導(dǎo)電膠粘劑

在填充型導(dǎo)電膠中添加的導(dǎo)電性填料，通常均為金屬粉末。由于采用的金屬粉末的種類、粒度、結(jié)構(gòu)、用量的不同，以及所采用的膠粘劑基體種類的不同，導(dǎo)電膠的種類及其性能也有很大區(qū)別。表二十列舉了一些金屬的電阻率。目前普遍使用的是銀粉填充型導(dǎo)電膠。而在一些對(duì)導(dǎo)電性能要求不十分高的場(chǎng)合，也使用銅粉填充型導(dǎo)電膠。

合成樹脂加入某種金屬填料或?qū)щ娞亢谥缶途哂袑?dǎo)電性。碳可以是任何一種無定形的碳，例如乙炔炭黑或粉碎的石墨粉。在導(dǎo)電環(huán)氧膠粘劑或?qū)щ娡繉又谐Ｓ玫氖羌?xì)銀粉，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)鹽和氧化物有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性，因此，能允許少量的氧化或腐蝕，防腐工藝不像薄膠層方法那樣重要，其中界面電阻起著重要作用。

相對(duì)金面言，銀是最合適的導(dǎo)電填料，因?yàn)樗鼉r(jià)格便宜，電阻低。然而，在高溫和直流電勢(shì)的條件下，銀會(huì)發(fā)生向膠層表面電解遷移的現(xiàn)象，但鍍銀的銅粉不遷移，金也不遷移。銀粉的最大加入量約為85%（質(zhì)量），銀粉加入量低于最佳量（約65%)時(shí)導(dǎo)電性明顯降低，而粘接強(qiáng)度較高。碳（石墨）的導(dǎo)電性相當(dāng)小，遠(yuǎn)不如金和銀。其他可用的金屬填料是鎳鋁和銅，其中每種金屬都有特殊的氧化問題。因此，與球狀金屬粒子相比，很難形成粒子與粒子的接觸。遺憾的是，銀粉表面的硬脂酸鹽涂層在高溫下釋放氣體，污染關(guān)鍵部件，例如在微電子應(yīng)用中。有的銀粉沒有涂層，也就不釋放氣體產(chǎn)物。銅和鋁形成氧化膜，因阻礙了粒子與粒子接觸而降低了導(dǎo)電性。

導(dǎo)電膠粘劑用于微電子裝配，包括細(xì)導(dǎo)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(dǎo)線與管座，粘接元件與穿過印刷線路的平面孔，粘接波導(dǎo)調(diào)諧以及孔修補(bǔ)。導(dǎo)電膠粘劑用于取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜時(shí)耐受能力的點(diǎn)焊。導(dǎo)電膠粘劑的另一應(yīng)用就是在鐵電體裝置中用于電極片與磁體晶體的粘接。導(dǎo)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(dāng)焊接溫度不利時(shí)導(dǎo)電膠粘劑的又一用途。導(dǎo)電膠粘劑能形成足夠強(qiáng)度的接頭，因此，可以用作結(jié)構(gòu)膠粘劑。除了粘接強(qiáng)度外，在有屏蔽的裝配中，還要求導(dǎo)電膠粘劑導(dǎo)電的連續(xù)性。

導(dǎo)電膠的品種繁多，從應(yīng)用的角度可以將導(dǎo)電膠分成一般的導(dǎo)電膠和特種導(dǎo)電膠兩類。一般性導(dǎo)電膠只對(duì)導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能和粘接強(qiáng)度有一定的要求，特種導(dǎo)電膠除了對(duì)導(dǎo)電性能和粘接強(qiáng)度有一定的要求外，還有某種特殊的要求，如耐高溫、耐超低溫、瞬間固化、各向異性和透明性等。

按固化工藝特點(diǎn)，可將導(dǎo)電膠分為固化反應(yīng)型、熱熔型、高溫?zé)Y(jié)型、溶劑型和壓敏型導(dǎo)電膠。

按導(dǎo)電膠中導(dǎo)電粒子的種類不同，可將導(dǎo)電膠分為銀系導(dǎo)電膠、金系導(dǎo)電膠、銅系導(dǎo)電膠和炭系導(dǎo)電膠。應(yīng)用最為廣泛的是銀系導(dǎo)電膠。

按照導(dǎo)電膠中基料的化學(xué)類型又將導(dǎo)電膠分為無機(jī)導(dǎo)電膠和有機(jī)導(dǎo)電膠。無機(jī)導(dǎo)電膠耐高溫性能好，但對(duì)金屬的粘接性能差，主要有環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠、酚醛樹脂導(dǎo)電膠、聚氨酯導(dǎo)電膠、熱塑性樹脂導(dǎo)電膠和聚酰亞胺導(dǎo)電膠等。應(yīng)用最廣的是環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠。

按照基組成可分為結(jié)構(gòu)型和填充型兩大類。結(jié)構(gòu)型是指作為導(dǎo)電膠基體的高分子材料本身即具有導(dǎo)電性的導(dǎo)電膠；填充型是指通常膠粘劑作為基體，而依靠添加導(dǎo)電性填料使膠液具有導(dǎo)電作用的導(dǎo)電膠。

導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機(jī)理被認(rèn)為主要是導(dǎo)電粒子之間的相互接觸，形成電的通路，使導(dǎo)電膠具有導(dǎo)電性。膠層中導(dǎo)電粒子間的穩(wěn)定接觸是由于導(dǎo)電膠的固化或干燥形成的。

含有溶劑的導(dǎo)電膠，在固化或者干燥前，導(dǎo)電粒子在膠黏劑中是分離存在的，相互間沒有連續(xù)接觸，因而處于絕緣狀態(tài)，如圖17.1所示。

導(dǎo)電膠固化或者干燥后，由于溶劑的揮發(fā)和膠黏劑固化而引起膠黏劑體積收縮，使得導(dǎo)電粒子相互間呈穩(wěn)定的連續(xù)接觸，因而呈現(xiàn)導(dǎo)電性，如圖17.2所示。

因隧道效應(yīng)也可以使得導(dǎo)電膠中導(dǎo)電粒子間產(chǎn)生一定的電流通路。當(dāng)導(dǎo)電粒子間不相互接觸時(shí)，粒子間存在隔離層，使得導(dǎo)電粒子中自由電子的定向運(yùn)動(dòng)受到阻礙。根據(jù)量子力學(xué)的概念可知，對(duì)一種微觀粒子來說，即使其能量小于勢(shì)壘的能量時(shí)，除了有被反射的可能性外，也有貫穿的可能性，也叫做隧道效應(yīng)。電子是一種微觀粒子，因此它具有穿過導(dǎo)電粒子間隔離層阻礙的可能性。

根據(jù)以上分析，可將導(dǎo)電膠的導(dǎo)電情況分為3種：

1. 一部分導(dǎo)電粒子完全連續(xù)的相互接觸形成一種電流通路；

2. 一部分導(dǎo)電粒子是不完全連續(xù)接觸，其中不相互接觸的導(dǎo)電粒子之間由于隧道效應(yīng)而形成電流通路；

3. 一部分導(dǎo)電粒子完全連續(xù)，導(dǎo)電粒子的隔離層完全連續(xù)，是電的絕緣。

導(dǎo)電膠主要由樹脂基體、導(dǎo)電粒子和分散添加劑、助劑等組成?；w主要包括環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚氯酯等。雖然高度共軛類型的高分子本身結(jié)構(gòu)也具有導(dǎo)電性，如大分子吡啶類結(jié)構(gòu)等，可以通過電子或離子導(dǎo)電 ，但這類導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性最多只能達(dá)到半導(dǎo)體的程度，不能具有像金屬一樣低的電阻，難以起到導(dǎo)電連接的作用。市場(chǎng)上使用的導(dǎo)電膠大都是填料型。

填料型導(dǎo)電膠的樹脂基體，原則上講，可以采用各種膠勃?jiǎng)╊愋偷臉渲w，常用的一般有熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹脂、有機(jī)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(dǎo)電膠的分子骨架結(jié)構(gòu)，提供了力學(xué)性能和粘接性能保障，并使導(dǎo)電填料粒子形成通道。由于環(huán)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(shè)計(jì)性能，環(huán)氧樹脂基導(dǎo)電膠占主導(dǎo)地位。

導(dǎo)電膠要求導(dǎo)電粒子本身要有良好的導(dǎo)電性能粒徑要在合適的范圍內(nèi)，能夠添加到導(dǎo)電膠基體中形成導(dǎo)電通路。導(dǎo)電填料可以是金、銀、銅、鋁、鋅、鐵、鎳的粉末和石墨及一些導(dǎo)電化合物。

導(dǎo)電膠中另一個(gè)重要成分是溶劑。由于導(dǎo)電填料的加入量至少都在50% 以上，所以導(dǎo)電膠的樹脂基體的黏度大幅度增加，常常影響了膠黏劑的工藝性能。為了降低黏度，實(shí)現(xiàn)良好的工藝性和流變性，除了選用低黏度的樹脂外，一般需要加入溶劑或者活性稀釋劑，其中活性稀釋劑可以直接作為樹脂基體，反應(yīng)固化。溶劑或者活性稀釋劑的量雖然不大，但在導(dǎo)電膠中起到重要作用，不但影響導(dǎo)電性，而且還影響固化物的力學(xué)性能。常用的溶劑(或稀釋劑)一般應(yīng)具有較大的分子量，揮發(fā)較慢，并且分子結(jié)構(gòu)中應(yīng)含有極性結(jié)構(gòu)如碳一氧極性鏈段等。溶劑的加入量要控制在一定范圍內(nèi)，以免影響導(dǎo)電膠膠體的膠接整體性能。

除樹脂基體、導(dǎo)電填料和稀釋劑外，導(dǎo)電膠其他成分和膠黏劑一樣，還包括交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、防腐劑、增韌劑和觸變劑等。

國內(nèi)生產(chǎn)導(dǎo)電膠的單位主要有金屬研究所等， 國外企業(yè)有TeamChem Company，日本的日立公司、Three-Bond公司、美國Epoxy的公司、Ablistick公司，Loctite公司、3M公司、德國的Panacol等。已商品化的導(dǎo)電膠種主要有導(dǎo)電膠膏、導(dǎo)電膠漿、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠帶、導(dǎo)電膠水等，組分有單、雙組分。導(dǎo)電膠一般用于微電子封裝、印刷電路板、導(dǎo)電線路粘接等各種電子領(lǐng)域中?，F(xiàn)今國內(nèi)的導(dǎo)電膠無論從品種和性能上與國外都有較大差距。

導(dǎo)電膠粘劑是由金屬粉或石墨等導(dǎo)電性填料與合成樹脂組成的復(fù)合膠粘劑，而PU導(dǎo)電膠粘劑即是在里面加入了聚氨酯樹脂原料而合成的，加入聚氨酯的導(dǎo)電膠粘劑又具有富有彈性和耐振動(dòng)等特點(diǎn)，那么它到底該怎么使用呢

（1）導(dǎo)電膠粘劑用于微電子裝配，包括細(xì)導(dǎo)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(dǎo)線與管座，粘接元件與穿過印刷線路的平面孔，粘接波導(dǎo)調(diào)諧以及孔修補(bǔ)。

（2）導(dǎo)電膠粘劑用于取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜時(shí)耐受能力的點(diǎn)焊。導(dǎo)電膠粘劑作為錫鉛焊料的替代品，其主要應(yīng)用范圍如：電話和移動(dòng)通信系統(tǒng)；廣播、電視、計(jì)算機(jī)等行業(yè)；汽車工業(yè)；醫(yī)用設(shè)備；解決電磁兼容(EMC)等方面。

（3） 導(dǎo)電膠粘劑的另一應(yīng)用就是在鐵電體裝置中用于電極片與磁體晶體的粘接。導(dǎo)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(dāng)焊接溫度不利時(shí)導(dǎo)電膠粘劑的又一用途。

（4）導(dǎo)電膠粘劑能形成足夠強(qiáng)度的接頭，因此，可以用作結(jié)構(gòu)膠粘劑。

（5）國內(nèi)外導(dǎo)電膠的應(yīng)用情況-煒烽導(dǎo)電膠后起之秀　國內(nèi)市場(chǎng)上一些高尖端的領(lǐng)域使用的導(dǎo)電膠主要以進(jìn)口為主：美國的Ablistick公司、3M公司幾乎占領(lǐng)了全部的IC和LED領(lǐng)域，日本的住友和臺(tái)灣翌華也有涉及這些領(lǐng)域。日本的Three-Bond公司則控制了整個(gè)的石英晶體諧振器方面導(dǎo)電膠的應(yīng)用。國內(nèi)的導(dǎo)電膠主要使用在一些中、低檔的產(chǎn)品上，這方面的市場(chǎng)主要由金屬研究所占有。

國內(nèi)出現(xiàn)了室溫保存型導(dǎo)電膠，該類導(dǎo)電膠是對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)電膠的突破。該款產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了在室溫下儲(chǔ)藏三個(gè)月的獨(dú)特性能。在點(diǎn)膠機(jī)上使用，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)月不洗膠盤的工藝要求。

我國電子產(chǎn)業(yè)正大量引進(jìn)和開發(fā)SMT 生產(chǎn)線， 導(dǎo)電膠在我國必然有廣闊的應(yīng)用前景。但我國在這方面的研究起步較晚， 所需用的高性能導(dǎo)電膠主要依賴進(jìn)口， 因此必須大力加強(qiáng)粘接溫度和固化時(shí)間、粘接壓力、粒子含量等因素導(dǎo)電膠可靠性的影響的研究和應(yīng)用開發(fā)， 制備出新型的導(dǎo)電膠， 以提高我國電子產(chǎn)品封裝業(yè)的國際競爭力。