環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠的研究現(xiàn)狀

李 恩， 虞鑫海, 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）

環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠的研究現(xiàn)狀

李 恩1， 虞鑫海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）

環(huán)氧導(dǎo)電膠是代替Sn/Pb焊料的一種膠黏劑，與傳統(tǒng)的Sn/Pb焊料相比，環(huán)氧導(dǎo)電膠具有粘接溫度低、可控性好、分辨率高、工藝簡(jiǎn)便以及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，科研工作者積極地研發(fā)高性能、多功能以及低成本的新型導(dǎo)電膠，以滿足不斷發(fā)展的市場(chǎng)需求。環(huán)氧導(dǎo)電膠作為一種新型的復(fù)合工業(yè)材料，具有巨大的發(fā)展?jié)摿σ约皬V闊的應(yīng)用前景。闡述了影響環(huán)氧導(dǎo)電膠黏劑性能的因素以及高性能環(huán)氧導(dǎo)電膠的研究狀況，并對(duì)環(huán)氧導(dǎo)電膠黏劑的未來(lái)發(fā)展作了展望。

環(huán)氧導(dǎo)電膠黏劑；影響；性能；研究

前 言

導(dǎo)電膠是一種具有一定的粘結(jié)性和導(dǎo)電性的膠黏劑，是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體封裝，電子元器件引線連接，修復(fù)印制板線路，粘接導(dǎo)電復(fù)合材料等的理想選擇。隨著電子與微電子領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，人們對(duì)于電子元件的要求日漸微型化，對(duì)于印刷電路板，則更追求高密度化和高集成化，以至于作為具有高線分辨率的導(dǎo)電膠的發(fā)展研究顯得尤為重要[1～5]。

環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠通常是由環(huán)氧基體、稀釋劑、固化劑、導(dǎo)電填料、其他添加劑構(gòu)成，并通過(guò)導(dǎo)電填料實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電性[6]。它不僅在粘接橫面上有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，而且在粘接縱面上也具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。其中環(huán)氧樹脂含有活性基團(tuán)，粘接性好，內(nèi)聚強(qiáng)度高，摻混性優(yōu)異，是產(chǎn)生粘接強(qiáng)度的主要成分，導(dǎo)電膠的機(jī)械性能以及粘接性能主要由基體樹脂所決定[7]。

1 環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠的性能影響因素研究

1.1 導(dǎo)電填料對(duì)環(huán)氧導(dǎo)電膠性能影響

導(dǎo)電填料加入至環(huán)氧膠黏劑中后，導(dǎo)電填料粒子表面由自由表面轉(zhuǎn)變?yōu)闈駶?rùn)界面，在基體與填料粒子之間形成一個(gè)界面層，體系產(chǎn)生界面能過(guò)剩。一般來(lái)說(shuō)，隨著導(dǎo)電填料粒子填充量的增加，這個(gè)界面過(guò)剩也就越大，當(dāng)增大到一定程度時(shí)，填料粒子形成導(dǎo)電互通網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)為電阻率突然下降。目前，比較廣泛使用的導(dǎo)電填料為納米級(jí)銀粉，虞鑫海，陳洪江[8]等人研制的新型導(dǎo)電膠黏劑體積電阻率達(dá)3.9×10-4Ω·cm，具有良好的導(dǎo)電性能，且其剪切強(qiáng)度平均可達(dá)14.1MPa，具有優(yōu)良的粘結(jié)性能。微米級(jí)的銀粉應(yīng)用較少，王萍，金石磊[9]等人制備的單組份環(huán)氧樹脂-銀導(dǎo)電膠，選用微米級(jí)銀粉作為環(huán)氧導(dǎo)電膠的導(dǎo)電填充劑，并探討與探究了顆粒大小不同銀粉以及填充量對(duì)環(huán)氧樹脂膠黏劑性能的影響[10～12]。

周忠福，劉敬福，李智超[13]等人將碳粉填料單獨(dú)加入環(huán)氧膠中，當(dāng)加到70份時(shí)，電阻率最低，為0.01×103Ω·cm。而以石墨作為導(dǎo)電填料單獨(dú)加入膠黏劑中去，在60份時(shí)，表現(xiàn)為導(dǎo)電性最好，電阻率為0.05×103Ω·cm。但是碳粉在長(zhǎng)時(shí)間高溫下，容易形成碳化物，從而使電阻變大，導(dǎo)電性能降低，并且碳系環(huán)氧導(dǎo)電膠極易受環(huán)境影響。為此，研究者研制了納米碳管，將納米碳管作為導(dǎo)電填料，不僅可以增強(qiáng)環(huán)氧導(dǎo)電膠體系的力學(xué)性能，還能提高其耐摩擦性、耐酸堿性和耐腐蝕性等[14～15]。

雷芝紅[16]等采用無(wú)鈀活化工藝在環(huán)氧樹脂粉末上形成活性點(diǎn)，利用化學(xué)鍍法成功制備出新型外鍍銀銅/EP復(fù)合導(dǎo)電粒子，其電阻率為4.5×10-3Ω·cm，可以作為各向異性導(dǎo)電膠的導(dǎo)電填料（代替純金屬導(dǎo)電填料）。

1.2 促進(jìn)劑對(duì)環(huán)氧導(dǎo)電膠性能影響

在環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠體系中加入適量的促進(jìn)劑能夠去除粒子表面的有機(jī)物，宏觀上表現(xiàn)為環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠體積電阻率的下降。左新浪，夏志東，雷永平[17]等以環(huán)氧樹脂作為基體，DBGE為促進(jìn)劑，制備了一種各向同性環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠，并深入研究了促進(jìn)劑對(duì)導(dǎo)電膠導(dǎo)電性能的影響。圖1為經(jīng)促進(jìn)劑處理前后粒子表面的掃描電鏡圖及采用能譜分析對(duì)粒子表面成分的分析圖。

從圖1中可以看出處理前，導(dǎo)電粒子表面存在著微量的碳氧化合物，經(jīng)促進(jìn)劑處理后的導(dǎo)電粒子表面其碳氧化合物含量明顯少于前者，且沒(méi)有新的物質(zhì)產(chǎn)生。而且實(shí)驗(yàn)證明促進(jìn)劑的加入使體系的體積電阻率由2.9×10-3Ω·cm降低至 1.9×10-3Ω·cm。

圖1 經(jīng)促進(jìn)劑處理前后粒子表面及其成分比較圖Fig.1 The particle surface and its composition comparison chart before and after processing with accelerator

1.3 環(huán)境對(duì)環(huán)氧導(dǎo)電膠性能影響

溫度，潮濕度等對(duì)環(huán)氧導(dǎo)電膠的各項(xiàng)性能均有一定程度的影響。如體積電阻率，耐老化性，粘結(jié)強(qiáng)度，剪切拉伸強(qiáng)度等。在濕熱的環(huán)境下，水分子極易進(jìn)入環(huán)氧導(dǎo)電膠體系與粘接界面內(nèi)[18～19]。水分子與聚合物分子一旦發(fā)生結(jié)合，則會(huì)造成永久影響，引起塑性化和膨脹，降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而降低環(huán)氧導(dǎo)電膠的粘結(jié)強(qiáng)度和彈性模量。Liu[20]等人提出了由于溫度沖擊，從而導(dǎo)致各向異性導(dǎo)電膠膜失效機(jī)理，他們認(rèn)為熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也會(huì)使導(dǎo)電粒子發(fā)生變形位移，這是增加接觸電阻的另一個(gè)原因。

1.4 固化工藝對(duì)環(huán)氧導(dǎo)電膠性能影響

環(huán)氧導(dǎo)電膠根據(jù)固化條件的不同，可以分為室溫型，中溫型，高溫型。研究表明固化工藝對(duì)環(huán)氧導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能都有很大的影響。一般來(lái)說(shuō)，固化環(huán)氧導(dǎo)電膠時(shí)，多采用階梯升溫方式，雖然固化時(shí)間較長(zhǎng)，但是，其固化效果優(yōu)異，其體積電阻率，拉伸剪切強(qiáng)度，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度均達(dá)一個(gè)良好的水平。導(dǎo)電膠在固化的過(guò)程中體積電阻率變化很大，因而如何選擇最佳的固化工藝則顯得尤為重要[21～22]。

2 高性能環(huán)氧導(dǎo)電膠黏劑的研究

2.1 聚酰亞胺型環(huán)氧導(dǎo)電膠黏劑的研究

聚酰亞胺(PI)材料是帶一種芳香結(jié)構(gòu)的四酸二酐和有機(jī)芳香二胺通過(guò)縮合反應(yīng)生成的聚合物。由于其性能優(yōu)異，近幾年來(lái)廣泛應(yīng)用于膠黏劑中[23]。毛蔣麗，虞鑫海[24]等人制備了一種耐高溫導(dǎo)電膠黏劑，他們采用2,2-雙[4-(2,4-二氨基苯氧基)苯基]丙烷（BDAPPP）作為四胺單體，與雙酚A二酐（BPADA）脫水縮合形成聚酰亞胺粉末，用PI粉末對(duì)環(huán)氧膠黏劑進(jìn)行改性，并選擇粒徑為5μm的片狀銀粉作為導(dǎo)電粒子對(duì)環(huán)氧導(dǎo)電膠進(jìn)行性能研究。該導(dǎo)電膠體系具有優(yōu)異的耐大氣老化性能。

聚酰亞胺型環(huán)氧導(dǎo)電膠黏劑因?yàn)槠涮赜械呐浞?，具有許多優(yōu)良的性能。但是聚酰亞胺與膠黏劑的相容性較差，如何提高兩者之間相容性是目前科研工作者正在努力克服的難點(diǎn)之一。

2.2 新型導(dǎo)電膠黏劑

虞鑫海，傅菊蓀[25]等人以 ES216，6101，TGDDM，CE127一定比例的混合為環(huán)氧基體，研制的JP-6新型導(dǎo)電膠，其綜合性能非常優(yōu)異，拉伸剪切強(qiáng)度可達(dá)21.1MPa，體積電阻率可達(dá)2.32×10-4Ω·cm，固化物的熱分解溫度可達(dá)375.6℃，吸水率為0.5%，具有穩(wěn)定的室溫存儲(chǔ)性。此外，它還具有優(yōu)異的耐老化性等。

張志浩，施利毅[26]等人采用雙酚A型環(huán)氧樹脂作為基體，用一定量的PV和無(wú)水乙醇處理后的納米銀粉導(dǎo)電顆粒，三乙醇胺作固化劑，放入游星式攪拌脫泡裝置攪拌30min，得到環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠。剪切強(qiáng)度達(dá)18.9MPa，體積電阻率為1.997×10-4Ω·cm。研究證明，該導(dǎo)電膠體系具有較好的抗老化性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

環(huán)氧導(dǎo)電膠的應(yīng)用范圍已經(jīng)從電子行業(yè)擴(kuò)展到軍工，航空航天，汽車等行業(yè)。隨著近幾年來(lái)高新技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)環(huán)氧導(dǎo)電膠的要求不斷提高，研制性能優(yōu)異的環(huán)氧導(dǎo)電膠顯得更為迫切。特別是國(guó)內(nèi)的環(huán)氧導(dǎo)電膠，其綜合性能不及國(guó)外的，但是它潛力巨大，科研工作者正在克服這個(gè)個(gè)難點(diǎn)，我們完全有理由相信環(huán)氧導(dǎo)電膠的前景一片光明。

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The Research Situation of Epoxy Conductive Adhesive

LI En1,YU Xin-hai1and LIU Wan-zhang2
（1.Department of Applied Chemistry,Donghua University,Shanghai 201620,China;2.Zhejiang Golden Roc Chemical Co.,Ltd.,Taizhou 318050,China)

The epoxy conductive adhesive is a substitute of Sn/Pb solder,compared to the traditional Sn/Pb solder,epoxy conductive adhesive has many advantages including low bonding temperature,good controllability,high resolution,simple technology and environmental friendly,etc.In recent years,the researchers have developed high-performance,multi-functional and low-cost novel conductive adhesive in order to meet the growing market demands.As a new industrial material,the epoxy conductive adhesive has great development potential and broad application prospects.The influencing factors on epoxy conductive adhesive and study situation of high-performance epoxy conductive adhesive are presented,and its future development is prospect.

Epoxy conductive adhesive;effect;performance;study

TQ437.6

A

1001-0017（2012）05-0060-03

2012-03-03

李恩（1985-），女，浙江諸暨人，碩士研究生，主要從事電子化學(xué)品的研究開發(fā)工作。