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1、导电胶导电胶是一种同时具备导电性能和粘结性能的胶黏剂，它可以将多种导电材料连接在一 起，使被连接材料间形成导电通路。它是通过将导电填料填充在有机聚合物基体中，从而使 其具有与金属相近的导电性能。与普通导电聚合物不同的是，导电胶要求体系在储存条件下 具有流动性，通过加热或其他方式可以发生固化，从而形成具有一定强度的连接。1. 导电胶的产生背景随着科技的进步，电子元件不断向微型化的方向发展，器件集成度不断提高，要求连接 材料具有很高的线分辨率，传统的连接材料Pb /Sn焊料只能应用在0.65mm以下节距的连 接，无法满足工艺需要；连接工艺中温度高于230C产生的热应力也会损伤器件和基板，此 外，P
2、b /Sn焊料中的铅为有毒物质。人们迫切需要新型无铅连接材料。导电胶作为一种Pb/Sn焊料的替代品应运而生。与Pb /Sn焊料相比，它具有五大优点：(1) 线分辨率大大提高，能适应更高的I/O密度；(2) 涂膜工艺简单，连接步骤少；(3) 固化温度低，减少能耗，避免基材损伤，可应用在对温度敏感的材料或无法焊接的材 料上。(4) 热机械性能好，韧性比合金焊料好，接点抗疲劳性高；(5) 与大部分材料润湿良好。2. 导电胶的组成导电胶一般是由基体和导电填料两部分组成，2.1 导电胶的基体基体包括预聚体、固化剂(交联剂)、稀释剂及其他添加剂(增塑剂、偶联剂、消泡剂 等)。预聚体是导电胶的主要组分之一，
3、它含有活性基团，加入固化剂后可以进行固化。预聚 体固化后形成了导电胶的分子骨架，同时提供了粘接性能和力学性能的保障，并能使导电填 料粒子形成通道。常用的聚合物基体包括环氧树脂、酚醛类树脂、聚酸亚胺、聚氨酷等。与 其他树脂相比，环氧树脂具有稳定性好、耐腐蚀、收缩率低、粘接强度高、粘接面广以及加 工性好等优点，因此，环氧树脂是目前研究最多、使用最广的基体材料。但是环氧树脂具有 吸湿性，且耐热性较差，所以对环氧树脂进行改性，通过对环氧树脂主涟结构和取代基进行 调整，得到综合性能更高的改性树脂的研究正在开发中。固化剂是多官能团化合物，可以连接预聚体，形成网络结构，也是固化后体系的一部分。稀释剂是导电胶
4、的另一个重要组分。它可以调节体系的粘度，使导电粒子能较好的分散 在基体树脂中，同时在导电粒子和胶层及被粘接电子元器件间形成了良好的导电接触。稀释 剂分为活性稀释剂和非活性稀释剂两类，其中活性稀释剂含有活性端基，可以参加交联反应， 固化前不需去除，固化后成为体系的一部分;非活性稀释剂不参与交联，仅起调节作用，固 化前需要除去。预聚体、交联剂和稀释剂是固化过程中体积变化的主要影响因素。为了提高导电胶的性 能，有时还需加入偶联剂、增塑剂、消泡剂等各种添加剂。偶联剂可改善导电填料在树脂基体中的分散性，同时还能改善导电胶的表面性能，增加 界面的粘附性能。加入增塑剂可以提高胶层的柔韧性和粘接强度。消泡剂在
5、导电胶的制备过 程中，可降低表面张力，消除物料混合过程中产生的泡沫。2.2 导电填料导电填料主要是通常有碳、金属、金属氧化物三大类。碳类材料中的炭黑的导电性很好， 但存在加工困难的问题;石墨很难粉碎和分散，且导电性随产地等变化较大。碳类填料一般 选用炭黑和石墨的混合粉末。金属氧化物导电性普遍较差。常用的填料多为Au、Ag、Cu、 Ni等电阻率较低的金属粉末。Au粉具有优异的导电性和化学稳定性，是最理想的导电填料，但价格昂贵，一般只在 要求较高的情况下使用。Ag粉价格相对较低，导电性较好，且在空气中不易氧化，但在潮 湿的环境下会发生电迁移现象，使得导电胶的导电性能下降。Cu粉和Ni粉具有较好的导
6、电 性，成本低，但在空气中容易氧化，使得导电性变差。因此，导电填料一般选用Ag或cu。导电填料的粒度和形状对导电胶的导电性能有直接影响。粒度大的填料导电效果优于小 的，但同时会带来连接强度的降低。不定形（片状或纤维状）的填料导电性能和连接强度优 于球形的。但各向异性导电胶只能用粒度分布较窄的球形填料。不同粒度和形状的填料配合 使用可以得到较好的导电性能和连接强度。3. 导电胶的分类导电胶的分类方法很多。（1）按基体可分为热塑性导电胶和热固性导电胶。热塑性导电胶的基体树脂分子链很长， 且支链少，在高温下固化时流动性较好，可重复使用。而热固性导电胶的基体材料最初是单 体或预聚合物，在固化过程中发生
7、聚合反应，高分子链连接形成交联的三维网状结构，高温 下不易流动。（2）按导电机理分为本征导电胶和复合导电胶。本征导电胶是指分子结构本身具有导电功 能的共扼聚合物，这类材料电阻率较高，导电稳定性及重复性较差，成本也较高，故很少研 究。复合导电胶是指在有机聚合物基体中添加导电填料，从而使其具有与金属相近的导电性 能，目前的研究主要集中在这一块。（3）按导电方向分为各向同性（ICAs）和各向异性（ACAs）两大类。前者在各个方向有相 同的导电性能；后者在XY方向是绝缘的，而在Z方向上是导电的。通过选择不同形状和添 加量的填料，可以分别做成各向同性或各向异性导电胶。两种导电胶各有所长，目前的研究 主要
8、集中在后者。（4）按照固化体系的不同，导电胶可分为室温固化导电胶、中温固化导电胶、高温固化导 电胶和紫外光固化导电胶等。室温固化需要的时间太长，一般需要数小时到几天，且室温储 存时体积电阻率容易发生变化，因此工业上较少使用。中温固化导电胶力学性能优异，且固 化温度一般低于150，此温度范围能较好地匹配电子元器件的使用温度和耐温能力，因此 是目前应用较多的导电胶。高温固化导电胶高温固化时，金属粒子容易被氧化，固化速度快， 导电胶使用时要求固化时间须较短，因此也使用较少。紫外光固化导电胶主要是依靠紫外光 的照射引起树脂基体发生固化反应，固化速度较快，树脂基体在避光的条件下可以保存较长 时间，是一种
9、新型的固化方式。这种新型的固化方式将紫外光固化技术和一导电胶结合起来， 赋予了导电胶新的性能。目前这方面的研究也是人们关注的热点。（5）按导电粒子分类的导电胶又可以分为金导电胶、银导电胶、铜导电胶、碳类导电胶、 纳米碳管导电胶等。4. 导电胶的导电机理（略）导电胶的导电机理主要是导电回路如何形成及形成回路后如何导电两个方面，目前主要存在 的理论有渗流理论、隧道效应、场致发射和导电团簇机理。5. 导电胶的主要性能指标导电性、机械强度、化学稳定性、热稳定性、固化时间、耐用性。6. 影响导电胶性能的因素（1）导电粒子导电粒子是导电胶中导电性的来源，不同导电粒子的各参数不同，添加人导电胶后其导 电性和
10、胶体的其他性能也有所不同。自身导电性高、粒子间排列较集中、表面处理较好的导 电粒子其导电性也高，对胶体的聚合固化行为也更敏感。导电粒子粒径不但对导电胶的形貌 有影响，同样对粘接性能也有一定的影响，粒径较小的在基体树脂中分散较均匀、固化后较 致密，粘接力学性能也较好。主要影响因素为导电粒子的形貌和粒径尺寸及导电粒子的用量。（2）树脂体系和固化工艺树脂体系作为导电胶力学性能和粘接性能的主要来源，其选择很重要。根据不同力学性 能和用途的需要选择不同的树脂体系。常用的树脂体系为环氧树脂，其粘接性好，粘度低， 固化温度适中，适合导电胶的制备，一般用于常温固化或中温固化导电胶中。根据电子元器 件的要求，需
11、要高温固化时，可以使用聚酞亚胺树脂作为基体树脂或是在传统环氧树脂中加 人耐高温物质如双马来酞亚胺树脂提高耐热性。用于光敏固化的导电胶的树脂体系选择丙烯 酸环氧类光敏物质。固化工艺对导电胶的导电性有一定的影响。加热固化时，应尽量缩短凝胶点以前的时间， 因为凝胶时间长，会导致胶黏剂对导电粒子表面进行充分的包覆，降低导电性，所以加热固 化时一般都是直接置于固化温度下固化，以减少润湿包覆带来的不利影响。固化温度和时间 不但影响导电胶的导电性，对其力学性能也有很大影响。对于室温固化铜粉导电胶，延长固 化时间会使剪切强度下降了，中高温固化导电胶延长固化时间会提高力学性能。（3）稀释剂（溶剂）的影响稀释剂在
12、导电胶中起着重要的作用。它能降低体系粘度，使导电粒子能较好的分散在基 体树脂中，同时在导电粒子和胶层及被粘接电子元器件间形成良好的导电接触。用于导电胶 的稀释剂有活性稀释剂和非活性稀释剂两种。非活性稀释剂一般选用高极性的溶剂如醇类、 醚类、酯类等。高极性的溶剂因为可以在胶层表面充当抵抗腐蚀的介质所以会提高导电胶的 抗湿热性。非活性稀释的用量在0.1%20%，随着用量的增加可以提高导电性能，但同时也 会降低力学性能。活性稀释剂主要添加到树脂中，作为一种反应物，降低体系的黏度。这类 物质加人后在降低体系黏度的同时也会损失耐热性，所以用量要控制在合理的范围。在实际 使用中，可以混合使用活性稀释剂和非
13、活性稀释剂，以达到最好的稀释效果。（4）其他添加剂的影响其他添加剂主要是根据导电胶的需要，加人一些物质来提高导电胶的性能。一般导电胶 中都加人偶联剂来降低金属颗粒和胶层之间的界面表面能，如硅烷类偶联剂、钛酸盐偶联剂 等。7. 导电胶的应用及问题导电胶是一种同时具备导电性能和粘接性能的胶粘剂，它可以将多种导电材料连接在一 起，使被连接材料间形成电的通路。自1966年问世以来，导电胶已经在电子科技中起到越 来越重要的作用。目前，导电胶已广泛应用于印刷线路板组件、发光二极管、液晶显示屏、 智能卡、陶瓷电容、集成电路芯片等电子元器件的封装和粘接。但是，Pb/Sn焊料仍在电子表面封装技术中大量应用，导电
14、胶虽然拥有许多优点,但因其 自身存在的亟待解决的问题，仍然不能完全取代Pb /Sn焊料。导电胶主要存在以下问题：（1）电导率低，对于一般的元器件，大多导电胶均可接受但对于功率器件，则不一定。（2）粘接效果受元器件类型、PCB（印刷线路板）类型影响较大；（3）固化时间长。（4）粘结强度相对较低。在节距小的连接中，粘接强度直接影响元件的抗冲击性能。（5）成本较高。8. 导电胶的市场状况目前,国内生产导电胶的单位主要有金属研究所等，国外企业有TeamChem Company、日本的日立公司、Three-Bond 公司、美国Epoxy的公司、Ablistick公司、 Loctite公司、3M公司等。已
15、商品化的导电胶种主要有导电胶膏、导电胶浆、导电涂 料、导电胶带、导电胶水等，组分有单、双组分.导电胶一般用于微电子封装、印刷电 路板、导电线路粘接等各种电子领域中.现今国内的导电胶无论从品种和性能上与国 外都有较大差距。目前国内市场上一些高尖端领域使用的导电胶主要以进口为主：美国的 Ablistick 公司、3M公司几乎占领了全部的IC和LED领域，日本的住友和台湾翌华也有涉及这些 领域.日本的Three-Bond公司则控制了整个的石英晶体谐振器方面导电胶的应用.国内 的导电胶主要使用在一些中、低档的产品上，这方面的市场主要由金属研究所占有。TeamChem Company系列的导电胶主要适用
16、于LED、大功率LED、 LED数码管、 LCD、TR、IC、COB、PCBA、点阵块、显示屏、晶振、谐振器、太阳能电池、光伏电池、 蜂鸣器、陶瓷电容、半导体分立器件等各种电子元件和组件的封装以及粘结等.应用范围涉及电子元器件、电子组件、电路板组装、显示及照明工业、通讯、汽车电子、 智能卡、射频识别等领域。目前我国电子产业正大量引进和开发SMT生产线，导电胶在我国必然有广阔的应用前景.但我国在这方面的研究起步较晚，目前所需用的高性能导电胶主要依赖进 口。9. 导电胶的研究状况随着导电胶导电机理的日益完善，目前对于导电胶的研究主要集中在高性能导电胶制备 上，主要包括下面几个方向（1）纳米导电粒子的研究目前广泛应用于导电胶中的导电填料一般为C、Au、Ag、Cu和Ni等。Au的导电性能较 好，并且性能稳定，但其
