壓敏膠在電子產(chǎn)品中的應用研究進展

申豪杰，高 壯，陳文求，李楨林，尤慶亮，范和平,

（1.光電化學材料與器件教育部重點實驗室，化學與環(huán)境工程學院，江漢大學，湖北 武漢 430056；2.華爍科技股份有限公司，湖北 武漢 430074）

壓敏膠（PSA）是無需借助于溶劑或熱，只需施加輕度壓力，即能與被粘物牢固粘接的一類膠粘劑[1]。相比于傳統(tǒng)的膠粘劑制品，PSA的使用極大地簡化了作業(yè)方式，故而得到迅猛的發(fā)展和廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計，高性能PSA的最大應用領域是電子產(chǎn)品制造行業(yè)，而且已經(jīng)發(fā)展為當下電子產(chǎn)品行業(yè)必不可少的輔材之一。

電子產(chǎn)品是指利用電子技術生產(chǎn)的一類產(chǎn)品，包括電子雷達、通訊設備、廣播電視、計算機等[2]。而PSA在電子產(chǎn)品中的應用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：集束固定、包裝封箱、掩蔽、雙面膠帶、標識、表面保護、絕緣及特殊用途（電磁屏蔽等）[3]。近年來，隨著電子科技的不斷發(fā)展和完善，備受關注的柔性顯示、人工智能等的出現(xiàn)將重新定義電子產(chǎn)品[4]。這些變化都將給電子產(chǎn)品在制作過程中所需的PSA帶來更多和更高的要求。

本文重點介紹了PSA在電子組/封裝、保護、導電及電磁屏蔽和導熱等方面應用研究的最新進展，展望了其在電子產(chǎn)品應用中的發(fā)展趨勢。

1 電子組裝/封裝中用PSA

電子組裝用的PSA攻克了傳統(tǒng)組裝固定方法的效率低、利用率低、產(chǎn)品厚重、便攜性差等缺點。邱瑾[5]介紹了3M的無溶劑高強度丙烯酸泡棉PSA（VHBTM）膠帶在家電玻璃面板/門體粘接組裝中的應用，并根據(jù)被粘物的不同總結了其選擇和使用時技術上的要點。劉波[6]則介紹了3M的2種兼具可靠粘接強度和易移除無殘膠的電子產(chǎn)品組裝用新型雙面丙烯酸酯類PSA膠帶。此外，前者因亞克力的閉孔泡棉結構具有吸收能量分散應力，還使其具有優(yōu)異的抗跌落性能，以及密封防水性能（IPX7級）；后者與市面上常規(guī)產(chǎn)品相比，其移除應力更小、形變更大（≥95%），殘余率更低。Huang等[7]系統(tǒng)研究了用于電子組裝的單面或雙面PSA膠帶在粘接中的應力-應變現(xiàn)象，并建立了相應的模型來解釋此種現(xiàn)象。其中，單面PSA膠帶粘接中因PSA層和粘接表面的單個界面作用力而出現(xiàn)單峰現(xiàn)象，含有基材的雙面PSA膠帶在雙面粘接中因2個粘接界面的連續(xù)變形而出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象Jozuka等[8]發(fā)明了一種便攜式電子產(chǎn)品的丙烯酸酯類壓敏膠片材。該膠片具有0.5 MPa以上的剪切粘合強度，10 MPa以上的斷裂拉伸強度，300%或更高的斷裂伸長率?？捎糜谝苿邮謾C、智能手機、臺式電腦等。

在無機（光）電子和有機（光）電子領域中，大部分的（光）電子器件沒有理想的壽命和功能，原因在于氧氣和水蒸氣滲透物的影響，因此對電子組件或產(chǎn)品的封裝必不可少。Keite-Telgenbuscher等[9]制備了一種封裝電子組件的PSA用來防止外物的滲透。這種PSA是由含氟液態(tài)彈性體和至少一種含氟熱塑性彈性體組成的混合物。張海龍等[10]開發(fā)了一種滿足電子封裝要求的水性聚氨酯PSA，該PSA具有低揮發(fā)性有機化合物（VOC）、無刺激性氣味、環(huán)保無鹵阻燃、無毒等多種性能。其特點是在聚氨酯預聚體中，引入帶有羥基的小分子含磷阻燃劑，和親水基團一縮二乙二醇（DEG）、乙二氨基乙磺酸鈉（A-95）。Lee等[11]研究了丙烯酸PSA中交聯(lián)密度對性能的影響，結果表明控制丙烯酸PSA的交聯(lián)密度是控制其粘附性和柔韌性的有效方法，而應力松弛和蠕變測試技術可以用于確定丙烯酸PSA在柔性顯示器應用中的適用性。陳維斌[12]制備了一種用于有機發(fā)光二極管（OLED）的高性能丙烯酸酯類PSA膠帶。其PSA是利用阻水性丙烯酸預聚體光固化合成，制得的膠帶在不添加增粘樹脂時仍具有良好的粘接性能，且具有對水汽高阻隔性、高光學透明度等特點，在OLED等薄膜封裝中起到優(yōu)異的固定和阻隔作用。

2 保護用PSA

這類PSA主要以保護膠膜形式出現(xiàn)，用于各種電子產(chǎn)品在制造或使用過程中的表面保護、防護或遮蔽等。馬紅霞等[13]利用預乳化半連續(xù)乳液聚合法，制備了一種具有較好剝離強度和膠層穩(wěn)定性的乳液型丙烯酸酯類PSA。該PSA的綜合性能較理想，可用于制作各種保護膜。金闖等[14]發(fā)明了一種防眩光的液晶顯示屏用保護貼。以有機硅PSA作為膠粘劑，使其具有較好的排氣泡作用，并且剝離后不殘膠。Cho等[15]的專利公開了一種有機硅壓敏膠膜及其在有機電子器件制造中的應用。該壓敏性膠膜可以有效阻止潮氣或氧氣從外部環(huán)境滲透到有機電子器件中，并且在高溫、高濕等惡劣條件下也表現(xiàn)出極高的可靠性。岳勝武[16]制備了一種有機硅PSA，這種PSA具有良好的初粘性、持粘性和一定的剝離強度以及抗?jié)駸崂匣芰?，可用作電子產(chǎn)品屏幕的保護粘貼膜。翟亞峰等[17]研制了一種經(jīng)過高溫老化后不殘膠的電子保護膜用溶劑型丙烯酸酯類PSA。且高溫后其剝離力增大不超過2倍。這些性能是由于合適的溶劑、丙烯酸羥乙酯等合成了較高分子質量的PSA。李彪等[18]發(fā)明了一種單組分的聚氨酯PSA保護膜，解決了有機硅PSA保護膜在長時間或高溫高濕條件下，因硅氧鍵的分解出現(xiàn)的殘膠、白霧現(xiàn)象。張道武等[19]發(fā)明了一種成本低且具有極好的耐高溫性（超過220 ℃）、電絕緣性、抗化學性，以及高粘著力、柔軟服貼、再撕離無殘膠等特性的有機硅壓敏膠帶，可用于各種電鍍、高溫遮蔽、高溫噴涂及粉末噴涂等需要高溫保護的地方。

目前，在電子產(chǎn)品鏈上游行業(yè)之一的柔性印刷電路板（FPC）制造業(yè)中，各種類型的PSA也有大量的使用。柳彬彬等[20]制備了一種柔性印刷電路板（FPC）制程保護膜用耐高溫丙烯酸酯類PSA膠帶。該PSA帶具有粘接力適中（0.15～0.40 N/25 mm）、耐高溫性穩(wěn)定（180 ℃老化剝離強度增幅較?。?、耐酸堿腐蝕性和剝離無污染等特殊性能。另外，肖建偉等[21]也制備了一種FPC制程用的耐高溫丙烯酸酯類PSA保護膜，其特點是耐高溫性（≤180 ℃）優(yōu)異，經(jīng)高溫處理后剝離強度變化不大且剝離不殘膠痕跡。郭培鈞等[22]合成了一系列粘接力不同的丙烯酸酯類PSA，并制成低粘、中粘和高粘型的FPC遮蔽保護用膠帶。B.皮茨等[23]發(fā)明了一種用于FPC粘接用的丙烯酸酯類壓敏膠粘劑，其特點是對FPC常見基材PET在多種條件下具有可靠的粘接性，在長久粘接后仍具有良好的可拆卸性且無任何殘留。

3 導電及電磁屏蔽用PSA

導電壓敏膠是功能性壓敏膠[24]之一，由于其廣泛的用途（導電性連接、屏蔽電磁干擾及射頻干擾、靜電耗散等）而一度成為研究熱點。楊谷湧等[25]介紹了要實現(xiàn)導電特性就需將導電粒子添加到膠粘劑中，其中金、銀、鎳、銅、錫或導電炭黑材料適合作導電材料。Czech等[26]闡明了在添加導電材料之后，PSA的主要特性如粘合性和剝離性有下降的現(xiàn)象。他們針對這一現(xiàn)象，使用碳納米管和納米炭黑對壓敏膠進行電導率的調整，最終得出填充25%碳黑和20%碳納米管的丙烯酸PSA后，導電材料具有較高的電導率（38～50 S/cm）。岳艷平等[27]制備了原位還原納米銀增強的丙烯酸酯類導電PSA。將相容性和穩(wěn)定性好的三丁基膦甲基丙烯酸銀作為前驅體，改善了銀粒子與壓敏膠的分散性并將其作為銀包銅粒子填充丙烯酸酯導電PSA的架橋粒子，明顯增加了導電通道和降低了滲濾閾值。Kwon等[28]將甲基丙烯酸酯基團接枝改性的多壁碳納米管（MWCNTs）與丙烯酸酯單體共聚得到一種乳液型導電PSA。隨著MWCNTs含量的增加（0～0.5%），導電PSA的玻璃化轉變溫度（Tg）、粘性和剝離強度逐漸增加，而薄層電阻率則逐漸降低。Heer等[29]公開了一種用于光伏電池制造的反應性導電丙烯酸酯類PSA組合物，并闡述了由該組合物制成的膠帶與常規(guī)的非固化膠帶相比，其機械性能和導電性能更加優(yōu)異。

在電子工業(yè)中，電磁干擾問題越來越嚴重，因此現(xiàn)代化的電子產(chǎn)品要有電磁屏蔽的要求。其作用原理是利用導體材料對電磁波的反射和引導作用，在導體材料內部產(chǎn)生與源電磁場相反的電流和磁極化，從而減弱源電磁場的輻射效果[30]。 Mitsui等[31]發(fā)明了一種帶有PSA的電磁干擾抑制片，用于消除或減少大規(guī)模集成電路（LSI）中各電子器件或線路縫隙間的電磁干擾。該電磁干擾抑制片由磁性熔體粉末和有機粘合劑組成，且PSA膠層的粘接面具有連續(xù)凹槽、棱柱等特殊的結構化表面，防止空氣在電磁干擾抑制片與粘附體之間的局部截留，最終保證整個連接面獲得基本均勻的電磁干擾抑制效應。Fumoto等[32]提供了一種能夠屏蔽電磁波并且具有優(yōu)異透明性的壓敏粘合片，其特點是雙面壓敏膠粘片包含至少一個表面具有500 Ω/cm2或更小的表面電阻率的導電膜，并且雙面壓敏膠粘片具有80%以上的總光線透過率和5%以下的霧度。岳利培等[33]利用甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）改性的氧化石墨烯（GO）為核制備了一種低成本的核殼雙層結構的丙烯酸酯PSA。在GO含量極少的情況下該PSA的表面電阻率下降了6個數(shù)量級，完全滿足電子工業(yè)中抗靜電或電磁屏蔽的要求。Olyphant[34]合成了一種抗射頻干擾（RFI）用的導電PSA，將其涂覆于銅箔基材上得到的膠帶能夠屏蔽導線或馬達等泄露的電磁輻射，最高可將射頻泄露減少80 DB。

此外，導電/電磁屏蔽等多功能的PSA的研究或開發(fā)也備受關注。例如，譚則勇等[35]發(fā)明了一種液晶屏用導電防塵防震泡棉片，該泡棉片包含泡棉緩沖層、金屬箔層和壓敏膠層，其優(yōu)點是具有多功能性（防水、導電、防震等功能層集成一起），同時又有很好的防護作用。李衛(wèi)東等[36]也公開了一種電磁防護用聚乙烯（PE）保護膜，該保護膜包括氧化石墨烯改性丙烯酸酯涂層、壓敏膠層以及具有正反面的PE基膜。其特征是具有良好的抗靜電及電磁防護性能。

4 導熱用PSA

隨著現(xiàn)代微電子的不斷發(fā)展，使得電子元器件的功率密度增加，沒有很好的散熱環(huán)境，傳統(tǒng)的方法是在電子元器件和PSA之間加了一層導熱片，如果把PSA和導熱片結合起來，這將對電子產(chǎn)品的發(fā)展起到推動作用。Kim等[37]研究了導熱PSA中導熱顆粒的含量、尺寸和形狀對熱導率（k）和粘接性能的影響。結果發(fā)現(xiàn)單純熱交聯(lián)型PSA的k和導電率隨顆粒長寬比和顆粒尺寸的增加而增大，且前者更重要，同時使用偶聯(lián)劑可以使k增大。此外，隨著粒子含量的增加，熱交聯(lián)型PSA的剝離強度和初粘性等急劇下降，而紫外光固化型PSA粘接性能下降的趨勢明顯得到抑制。這是因為紫外光固化的PSA與熱交聯(lián)型PSA相比含有更少的導電顆粒所致。這一研究為計算機和通訊設備等的散熱設計提供了進一步的參考。Oh等[38]通過溶液聚合制備了一種以經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑預處理的金屬鋁粉為填料的導熱丙烯酸酯類PSA膠帶。與未經(jīng)預處理的鋁粉相比，所得膠帶的粘接性能隨改性鋁粉用量的增加而減小，而熱導率有10%的提高，最高達到0.242 W/m·K。Vu[39]制備了以油胺疏水改性氧化石墨（OA-f-GO）為填料的PSA復合材料，并研究了OA-f-GO對PSA復合材料形態(tài)、熱性能和粘接性能的影響。結果發(fā)現(xiàn)OA-f-GO填充的PSA復合材料在相同紫外光（UV）照射下的剝離強度和初粘性均高于純石墨為填料的PSA復合材料的相關性能。這種PSA復合材料在導熱方面具有非常大的應用前景。曾金棟[40]分別討論和比較了丙烯酸酯PSA中導熱材料、增粘樹脂、基膜、表面活性劑對導熱雙面膠的導熱性能和粘接性能的影響。結果表明當石墨烯∶增粘樹脂∶表面活性劑∶丙烯酸酯PSA∶氮化硼∶固化劑質量比13∶30∶0.35∶100∶4∶1時，合成的導熱雙面膠的導熱性、粘接性和持粘性等綜合性能最佳，且符合電子產(chǎn)品的導熱要求。何勇等[41]發(fā)明了一種含物理剝離法得到的石墨烯的導熱型PSA。在大大提高導熱性（熱導率0.4～1.5 W/m·K）的同時，又使PSA具有較好的初粘性和持粘性，能長時間保持與電子器件的粘接作用，保證了散熱的均勻性和穩(wěn)定性，故而可以方便地應用到電子產(chǎn)品的散熱系統(tǒng)中。

5 展望

隨著柔性技術和人工智能技術[42]的發(fā)展，電子產(chǎn)品占的比重越來越大。而PSA作為一種獨特的膠粘劑，逐步深入電子產(chǎn)業(yè)，這就要求PSA要進一步完善其自身的性能，不再是擁有單一的特性，而是要求有導電或電磁屏蔽、導熱、不殘膠、環(huán)保等多種特性和更高要求。

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