CN103834322A - 一种导电胶及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电胶，采用液态无毒性的固化剂取代常用的有机酰肼、双氰胺、咪唑等传统固化剂，使得铜粉/环氧导电胶具有生产成本低，固化温度低（60℃），固化时间短（4h），体积电阻率小，高温高频稳定性好，在85℃、RH85%的环境下经过1000h老化测试后的结果表明导电胶电导率的变化和剪切强度的变化均不超过10%，其特征在于：由环氧树脂：15～20份、胺类固化剂：7.5～10份、稀释剂：1～7份、微米尺寸铜粉：10～70份、纳米尺寸铜粉：10～70份、改性剂：1～3份组成，本发明同时还提供了一种导电胶的制造方法。

Description

一种导电胶及其制造方法

技术领域

本发明属于电子封装用导电胶技术领域，具体涉及一种导电胶及其制造方法。

背景技术

随着电子元器件逐渐向小型化、轻型化的方向发展, 微电子封装行业中传统用Sn/ Pb焊料已经不能满足工艺的要求。主要原因是：（1）线分辨率太低，只能在节距为0.65 mm以上的范围内使用；（2）Pb对环境污染严重在欧美国家已经被禁止使用，故此Sn/Pb焊料的应用受到限制；（3）焊料焊接温度过高容易损坏器件。鉴于以上不利的条件，导电胶作为一种新型的材料代替焊料在电子产品中得到广泛的应用。导电胶是一种固化和干燥后具有一定导电性能的特殊胶粘剂，是在有机聚合物基体树脂中添加固化剂、导电填料及其它助剂等制备而成。导电胶固化后具有与金属相近的导电性能，可以将同种或不同种导电材料连接在一起，使被连接的材料间形成导电回路，被普遍认为是Sn/Pb焊料的优良替代材料。在各类导电胶中，金粉导电胶的成本较高，银粉导电胶则存在着电迁移等问题，故两者的应用范围均受到很大的限制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种导电胶，降低了导电胶使用过程中对人的毒副作用和对环境的污染，并可以提高导电填料的加入量，同时充分保证导电胶的粘接强度，韧性等力学综合性能。在60℃的低温下4h就可完全固化实现对原件的粘接，将粘接过程中对元器件的损伤降至最低，同时降低了生产材料成本。

其技术方案是这样的：一种导电胶，由下列质量份数的组分组成：

环氧树脂： 15～20份，固化剂： 7.5～10份，稀释剂： 1～9份，微米尺寸铜粉： 10～70份，纳米尺寸铜粉： 10～70份，改性剂： 1～3份。

其进一步特征在于：

所述环氧树脂选自缩水甘油醚类双酚A型、双酚F型环氧树脂、脂肪族环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂中的一种或一种以上的混合物，上述环氧树脂的环氧值为0.4～0.7，25℃粘度为300～35000 mPas；

所述固化剂选自多乙烯多胺、三甲基六亚甲基二胺、酰胺基胺类、间苯二甲胺的一种或一种以上的混合物；

所述稀释剂选自单环氧基的丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、双环氧基的乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚中的一种或一种以上的混合物，上述稀释剂25℃粘度为1～350 mPas；

所述微米尺寸铜粉的平均粒径范围为20～70 μm；

所述纳米尺寸铜粉的平均粒径范围为50～100 nm；

所述改性剂选自KH550、KH570中的一种或一种以上的混合物。

一种导电胶的制造方法，其特征在于：其包括以下步骤：

（1）、环氧树脂的预处理：

用烧杯盛装适量的环氧树脂放入电热恒温鼓风干燥箱，在约120℃左右下，放置干燥约1h左右以除去环氧树脂中的水分； 

（2）、铜粉的改性：

称取一定量的铜粉置于烧杯中，加入质量分数为1%-3%的改性剂，然后再加入适量的无水乙醇，用超声波细胞粉碎机对其进行超声波改性，超声30min-60min后将其倒入蒸发皿中，放入真空烘箱内将改性好的铜粉烘干备用； 

（3）、制备导电胶的工艺方法：

按比例将一定量改性过的铜粉和去除水分的环氧树脂同稀释剂以及其他助剂一起用玻璃棒初混后，倒入三辊研磨机充分混合约30min，混合均匀后放入真空烘箱抽真空进行除气泡处理，使用时加入一定量的固化剂，搅拌均匀后，将其置于约60℃环境下恒温约4h使之完全固化即可。

本发明的上述导电胶中，本发明选用铜粉作为导电填料，并对铜粉进行表面改性处理，从而提高了其在导电胶基体中的分散性和使用过程中的抗氧化性及连接强度；选用无毒液态低粘度聚合物做为胶粘剂基体，不需要添加其他常用毒性较大助剂，降低了导电胶使用过程中对人的毒副作用和对环境的污染，并可以提高导电填料的加入量，同时充分保证导电胶的粘接强度，韧性等力学综合性能。在60℃的低温下4h就可完全固化实现对原件的粘接，将粘接过程中对元器件的损伤降至最低，由于铜粉导电胶由于其导电性能基本接近银粉导电胶，并且连接强度较好，选用铜粉作为导电填料大大降低了生产材料成本。

附图说明

图 1 环氧树脂固化前后的FT-IR谱图；

图 2质量分数为65%导电胶的平面SEM照片；

图 3 质量分数为65%导电胶的断面SEM照片；

图 4体积电阻率电阻率同导电粒子质量分数的关系曲线；

图 5 体积电阻率同温度的变化曲线；

图 6 体积电阻率同频率的变化曲线；

图 7 铜粉/环氧导电胶的TGA曲线。

具体实施方式

一种导电胶，由下列质量份数的组分组成：

环氧树脂： 15～20份，固化剂： 7.5～10份，稀释剂： 1～9份，微米尺寸铜粉： 10～70份，纳米尺寸铜粉： 10～70份，改性剂： 1～3份。

环氧树脂选自缩水甘油醚类双酚A型、双酚F型环氧树脂、脂肪族环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂中的一种或一种以上的混合物，上述环氧树脂的环氧值为0.4～0.7，25℃粘度为300～35000 mPas；

固化剂选自多乙烯多胺、三甲基六亚甲基二胺、酰胺基胺类、间苯二甲胺的一种或一种以上的混合物；

稀释剂选自单环氧基的丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、双环氧基的乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚中的一种或一种以上的混合物，上述稀释剂25℃粘度为1～350 mPas；

微米尺寸铜粉的平均粒径范围为20～70 μm；

纳米尺寸铜粉的平均粒径范围为50～100 nm；

改性剂选自KH550、KH570中的一种或一种以上的混合物。

实施例1：

按如下质量百分比（%）配方配制导电胶：

E-51环氧树脂                      20

低分子量聚酰胺                    10

乙二醇双缩水甘油醚                 7

微米尺寸铜粉                      30

纳米尺寸铜粉                      30

KH550                              3

制造方法：

（1）、环氧树脂的预处理：

用烧杯盛装环氧树脂放入电热恒温鼓风干燥箱，在120℃下，放置干燥1h以除去环氧树脂中的水分；

（2）、铜粉的改性：

称取一定量的铜粉置于烧杯中，加入质量分数为1%或2%或3%的改性剂，然后再加入适量的无水乙醇，用超声波细胞粉碎机对其进行超声波改性，超声30min后将其倒入蒸发皿中，放入真空烘箱内将改性好的铜粉烘干备用；

（3）、制备导电胶的工艺方法：

按比例将一定量改性过的铜粉和去除水分的环氧树脂同稀释剂以及其他助剂一起用玻璃棒初混后，倒入三辊研磨机充分混合30min，混合均匀后放入真空烘箱抽真空进行除气泡处理，使用时加入一定量的固化剂，搅拌均匀后，将其置于60℃环境下恒温4h使之完全固化即可。

通过本发明的上述方法制备了一种导电胶，其在60 ℃下4 h固化后体积电阻率为：3.7×10^-4Ω·cm，抗剪切强度为：17.6 MPa，在85 ℃、RH 85%的环境下经过1000 h 老化测试后的结果表明导电胶电导率的变化和剪切强度的变化均不超过10 %。见图1为所制导电胶固化前后的红外谱图，可以看到60 ℃下4 h后导电胶已固化完全；见图2、图3为所制导电胶的平面和断面SEM照片，可以看到微纳尺寸的铜粉在环氧中分散搭接良好并无气泡；见图4为所制导电胶中铜粒子总的质量分数同体积电阻率的关系曲线，可以看到当铜粒子总的质量分数为60%时，所制导电胶有低的体积电阻率3.7×10^-4Ω·cm；见图5、图6为所制导电胶体积电阻率同温度和频率的变化关系曲线，可以看到所制导电胶具有良好的温度和频率稳定性；见图7为所制导电胶的热失重曲线，可以看到200℃时所制导电胶仅失重0.8%，说明所制导电胶具有很好的耐热性能。

实施例2：

按如下质量百分比（%）配方配制导电胶：

E-51环氧树脂                      20

低分子量聚酰胺                    10

乙二醇双缩水甘油醚                 8

微米尺寸铜粉                      30

纳米尺寸铜粉                      30

KH550                              2

在60 ℃下4 h后导电胶已固化完全，其在60 ℃下4 h固化后体积电阻率为：3.7×10^-4Ω·cm，抗剪切强度为：17.6 MPa，在85 ℃、RH 85%的环境下经过1000 h 老化测试后的结果表明导电胶电导率的变化和剪切强度的变化均不超过10 %。

实施例3：

按如下质量百分比（%）配方配制导电胶：

E-51环氧树脂                      15    

低分子量聚酰胺                    7.5

乙二醇双缩水甘油醚                 5.5

微米尺寸铜粉                      40

纳米尺寸铜粉                      30

KH550                              2

在60 ℃下4 h后导电胶已固化完全，其在60 ℃下4 h固化后体积电阻率为：3.7×10^-4Ω·cm，抗剪切强度为：17.6 MPa，在85 ℃、RH 85%的环境下经过1000 h 老化测试后的结果表明导电胶电导率的变化和剪切强度的变化均不超过10 %。

实施例4：

按如下质量百分比（%）配方配制导电胶：

E-51环氧树脂                      15

低分子量聚酰胺                    7.5

乙二醇双缩水甘油醚                 1.5

微米尺寸铜粉                      15

纳米尺寸铜粉                      60

KH550                              1

在60 ℃下4 h后导电胶已固化完全，其在60 ℃下4 h固化后体积电阻率为：3.7×10^-4Ω·cm，抗剪切强度为：17.6 MPa，在85 ℃、RH 85%的环境下经过1000 h 老化测试后的结果表明导电胶电导率的变化和剪切强度的变化均不超过10 %。

实施例3：

按如下质量百分比（%）配方配制导电胶：

E-51环氧树脂                      15

低分子量聚酰胺                    7.5

乙二醇双缩水甘油醚                 1.5

微米尺寸铜粉                      30

纳米尺寸铜粉                      45

KH550                              1

在60 ℃下4 h后导电胶已固化完全，其在60 ℃下4 h固化后体积电阻率为：3.7×10^-4Ω·cm，抗剪切强度为：17.6 MPa，在85 ℃、RH 85%的环境下经过1000 h 老化测试后的结果表明导电胶电导率的变化和剪切强度的变化均不超过10 %。

本发明选用铜粉作为导电填料，并对铜粉进行表面改性处理，从而提高了其在导电胶基体中的分散性和使用过程中的抗氧化性及连接强度；选用无毒液态低粘度聚合物做为胶粘剂基体，不需要添加其他常用毒性较大助剂，降低了导电胶使用过程中对人的毒副作用和对环境的污染，并可以提高导电填料的加入量，同时充分保证导电胶的粘接强度，韧性等力学综合性能。

本发明采用液态无毒固化剂取代常用的有机酰肼、双氰胺、咪唑等传统固化剂。通过对组份和制备方法的改进本发明具有成本低，固化温度低（60℃），固化时间短（4h），体积电阻率小，高温高频稳定性好，在85 ℃、RH 85%的环境下经过1000 h 老化测试后的结果表明导电胶电导率的变化和剪切强度的变化均不超过10 %。

Claims (8)

1.一种导电胶，其特征在于：由下列质量份数的组分组成：

环氧树脂： 15～35份，固化剂： 7.5～20份，稀释剂： 1～7份，微米尺寸铜粉： 10～70份，纳米尺寸铜粉： 10～70份，改性剂： 1～3份。

2.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于：所述环氧树脂选自缩水甘油醚类双酚A型、双酚F型环氧树脂、脂肪族环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂中的一种或一种以上的混合物，上述环氧树脂的环氧值为0.4～0.7，25℃粘度为300～35000 mPas。

3.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于：所述固化剂选自多乙烯多胺、三甲基六亚甲基二胺、酰胺基胺类、间苯二甲胺的一种或一种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于：所述稀释剂选自单环氧基的丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、双环氧基的乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚中的一种或一种以上的混合物，上述稀释剂25℃粘度为1～350 mPas。

5.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于：所述微米尺寸铜粉的平均粒径范围为20～70 μm。

6.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于：所述纳米尺寸铜粉的平均粒径范围为50～100 nm。

7.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于：所述改性剂选自KH550、KH570中的一种或一种以上的混合物。

8.权利要求1所述的一种导电胶的制造方法，其特征在于：其包括以下步骤：

（1）、环氧树脂的预处理：

用烧杯盛装适量的环氧树脂放入电热恒温鼓风干燥箱，在约120℃左右下，放置干燥约1h左右以除去环氧树脂中的水分；

（2）、铜粉的改性：

称取一定量的铜粉置于烧杯中，加入质量分数为1%-3%的改性剂，然后再加入适量的无水乙醇，用超声波细胞粉碎机对其进行超声波改性，超声30min-60min后将其倒入蒸发皿中，放入真空烘箱内将改性好的铜粉烘干备用；

（3）、制备导电胶的工艺方法：

按比例将一定量改性过的铜粉和去除水分的环氧树脂同稀释剂以及其他助剂一起用玻璃棒初混后，倒入三辊研磨机充分混合约30min，混合均匀后放入真空烘箱抽真空进行除气泡处理，使用时加入一定量的固化剂，搅拌均匀后，将其置于约60℃环境下恒温约4h使之完全固化即可。

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