引言:
導電膠 是一種固化或干燥后具有一定導電性能的膠黏劑,它通常以基體樹脂和導電填料(即導電粒子)為主要組成成分, 通過基體樹脂的粘接作用把導電粒子結合在一起, 形成導電通路, 實現被粘材料的導電連接。
由于導電膠的基體樹脂是一種膠黏劑, 可以選擇適宜的固化溫度進行粘接, 如:環氧樹脂膠黏劑可以在室溫至150℃ 固化, 遠低于錫鉛焊接的200℃以上的焊接溫度, 這就避免了焊接高溫可能導致的材料變形、電子器件的熱損傷和內應力的形成。
同時, 由于電子元件的小型化、微型化及印刷電路板的高密度化和高度集成化的迅速發展, 鉛錫焊接的0.65mm的最小間距遠遠滿足不了導電連接的實際需求, 而導電膠可以制成漿料, 實現很高的線分辨率。而且導電膠工藝簡單, 易于操作, 可提高生產效率, 也避免了錫鉛焊料中重金屬鉛引起的環境污染。所以導電膠是替代鉛錫焊接, 實現導電連接的被越來越多的人所采用。
一、導電膠的分類:
導電膠 種類很多, 按導電方向分為 各向同性導電膠(ICAs,Isotropic Conductive Adhesive)和 各向異性導電膠(ACAs,Anisotropic Conductive Adhesives)。ICA是指各個方向均導電的膠黏劑, 可廣泛用于多種電子領域;ACA則指在一個方向上如Z方向導電, 而在X和Y方向不導電的膠黏劑。一般來說ACA的制備對設備和工藝要求較高, 比較不容易實現, 較多用于板的精細印刷等場合, 如平板顯示器(FPDs)中的板的印刷 。
按照固化體系導電膠又可分為室溫固化導電膠、中溫固化導電膠、高溫固化導電膠、紫外光固化導電膠等。室溫固化導電膠較不穩定, 室溫儲存時體積電阻率容易發生變化。高溫導電膠高溫固化時金屬粒子易氧化, 固化時間要求必須較短才能滿足導電膠的要求。目前國內外應用較多的是中溫固化導電膠(低于150℃), 其固化溫度適中, 與電子元器件的耐溫能力和使用溫度相匹配, 力學性能也較優異, 所以應用較廣泛。紫外光固化導電膠將紫外光固化技術和導電膠結合起來, 賦予了導電膠新的性能并擴大了導電膠的應用范圍, 可用于液晶顯示電致發光等電子顯示技術上。
二、導電膠的組成:
導電膠 主要由樹脂基體、導電粒子和分散添加劑、助劑等組成。目前市場上使用的導電膠大多都是填料型。
填料型導電膠的樹脂基體, 原則上講, 可以采用各種膠勃劑類型的樹脂基體, 常用的一般有熱固性膠黏劑如環氧樹脂、有機硅樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成了導電膠的分子骨架結構, 提供了力學性能和粘接性能保障, 并使導電填料粒子形成通道。由于環氧樹脂可以在室溫或低于150℃固化, 并且具有豐富的配方可設計性能, 目前環氧樹脂基導電膠 占主導地位。導電膠要求導電粒子本身要有良好的導電性能粒徑要在合適的范圍內, 能夠添加到導電膠基體中形成導電通路。導電填料可以是金、銀、銅、鋁、鋅、鐵、鎳的粉末和石墨及一些導電化合物。
三、國內外研究狀況及前景:
目前, 國內生產導電膠的單位主要有上海合成樹脂研究所, 國外企業有日本的日立公司、Three-Bond公司、美國Epoxy的公司、slont公司,Ablistick公司,Loctite公司、3M公司等。已商品化的導電膠種主要有導電膠膏、導電膠漿、導電涂料、導電膠帶等,組分有單、雙組分。導電膠一般用于微電子封裝、印刷電路板、導電線路粘接等各種電子領域中。
導電膠 作為錫膏的換代產品有著廣闊的前景,但是目前與錫膏或錫焊相比仍存在著成本高的問題, 而且導電穩定性和耐久性仍有待于提高。今后的研究方向首先是對現有粘接體系的改進, 如對環氧樹脂的稀釋、復合和改性, 使其既有著良好的力學性能又與導電粒子有良好的配合和適宜的潤濕作用。通過對固化動力學的研究, 分析固化過程中活性基團的變化以及交聯網絡的形成過程中導電粒子聚集態的變化規律, 優化固化體系。第二是制備出導電率高、性能穩定、耐腐蝕和環境影響的導電粒子, 降低成本, 并提高導電膠的穩定性和可靠性。第三是發展新型的固化方式, 提高其工藝性, 實現低溫或者室溫固化, 如固化、電子束固化等。
四、導電膠的應用領域:
(1)導電膠粘劑 用于微電子裝配,包括細導線與印刷線路、電鍍底板、陶瓷被粘物的金屬層、金屬底盤連接,粘接導線與管座,粘接元件與穿過印刷線路的平面孔,粘接波導調諧以及孔修補。
(2)導電膠粘劑 用于取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜時耐受能力的點焊。導電膠粘劑作為錫鉛焊料的替代晶,其主要應用范圍如:電話和移動通信系統;廣播、電視、計算機等行業;汽車工業;設備;解決電磁兼容(EMC)等方面。
(3) 導電膠粘劑 的另一應用就是在鐵電體裝置中用于電極片與磁體晶體的粘接。導電膠粘劑可取代焊藥和晶體因焊接溫度趨于沉積的焊接。用于電池接線柱的粘接是當焊接溫度不利時導電膠粘劑的又一用途。
(4)導電膠粘劑 能形成足夠強度的接頭,因此,可以用作結構膠粘劑。
