導(dǎo)電膠培訓(xùn)教材

導(dǎo)電膠培訓(xùn)教材

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

第一部分：導(dǎo)電膠的產(chǎn)生背景

隨著科技的進(jìn)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(xiàn)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(wú)法滿(mǎn)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(huì)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(wú)鉛連接材料。導(dǎo)電膠作為一種Pb/Sn焊料的替代品應(yīng)運(yùn)而生。與Pb/Sn焊料相比，它具有五大優(yōu)點(diǎn)：（1）線(xiàn)分辨率大大提高，能適應(yīng)更高的I/O密度；（2）涂膜工藝簡(jiǎn)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(duì)溫度敏感的材料或無(wú)法焊接的材料上。（4）熱機(jī)械性能好，韌性比合金焊料好，接點(diǎn)抗疲勞性高；（5）與大部分材料潤(rùn)濕良好。第二部分：導(dǎo)電膠的組成

導(dǎo)電膠一般是由基體和導(dǎo)電填料兩部分組成第二部分：導(dǎo)電膠的組成

導(dǎo)電膠基體包括預(yù)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(yù)聚體是導(dǎo)電膠的主要組分之一，它含有活性基團(tuán)，加入固化劑后可以進(jìn)行固化。預(yù)聚體固化后形成了導(dǎo)電膠的分子骨架，同時(shí)提供了粘接性能和力學(xué)性能的保障，并能使導(dǎo)電填料粒子形成通道。常用的聚合物基體包括環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛類(lèi)樹(shù)脂、聚酸亞胺、聚氨酷等。與其他樹(shù)脂相比，環(huán)氧樹(shù)脂具有穩(wěn)定性好、耐腐蝕、收縮率低、粘接強(qiáng)度高、粘接面廣以及加工性好等優(yōu)點(diǎn)，因此，環(huán)氧樹(shù)脂是目前研究最多、使用最廣的基體材料。但是環(huán)氧樹(shù)脂具有吸濕性，且耐熱性較差，所以對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性，通過(guò)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂主漣結(jié)構(gòu)和取代基進(jìn)行調(diào)整，得到綜合性能更高的改性樹(shù)脂的研究正在開(kāi)發(fā)中。固化劑是多官能團(tuán)化合物，可以連接預(yù)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(dǎo)電膠的另一個(gè)重要組分。它可以調(diào)節(jié)體系的粘度，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了良好的導(dǎo)電接觸。稀釋劑分為活性稀釋劑和非活性稀釋劑兩類(lèi)，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(yù)聚體、交聯(lián)劑和稀釋劑是固化過(guò)程中體積變化的主要影響因素。為了提高導(dǎo)電膠的性能，有時(shí)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(dǎo)電填料在樹(shù)脂基體中的分散性，同時(shí)還能改善導(dǎo)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(qiáng)度。消泡劑在導(dǎo)電膠的制備過(guò)程中，可降低表面張力，消除物料混合過(guò)程中產(chǎn)生的泡沫。第二部分：導(dǎo)電膠的組成

導(dǎo)電填料主要是通常有碳、金屬、金屬氧化物三大類(lèi)。碳類(lèi)材料中的炭黑的導(dǎo)電性很好，但存在加工困難的問(wèn)題;石墨很難粉碎和分散，且導(dǎo)電性隨產(chǎn)地等變化較大。碳類(lèi)填料一般選用炭黑和石墨的混合粉末。金屬氧化物導(dǎo)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(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，是最理想的導(dǎo)電填料，但價(jià)格昂貴，一般只在要求較高的情況下使用。Ag粉價(jià)格相對(duì)較低，導(dǎo)電性較好，且在空氣中不易氧化，但在潮濕的環(huán)境下會(huì)發(fā)生電遷移現(xiàn)象，使得導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能下降。Cu粉和Ni粉具有較好的導(dǎo)電性，成本低，但在空氣中容易氧化，使得導(dǎo)電性變差。因此，導(dǎo)電填料一般選用Ag或cu。導(dǎo)電填料的粒度和形狀對(duì)導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能有直接影響。粒度大的填料導(dǎo)電效果優(yōu)于小的，但同時(shí)會(huì)帶來(lái)連接強(qiáng)度的降低。不定形（片狀或纖維狀）的填料導(dǎo)電性能和連接強(qiáng)度優(yōu)于球形的。但各向異性導(dǎo)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(dǎo)電性能和連接強(qiáng)度。第三部分：導(dǎo)電膠分類(lèi)按基體可分為熱塑性導(dǎo)電膠和熱固性導(dǎo)電膠。熱塑性導(dǎo)電膠的基體樹(shù)脂分子鏈很長(zhǎng)，且支鏈少，在高溫下固化時(shí)流動(dòng)性較好，可重復(fù)使用。而熱固性導(dǎo)電膠的基體材料最初是單體或預(yù)聚合物，在固化過(guò)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(dòng)。第三部分：導(dǎo)電膠分類(lèi)按導(dǎo)電機(jī)理分為本征導(dǎo)電膠和復(fù)合導(dǎo)電膠。本征導(dǎo)電膠是指分子結(jié)構(gòu)本身具有導(dǎo)電功能的共扼聚合物，這類(lèi)材料電阻率較高，導(dǎo)電穩(wěn)定性及重復(fù)性較差，成本也較高，故很少研究。復(fù)合導(dǎo)電膠是指在有機(jī)聚合物基體中添加導(dǎo)電填料，從而使其具有與金屬相近的導(dǎo)電性能，目前的研究主要集中在這一塊。

第三部分：導(dǎo)電膠分類(lèi)按導(dǎo)電方向分為各向同性（ICAs）和各向異性（ACAs）兩大類(lèi)。前者在各個(gè)方向有相同的導(dǎo)電性能；后者在XY方向是絕緣的，而在Z方向上是導(dǎo)電的。通過(guò)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。兩種導(dǎo)電膠各有所長(zhǎng)，目前的研究主要集中在后者。第三部分：導(dǎo)電膠分類(lèi)按照固化體系的不同，導(dǎo)電膠可分為室溫固化導(dǎo)電膠、中溫固化導(dǎo)電膠、高溫固化導(dǎo)電膠和紫外光固化導(dǎo)電膠等。室溫固化需要的時(shí)間太長(zhǎng)，一般需要數(shù)小時(shí)到幾天，且室溫儲(chǔ)存時(shí)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(dǎo)電膠力學(xué)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(dǎo)電膠。高溫固化導(dǎo)電膠高溫固化時(shí)，金屬粒子容易被氧化，固化速度快，導(dǎo)電膠使用時(shí)要求固化時(shí)間須較短，因此也使用較少。紫外光固化導(dǎo)電膠主要是依靠紫外光的照射引起樹(shù)脂基體發(fā)生固化反應(yīng)，固化速度較快，樹(shù)脂基體在避光的條件下可以保存較長(zhǎng)時(shí)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(dǎo)電膠結(jié)合起來(lái)，賦予了導(dǎo)電膠新的性能。目前這方面的研究也是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

第三部分：導(dǎo)電膠分類(lèi)按導(dǎo)電粒子分類(lèi)的導(dǎo)電膠又可以分為金導(dǎo)電膠、銀導(dǎo)電膠、銅導(dǎo)電膠、碳類(lèi)導(dǎo)電膠、納米碳管導(dǎo)電膠等。

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

導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、固化時(shí)間、耐用性。第六部分：導(dǎo)電膠的應(yīng)用及問(wèn)題

導(dǎo)電膠是一種同時(shí)具備導(dǎo)電性能和粘接性能的膠粘劑，它可以將多種導(dǎo)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(wèn)世以來(lái)，導(dǎo)電膠已經(jīng)在電子科技中起到越來(lái)越重要的作用。目前，導(dǎo)電膠已廣泛應(yīng)用于印刷線(xiàn)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(dǎo)電膠雖然擁有許多優(yōu)點(diǎn),但因其自身存在的亟待解決的問(wèn)題,仍然不能完全取代Pb/Sn焊料。導(dǎo)電膠主要存在以下問(wèn)題:（1）電導(dǎo)率低，對(duì)于一般的元器件，大多導(dǎo)電膠均可接受,但對(duì)于功率器件,則不一定。（2）粘接效果受元器件類(lèi)型、PCB(印刷線(xiàn)路板)類(lèi)型影響較大;（3）固化時(shí)間長(zhǎng)。（4）粘結(jié)強(qiáng)度相對(duì)較低。在節(jié)距小的連接中,粘接強(qiáng)度直接影響元件的抗沖擊性能。（5）成本較高。第七部分：導(dǎo)電膠的市場(chǎng)狀況

目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)導(dǎo)電膠的單位主要有金屬研究所等，國(guó)外企業(yè)有TeamChemCompany、日本的日立公司、Three-Bond公司、美國(guó)Epoxy的公司、Ablistick公司、Loctite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、導(dǎo)電膠水等,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(xiàn)路粘接等各種電子領(lǐng)域中.現(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。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上一些高尖端領(lǐng)域使用的導(dǎo)電膠主要以進(jìn)口為主：美國(guó)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(tái)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(gè)的石英晶體諧振器方面導(dǎo)電膠的應(yīng)用.國(guó)內(nèi)的導(dǎo)電膠主要使用在一些中、低檔的產(chǎn)品上,這方面的市場(chǎng)主要由金屬研究所占有。

TeamChemCompany系列的導(dǎo)電膠主要適用于LED、大功率LED、LED數(shù)碼管、LCD、TR、IC、COB、PCBA、點(diǎn)陣塊、顯示屏、晶振、諧振器、太陽(yáng)能電池、光伏電池、蜂鳴器、陶瓷電容、半導(dǎo)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(chē)電子、智能卡、射頻識(shí)別等領(lǐng)域。目前我國(guó)電子產(chǎn)業(yè)正大量引進(jìn)和開(kāi)發(fā)SMT生產(chǎn)線(xiàn),導(dǎo)電膠在我國(guó)必然有廣闊的應(yīng)用前景.但我國(guó)在這方面的研究起步較晚,目前所需用的高性能導(dǎo)電膠主要依賴(lài)進(jìn)口。第八部分：總結(jié)目前，我國(guó)膠粘劑的生產(chǎn)工藝技術(shù)已取得了長(zhǎng)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(wú)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。但是，國(guó)內(nèi)外導(dǎo)電膠的性能差距仍較大，主要表現(xiàn)在國(guó)內(nèi)導(dǎo)電膠的綜合性能較低，而國(guó)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(chǔ)存期等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。要大幅度提高國(guó)產(chǎn)導(dǎo)電膠的綜合性能，必須從下列幾方面著手。（1）開(kāi)發(fā)新體系。尋找新的樹(shù)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；銅和鎳系導(dǎo)電膠易氧化，電導(dǎo)率較低且固化時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。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(lái)的研究重點(diǎn)之一。（2）開(kāi)發(fā)新型的導(dǎo)電顆粒。制備以納米顆粒為主的