CN103911089A - 一种铜纳米线导电胶及其制备方法 - Google Patents

一种铜纳米线导电胶及其制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种铜纳米线导电胶，按重量百分比由以下组份配制而成：铜纳米线30-60份；环氧树脂20-50份；固化剂3-10份；稀释剂2-10份；促进剂1-3份；抗氧剂0.1-2份；增韧剂0.1-0.5份。本发明制备的铜纳米线作为导电填料的导电胶，导电性能良好；减少了金属添加量，减少能源消耗，降低产品成本，同时改善了导电填料的分散性；延长了导电胶的储存时间。

Description

一种铜纳米线导电胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体电子工业中的导电胶技术领域，具体涉及铜纳米线导电胶及其制备方法。
背景技术
随着电子技术的发展，传统的焊接方式(铅／锡合金作为焊料)已经很难满足现代电子封装技术的要求。因此，开发新型导电焊接材料变得非常重要。导电胶是一种新型导电复合材料，主要由预聚体和金属填料组成。其中的聚合物为导电胶提供基本的力学性能，包括强度，韧性；导电通路主要还是通过添加导电填料实现。导电填料多为电阻率较低的金、银、铜、镍等金属粉末，其中，以银作为导电填料的产品最为常用。近几年，人们发现一维银纳米材料的加入可以增加导电银胶的导电性能，降低银的添加量(专利申请号：200810032397.7；200910170484.3；201110063176.8)。其原理是：银纳米线之间的接粗面积比银粉颗粒大，线与线之间的节点比较少，使得银纳米线掺杂的导电银胶在银添加量较少的情况下具有较好的导电性能。
然而，银粉作为导电填料，价格昂贵，添加量较大时导致连接强度不高；在直流电场或者湿气条件下还会产生银的迁移，降低导电性，影响使用寿命。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种新型铜纳米线导电胶，提高了导电胶的导电性能、降低了铜的添加量、改善了导电填料的分散性、延长了导电胶的存储时间。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种铜纳米线导电胶，按重量百分比包括以下组份配制而成：铜纳米线30-60份；环氧树脂20-50份；固化剂3-10份；稀释剂2-10份；促进剂1-3份；抗氧剂0.1-2份；增韧剂0.1-0.5份。
优选的，所述铜纳米线导电胶按重量百分比由以下组份配制而成：铜纳米线60份；环氧树脂22.9份；固化剂4份；稀释剂10份；促进剂1份；抗氧剂2份；增韧剂0.1份。
所述的铜纳米线优选为直径20-200nm，长度8-20μm(图1)。
优选的环氧树脂是缩水甘油酯环氧树脂、E-51环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种或几种混合物。
优选的固化剂是双氰胺、三乙醇胺、咪唑中的一种或多种。
优选的稀释剂是丙酮、乙二醇、甘油、多缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
优选的促进剂是甲基咪唑类衍生物、二甲胺类化合物中的一种或多种。
优选的增韧剂是纳米级二氧化硅、聚醚、聚氨酯等中的一种或多种。
优选的抗氧剂是磷酸酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
所述铜纳米线由氢氧化钠、硝酸铜、乙二胺、水合肼和聚乙烯基吡咯烷酮反应制备而成。
上述优选原料均为现有技术中本领域的常用试剂。
本发明还提供了铜纳米线导电银胶的制备方法，所述制备方法的步骤如下：
(1)将氢氧化钠、硝酸铜、乙二胺和水合肼加入烧瓶，搅拌均匀，在80摄氏度条件下搅拌3分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和水合肼，并将反应液置于冰水中反应一段时间，将得到的铜纳米线洗涤离心，并分散于含有少量水合肼的溶液中备用(使用前离心分离，分散在溶剂中)。
(2)将原料(环氧树脂，固化剂，促进剂，增韧剂)按比例称取，在溶剂中混合，先在室温搅拌，然后加热搅拌至分散均匀；慢慢加入在溶剂中分散好的铜纳米线和抗氧剂，继续搅拌至分散均匀，最后真空脱除气泡，得到所述的铜纳米线导电胶。
本发明选用铜作为导电填料，其导电性和银接近(银电阻率为1.59×10-8Ωm；铜的电阻率为1.7×10-8Ωm)，其价格却远低于银；使用铜纳米线材料，可以降低导电填料的添加量，增加连接强度，同时还可以防止纳米颗粒在电场作用下产生的迁移，因此，铜纳米线导电胶有着良好的应用前景。
本发明采用铜纳米线作为导电填料制备导电胶，由于纳米线的接粗面积比纳米颗粒以及片状材料多，线与线之间的节点少，导电性能比纳米颗粒材料好，提高导电胶的导电性能；在铜纳米线交联连接下，可以形成铜纳米线的网状结构，从而降低导电胶中的铜含量，进一步降低导电胶的成本，满足市场需求。
因此，本发明的有益效果是：本发明制备的铜纳米线作为导电填料的导电胶，导电性能良好；减少了金属添加量，减少能源消耗，降低产品成本，同时改善了导电填料的分散性；延长了导电胶的储存时间。
附图说明
图1是本发明制备的铜纳米线的TEM图。
具体实施方式
下面运用实施例对本发明作进一步描述，但本发明的内容不局限于下面的实施例：
一种铜纳米线导电胶，由下列重量份数的组分组成：
铜纳米线30-60份；
环氧树脂20-50份；
固化剂3-10份；
稀释剂2-10份；
促进剂1-3份；
抗氧剂0.1-2份；
增韧剂0.1-0.5份。
上述铜纳米线导电胶的制备方法为：将原料(环氧树脂，固化剂，促进剂，增韧剂)按比例称取，在溶剂中混合，先在室温搅拌，然后加热搅拌至分散均匀；慢慢加入在溶剂中分散好的铜纳米线和抗氧剂，继续搅拌至分散均匀，最后真空脱除气泡，得到所述的铜纳米线导电胶。按上述方案中使用的铜纳米线直径为20-200nm，长度8-20μm(图1)；环氧树脂是缩水甘油酯环氧树脂、E-51环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种或几种混合物；固化剂是双氰胺、三乙醇胺、咪唑等中的一种或多种；稀释剂是丙酮、乙二醇、甘油、多缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚等中的一种或多种；促进剂是甲基咪唑类衍生物、二甲胺类化合物中的一种或多种；增韧剂是纳米级二氧化硅、聚醚、聚氨酯等中的一种或多种；抗氧剂是磷酸酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
本发明方法制备的导电胶，经175℃、2小时固化后，测定其体积电阻率。
实施例1：按如下重量百分比配方配置导电胶：
将60份铜纳米线，2份亚磷酸三苯酯溶于10份乙二醇中，室温搅拌均匀；将4份三乙醇胺，1份苄基二甲胺改性物，0.1份增韧剂分散于22.9份环氧树脂中，搅拌均匀；然后将铜纳米线分散液慢慢加入到环氧树脂中，搅拌均匀。将其在175℃条件下固化2小时后测得其体积电阻率为3.2×10-5Ωm，与普通的纳米铜(粒径1-500nm)环氧导电胶相比(7×10-4Ωm，专利申请号：200910050139.6)，有了明显的提高。
实施例2：按如下重量百分比配方配置导电胶：
将50份铜纳米线，1份磷酸三苯酯溶于10份乙二醇中，室温搅拌均匀；将6份双氰胺，1份苄基二甲胺促进剂，0.1份增韧剂分散于31.9份环氧树脂中，搅拌均匀；然后将铜纳米线分散液慢慢加入到环氧树脂中，搅拌均匀。将其在175℃条件下固化2小时后测得其体积电阻率为8.8×10-5Ωm。
实施例3：按如下重量百分比配方配置导电胶：
将40份铜纳米线，1份亚磷酸三苯酯溶于10份乙二醇中，室温搅拌均匀；将8份双氰胺，1份甲基咪唑改性物，0.1份增韧剂分散于39.9份环氧树脂中，搅拌均匀；然后将铜纳米线分散液慢慢加入到环氧树脂中，搅拌均匀。将其在175℃条件下固化2小时后测得其体积电阻率为1.9×10-4Ωm。
实施例4：按如下重量百分比配方配置导电胶：
将30份铜纳米线，1份磷酸三苯酯溶于10份甘油中，室温搅拌均匀；将10份三乙醇胺，1份甲基咪唑改性物，0.1份增韧剂分散于48份环氧树脂中，搅拌均匀；然后将铜纳米线分散液慢慢加入到环氧树脂中，搅拌均匀。将其在175℃条件下固化2小时后测得其体积电阻率为7.7×10-4Ωm。
本发明制备的铜纳米线作为导电填料的导电胶，导电性能良好；减少了金属添加量，减少能源消耗，降低产品成本，同时改善了导电填料的分散性；延长了导电胶的储存时间。

Claims (9)

1.一种铜纳米线导电胶，其特征在于，所述铜纳米线导电胶按重量百分比由以下组份配制而成：铜纳米线30-60份；环氧树脂20-50份；固化剂3-10份；稀释剂2-10份；促进剂1-3份；抗氧剂0.1-2份；增韧剂0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的铜纳米线导电胶，其特征在于，所述铜纳米线导电胶按重量百分比由以下组份配制而成：铜纳米线60份；环氧树脂22.9份；固化剂4份；稀释剂10份；促进剂1份；抗氧剂2份；增韧剂0.1份。
3.根据权利要求1或2所述的铜纳米线导电胶，其特征在于，所述的铜纳米线直径20-200nm，长度为8-20μm。
4.根据权利要求1或2所述的铜纳米线导电胶，其特征在于，所述的环氧树脂是缩水甘油酯环氧树脂、E-51环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的铜纳米线导电胶，其特征在于，所述的固化剂是双氰胺、三乙醇胺、咪唑中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的铜纳米线导电胶，其特征在于，所述的稀释剂是丙酮、乙二醇、甘油、多缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的铜纳米线导电胶，其特征在于，所述的促进剂是甲基咪唑类衍生物、二甲胺类化合物中的一种或多种；所述的增韧剂是纳米级二氧化硅、聚醚、聚氨酯中的一种或多种；所述的抗氧剂是磷酸酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1或2所述的铜纳米线导电胶，其特征在于，所述铜纳米线由氢氧化钠、硝酸铜、乙二胺、水合肼和聚乙烯基吡咯烷酮反应制备而成。
9.如权利要求1～8所述的铜纳米线导电胶的制备方法，其特征在于，所述铜纳米线导电胶的制备方法如下：
(1)铜纳米线的制备：将氢氧化钠、硝酸铜、乙二胺和水合肼加入烧瓶，搅拌均匀，在80摄氏度条件下搅拌3分钟，然后加入聚乙烯基吡咯烷酮和水合肼，并将反应液置于冰水中反应一段时间，将得到的铜纳米线洗涤离心，并分散于含有水合肼的溶液中备用，使用前离心分离，分散在溶剂中；
(2)将原料环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂，按比例称取，在溶剂中混合，先在室温下搅拌，然后加热搅拌至分散均匀；慢慢加入在溶剂中分散好的铜纳米线和抗氧剂，继续搅拌至分散均匀，最后真空脱除气泡，得到所述的铜纳米线导电胶。
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