CN101775205A - 各向异性感压导电橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种各向异性感压导电橡胶及其制备方法。该橡胶质量组成：聚合性树脂100份，白炭黑1-3份，交联剂5-10份，球形导电颗粒80-110份，硅烷偶联剂0.1-0.3份，防老剂0.5-3份，消泡剂0-0.1份，防沉剂0-0.1份，溶剂乙酸乙酯10份。其聚合性树脂为液体硅橡胶或液体聚氨酯树脂中一种；硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、KH-602或KH-792；防老剂为防老剂264、RD，RT中一种或两种；消泡剂为DEUCHEM-2700，防沉剂为Desettle275。制法：先将镀金球形颗粒用硅烷偶联剂处理；将白炭黑按比例加入到聚合性树脂中混合，再按比例加入上述硅烷偶联剂等其它物质，搅匀，涂覆在模具中，在≥4000高斯电磁场中，60℃保持4小时以上，从模具上揭下即得。本橡胶可用于高密度线路板测试，在测试基板最小Pitch为0.25mm，最小Pad面积0.05mm2下，寿命达15000次。
Description
技术领域
本发明涉及各向异性感压导电橡胶材料及其制备方法，这种各向异性感压导电橡胶根据其特性也可称为感压导电橡胶，主要用于印刷电路板(，Printed circuit board，缩写为PCB)可靠性测试，也可以用来制造各种压敏传感器。
背景技术
该种各向异性导电橡胶是由绝缘的弹性体与导电颗粒组成的一种导电橡胶，也称为感压导电橡胶(Pressure sensitive Conductive Rubber)。通过改进生产工艺使得橡胶内的导电粒子延z轴排列，形成导电隧道，在受到外部压力后，实现xy平面方向绝缘，z垂直方向导通，并且每一条导电隧道可作为独立的探针与被测PCB的焊盘(Pad)接触，从而可用于高密度印刷电路板(HDIPCB)的可靠性测试。随着通讯技术的发展需要，要求信号高速传递，PCB作为传送信号的主要渠道，PCB向高密度(HDI)发展成为必然。高密度的组装技术使得产品测试非常复杂。如今的许多模块都设计有非常细的走线及间距小于0.5mm的超细间距的IC器件。传统的专用和通用测试等夹具式测试使用探针的测试方式在测试高密度线路板时，会遇到测试精度低，成本高，对Pad造成损伤性压痕等一系列问题，飞针测试可测试密度较高的线路板，成本也较低廉，但与夹具式测试相比，其测试速度慢，探头的寿命也不长，只适合批量较小的生产。采用由感压导电橡胶制作成的测试治具系统，因橡胶质地较软且与线路板以面相接触，不会对Pad造成损伤，其垂直导电单元非常小，测试基板最小线距(Pitch)0.25mm，测试基板最小Pad间距0.075mm，测试基板最小Pad面积0.05mm2对于高密度线路板更能显现其优越稳定的测试效果，大幅缩减探针治具测试所浪费的人力及时间。目前市场上的感压导电橡胶皆由日本本土和其设在太湾的分厂制造，其寿命较短，测试压力为1.0kg/cm2时，可受压次数为10000次左右，需要定期更新，否则会将焊盘严重污染掉，该产品在国内价格昂贵，极大的限制了这种可靠性高的测试方法的推广。1999年日本100家大PCB厂已有60多家采用该种测试治具系统，2001年台湾已有多家采用，国内仅有少量高端PCB厂家使用该种导电橡胶，故该产品具有极大的经济意义。
感压导电橡胶，除具有灵敏度高，能够集成化智能化的特点外，还具有可曲挠性、高弹性、耐介质腐蚀、加工过程相对简单、可以制成大面积等特点。因此，在电阻应变式敏感材料中成为另一大类，而且占有不可取代的重要地位。科学技术的巨大进步，促使人们去开发一种智能机器，以代替、扩充人类的体力和脑力劳动。在现阶段，对于机器人来说，视觉和触觉传感器是最受重视的。感压导电橡胶就是制造触觉传感器合适的敏感材料之一。感压导电橡胶不但可以制造各种机器人的触觉、义手等感压传感器，还可以制造各种力敏传感器，各种触点触面开关元件，高密度文字处理机的开关面板，计算机的符号图象转读装置，以及作为滤波器件使用。
发明内容
本发明的目的旨在制造更加耐用且更精细敏感的感压导电橡胶，在用于高密度线路板测试时，测试基板最小线距可达到0.25mm，被测试基板最小Pad面积达到0.05mm2的前提下，将寿命提高至15000次左右，并且降低其价格，使大多数厂家都可接受并使用上较先进的印刷电路板测试系统，提高生产水平和产品良好率，从而提高整个印刷电路板制造及测试行业的水平。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种各向异性感压导电橡胶，该橡胶主要由一种液态含有活性基团聚合性树脂、补强填料、交联剂、球形导电颗粒、硅烷偶联剂、防老剂、消泡剂、防沉剂和溶剂制成，其组成按质量份数计为：
聚合性树脂： 100份；
补强填料白炭黑： 1-3份；
交联剂： 5-10份；
球形导电颗粒： 80-110份；
硅烷偶联剂： 0.1-0.3份；
防老剂 0.5-3份；
消泡剂 0-0.1份；
防沉剂 0-0.1份；
溶剂 10份。
本发明的各向异性感压导电橡胶中，所述的液态含有活性基团聚合性树脂为液体硅橡胶(LSR)、液体聚氨酯树脂中的一种。
本发明的各向异性感压导电橡胶中，所选用的液体硅橡胶，是单组份的常温型硫化硅橡胶，或者是常温或者高温硫化的双组份液体硅橡胶；所选用的液体聚氨酯树脂为常温型双组份聚氨酯。
本发明的各向异性感压导电硅橡胶，所用的液体硅橡胶是甲基乙烯基硅橡胶，或甲基苯基乙烯基硅橡胶；选用硅橡胶的具体牌号为DOW CORNING公司的高强度型HS-30、HS-50、HS-70、HS-35U、HS-55U或HS-75U；或选用高强度高抗撕型LS5-8740、LS5-8760、LS-2040或LS5-2060；或选用SHIN ETSU公司的快速固化透明高强度型KEG2000系列的硬度为40，50，60或70、KEG2001系列的硬度为40或50、透明高强型KE1950的硬度为10-70中的一种，或高透明型KE1935、KE1987、KE1988或ke1310。
本发明的各向异性感压导电橡胶，需要用纳米白炭黑对液体硅橡胶进补强改性，同时起到间隔导电颗粒的效果提高胶体的电气绝缘性，从而实现各向异性的目的。
本发明的各向异性感压导电橡胶，使用的球形导电颗粒为球形金属导电颗粒，是选用微观形状为规整球形的羰基镍、高纯镍、镍钴合金、镍铁合金中的一种或两种材料，通过筛分或精密气流分级得到的高度均一，粒径主要分布在10-12微米之间颗粒，通过化学镀金，使表面带有金层，并且金层与基材结合紧密的球形金属导电颗粒。提高了颗粒的导电性能。
本发明的各向异性感压导电橡胶，使用的交联剂为含氢硅油，消泡剂选用牌号为DEUCHEM-2700，防沉剂选用牌号为Desettle275，溶剂为乙酸乙酯。
本发明的各向异性感压导电橡胶中所添加的导电颗粒选用硅烷偶联剂通过湿法工艺对导电颗粒表面进行改性，提高颗粒与液态聚合性树脂的相容性，提高了颗粒在胶体中的分散性。硅烷偶联剂选用KH-550、KH-560、KH-570、KH-602、KH-792等钛酸酯偶联剂中的一种。
本发明的各向异性感压导电橡胶中所添加的防老剂为防老剂264，防老剂RD，防老剂RT中的一种或两种的复合。
本发明的各向异性感压导电橡胶的制备方法：
先通过分级设备筛分粒度均一的金属颗粒，经过化学镀金后用硅烷偶联剂对其进行表面处理；将补强填料纳米白炭黑按上述比例加入到含有活性基团聚合性树脂中，使用三辊研磨机充分混合，再按上述比例加入交联剂、防老剂、球形导电颗粒、消泡剂、防沉剂和溶剂乙酸乙酯，充分搅拌均匀，涂覆在不锈钢模具中，模具中事先涂脱模剂，放入电磁场中，磁场强度保持在4000高斯以上，同时加热模具至60℃，保持不少于4小时，取出从模具上揭下，即得感压导电橡胶。
使用本发明所测试线路板具有如下特点：
(1)测试基板最小间距0.25mm(10mil)
(2)测试基板最小衬垫间距0.075mm(3mil)
(3)测试基板最小衬垫面积0.05mm2
(4)测试电压150-250V
(5)测试使用最小必要压力1.0kg/cm2
本发明提供的感压导电橡胶的特点是：
(1)断裂伸长率：280％
(2)拉伸强度：5.6Mpa
(3)导电单元小，平均面积为0.07mm2
(4)橡胶质地柔软，不会对线路板上的焊盘(PAD)造成损伤性压痕
(5)适用与密度非常高的线路板测试
具体实施方式：
通过以下实施例对本发明进行说明，本发明不限于以下实施例。
本发明感压导电橡胶的制备：
导电颗粒的制备：
实施例1
按本发明所述的组分以质量份数计，将100份DOW CORNING公司牌号为HS-50硅橡胶、1份纳米白炭黑使用三辊研磨机充分研磨混合，加入0.5份防老剂RD与0.5份防老剂264，30份球形导电镍粉，8份含氢硅油，加入0.05份消泡剂DEUCHEM-2700和0.05份防沉剂Desettle275，10份溶剂乙酸乙酯均匀混合，涂覆在不锈钢模具上制成160μm的膜，放入磁场中，磁场强度保持在4000高斯，同时加热模具至60℃，保持4小时，取出模具，将固化好的膜揭下。按GB/T 528-1998/XG1-2007，使用智能拉力机，测试其断裂伸长率和拉伸强度。用夹具，测试其电阻值，结果见表1.
实施例2
按本发明所述的组分以质量份数计，将100份DOW CORNING公司牌号为HS-50硅橡胶、2份纳米白炭黑使用三辊研磨机充分研磨混合，加入1份防老剂RD，30份镀金球形导电镍粉，8份含氢硅油，加入0.05份消泡剂DEUCHEM-2700和0.05份防沉剂Desettle275，10份溶剂乙酸乙酯均匀混合，涂覆在不锈钢模具上制成160μm的膜，放入磁场中，磁场强度保持在5000高斯，同时加热模具至60℃，保持4小时，取出模具，将固化好的膜揭下。按GB/T 528-1998/XG1-2007，使用智能拉力机，测试其断裂伸长率和拉伸强度。用夹具，测试其电阻值，结果见表1.
实施例3
按本发明所述的组分以质量份数计，将100份SHIN ETSU公司的牌号为ke1950硅橡胶、3份纳米白炭黑使用三辊研磨机充分研磨混合，加入1.5份防老剂RD与1份防老剂RT，80份镀金球形导电镍粉，9份含氢硅油，0.05份消泡剂DEUCHEM-2700和0.05份防沉剂Desettle275，10份溶剂乙酸乙酯均匀混合，涂覆在不锈钢模具上制成160μm的膜，放入磁场中，磁场强度保持在6000高斯，同时加热模具至60℃，保持4小时，取出模具，将固化好的膜揭下。按GB/T 528-1998/XG1-2007，使用智能拉力机，测试其断裂伸长率和拉伸强度。用夹具，测试其电阻值，结果见表1.
实施例4
按本发明所述的组分以质量份数计，将100份SHIN ETSU公司的牌号为ke1950硅橡胶、2.3份纳米白炭黑使用三辊研磨机充分研磨混合，加入1.5份防老剂RD，100份镀金球形导电镍粉，9份含氢硅油，0.05份消泡剂DEUCHEM-2700和0.05份防沉剂Desettle275，10份溶剂乙酸乙酯均匀混合，涂覆在不锈钢模具上制成160μm的膜，放入磁场中，磁场强度保持在7000高斯，同时加热模具至60℃，保持4小时，取出模具，将固化好的膜揭下。按GB/T 528-1998/XG1-2007，使用智能拉力机，测试其断裂伸长率和拉伸强度。用夹具，测试其电阻值，结果见表1.
实施例5
按本发明所述的组分以质量份数计，将100份SHIN ETSU公司的牌号为KE1988硅橡胶、2.7份纳米白炭黑使用三辊研磨机充分研磨混合，加入2.5份防老剂RD，110份镀金球形导电镍粉，9份含氢硅油，加入0.05份消泡剂DEUCHEM-2700，10份溶剂乙酸乙酯均匀混合，涂覆在不锈钢模具上制成160μm的膜，放入磁场中，磁场强度保持在8000高斯，同时加热模具至60℃，保持4小时，取出模具，将固化好的膜揭下。按GB/T528-1998/XG1-2007，使用智能拉力机，测试其断裂伸长率和拉伸强度。用夹具，测试其电阻值，结果见表1.
实施例6
按本发明所述的组分以质量份数计，将100份SHIN ETSU公司的牌号为KE1310硅橡胶、2.7份纳米白炭黑使用三辊研磨机充分研磨混合，加入2.5份防老剂246，110份镀金球形导电镍粉，10份含氢硅油，10份溶剂乙酸乙酯均匀混合，涂覆在不锈钢模具上制成160μm的膜，放入磁场中，磁场强度保持在8000高斯，同时加热模具至60℃，保持4小时，取出模具，将固化好的膜揭下。按GB/T 528-1998/XG1-2007，使用智能拉力机，测试其断裂伸长率和拉伸强度。用夹具，测试其电阻值，结果见表1.
实施例7
按本发明所述的组分以质量份数计，将100份SHIN ETSU公司的牌号为KE1310硅橡胶、2.7份纳米白炭黑使用三辊研磨机充分研磨混合，加入2.5份防老剂RD，110份镀金球形导电镍粉，10份含氢硅油，加入0.1份消泡剂DEUCHEM-2700，10份溶剂乙酸乙酯均匀混合，涂覆在不锈钢模具上制成160μm的膜，放入磁场中，磁场强度保持在8000高斯，同时加热模具至60℃，保持4小时，取出模具，将固化好的膜揭下。按GB/T528-1998/XG1-2007，使用智能拉力机，测试其断裂伸长率和拉伸强度。用夹具，测试其电阻值，结果见表1.
比较例1
按质量份数计，将100份SHIN ETSU公司的牌号为KE1310硅橡胶、2.7份纳米白炭黑使用三辊研磨机充分研磨混合，加入2.5份防老剂RD，110份镀金球形导电镍粉，10份含氢硅油，10份溶剂乙酸乙酯均匀混合，涂覆在不锈钢模具上制成160μm的膜，放入磁场中，磁场强度保持在2000高斯，同时加热模具至60℃，保持4小时，取出模具，将固化好的膜揭下。按GB/T 528-1998/XG1-2007，使用智能拉力机，测试其断裂伸长率和拉伸强度。用夹具测试其电阻值，结果见表1.
比较例2
按质量份数计，将100份SHIN ETSU公司的牌号为KE1310硅橡胶、2.7份纳米白炭黑使用三辊研磨机充分研磨混合，加入2.5份防老剂RD，110份镀金球形导电镍粉，10份含氢硅油，10份溶剂乙酸乙酯均匀混合，涂覆在不锈钢模具上制成160μm的膜，加热模具至60℃，保持4小时，取出模具，将固化好的膜揭下。按GB/T 528-1998/XG1-2007，使用智能拉力机，测试其断裂伸长率和拉伸强度。用夹具测试其电阻值，结果见表1.
表1
将实施例3、实施4、实施例6所制备的感压导电橡胶使用JP治具系统测试其开短路，采用标准高密线路板(已经测试合格)，气缸压力调制1Mpa，具体测试情况见表2
表2
Claims (6)
1.一种各向异性感压导电橡胶，其特征在于，该橡胶主要由一种液态含有活性基团聚合性树脂、补强填料、交联剂、球形导电颗粒、硅烷偶联剂、防老剂、消泡剂、防沉剂和溶剂制成，其组成按质量份数计为：
聚合性树脂： 100份；
补强填料白炭黑： 1-3份；
交联剂： 5-10份；
球形导电颗粒： 80-110份；
硅烷偶联剂： 0.1-0.3份；
防老剂 0.5-3份；
消泡剂 0-0.1份；
防沉剂 0-0.1份；
溶剂 10份；
其中，所述的液态含有活性基团聚合性树脂为液体硅橡胶或液体聚氨酯树脂中的一种；所述的球形导电颗粒为粒度均匀球形金属导电颗粒，其材质选用羰基镍、高纯镍、镍钴合金、镍铁合金中的一种或两种，其微观形状为规整球形；所述的交联剂为含氢硅油，消泡剂选用牌号为DEUCHEM-2700，防沉剂选用牌号为Desettle275；所述的硅烷偶联剂选用KH-550，KH-560，KH-570，KH-602，KH-792钛酸酯偶联剂中的一种；所述的防老剂为防老剂264，防老剂RD，防老剂RT中的一种或两种复合防老剂；所述的溶剂为乙酸乙酯。
2.如权利要求1所述的各向异性感压导电橡胶，其特征在于，所选用的液体硅橡胶，是单组份的常温型硫化硅橡胶，或常温或者高温硫化的双组份液体硅橡胶。
3.如权利要求2所述的各向异性感压导电橡胶，其特征在于，所述的液体硅橡胶选用DOW CORNING公司高强度型HS-30、HS-50、HS-70、HS-35U、HS-55U或HS-75U；或选用高强度高抗撕型LS5-8740、LS5-8760、LS-2040或LS5-2060；或选用SHIN ETSU公司的快速固化透明高强度型KEG2000系列的硬度为40、50、60或70；KEG2001系列的硬度为40或50；透明高强型KE1950的硬度为10-70中的任一种；或高透明型KE1935、KE1987、KE1988或ke1310。
4.如权利要求1所述的各向异性感压导电橡胶，其特征在于，所选用的液体聚氨酯树脂为常温型双组份聚氨酯。
5.如权利要求1所述的各向异性感压导电橡胶，其特征在于，所述的球形金属导电颗粒，是选用微观形状为规整球形的羰基镍、高纯镍、镍钴合金、镍铁合金中的一种或两种材料，通过筛分或精密气流分级得到的高度均一，粒径主要分布在10-12微米之间颗粒，通过化学镀金，使表面带有金层，并且金层与基材结合紧密的球形金属导电颗粒。
6.权利要求1所述的各向异性感压导电橡胶的制备方法，其特征在于，
先通过分级设备筛分粒度均一的球形导电颗粒，经过化学镀金后用硅烷偶联剂对其进行表面处理；将补强填料纳米白炭黑按所述的比例加入到含有活性基团聚合性树脂中，使用三辊研磨机充分混合，再按所述的比例加入交联剂、防老剂、球形导电颗粒、消泡剂、防沉剂和溶剂，充分搅拌均匀，涂覆在不锈钢模具中，模具中事先涂脱模剂，放入电磁场中，磁场强度保持在4000高斯以上，同时加热模具至60℃，保持不少于4小时，取出从模具上揭下，即得各向异性感压导电橡胶。
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