導電銀漿配方分析

1.背景發光二極體（LED），是一種半導體固體發光器件，有「綠色照明」光源之稱，未來將有很大發展潛力。鉛錫焊料是印刷線路板和表面組裝元件的連接材料，其中鉛含量在40%左右，鉛是有毒物質，它不僅危害人體健康還環境；同時，Pb/Sn焊料只能應用在0.065mm以下節距的連接中，且連接工藝的溫度高於200℃。隨著電子組裝技術向微型化、高密度化方向發展，以及集成度的不斷提高，迫切需要開發新型的粘接材料，導電膠正是理想的替代品。2.導電膠導電型膠粘劑（簡稱導電膠）是一種經固化或乾燥後既能有效地粘接各種材料，又具有導電性能的特殊膠粘劑。導電膠是通過在高分子樹脂與固化劑中加入導電性填料製備，固化後具有導電性，用於連接導電材料或器件的具有粘接性能的一類特殊的導電型高分子複合材料。2.1導電膠的分類按照結構的不同，導電膠粘劑分為兩種，一種為結構型，這種物質中含有導電基團，如大分子毗陡類物質等。另一類就是填充型，即在傳統的粘合劑中加入導電物質。這種導電物質可以是：Au、Ag、Cu、Al、Fe、Zn、Ni粉和石墨及一些導電化合物。我國使用的導電膠粘劑大部分是在絕緣膠粘劑中加入導電粒子。導電銀膠自19世紀問世以來，它已經在電子科技中起到越來越重要的作用。根據導電粒子的不同，可以將導電膠分為銀系導電膠、銅系導電膠及碳系導電膠等。由於銀粉導電性優良且化學穩定性高，它在空氣中氧化速度極慢，在膠層中幾乎不會被氧化，即使氧化了，生成的銀氧化物仍具有一定的導電性，因而在市場中以銀粉為導電填料的導電膠應用範圍最廣，尤其是在對可靠性要求高的電氣裝置上應用最多。2.2導電膠的組成導電膠通過向基體樹脂中加入具有導電性的粒子，從而使其具有導電性及粘接性。因此，導電膠一般由高分子樹脂、稀釋劑、固化劑、促進劑、導電填料以及其它的等組成。用於導電膠的高分子樹脂主要包括環氧樹脂、硅酮、酚醛樹脂、聚醯亞胺及熱塑型塑料等。高分子樹脂是導電膠的主要組分之一，它所含有的活性基團在加入固化劑之後可以發生固化反應。目前研究最多、應用最廣的高分子樹脂是環氧樹脂，因其具有粘接力強、耐腐蝕、性能穩定等優點。導電填料是導電膠的核心組成部分，因此用於導電膠的導電填料應具有固有阻抗，並具有耐水、耐酸、耐化學藥品腐蝕等性能，常用的有碳、金屬、金屬氧化物三大類。常用的導電粒子有銀粉、銅粉、金粉、銀銅複合粉、鎳粉、炭黑、石墨、高聚物鍍金屬粉體等，其中高聚物鍍金屬粉體主要用於各向異性導電膠。3.環氧導電銀膠的組成環氧導電銀膠通常指的是以環氧樹脂為高分子成膜物質，銀作為導電填料的一種導電膠。3.1環氧樹脂環氧樹脂是指在一個分子結構中，含有兩個或兩個以上的環氧基，並在適當的化學試劑及合適條件下，能形成三維交聯狀固化化合物的總稱。它們的種類很多，按化學結構，可分為縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、縮水甘油胺類、脂環族環氧樹脂、含無機元素的環氧樹脂、新型環氧樹脂（海因環氧樹脂、醯亞胺環氧樹脂等）等。在各類環氧樹脂中，雙酚A環氧樹脂是產量最大、用途最廣的一大品種，被稱為通用型環氧樹脂，但其粘度較高，對於有低粘度要求或含大量填料的應用領域，需加入稀釋劑調節粘度。雙酚F環氧樹脂為為降低雙酚A環氧樹脂粘度並具有同樣性能而研製出的一種環氧樹脂，其粘度不到雙酚A環氧樹脂的1/3，固化物的性能與雙酚A環氧樹脂幾乎相同，只是耐熱性稍低而耐腐蝕性稍優。未經固化的環氧樹脂是熱塑性的高分子低聚物，幾乎沒有多大的實用性，只有適當加入某些化學物質（這類物質稱作固化劑或硬化劑），並在一定條件下進行固化（或硬化），生成三維網狀結構，成不溶不熔的固化物後，才有較優良的機械及粘接性能，達到使用的目的。環氧樹脂的固化劑種類很多，按照固化反應機理及固化劑的化學結構，可分為顯在型和潛伏型兩大類。潛伏型固化劑指的是：這類固化劑與環氧樹脂混合後，在室溫條件下相對長期穩定（一般要求在3個月以上才具有較大使用價值，最理想的則要求半年或者1年以上），而暴露在熱、光、濕氣等條件下，即開始固化反應。這類固化劑基本上是用物理和化學方法封閉固化劑活性的。不過雙氰胺、己二酸二醯肼這類室溫下不溶於環氧樹脂，而高溫下溶解後開始固化反應的固化劑也呈現出一種潛伏狀態，所以有時也將其歸類為潛伏型固化劑。3.2固化劑固化劑是基體樹脂中不可或缺的固化反應助劑，一般為多官能團化合物，是導電膠的重要組成部分，參與固化反應，使高分子樹脂的分子鏈之間形成網狀結構，同時也是固化物的一部分，從而改變基體樹脂結構，不僅可以提高導電膠的粘接強度，而且使基體樹脂的體積縮小，使得導電填料在基體樹脂內部能夠緊密接觸，形成更多的導電通路，從而降低體系的體積電阻率。常用的固化劑有胺類、有機酸酐、咪唑類化合物等。為了縮短固化時間、降低固化溫度、提高固化效率，還可以在體系中添加促進劑。3.3稀釋劑導電膠的黏度可以通過稀釋劑來進行調節。根據使用機理，可以將稀釋劑分為和活性稀釋劑兩大類。非活性稀釋劑不參與交聯反應，只是利用物理性的溶解起到調節黏度的作用，在固化反應前需要去除，因此一般應具有較大的分子量，揮發較慢，並且分子結構中應含有如碳-氧極性鏈段等極性結構。活性稀釋劑一般是指帶有一個或兩個以上環氧基的低分子化合物。因此，活性稀釋劑可以直接參与固化反應，成為固化物交聯網路結構的一部分，同時對固化產物的性能影響較小，有時還能增加固化體系的韌性。3.4填料以銀粉為導電填料的導電膠非常多，商業化的導電膠多數是銀系導電膠，銀是高性能導電膠最佳的導電填料。目前研究和生產銀粉的和企業有很多，銀粉的種類也因其粒徑和形態的不同有很多。選擇銀粉時需要根據導電膠對填充粒子的具體要求來進行。不定形（片狀或纖維狀）的填料比粒形填料導電性能和粘接強度更佳，但各向異性導電膠只能用粒度分布較窄的粒形填料。相較於粒度小的填料，粒度大的填料的導電效果更好，但會降低粘接強度。而不同形狀和粒度的導電填料配合使用，可使導電膠的某些性能顯著提高。3.5其他添加劑在導電膠中添加流平劑和觸變劑，可以調節導電膠的黏度及印刷性能。在導電膠中加入除氧劑（如碳醯肼、肼等），可以在一定程度上抑制電化學腐蝕。因為除氧劑能夠除去連接界面中溶於水中的氧氣，從而抑制電化學腐蝕作用。添加增強劑和增韌劑，可以提高固化後導電膠的強度和韌性。另外為了提高導電膠的導電性能、抗老化性能及控制固化反應的進行等，還可以使用導電促進劑、防腐劑及偶聯劑和交聯劑等添加劑。3.5.1觸變劑觸變性指物體(如塗料)受到剪切時，稠度變小，停止剪切時，稠度又增加或受到剪切時，稠度變大，停止剪切時，稠度又變小的性質，即一觸即變的性質，是凝膠體在振蕩、壓迫等機械力的作用下發生的可逆的溶膠現象。目前普遍使用的觸變劑為四大類：氣相二氧化硅、有機膨潤土、氫化蓖麻油、聚醯胺蠟。這四種觸變劑在使用上有很大區別。最常用的一種是氣相二氧化硅，因其表面和流動態聚合物母體之間有形成氫鍵的可能性。3.5.2增塑劑增塑劑又稱塑化劑，是工業廣泛使用的高分子材料助劑，通過物理作用降低高聚物玻璃化溫度，改善高分子材料的加工性、增加製品的柔韌性。常用的有鄰苯二甲酸酯類物質。3.5.3偶聯劑偶聯劑是一種可以把兩種不同性質的物質，如樹脂與固體，通過物理或化學作用結合起來的一種改善型助劑。常用的偶聯劑有：硅烷偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、雙金屬偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑、鉻絡合物及其它高級脂肪酸、酯、醇的偶聯劑等。其中應用最廣泛的是硅烷偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑。4.環氧導電銀膠常見參考配方成分質量百分比成分說明銀粉78-82%導電填料雙酚A型環氧樹脂8-12%樹脂酸酐類固化劑1-3%固化劑甲基咪唑0-1%促進劑乙酸丁酯4-6%非活性稀釋劑活性稀釋劑6921-2%活性稀釋劑鈦酸四乙酯0-1%附著力促進劑聚醯胺蠟0-1%防沉降劑5市面常見膠粘劑硬化膠、環氧膠、密封膠、熱熔膠、聚氨酯膠、灌封膠、導電膠、壓敏膠、白乳膠、有機硅膠、萬能膠、厭氧膠、滲透膠、防水膠、防火膠、聚醯胺膠、復膜膠、揚聲器專用膠、建築專用膠、專用膠、汽車配維修專用膠、汽車專用膠、電子電器專用膠、光敏膠、硅酮膠、不幹膠、雙面膠.
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