JP-6新型導(dǎo)電膠的性能研究

虞鑫海，傅菊蓀，劉萬(wàn)章

（1.東華大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系，上海201620；2.浙江金鵬化工股份有限公司，浙江臺(tái)州318050）

JP-6新型導(dǎo)電膠的性能研究

虞鑫海1，傅菊蓀1，劉萬(wàn)章2

（1.東華大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系，上海201620；2.浙江金鵬化工股份有限公司，浙江臺(tái)州318050）

對(duì)自制的JP-6新型導(dǎo)電膠性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，包括力學(xué)性能、電學(xué)性能以及耐熱性和吸水性等。結(jié)果表明：JP-6新型導(dǎo)電膠是一種綜合性能非常優(yōu)異的導(dǎo)電膠黏劑體系，具有很高的拉伸剪切強(qiáng)度，高達(dá)21.1MPa；優(yōu)良的導(dǎo)電性，其固化物的體積電阻率為2.32×10-4Ω·cm；良好的耐熱性，其固化物的Tonset熱分解溫度高達(dá)375.6℃；很低的吸水性，只有0.5%；長(zhǎng)的室溫貯存期，高達(dá)3個(gè)月以上。而且具有優(yōu)異的耐大氣老化性能、耐熱老化性能以及耐濕熱老化性能等。

導(dǎo)電膠；性能研究

前言

近年來(lái)，在微電子制造行業(yè)，隨著電子元器件向小型化、微型化的迅速發(fā)展，導(dǎo)電性連接已由原來(lái)的焊、鉚接等工藝方法逐漸為導(dǎo)電粘接所代替,導(dǎo)電粘接除能滿(mǎn)足導(dǎo)電和粘接這兩項(xiàng)最基礎(chǔ)的要求外,還具有成本低、環(huán)境友好等許多優(yōu)越之處,為此越來(lái)越多的研究者將興趣轉(zhuǎn)向了導(dǎo)電膠黏劑。導(dǎo)電膠黏劑的應(yīng)用日益廣泛,在電子工業(yè)中已成為一種必不可少的新材料[1-16]。

導(dǎo)電膠黏劑一般由預(yù)聚體、稀釋劑、固化劑、催化劑、金屬粉末以及其它添加劑組成。環(huán)氧樹(shù)脂黏附性好，內(nèi)聚強(qiáng)度高，摻混性好，常常用于導(dǎo)電膠黏劑的基體樹(shù)脂。

本文以環(huán)氧樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，采用合適的增韌劑、活性稀釋劑、潛伏性固化劑和導(dǎo)電粒子，制得了綜合性能良好的新型導(dǎo)電膠黏劑，并對(duì)其性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

ES216環(huán)氧樹(shù)脂，環(huán)氧值為0.22，黏稠狀液體，上海EMST電子材料有限公司；6101環(huán)氧樹(shù)脂，環(huán)氧值0.44，黏稠狀液體，無(wú)錫樹(shù)脂廠；TGDDM，環(huán)氧值0.78～0.80，黏稠狀棕色液體，上海EMST電子材料有限公司；CE127活性稀釋劑，無(wú)色液體，上海EMST電子材料有限公司；導(dǎo)電銀粉，純度99.99%，國(guó)外進(jìn)口；偶聯(lián)劑和有機(jī)溶劑，國(guó)產(chǎn)；潛伏性固化劑和增韌劑，實(shí)驗(yàn)室自制，其中：潛伏性固化劑為改性雙氰胺體系，增韌劑為含酚羥基聚醚酰亞胺樹(shù)脂體系。

1.2 環(huán)氧膠黏劑的制備

將一定配比（質(zhì)量比：6∶1∶5∶2）的ES216、6101、TGDDM、CE127加入反應(yīng)瓶中，室溫下攪拌，混合均勻后，加入增韌劑，攪拌，于80℃溫度下反應(yīng)1h后，冷卻至室溫，加入潛伏性固化劑，室溫下攪拌均勻，即得到了單組分環(huán)氧膠黏劑。其中，增韌劑占整個(gè)體系質(zhì)量的9%；潛伏性固化劑占整個(gè)體系質(zhì)量的5%。

1.3 導(dǎo)電銀粉的表面處理

將一定配比的偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑、導(dǎo)電銀粉放入燒杯中，攪拌、振蕩1～2h后，除去溶劑，100℃烘干，得到經(jīng)表面處理的導(dǎo)電銀粉。

1.4 導(dǎo)電膠黏劑的配制

將1.2制得的單組分環(huán)氧膠黏劑與1.3得到的經(jīng)表面處理的導(dǎo)電銀粉，按一定配比混合，攪拌均勻后，脫泡，靜置，即得到導(dǎo)電膠黏劑JP-6。其中，導(dǎo)電銀粉占整個(gè)體系質(zhì)量的72%。

1.5 JP-6導(dǎo)電膠黏劑的拉伸剪切強(qiáng)度

導(dǎo)電膠黏劑的拉伸剪切強(qiáng)度是導(dǎo)電膠黏劑的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，對(duì)導(dǎo)電膠黏劑是否能在工業(yè)中運(yùn)用起到?jīng)Q定性的作用。剪切強(qiáng)度表示粘接型膠黏劑在受切線(xiàn)方向的應(yīng)力時(shí)單位面積上的最大斷裂負(fù)荷。根據(jù)受力方向可分為拉伸剪切、壓縮剪切、扭轉(zhuǎn)剪切、彎曲剪切強(qiáng)度等幾種，其中尤其拉伸剪切強(qiáng)度最為重要。

在本文中，導(dǎo)電膠黏劑的拉伸剪切強(qiáng)度采用國(guó)標(biāo)GB7124-86進(jìn)行測(cè)試。拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)定試片的尺寸為100mm×25mm×2mm，采用單面搭接，搭接面長(zhǎng)約12.5mm。測(cè)定時(shí)試片經(jīng)過(guò)表面處理后將膠黏劑均勻涂在試片上，然后將兩片試片疊合，在一定條件下進(jìn)行固化，兩片試片疊合后寬度方向的錯(cuò)位不超過(guò)0.5mm。搭接固化好的試片在H10K-S雙臂萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上以10mm/min的恒定拉伸速度施加負(fù)荷，直到試片膠層破壞為止。記下試驗(yàn)機(jī)刻度盤(pán)上的破壞負(fù)荷，并按式（1）計(jì)算剪切強(qiáng)度。

圖1 JP-6導(dǎo)電膠黏劑拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試樣示意圖Fig.1 Schematic diagram of tensile sheer strength test of JP-6 electrically conductive adhesive

式中，P為破壞負(fù)荷，N；S為搭接面積，cm；a為搭接面長(zhǎng)，cm；b為搭接面寬，cm；測(cè)試片不少于5對(duì)，搭接面積應(yīng)根據(jù)每對(duì)試片破壞后，實(shí)際測(cè)量的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，精確到0.01cm2。圖1為拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試示意圖。

1.6 JP-6導(dǎo)電膠黏劑體積電阻率的測(cè)定

導(dǎo)電膠黏劑的體積電阻率是評(píng)價(jià)導(dǎo)電膠性能的重要指標(biāo)之一，測(cè)導(dǎo)電膠黏劑的體積電阻率，按照所測(cè)試的導(dǎo)電膠黏劑涂膠工藝，按一定的固化工藝進(jìn)行固化，制得規(guī)定尺寸的測(cè)試樣，用HF2512型智能直流低電阻測(cè)試儀測(cè)量試樣的電阻值，每一試樣測(cè)定2次，取其算術(shù)平均值即為試樣的電阻。導(dǎo)電膠體積電阻率按下式（2）計(jì)算：

式中，ρ為導(dǎo)電膠體積電阻率，單位：Ω·cm；R為試樣的電阻，Ω；δ為膠層的厚度（一般取三個(gè)點(diǎn)的平均值），單位：cm；d為膠層的寬度，單位：cm；L為膠層的長(zhǎng)度，單位：cm。

1.7 JP-6導(dǎo)電膠黏劑吸水性的測(cè)定

將JP-6導(dǎo)電膠黏劑倒入固化盒中，固化，得到尺寸為40mm×40mm×2mmJP-6導(dǎo)電膠固化片，稱(chēng)得其質(zhì)量為W1（單位：g），隨后將固化片浸泡于25℃的純水中，7×24h后，取出，用干凈的濾紙將表面擦干，稱(chēng)得其質(zhì)量為W2（單位：g）。則25℃下JP-6導(dǎo)電膠黏劑的吸水性A可根據(jù)式（3）計(jì)算得到：

1.8 JP-6導(dǎo)電膠黏劑的老化試驗(yàn)

1.8.1 大氣老化實(shí)驗(yàn)

固化后的導(dǎo)電膠在室溫下放置3個(gè)月后，測(cè)其老化前后的體積電阻率及拉伸剪切強(qiáng)度變化。

1.8.2 熱老化試驗(yàn)

將固化后的導(dǎo)電膠在老化試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，設(shè)定溫度為180℃，放置一段時(shí)間后，測(cè)體積電阻率的變化及拉伸剪切強(qiáng)度的變化。

1.8.3 濕熱老化試驗(yàn)

固化后的導(dǎo)電膠在設(shè)定的溫度、濕度（85℃，RH：85%）下放置一段時(shí)間后，測(cè)體積電阻率的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 JP-6導(dǎo)電膠黏劑的拉伸剪切強(qiáng)度

試片材質(zhì)為不銹鋼，測(cè)試溫度為25℃，導(dǎo)電膠黏劑的拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 JP-6導(dǎo)電膠黏劑拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果（25℃）Table 1 Testing results of tensile sheer strength of electrically conductive adhesive（JP-6）at 25℃

由表1可見(jiàn)，上述6個(gè)試樣的拉伸剪切強(qiáng)度值處于19.8～22.0MPa之間，其平均值為21.1MPa。說(shuō)明，該JP-6導(dǎo)電膠黏劑具有良好的粘接性能。

2.2 JP-6導(dǎo)電膠黏劑的體積電阻率

測(cè)試溫度為25℃，導(dǎo)電膠黏劑體積電阻率的測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 JP-6導(dǎo)電膠黏劑體積電阻率的測(cè)試結(jié)果（25℃）Table 2 Testing results of volume resistivity of electrically conductive adhesive（JP-6）at 25℃

由表2可見(jiàn)，上述6個(gè)試樣的體積電阻率值處于1.87×10-4～3.15×10-4Ω·cm之間，其平均值為2.32×10-4Ω·cm。說(shuō)明，該JP-6導(dǎo)電膠黏劑具有良好的導(dǎo)電性能。

2.3 JP-6導(dǎo)電膠黏劑的耐熱性

熱失重TG測(cè)試掃描曲線(xiàn)如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，該JP-6導(dǎo)電膠在氮?dú)庵?其失重5%、10%、15%、20%的溫度分別為353.7℃、394.3℃、418.8℃、456.3℃,Tonset熱分解溫度高達(dá)375.6℃，并且在600℃之后,仍然殘留77%。

圖2 氮?dú)鈿夥障聦?dǎo)電膠黏劑的TG掃描曲線(xiàn)Fig.2 TG curves of electrically conductive adhesive（JP-6）at nitrogen atmosphere

2.4 JP-6導(dǎo)電膠黏劑吸水性

測(cè)試溫度為25℃，JP-6導(dǎo)電膠黏劑吸水性的測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 JP-6導(dǎo)電膠黏劑吸水性（25℃）Table 3 Water absorption of electrically conductive adhesive（JP-6）at 25℃

由表3可見(jiàn)，上述6個(gè)試樣25℃下的吸水性值處于0.42%～0.58%之間，其平均值為0.5%。說(shuō)明，該JP-6導(dǎo)電膠黏劑具有良好的疏水性能，具有較低的吸水性。

2.5 JP-6導(dǎo)電膠黏劑的老化性能

2.5.1 大氣老化性能

固化后的導(dǎo)電膠在室溫下放置3個(gè)月后，測(cè)其老化前后的體積電阻率及拉伸剪切強(qiáng)度變化，具體的數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 大氣老化試驗(yàn)對(duì)導(dǎo)電膠性能的影響Table 4 Effect of air aging on properties of electrically

由表4可知，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的大氣老化實(shí)驗(yàn)，JP-6導(dǎo)電膠的體積電阻率及其拉伸剪切強(qiáng)度幾乎沒(méi)有任何改變，這說(shuō)明該JP-6導(dǎo)電膠固化后有良好的耐大氣老化性能。

2.5.2 熱老化性能

將固化后的JP-6導(dǎo)電膠在老化試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行加速熱老化試驗(yàn)，設(shè)定溫度為180℃，放置一段時(shí)間后，測(cè)體積電阻率的變化及拉伸剪切強(qiáng)度的變化，具體的數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 熱老化試驗(yàn)對(duì)導(dǎo)電膠性能的影響Table 5 Effect of thermal aging on properties of electrically conductive adhesive（JP-6）

由表5可知，該JP-6導(dǎo)電膠在180℃高溫長(zhǎng)時(shí)間工作下體積電阻率沒(méi)有增加反而降低，即在高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作其導(dǎo)電性能沒(méi)有降低反而增加，說(shuō)明該JP-6導(dǎo)電膠在長(zhǎng)時(shí)間高溫工作后同樣具有良好的導(dǎo)電性能，在180℃下老化100h后其拉伸剪切強(qiáng)度僅僅下降了4.3%，說(shuō)明該JP-6導(dǎo)電膠在長(zhǎng)時(shí)間高溫工作后同樣具有良好的力學(xué)性能，因此該JP-6導(dǎo)電膠，具有良好的耐熱老化性能，在長(zhǎng)時(shí)間高溫工作后性能穩(wěn)定。

2.5.3 濕熱老化試驗(yàn)

固化后的JP-6導(dǎo)電膠在設(shè)定的溫度、濕度（85℃，RH：85%）下放置一段時(shí)間后，測(cè)體積電阻率的變化，具體的數(shù)據(jù)見(jiàn)表6，體積電阻率隨老化時(shí)間的改變見(jiàn)圖3。

表6 濕熱老化試驗(yàn)對(duì)導(dǎo)電膠性能的影響Table 6 Effect of moisture heat aging on properties of electrically conductive adhesive

圖3 體積電阻率隨老化時(shí)間的改變Fig.3 The relationship curve of volume resistivity and moisture heat aging time of electrically conductive adhesive（JP-6）

由表6以及圖3可知，該JP-6導(dǎo)電膠固化后在相對(duì)濕度85%，85℃下老化264h，JP-6導(dǎo)電膠的體積電阻率不僅沒(méi)有增加反而降低，即JP-6導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能不僅沒(méi)有降低反而有所提高；該JP-6導(dǎo)電膠固化后在相對(duì)濕度85%，85℃下老化240h其拉伸剪切強(qiáng)度下降了15.6%，同樣具有良好的力學(xué)性能，這表明該JP-6導(dǎo)電膠在85℃、潮濕的環(huán)境下是可以長(zhǎng)期使用的。

3 結(jié)論

JP-6新型導(dǎo)電膠是一種綜合性能非常優(yōu)異的導(dǎo)電膠黏劑體系，具有很高的拉伸剪切強(qiáng)度，高達(dá)21.1MPa；優(yōu)良的導(dǎo)電性，其固化物的體積電阻率為2.32×10-4Ω·cm；良好的耐熱性，其固化物的Tonset熱分解溫度高達(dá)375.6℃；很低的吸水性，只有0.5%；長(zhǎng)的室溫貯存期，高達(dá)3個(gè)月以上；而且，具有優(yōu)異的耐大氣老化性能、耐熱老化性能以及耐濕熱老化性能等。

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Study on Property of JP-6 Novel Electrically Conductive Adhesive

YU Xin-hai1,FU Ju-sun1and LIU Wan-zhang2
(1.Department of Applied Chemistry，Donghua University，Shanghai 201620，China; 2.Zhejiang Golden Roc Chemical Co.Ltd.，Taizhou 318050，China)

The properties of JP-6 novel electrically conductive adhesive were studied including mechanical，electrical performance，heat resistance and water absorption，etc.The results showed that JP-6 was one of novel electrically conductive adhesives with excellent comprehensive properties，such as high tensile sheer strength（21.1MPa），low volume resistivity（2.32×10-4Ω·cm），high temperature resistance（Tonset=375.6℃），low water absorption（0.5%），long pot life at room temperature（more than 3 months），and good resistance to air aging，thermal aging and moisture thermal aging.

Electrically conductive adhesive；study on property

book=189,ebook=189

TQ 437.6

A

1001-0017（2010）06-0026-04

2010-07-01

虞鑫海(1969-)，男，浙江義烏人，博士，主要從事電子化學(xué)品、耐高溫高分子材料及其單體的合成、合成纖維成形機(jī)理、電纜屏蔽帶、膠黏劑、無(wú)鹵阻燃材料、聚酰亞胺新材料等方面的研究開(kāi)發(fā)工作，在國(guó)內(nèi)外發(fā)表科技論文80余篇，授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利18項(xiàng)。