CN101805575A - 一种高性能导电银胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高性能导电银胶，其特征在于，它由以下重量百分比的原料制成：微米级金属银粉65-80％、环氧树脂10-20％、固化剂1.4-3.5％、溶剂6-9％、促进剂0.5-1.2％、增韧剂0.05-0.1％、添加剂1-2％。本发明还公开了一种高性能导电银胶的制备方法。本发明所述的导电银胶在拥有高导电率，具有很高的导热率、高的工作温度和强粘度以及很高的剪切强度，其性能指标明显高于现有技术导电银胶的工作性能，解决了现有技术中导电银胶领域剪切性能差、工作温度低、导热率较差、固化时间长、固化温度高、粘度差以及易对环境造成污染等技术问题。

Description

一种高性能导电银胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种胶，特别是一种主要应用于大功率LED封装和热沉等的高性能导电银胶；本发明还涉及上述高性能导电银胶的一种制备方法。

背景技术

随着真空微纳电子技术的不断更新以及发展，电子器件正朝着微型化的方向迅速迈进，目前电子器件的尺寸已经缩小至几个nm的尺度。而对于微型元器件的安装以及复杂、高密度的电子线路的黏结都是无法使用传统的焊接方法来直接完成，因此导电胶的使用就成为了解决微纳电子产业链条中解决连接问题的有效方法，它正取代传统的铅锡焊接成为了世界上导电粘结的首选。

而目前随着大功率LED(发光二极管)行业的蓬勃发展，其对高性能导电胶的需求正在迅猛增大。但是由于大功率LED产业的特殊性，即封装结构和制备工艺复杂，导电胶的应用会直接影响其发光效率和使用寿命，所以其对导电胶性能的要求几乎到达了苛刻的地步：(1)要求导电胶具有高导电率；(2)要求导电胶具有高的导热率；(3)要求制备导电胶所需的原材料必须为环境友好型材料；(4)要求导电胶在具有高剪切强度的同时与衬底保持强的附着力。虽然国内外已经出现一些公司生产了许多不同型号的导电胶产品，但是真正能够满足大功率LED使用要求的产品却是非常稀少。因此，高性能导电银胶研发显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种配方合理、简单、性能优良的高性能导电银胶。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种如上所述的高性能导电银胶的其制备方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种高性能导电银胶，其特点是，它由以下重量百分比的原料制成：

微米级金属银粉                        65-80％；

环氧树脂                              10-20％；

固化剂                                1.4-3.5％；

溶剂                                  6-9％；

促进剂                                0.5-1.2％；

增韧剂                                0.05-0.1％；

添加剂                                1-2％。

在以上所述的高性能导电银胶技术方案中：

1、所述的微米级金属银粉的形状可以为球状、枝状或片状，或者是各种形状组成的混合物。

2、所述的环氧树脂可以为现有技术中公开的可适合于做导电银胶的任何一种环氧树脂，优选缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯、酚醛环氧树脂、改性缩水甘油醚环氧树脂、改性缩水甘油酯或改性酚醛环氧树脂中的一种，或者是其中任何几种按任何合适的比例组成的混合物。

3、所述的固化剂可以为现有技术中公开的可适合于做导电银胶的的任何一种固化剂，优选酰肼、苯砜、双氰胺或改性双氰胺中的一种，或者是其中任何几种按任何合适的比例组成的混合物。

4、所述的溶剂可以为现有技术中公开的可适合于做导电银胶的的任何一种溶剂，优选乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、苯甲醇或丙酮中的一种，或者是其中任何几种按任何合适的比例组成的混合物。

5、所述的促进剂可以为现有技术中公开的可适合于做导电银胶的的任何一种促进剂，优选有机脲、咪唑、苯酚或三级胺类中的一种，或者是其中任何几种按任何合适的比例组成的混合物。

6、所述的增韧剂可以为现有技术中公开的可适合于做导电银胶的的任何一种增韧剂，优选有机硅树脂、聚砜树脂、聚醚醚酮树脂或端羧基丁腈橡胶中的一种，或者是其中任何几种按任何合适的比例组成的混合物。

7、所述的添加剂可以为消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂中一种，或者是其中任何几种按任何合适的比例组成的混合物。且所述的消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂可以为现有技术中公开的可适合于做导电银胶的的任何一种消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂。所述的添加剂优选为由消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂组成的混合物；混合物中，消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂的重量比优选为0.5-1∶1-2∶0.5-0.8∶1-1.5∶0.5-2。

本发明所述的高性能导电银胶可以按照常规的导电银胶的制备方法进行制备，优选以上方法进行制备。其具体步骤如下：

(1)按比例取增韧剂和环氧树脂，在140-160℃下保温搅拌至混合均匀，得预聚体备用；

(2)取预聚体，按比例加入固化剂、溶剂、促进剂和添加剂后，充分搅拌均匀，得基体备用；

(3)按比例取微米级金属银粉加入基体中充分搅拌后放入三辊机混合均匀，即得。

上述制备方法优选在温度为25℃-28℃的恒温、湿度为不大于60％的恒湿环境下进行。

经检测，本发明大功率LED使用高性能银胶的主要性能指标如下：制备出的银胶的粒径为2-5μm，粘度在20000-25000厘泊，固化后银胶的导电率在1-3x10^-5(Ω·cm)^-1，热导率在18-20w/k·m，剪切强度在6-9x10¹³Pa，最高使用温度可到280℃，完全可以为大功率LED上的封装和热沉使用提供安全可靠的保障。

本发明使用直径在微米量级的金属银粉，通过选择加入C系、Si系和Al系化合物作为添加剂，同时可以选择加入消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂等，获得了尺径分散均匀、固化温度低和固化时间较短的导电银胶。并且本发明制备的导电银胶使用乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、苯甲醇或丙酮等环境友好型溶剂，而避免使用以往制备技术中所使用的具有毒性的甲苯、二甲苯和苯甲醇等原料，充分保护了环境和生产者的健康，完全符合国家绿色环保的要求。

本发明所述的导电银胶在拥有高导电率(电阻率为1x10^-5)的基础上，同时具有很高的导热率(18-20w/k·m)、高的工作温度(280℃)和强粘度(20000-25000厘泊)以及很高的剪切强度(6-9x10¹³Pa)，其性能指标明显高于现有技术中的导电银胶的工作性能。同时本发明方法在制备高性能的导电银胶生产过程中使用相对简单的生产方法和制备设备，同时具有产量大、高效率和可靠性强等优点，特别适合于大功率LED上的封装和热沉使用。本发明解决了现有技术中导电银胶领域剪切性能差、工作温度低、导热率较差、固化时间长、固化温度高、粘度差以及易对环境造成污染等技术问题。

附图说明

图1为本发明导电银胶固化后的SEM图。

图2为150℃固化温度条件下的导电银胶样品(50个)的附着力分布图。

图3为230℃固化温度条件下的导电银胶样品(50个)的附着力分布图。

图4为150℃固化温度条件下的导电胶样品(50个)的伏安特性(I-V)曲线图。

图5为230℃固化温度条件下的导电胶样品(50个)的伏安特性(I-V)曲线图。

图6为导电银胶样品(50个)的热导率分布图。

图7为导电银胶样品(50个)的粘度分布图。

具体实施方式

以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1。一种高性能导电银胶，它由以下重量百分比的原料制成：

微米级金属银粉                        79.05％；

环氧树脂                              12％；

固化剂                                1.4％；

溶剂                                  6％；

促进剂                                0.5％；

增韧剂                                0.05％；

添加剂                                1％。

按常规方法制备。

实施例2。一种高性能导电银胶，它由以下重量百分比的原料制成：

微米级金属银粉                        74.2％；

环氧树脂                              10％；

固化剂                                3.5％；

溶剂                                  9％；

促进剂                                1.2％；

增韧剂                                0.1％；

添加剂                                2％。

其制备方法步骤如下：

(1)按比例取增韧剂和环氧树脂，在140℃下保温搅拌2小时至混合均匀，得预聚体备用；

(2)取预聚体，按比例加入固化剂、溶剂、促进剂和添加剂后，充分搅拌均匀，得基体备用；

(3)按比例取微米级金属银粉加入基体中充分搅拌后放入三辊机混合均匀，即得。

实施例3。一种高性能导电银胶，它由以下重量百分比的原料制成：

微米级金属银粉                      65％；

环氧树脂                            20％；

固化剂                              3％；

溶剂                                8.73％；

促进剂                              1.2％；

增韧剂                              0.07％；

添加剂                              2％。

其制备方法步骤如下：

(1)按比例取增韧剂和环氧树脂，在160℃下保温搅拌5小时至混合均匀，得预聚体备用；

(2)取预聚体，按比例加入固化剂、溶剂、促进剂和添加剂后，充分搅拌均匀，得基体备用；

(3)按比例取微米级金属银粉加入基体中充分搅拌后放入三辊机混合均匀，即得。

实施例4。一种高性能导电银胶，它由以下重量百分比的原料制成：

微米级金属银粉                      80％；

环氧树脂                            10.6％；

固化剂                              1.5％；

溶剂                                6％；

促进剂                              0.8％；

增韧剂                              0.1％；

添加剂                              1％。

其制备方法步骤如下：

(1)按比例取增韧剂和环氧树脂，在152℃下保温搅拌4小时至混合均匀，得预聚体备用；

(2)取预聚体，按比例加入固化剂、溶剂、促进剂和添加剂后，充分搅拌均匀，得基体备用；

(3)按比例取微米级金属银粉加入基体中充分搅拌后放入三辊机混合均匀，即得。

实施例5。实施例1-4任何一项所述高性能银胶中：所述的微米级金属银粉的形状为球状、枝状或片状。

实施例6。实施例1-5任何一项所述高性能银胶中：所述的环氧树脂选自缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯、酚醛环氧树脂、改性缩水甘油醚环氧树脂、改性缩水甘油酯或改性酚醛环氧树脂中的一种或几种组成的混合物。

实施例7。实施例1-6任何一项所述高性能银胶中：所述的固化剂选自酰肼、苯砜、双氰胺或改性双氰胺中的一种或几种组成的混合物。

实施例8。实施例1-7任何一项所述高性能银胶中：所述的溶剂选自乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、苯甲醇或丙酮中的一种或几种组成的混合物。

实施例9。实施例1-8任何一项所述高性能银胶中：所述的促进剂为选自有机脲、咪唑、苯酚或三级胺类中的一种或几种组成的混合物。

实施例10。实施例1-9任何一项所述高性能银胶中：所述的增韧剂为有机硅树脂、聚砜树脂、聚醚醚酮树脂或端羧基丁腈橡胶中的一种或几种组成的混合物。

实施例11。实施例1-10任何一项所述高性能银胶中：所述的添加剂为消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂中一种或者二种以上组成的混合物。

实施例12。实施例1-10任何一项所述高性能银胶中：所述的添加剂为由消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂组成的混合物；混合物中，消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂的重量比依次为0.5∶1∶0.5∶1∶0.5。

实施例13。实施例1-10任何一项所述高性能银胶中：所述的添加剂为由消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂组成的混合物；混合物中，消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂的重量比依次为0.5∶2∶0.8∶1.5∶2。

实施例14。实施例1-10任何一项所述高性能银胶中：所述的添加剂为由消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂组成的混合物；混合物中，消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂的重量比依次为1∶2∶0.5∶1.5∶0.5。

实施例15。参照图1-5。一种高性能导电银胶，它由以下重量百分比的原料制成：

微米级金属银粉                        71.81％；

环氧树脂                              15％；

固化剂                                2.6％；

溶剂                                  8％；

促进剂                                1％；

增韧剂                                0.09％；

添加剂                                1.5％。

其制备方法其步骤如下：

(1)预聚体的制备：

按所述比例选取增韧剂和环氧树脂，在150℃下保温搅拌4小时，至胶体混合均匀透亮，得预聚体备用；

(2)基体的配制：

取预聚体，按所述比例加入偶联剂、溶剂、固化剂、促进剂和添加剂后，充分搅拌均匀备用；

(3)高性能银胶的配制：

按所述比例称量微米金属银粉，与上述制备的基体充分搅拌后放入三辊机混合均匀，即得。

本实施例所述的微米级金属银粉的形状为球状；所述的环氧树脂为缩水甘油醚环氧树脂；所述的固化剂为酰肼；所述的溶剂为乙二醇丁醚醋酸酯；所述的促进剂为有机脲；所述的增韧剂为有机硅树脂；所述的添加剂为消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂组成的混合物；混合物中，消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂的重量比依次为0.8∶1.5∶0.7∶1.2∶1.2。

本实施例制备出导电胶为白色粘稠状胶体，胶体颜色均匀，颗粒尺寸分布均匀，直径分布范围在2-5μm，如图1所示。

从导电银胶固化后的EDX能谱图可以明显地确定所制备出的高性能导电银胶的组成。其中主要成分为Ag，而C元素则来自于环氧树脂等有机物，此外胶体中还有微量的O元素存在。除此之外，整个胶体中不存在其它元素，这表明实施例制备出的产物为高纯度的导电银胶。

为了确定本实施例制备的导电银胶的工作性能，我们对50个样品进行了一系列系统的测试分析。从图2-3中，我们可以发现150℃和230℃固化后的导电银胶样品的附着力可达到6-12x10¹³Pa，并且可以看出经过230℃固化之后的导电银胶与衬底的附着力出现一些小的下降，但是仍可满足LED使用的基本要求。而图4-5中的电导率测试结果表明，本实施例的150℃和230℃固化后导电银胶的方块电导率分别达到了3x10^-5Ω·cm和1x10^-5Ω·cm。并且，图6中的热导率测试结果表明本实施例的导电银胶的平均热导率达到了18w/k·m。同时从图7的粘度分布图，我们还可以确定本实施例的中导电银胶的粘度分布范围在20000-25000厘泊，本实施例的中所制得的导电银胶的工作特性(电导率、热导率、粘度和剪切强度等)表现十分优异。

Claims (10)

1.一种高性能导电银胶，其特征在于，它由以下重量百分比的原料制成：

微米级金属银粉                    65-80％；

环氧树脂                          10-20％；

固化剂                            1.4-3.5％；

溶剂                              6-9％；

促进剂                            0.5-1.2％；

增韧剂                            0.05-0.1％；

添加剂                            1-2％。

2.根据权利要求1所述高性能银胶，其特征在于：所述的微米级金属银粉的形状为球状、枝状或片状。

3.根据权利要求1所述高性能银胶，其特征在于：所述的环氧树脂选自缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯、酚醛环氧树脂、改性缩水甘油醚环氧树脂、改性缩水甘油酯或改性酚醛环氧树脂中的一种或几种组成的混合物。

4.根据权利要求1所述高性能银胶，其特征在于：所述的固化剂选自酰肼、苯砜、双氰胺或改性双氰胺中的一种或几种组成的混合物。

5.根据权利要求1所述高性能银胶，其特征在于：所述的溶剂选自乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、苯甲醇或丙酮中的一种或几种组成的混合物。

6.根据权利要求1所述高性能银胶，其特征在于：所述的促进剂选自有机脲、咪唑、苯酚或三级胺类中的一种或几种组成的混合物。

7.根据权利要求1所述高性能银胶，其特征在于：所述的增韧剂选自有机硅树脂、聚砜树脂、聚醚醚酮树脂或端羧基丁腈橡胶中的一种或几种组成的混合物。

8.根据权利要求1所述高性能银胶，其特征在于：所述的添加剂选自消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂中一种或者二种以上组成的混合物。

9.根据权利要求8所述高性能银胶，其特征在于：所述的添加剂为由消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂组成的混合物；混合物中，消泡剂、分散剂、流平剂、偶联剂和触变剂的重量比依次为0.5-1∶1-2∶0.5-0.8∶1-1.5∶0.5-2。

10.一种如权利要求1-9任何一项中所述的高性能导电银胶的制备方法，其特征在于，其步骤如下：

(1)按比例取增韧剂和环氧树脂，在140-160℃下保温搅拌至混合均匀，得预聚体备用；

(2)取预聚体，按比例加入固化剂、溶剂、促进剂和添加剂后，充分搅拌均匀，得基体备用；

(3)按比例取微米级金属银粉加入基体中充分搅拌后放入三辊机混合均匀，即得。

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