銅粉導(dǎo)電膠的研究

湯宇　曹建強(qiáng)

摘要：用銅粉、環(huán)氧樹脂、改性胺類固化劑、硅烷偶聯(lián)劑、奇士增韌劑、稀釋劑等制備銅粉導(dǎo)電膠。比較了銅粉的粒徑及添加量、銅粉表面處理、導(dǎo)電膠基料、固化時(shí)間等對(duì)導(dǎo)電性能的影響，并對(duì)導(dǎo)電膠性能進(jìn)行測(cè)試，最終選定最合適的導(dǎo)電膠配方。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)電膠；銅粉；改性環(huán)氧；改性固化劑

隨著我國電子信息產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴(kuò)大，以及電子產(chǎn)品的逐漸小型化與便攜化，使得導(dǎo)電膠的應(yīng)用日益廣泛。傳統(tǒng)的Sn/Pb焊料因線分辨率低，污染嚴(yán)重，溫度過高漸漸被替代。導(dǎo)電膠是一種固化或干燥后具有一定導(dǎo)電性能的膠粘接。導(dǎo)電膠具有環(huán)保性，低溫固化，良好的柔性和抗疲勞性，工藝簡(jiǎn)單，粘接范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[1]。

目前市場(chǎng)上大部分都是銀粉填充型導(dǎo)電膠，銀粉的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性都很好，但是銀粉會(huì)出現(xiàn)電子遷移現(xiàn)象，而且價(jià)格昂貴，所以限制了其應(yīng)用。銅粉導(dǎo)電率與其相近，價(jià)格僅為銀粉的1/20，因此銅粉導(dǎo)電膠的應(yīng)用前景十分廣泛[2]。

本試驗(yàn)選用銅粉做為導(dǎo)電填料，采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)銅粉進(jìn)行處理，并通過對(duì)比試驗(yàn)，選用合適的基料，研究能在特定適用范圍內(nèi)得到應(yīng)用的銅粉添加型導(dǎo)電膠，滿足電子連接材料日益發(fā)展的需求[3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

改性環(huán)氧樹脂5008-A，蘇州市膠粘劑廠有限公司；改性環(huán)氧樹脂EP-1、EP-2，自制；改性固化劑5008-B，蘇州市膠粘劑廠有限公司；三乙烯四胺，市售；固化劑G-1，自制；硅烷偶聯(lián)劑KH-560，市售；銅粉，蘇州鉆石金屬粉有限公司；奇士增韌劑（QS-BE），北京金島奇士材料科技有有限公司；稀釋劑，市售。

FA2104A分析天平，上海精天電子儀器有限公司；AM110W-H實(shí)驗(yàn)室電子恒速攪拌機(jī)，上海昂尼儀器儀表有限公司；DZF-6020真空干燥箱，上?，樮帉?shí)驗(yàn)設(shè)備中心；2XZ-1直聯(lián)旋片式真空泵，上海南光真空泵廠；TH2512B直流低電阻測(cè)試儀，常州同惠電子股份有限公司；CMT4204微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 銅粉的預(yù)處理與保護(hù)

預(yù)處理和包覆反應(yīng)過程：在銅粉中加入無水乙醇，攪拌數(shù)分鐘，抽濾；加入烯鹽酸，攪拌30 min，使其充分反應(yīng)，抽濾；用無水乙醇溶液沖洗數(shù)次后抽濾；入真空干燥箱中，在50 ℃下干燥2 h；將已經(jīng)預(yù)處理好的銅粉加入到事先調(diào)配好的硅烷水溶液中，攪拌30 min，使其充分反應(yīng)，抽濾；用無水乙醇溶液沖洗數(shù)次后抽濾；入真空干燥箱中，在50 ℃下干燥2 h后，取出封裝備用[3]。

1.3.2 剪切性能測(cè)試

按GB/T 7124—2008進(jìn)行測(cè)試。對(duì)2片鋁片進(jìn)行表面處理，然后涂膠，2片被涂部分重疊搭接。在150 ℃加熱固化3 h后，到拉力機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。每組實(shí)驗(yàn)制作5個(gè)試樣，保留小數(shù)點(diǎn)后4位。

1.3.3 試樣的制備與電阻率的測(cè)定

將A、B組分的導(dǎo)電膠充分混合后，選擇2片尺寸為76.2 mm×24.5 mm×1 mm的玻璃片，將導(dǎo)電膠涂在已處理過的玻璃片上，然后在玻璃片2端放上尺寸為24.5 mm×2 mm×0.1 mm的鋁片。將2塊玻璃片疊合，150 ℃固化2 h，待試樣完全冷卻后，用直流低電阻測(cè)試儀測(cè)試樣的電阻。每組做4個(gè)試樣，取平均值。保留小數(shù)點(diǎn)后4位。

根據(jù)公式（1）計(jì)算電阻率：

式中：ρ為電阻率，Ω·cm；R為被測(cè)試樣膠的電阻值，Ω；δ為鋁片的厚度，cm；d為玻璃片的寬度， cm ；L為玻璃片的長(zhǎng)度，cm 。

2 結(jié)果與討論

2.1 銅粉對(duì)導(dǎo)電膠性能影響

2.1.1 表面處理對(duì)體積電阻率的影響

市售的銅粉大多有有機(jī)物包覆，防止銅粉在運(yùn)輸過程中被氧化，此外銅粉表面還可能存在少量油污或者氧化銅，所以需要進(jìn)行預(yù)處理。

為避免剛處理好的銅粉氧化，需要在銅粉預(yù)處理后進(jìn)行銅粉的包覆。

將3組銅粉分別進(jìn)行不處理、去有機(jī)層并保護(hù)、去氧化銅并保護(hù)3種工藝表面處理，并做成試樣，測(cè)得電阻率見表1。

由表1可知，未經(jīng)處理的銅粉電阻率較大，不能用于制作導(dǎo)電膠。去有機(jī)層并保護(hù)的銅粉，由于銅粉存在部分氧化，其電阻率較大，不選用。經(jīng)過去氧化銅并保護(hù)的銅粉電阻率最低，因此，以下試驗(yàn)均采用去氧化銅并保護(hù)的銅粉。

2.1.2 銅粉目數(shù)對(duì)導(dǎo)電膠性能的影響（見表2）

對(duì)于導(dǎo)電銅粉，目數(shù)越大，銅粉越容易氧化，其電阻率就越大。

對(duì)于導(dǎo)電銅粉，目數(shù)越大，銅粉越容易氧化，其電阻率就越大。

由表2可知，800目的銅粉電阻率最小，故選用800目銅粉。

2.1.3 銅粉用量對(duì)電阻率的影響（見表3）

由表3可知，銅粉用量小于66%時(shí)沒有電阻率，在66%時(shí)，電阻率急劇上升，到了66.7%時(shí)電阻率又趨于平穩(wěn)。隨著銅粉用量的增加，環(huán)氧樹脂用量減少，剪切強(qiáng)度逐漸降低，所以銅粉用量為66.7%較適宜。

2.2 基料對(duì)導(dǎo)電膠性能的影響

2.2.1 不同樹脂對(duì)導(dǎo)電膠性能的影響

環(huán)氧樹脂是使用最廣的導(dǎo)電膠基料，所以選用3種環(huán)氧樹脂基料進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

由表4可知，3種環(huán)氧樹脂中只有自制環(huán)氧樹脂EP-1可以測(cè)出電阻。自制環(huán)氧EP-2和5008-A由于黏度太大，使得導(dǎo)電膠無法成為膏狀，不利于操作，加入過量稀釋劑也不導(dǎo)電，所以選用自制環(huán)氧樹脂EP-1作為導(dǎo)電膠基料。

2.2.2 不同固化劑對(duì)電阻率的影響（見表5）

試驗(yàn)中，三乙烯四胺黏度很低，無法使銅粉聚集到一起成為膏狀。自制固化劑G-1出現(xiàn)的狀況和EP-2一樣，黏度過大。5008-B黏度適中，電阻率符合標(biāo)準(zhǔn)，故選為本試驗(yàn)固化劑。

2.3 固化時(shí)間對(duì)導(dǎo)電膠性能的影響（見表6）

綜合以上試驗(yàn)，選用自制環(huán)氧EP-1和5008-B等制作導(dǎo)電膠樣品，固化溫度為150 ℃。

由表6可知，在2 h時(shí)，導(dǎo)電膠的電阻率最小，說明2 h已經(jīng)完全固化。繼續(xù)加熱，導(dǎo)電膠已經(jīng)開始老化。所以，最佳的固化時(shí)間為2 h。

3 結(jié)語

（1）經(jīng)過表面處理并用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行保護(hù)的銅粉導(dǎo)電率最好；

（2）選用800目銅粉，改性環(huán)氧樹脂EP-1，固化劑5008-B制作銅粉導(dǎo)電膠性能較好；

（3）最佳的固化條件為150 ℃/2 h；

（4）試驗(yàn)結(jié)果表明，銅粉導(dǎo)電膠的電阻率在10-2～10-3 Ω·cm；剪切強(qiáng)度在5～8 MPa，能達(dá)到特定范圍的使用要求。

參考文獻(xiàn)

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