近幾年來的研究重點之一。（2）開發(fā)新型的導電顆粒。制備以納米顆粒為主的