導(dǎo)電橡膠的應(yīng)用研究進(jìn)展

PAGE第5頁(yè)共8頁(yè)導(dǎo)電橡膠的應(yīng)用研究摘要：本文闡述了導(dǎo)電橡膠的分類及其組成，導(dǎo)電的工作機(jī)理，并分析了導(dǎo)電橡膠的技術(shù)問題，未來的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：導(dǎo)電橡膠；工作機(jī)理；技術(shù)問題；研究狀況1導(dǎo)電橡膠的概述導(dǎo)電橡膠是一種固化或干燥后具有一定導(dǎo)電性能的膠黏劑,它通常以基體樹脂和導(dǎo)電填料即導(dǎo)電粒子為主要組成成分,通過基體樹脂的粘接作用把導(dǎo)電粒子結(jié)合在一起,形成導(dǎo)電通路,實(shí)現(xiàn)被粘材料的導(dǎo)電連接。由于導(dǎo)電橡膠的基體樹脂是一種膠黏劑,可以選擇適宜的固化溫度進(jìn)行粘接,如環(huán)氧樹脂膠黏劑可以在室溫至150℃固化,遠(yuǎn)低于錫鉛焊接的200℃以上的焊接溫度,這就避免了焊接高溫可能導(dǎo)致的材料變形、電子器件的熱損傷和內(nèi)應(yīng)力的形成。同時(shí),由于電子元件的小型化、微型化及印刷電路板的高密度化和高度集成化的迅速發(fā)展,鉛錫焊接的0.65mm的最小節(jié)距遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了導(dǎo)電連接的實(shí)際需求,而導(dǎo)電橡膠可以制成漿料,實(shí)現(xiàn)很高的線分辨率。而且導(dǎo)電橡膠工藝簡(jiǎn)單,易于操作,可提高生產(chǎn)效率,也避免了錫鉛焊料中重金屬鉛引起的環(huán)境污染。所以導(dǎo)電橡膠是替代鉛錫焊接導(dǎo)電橡膠屬于復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的一種。復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是指高分子材料本身不具有導(dǎo)電性，但在加工成型時(shí)通過加入導(dǎo)電填料，如炭黑、金屬粉末箔等，利用分散復(fù)合、層基復(fù)合、表面復(fù)合等方法，使制品具有導(dǎo)電性。其中，分散復(fù)合最為常用。目前導(dǎo)電橡膠已廣泛應(yīng)用于液晶顯示屏（LCD）、發(fā)光二極管（LED）、集成電路(IC)芯片、印刷線路板組件(PCBA)、點(diǎn)陣塊、陶瓷電容、薄膜開關(guān)、智能卡、射頻識(shí)別等電子元件和組件的封裝和粘接,有逐步取代傳統(tǒng)的錫焊焊接的趨勢(shì)。（2）技術(shù)性能：導(dǎo)電橡膠必須受一定的壓縮力才能良好導(dǎo)電，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證合適的壓力又不過壓。板材最佳高度壓縮量在7～15%；實(shí)心圓形、D形最佳高度壓縮量在12～30%；管狀、P形最佳高度壓縮量在20～60%.（1）材料特性：鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠：具有優(yōu)良的屏蔽性能和抗煙霧性能；銅鍍銀導(dǎo)電橡膠：具有最優(yōu)良的導(dǎo)電性；玻璃鍍銀導(dǎo)電橡膠：具有最佳性價(jià)比；純銀導(dǎo)電橡膠：具有良好的防霉菌性。2導(dǎo)電橡膠的分類及組成,V(G0{!}/z

S#i0x*`2.1導(dǎo)電橡膠的分類導(dǎo)電橡膠是將玻璃鍍銀、鋁鍍銀、銀等導(dǎo)電顆粒均勻分布在硅橡膠中，通過壓力使導(dǎo)電顆粒接觸，達(dá)到良好的導(dǎo)電性能。在軍事和商業(yè)上都有應(yīng)用。其主要作用是密封和電磁屏蔽。產(chǎn)品可以模壓或擠出成形，有片裝或其他的沖切形狀可供選擇。屏蔽性能高達(dá)120dB（10GHz）。分為CONSIL-NC（石墨鍍鎳填硅橡膠）、CONSIL-V（銀填充硅橡膠擠出襯墊）、CONSIL-A（鋁鍍銀填硅橡膠）、CONSIL-N（鎳鍍銀填硅橡膠）、CONSIL-C（銅鍍銀填硅橡膠）、SC-CONSIL（石墨填硅橡膠CONSIL-R（純銀填硅橡膠）、CONSIL-II（銀填硅橡膠模制襯墊）等導(dǎo)電橡膠種類很多,按導(dǎo)電方向分為各向同性導(dǎo)電橡膠（ICAs，IsotropicConductiveAdhesive）和各向異性導(dǎo)電橡膠（ACAs，AnisotropicConductiveAdhesives）。ICA是指各個(gè)方向均導(dǎo)電的膠黏劑,可廣泛用于多種電子領(lǐng)域；ACA則指在一個(gè)方向上如Z方向?qū)щ?而在X和Y方向不導(dǎo)電的膠黏劑。一般來說ACA的制備對(duì)設(shè)備和工藝要求較高,比較不容易實(shí)現(xiàn),較多用于板的精細(xì)印刷等場(chǎng)合,如平板顯示器（FPDs）中的板的印刷。按照固化體系導(dǎo)電橡膠又可分為室溫固化導(dǎo)電橡膠、中溫固化導(dǎo)電橡膠、高溫固化導(dǎo)電橡膠、紫外光固化導(dǎo)電橡膠等。其中uninwellInternational只從收購(gòu)Breakover-quick以后，成為導(dǎo)電橡膠全球產(chǎn)品線最齊全的企業(yè)集團(tuán)，產(chǎn)品涵蓋室溫固化導(dǎo)電橡膠、中溫固化導(dǎo)電橡膠、高溫固化導(dǎo)電橡膠、紫外光固化導(dǎo)電橡膠等。室溫固化導(dǎo)電橡膠較不穩(wěn)定,室溫儲(chǔ)存時(shí)體積電阻率容易發(fā)生變化。高溫導(dǎo)電橡膠高溫固化時(shí)金屬粒子易氧化,固化時(shí)間要求必須較短才能滿足導(dǎo)電橡膠的要求。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是中溫固化導(dǎo)電橡膠（低于150℃）,其固化溫度適中,與電子元器件的耐溫能力和使用溫度相匹配,力學(xué)性能也較優(yōu)異,所以應(yīng)用較廣泛。紫外光固化導(dǎo)電橡膠將紫外光固化技術(shù)和導(dǎo)電橡膠結(jié)合起來,賦予了導(dǎo)電橡膠新的性能并擴(kuò)大了導(dǎo)電橡膠的應(yīng)用范圍,可用于液晶顯示電致發(fā)光等電子顯示技術(shù)上,國(guó)外從上世紀(jì)九十年代開始研究,其中uninwellInternational的BQ-6999系列紫外光固化導(dǎo)電銀膠屬于行業(yè)首創(chuàng)，得到客戶的普遍認(rèn)可和高端客戶的大力追捧。2.2$導(dǎo)電橡膠的組成

導(dǎo)電橡膠主要由樹脂基體、導(dǎo)電粒子和分散添加劑、助劑等組成。目前市場(chǎng)上使用的導(dǎo)電橡膠大都是填料型。的表面，組成復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。其表層具有對(duì)電磁波屏蔽的導(dǎo)電、電磁性能，內(nèi)芯橡膠具有較好的壓縮性（壓力為0.345-0.691MPa）。這類材料對(duì)灰塵、雨和空氣具有密封性能，但不能做壓力密封膠。（5）抗靜電導(dǎo)電橡膠抗靜電導(dǎo)電橡膠的體積電阻率為104-108Ω.cm，過去這類導(dǎo)電橡膠多以炭黑為導(dǎo)電填料，制品為黑色，且橡膠老化后析出炭黑會(huì)污染環(huán)境。近年來，國(guó)內(nèi)多采用硅系硅化物填料，可制成不同顏色的彩色抗靜電導(dǎo)電橡膠，其體積電阻率為105-107Ω.cm，抗靜電性能比黑色橡膠要好。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將各種金屬粉末或炭黑粒子混入各種橡膠中后，材料的導(dǎo)電性能隨導(dǎo)電填料的濃度的變化規(guī)律大致相同。導(dǎo)電填料濃度較低時(shí)，材料的電導(dǎo)率隨濃度增加很少；而當(dāng)導(dǎo)電填料的濃度達(dá)到一定值時(shí)，電導(dǎo)率急劇上升，變化值可達(dá)到十個(gè)數(shù)量級(jí)以上。超過這一臨界值后，電導(dǎo)率隨濃度的變化又趨于緩慢。用電鏡觀察材料的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)電填料濃度較低時(shí)，填料顆粒分散在聚合物中，相互接觸較少，導(dǎo)電性較低。隨著填料用量的增加，顆粒間接觸的機(jī)會(huì)增多，電導(dǎo)率逐步上升。當(dāng)填料濃度增加到某一臨界時(shí)，體系內(nèi)的顆粒相互接觸，形成無限網(wǎng)鏈。無限網(wǎng)鏈就像一個(gè)金屬網(wǎng)貫穿于聚合物中，形成導(dǎo)電通道，電導(dǎo)率急劇上升，使橡膠變成了導(dǎo)體。再增加填料的用量，對(duì)橡膠的導(dǎo)電性就不會(huì)有多大貢獻(xiàn)，電導(dǎo)率趨于平緩。6國(guó)內(nèi)外導(dǎo)電橡膠的應(yīng)用情況

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上一些高尖端的領(lǐng)域使用的導(dǎo)電橡膠主要以進(jìn)口為主：uninwellInternational，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)電橡膠的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的導(dǎo)電橡膠主要使用在一些低檔的產(chǎn)品上，這方面的市場(chǎng)主要由上海合成樹脂所占有。uninwellInternationalBQ的系列的導(dǎo)電橡膠主要適用于LCM，LED發(fā)光二極管，F(xiàn)V太陽能電池組件，TP觸摸屏，光通訊器件，電子標(biāo)簽，電子紙，智能卡封裝，EL冷光片，無源器件，封裝測(cè)試，SMT表面貼裝，攝像頭，手機(jī)組裝，電腦裝配，DVD，數(shù)碼產(chǎn)品，半導(dǎo)體芯片，傳感器，電氣絕緣，汽車電子，醫(yī)療器械等行業(yè)的各種電子元件和組件的封裝以及粘結(jié)等。7導(dǎo)電橡膠的應(yīng)用及面臨的技術(shù)難題電膠主要存在以下問題：(1)電導(dǎo)率低，對(duì)于一般的元器件，大多導(dǎo)電橡膠均可接受，但對(duì)于功率器件，則不一定。(2)粘接效果受元器件類型、PCB(印刷線路板)類型影響較大。(3)固化時(shí)間長(zhǎng)。由基體樹脂和金屬導(dǎo)電粒子組成的導(dǎo)電橡膠，其電導(dǎo)率往往低于Pb／Sn焊料。為了解決這一問題，國(guó)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；用短的二羧酸鏈去除金屬填充物表面的潤(rùn)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(jí)的填充粒子等。(4)導(dǎo)電橡膠的另一個(gè)技術(shù)問題是相對(duì)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性能。8結(jié)束語微電子封裝技術(shù)正處于高速發(fā)展階段,導(dǎo)電橡膠以其諸多優(yōu)點(diǎn)成為錫鉛焊料未來可能的替代品,但仍存在許多制約其廣泛應(yīng)用的缺陷,目前對(duì)導(dǎo)電橡膠的研究主要集中在下述幾個(gè)方面。(1)新體系的開發(fā)現(xiàn)在使用的導(dǎo)電橡膠大部分都是環(huán)氧樹脂體系。但是,環(huán)氧樹脂存在固化溫度高、易吸水等缺點(diǎn),環(huán)氧樹脂導(dǎo)電橡膠的粘接強(qiáng)度相對(duì)Pb/Sn體系偏低,銀系導(dǎo)電橡膠有銀遷移和腐蝕作用;銅和鎳易氧化,導(dǎo)電橡膠中多用胺類等污染環(huán)境的固化劑及偶合劑,導(dǎo)電率較低且固化時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。因此,聚合物的共混(導(dǎo)電橡膠和導(dǎo)電聚合物的共混,改善其綜合性能)和改性、固化劑的改性以及導(dǎo)電粒子的表面活性處理、覆鍍合金或低共熔合金和由此制備的新型導(dǎo)電聚合物是近幾年的研究重點(diǎn)。(2)固化動(dòng)力學(xué)的研究通過固化動(dòng)力學(xué)的研究,可以對(duì)導(dǎo)電橡膠的聚合過程得到更深的認(rèn)識(shí),為選擇高效率的固化劑提供指導(dǎo)固化動(dòng)力學(xué)的研究可以通過原位紅外光譜分析來實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)固化過程中活性基團(tuán)紅外光譜的原位分析推斷固化過程中發(fā)生的反應(yīng),進(jìn)而優(yōu)化固化體系。(3)新固化方式的實(shí)現(xiàn)UninwellInternational開發(fā)的低溫固化導(dǎo)電銀膠，室溫快速固化導(dǎo)電銀膠BQ-6880系列得到全球很多大客戶的青睞，是未來連接材料的發(fā)展趨勢(shì)。BQ-6999系列紫外光固化導(dǎo)電銀膠也為很多客戶極大提高了生產(chǎn)效率，成為今后需要