CN106753133B - 一种导电银胶及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导电银胶，所述导电银胶按重量份数包括如下组分：离子液体0.1～60份、银粉50～85份、环氧树脂10～50份、固化剂0.5～60份、促进剂0.05～5份、偶联剂0.05～5份、稀释剂1～10份、防沉淀剂0.05～2份。本发明将具有催化活性的离子液体引入到导电胶配方，可以促进环氧树脂的进一步固化，提高体积收缩率，极大的提高了导电银胶的导电性能。在相同银粉添加量时，导电银胶电导率大大的提升(至10‑5数量级，达到市场上较高水平)；还能促进导电填料的分散，降低导电银胶的粘度，改善了产品的操作性能。方法简单易行，原料价格较低，降低了导电银胶的成本，可广泛应用于太阳能电池、集成电路和LED封装等领域。

Description

一种导电银胶及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于属于半导体材料领域，涉及一种导电银胶及其制备方法和用途。
背景技术
作为电子封装领域传统封装材料—焊料的替代者，导电胶具有很多优点：环境友好，无有毒金属，工艺中无需预清洗和焊后清洗；固化温度温和，大大降低了对电子器件的热损伤和内应力，特别适用于热敏性材料和不可焊接的材料；线分辨率高，其200μm以下的线分辨率更适合精细间距制造。导电胶的诸多优点，适应了当今电子器件小型化、轻薄化、集成化的发展趋势，被广泛的应用IC封装、LED封装、太阳能电池、射频天线等微电子封装领域。
导电胶一般由树脂、导电填料和添加剂组成，固化或干燥后形成具有一定导电、导热、力学等综合性能的胶黏剂。虽然在很多电子领域导电胶已经代替锡铅焊料，但是还是普遍存在一些缺点：体积电阻率偏高，粘接强度不够、储存运输性能较差等。人们为了提高导电胶的导电性能，往往会增加金属填料的含量(65％-90％),虽然能在一定程度上增加其导电性，但也会因为树脂含量的减少而丧失部分机械性能、增加了导电胶的粘度，降低了粘结强度以及操作性能，而且大大的提高了导电胶的成本。
经过长时间的摸索，对于如何获得导电性能优异，粘度适中，操作性能优良，而且低成本的产品，人们一般采取如下几种方法：①使用固化收缩率高的树脂，在固化过程中，原本相互远离的颗粒会相互靠近，原本相互靠近的颗粒会相互贴近，原本相互贴近的颗粒会相互紧贴，这些均会在一定程度上降低颗粒间的接触电阻或隧道电阻，进而使导电胶体系的总电阻减小，从而获得较低的体积电阻率；②对金属填料表面改性，如Li等人，利用己二酸、戊二酸、硅烷偶联剂等溶液对银粉表面处理，通过短链酸部分消除或取代了银粉表面的长链酸，使得金属填料之间接触电阻减少，提高了导电性；③低熔点金属的添加，有学者研究发现在导电胶中添加Sn-In等低熔点合金时，由于这些合金具有较低的熔点，在导电胶固化过程中，这些低熔点合金受热后熔化、浸润在银粉周围，与银粉形成一个多元化的冶金结合，从而提高导电胶的导电性能；④纳米填料的掺杂，研究人员将纳米银线、银纳米颗粒、银纳米片、碳纳米管、石墨烯等其中的一种或几种引入到导电胶中，由于形成新的导电通路或固化过程中纳米导电填料烧结，极大的减少了原导电填料之间的接触电阻，可达到减少导电填料，提高导电性能的目的。
本领域需要开发一种提高导电胶导电性能的新方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导电银胶，所述导电银胶按重量份数包括如下组分：
离子液体 0.1～38份
银粉 50～85份；
环氧树脂 10～50份
固化剂 0.5～60份
促进剂 0.05～5份
偶联剂 0.05～5份
稀释剂 1～10份
防沉淀剂 0.05～2份；
所述导电银胶各组分之和为100份。
我们将具有催化活性的离子液体引入到导电胶配方，可以促进环氧树脂的进一步固化，提高体积收缩率，极大的提高了导电银胶的导电性能；同时可以促进导电填料的分散，降低导电银胶的粘度，改善了产品的操作性能。
优选地，所述离子液体包括[BMIM][BF4](1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)、[HEMIM][BF4](1-正己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)和[BMIM][DCA](1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐)中的任意1种或至少2种的组合。
所述离子液体的加入量优选0.1～30份，例如0.2份、0.6份、0.9份、3份、6份、8份、13份、16份、18份、23份、26份、28份、33份、36份等。
优选地，所述银粉包括片状银粉、球状银粉和棒状银粉中的任意1种或至少2种的组合。
优选地，所述银粉为微米级银粉。
优选地，所述微米级银粉的粒径为1～10μm，例如2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm等。
所述银粉的加入量优选60～85份，例如53份、56份、58份、63份、66份、68份、73份、76份、78份、83份等。
优选地，所述的环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、海因环氧树脂、氨基环氧树脂、脂环族环氧树脂和酚醛环氧树脂中的任意1种或至少2种的组合。
优选地，所述氨基环氧树脂包括AG-80环氧树脂和/或AG-90环氧树脂。
优选地，所述脂环族环氧树脂包括脂环族缩水甘油酯型环氧树脂，优选包括TDE-85环氧树脂。
所述环氧树脂的加入量例如13份、16份、18份、23份、26份、28份、33份、36份、38份、43份、46份、48份等。
优选地，所述的固化剂包括咪唑型固化剂、芳香族胺型固化剂、双氰胺型固化剂、有机酸酰肼型固化剂、三氟化硼-胺络合物型固化剂、多胺盐型固化剂、微胶囊化固化剂中的任意1种或至少2种的组合。
所述固化剂的加入量例如0.2份、0.6份、0.9份、3份、6份、8份、13份、16份、18份、23份、26份、28份、33份、36份、38份、43份、46份、48份等。
优选地，所述的促进剂包括2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚型促进剂、2-乙基-4-甲基咪唑型促进剂、三苯基膦型促进剂、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑型促进剂、有机脲型促进剂、四甲基胍型促进剂、乙酰丙酮金属盐型促进剂、过氧化二苯甲酰型促进剂、芳基异氰酸酯型促进剂中的任意1种或至少2种的组合。
所述促进剂的加入量例如0.06份、0.08份、0.09份、0.1份、0.6份、0.8份、1.3份、1.6份、1.8份、2.3份、2.6份、2.8份、3.3份、3.6份、3.8份、4.3份、4.6份、4.8份等。
优选地，所述的偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、木质素偶联剂、锡偶联剂中的任意1种或至少2种的组合；
优选地，所述硅烷偶联剂包括KH560偶联剂和/或KH570偶联剂。
所述偶联剂的加入量例如0.06份、0.08份、0.09份、0.1份、0.6份、0.8份、1.3份、1.6份、1.8份、2.3份、2.6份、2.8份、3.3份、3.6份、3.8份、4.3份、4.6份、4.8份等。
优选地，所述的稀释剂包括缩水甘油醚，优选正丁基缩水甘油醚、二缩水甘油醚、l,4-丁二醇二缩水甘油醚、多缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、糠醇缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、C12～C14缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚、对叔丁基缩水甘油醚、环已二醇二缩水甘油醚或间苯二酚二缩水甘油醚中的任意1种或至少2种的组合。
所述C12～C14缩水甘油醚示例性的可以是十二醇缩水甘油醚、十三醇缩水甘油醚、十四醇缩水甘油醚或2-乙基十醇缩水甘油醚等。
所述稀释剂的加入量例如2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份等。
优选地，所述防沉淀剂包括气相二氧化硅和有机膨润土中的任意1种或至少2种的组合。
有机膨润土是一种无机矿物/有机铵复合物，以膨润土为原料，利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性，通过离子交换技术插入有机覆盖剂而制成的。
所述防沉淀剂的加入量例如0.06份、0.08份、0.09份、0.1份、0.6份、0.8份、1.3份、1.6份、1.8份等。
本发明目的之二是提供一种如目的之一所述的导电银胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将离子液体分散在环氧树脂中，搅拌脱泡，使得离子液体充分的分散，制成组分均一的第一基础树脂；
(2)将稀释剂、防沉淀剂、偶联剂、固化剂、促进剂按配方比例添加到第一基础树脂中，混合后研磨均匀，混合脱泡，制成组分均一的第二基础树脂；
(3)将银粉按配方比例添加到第二基础树脂中，混合均匀后用三辊研磨机研磨，混合脱泡，制成膏状的成品导电银胶。
本发明目的之三是提供一种如目的之一所述的导电银胶的用途，所述导电银胶用作电子封装领域，优选用作电子封装过程中的焊料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将具有催化活性的离子液体引入到导电胶配方，可以促进环氧树脂的进一步固化，提高体积收缩率，极大的提高了导电银胶的导电性能。在相同银粉添加量时，导电银胶电导率大大的提升(至10-5数量级，达到市场上较高水平)；
(2)本发明将具有催化活性的离子液体引入到导电胶配方可以促进导电填料的分散，降低导电银胶的粘度，改善了产品的操作性能。方法简单易行，原料价格较低，降低了导电银胶的成本，可广泛应用于太阳能电池、集成电路和LED封装等领域。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种导电银胶，按重量份数包括如下组分：
离子液体([BMIM][BF4]) 1份
银粉(1～8μm) 80份
环氧树脂(双酚A环氧树脂828E) 16份
固化剂(双氰胺) 1份
促进剂(1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑) 0.1份
偶联剂(KH560) 0.1份
稀释剂(1、4-丁二醇二缩水甘油醚) 1.75份
防沉淀剂(气相二氧化硅) 0.05份；
制备方法：
将离子液体按配方填入环氧树脂中，搅拌脱泡，使得离子液体充分的分散，制成组分均一的第一基础树脂；将稀释剂、防沉淀剂、偶联剂、固化剂、促进剂按配方添加到第一基础树脂中，混合后用三辊研磨机研磨均匀，混合脱泡，制成组分均一的第二基础树脂；将银粉配方添加到第二基础树脂中，混合均匀后用三辊研磨机研磨，混合脱泡，制成膏状的成品导电银胶。
对比例1
与实施例1的区别在于，导电银胶，按重量份数包括如下组分：
离子液体([BMIM][BF4]) 0份
银粉(1～8μm) 80份
环氧树脂(双酚A环氧树脂828E) 17份
固化剂(双氰胺) 1份
促进剂(1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑) 0.1份
偶联剂(KH560) 0.1份
稀释剂(1、4-丁二醇二缩水甘油醚) 1.75份
防沉淀剂(气相二氧化硅) 0.05份；
实施例2
与实施例1的区别在于，导电银胶，按重量份数包括如下组分：
离子液体([HEMIM][BF4]) 1份
银粉(1～10μm) 80份
环氧树脂(双酚A环氧树脂828E) 16份
固化剂(双氰胺) 1份
促进剂(1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑) 0.1份
偶联剂(KH560) 0.1份
稀释剂(1、4-丁二醇二缩水甘油醚) 1.75份
防沉淀剂(气相二氧化硅) 0.05份；
实施例3
与实施例1的区别在于，导电银胶，按重量份数包括如下组分：
离子液体([BMIM][DCA]) 1份；
银粉(3～6μm) 80份；
环氧树脂(双酚A环氧树脂828E) 16份
固化剂(双氰胺) 1份
促进剂(1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑) 0.1份
偶联剂(KH560) 0.1份
稀释剂(1、4-丁二醇二缩水甘油醚) 1.75份
防沉淀剂(气相二氧化硅) 0.05份；
实施例4
与实施例1的区别在于，导电银胶，按重量份数包括如下组分：
离子液体([BMIM][BF4]) 0.1份；
银粉(3～9μm) 80份；
环氧树脂(双酚A环氧树脂828E) 16份
固化剂(双氰胺) 1份
促进剂(1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑) 0.1份
偶联剂(KH560) 0.1份
稀释剂(1、4-丁二醇二缩水甘油醚) 2.65份
防沉淀剂(气相二氧化硅) 0.05份；
实施例5
与实施例1的区别在于，导电银胶，按重量份数包括如下组分：
离子液体([HEMIM][BF4]) 30份
银粉(2～6μm) 50份
环氧树脂(双酚A环氧树脂828E) 17份
固化剂(双氰胺) 1份
促进剂(1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑) 0.1份
偶联剂(KH560) 0.1份
稀释剂(1、4-丁二醇二缩水甘油醚) 2.75份
防沉淀剂(气相二氧化硅) 0.05份；
对比例2
与实施例1的区别在于，导电银胶，按重量份数包括如下组分：
离子液体([HEMIM][BF4]) 40份
银粉(1～8) 50份
环氧树脂(双酚A环氧树脂828E) 8.5份
固化剂(双氰胺) 0.5份
促进剂(1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑) 0.05份
偶联剂(KH560) 0.05份
稀释剂(1、4-丁二醇二缩水甘油醚) 0.875份
防沉淀剂(气相二氧化硅) 0.025份；
银粉含量30wt％。
性能测试
将实施例和对比例的导电胶进行性能测试，测试方法为：
(1)体积电阻率的测定
载片用无水乙醇进行清洗，贴上绝缘胶布，将中间用钢刀割成标准的长方形，后进行导电胶涂抹。将涂抹后的载片放入烘箱中进行固化。固化后，待导电胶冷去后，用微米千分尺测量导电胶片的厚度，用游标卡尺测定导电胶的宽度，用直流数字电阻测试仪直接测量电阻。
按照下面(1)的公式计算其体积电阻率。
Figure BDA0001200144140000101
式中：ρ——电阻率，Ω·cm；
R——测量的电阻，Ω；
w——胶层的宽度，cm；
t——胶层的厚度，cm；
L——胶层的长度，cm。
每片载片上量取五个地方的厚度，取其平均值；每个配方制作5个试样，取这5个电阻率的平均值。
(2)粘度测试
使用设备为流变仪，将适量的导电胶放入托盘，按规定程序测试，每个配方制作5个试样，取这5个电阻率的平均值。
测试结构见表1：
表1
Figure BDA0001200144140000111
从表1中，将不同的离子液体引入导电胶配方，在导电填料为80％时，导电银胶的体积电阻率可以达到10-5数量级，已经达到市场上导电银胶较高水平(市场上导电银胶的体积电阻率一般为10-4数量级)；产品的粘度也有很大程度的降低，大幅的提升了产品的操作性能。从对比例1和实施例1的效果可以看出，离子液体的加入提高了导电胶的导电性能，同时降低了导电胶的粘度；从对比例2和实施例5的效果可以看出，离子液体如果加入过多，会导致导电性能下降，粘度的急剧降低，无法进行使用。
本发明将具有催化活性的离子液体引入到导电胶配方，可以促进环氧树脂的进一步固化，提高体积收缩率，极大的提高了导电银胶的导电性能。同时可以促进导电填料的分散，降低导电银胶的粘度，改善了产品的操作性能，无拉丝拖尾现象，可降低在使用成本。使用本发明所述的方法，简单易行，原料便宜、易得，对于提高导电胶综合性能，降低生产成本具有很大的意义，提高了产品的市场竞争力，可广泛应用于太阳能电池，IC和LED封装等领域。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (19)

1.一种导电银胶，其特征在于，所述导电银胶按重量份数由如下组分组成：
Figure FDA0002416849670000011
所述导电银胶各组分之和为100份；
所述离子液体包括[BMIM][BF4]、[HEMIM][BF4]和[BMIM][DCA]中的任意1种或至少2种的组合。
2.如权利要求1所述的导电银胶，其特征在于，所述银粉包括片状银粉、球状银粉和棒状银粉中的任意1种或至少2种的组合。
3.如权利要求1所述的导电银胶，其特征在于，所述银粉为微米级银粉。
4.如权利要求3所述的导电银胶，其特征在于，所述微米级银粉的粒径为1～10μm。
5.如权利要求1所述的导电银胶，其特征在于，所述的环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、海因环氧树脂、氨基环氧树脂、脂环族环氧树脂和酚醛环氧树脂中的任意1种或至少2种的组合。
6.如权利要求5所述的导电银胶，其特征在于，所述氨基环氧树脂包括AG-80环氧树脂和/或AG-90环氧树脂。
7.如权利要求1所述的导电银胶，其特征在于，所述脂环族环氧树脂包括脂环族缩水甘油酯型环氧树脂。
8.如权利要求7所述的导电银胶，其特征在于，所述脂环族环氧树脂包括TDE-85环氧树脂。
9.如权利要求1所述的导电银胶，其特征在于，所述的固化剂包括咪唑型固化剂、芳香族胺型固化剂、双氰胺型固化剂、有机酸酰肼型固化剂、三氟化硼-胺络合物型固化剂、多胺盐型固化剂、微胶囊化固化剂中的任意1种或至少2种的组合。
10.如权利要求1所述的导电银胶，其特征在于，所述的促进剂包括2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚型促进剂、2-乙基-4-甲基咪唑型促进剂、三苯基膦型促进剂、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑型促进剂、有机脲型促进剂、四甲基胍型促进剂、乙酰丙酮金属盐型促进剂、过氧化二苯甲酰型促进剂、芳基异氰酸酯型促进剂中的任意1种或至少2种的组合。
11.如权利要求1所述的导电银胶，其特征在于，所述的偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、木质素偶联剂、锡偶联剂中的任意1种或至少2种的组合。
12.如权利要求11所述的导电银胶，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括KH560偶联剂和/或KH570偶联剂。
13.如权利要求1所述的导电银胶，其特征在于，所述的稀释剂包括缩水甘油醚。
14.如权利要求13所述的导电银胶，其特征在于，所述的稀释剂包括正丁基缩水甘油醚、二缩水甘油醚、l,4-丁二醇二缩水甘油醚、多缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、糠醇缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、C12～C14缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚、对叔丁基缩水甘油醚、环已二醇二缩水甘油醚或间苯二酚二缩水甘油醚中的任意1种或至少2种的组合。
15.如权利要求1所述的导电银胶，其特征在于，所述防沉淀剂包括气相二氧化硅和有机膨润土中的任意1种或至少2种的组合。
16.一种如权利要求1～15之一所述的导电银胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将离子液体分散在环氧树脂中，搅拌脱泡，使得离子液体充分的分散，制成组分均一的第一基础树脂；
(2)将稀释剂、防沉淀剂、偶联剂、固化剂、促进剂按配方比例添加到第一基础树脂中，混合后研磨均匀，混合脱泡，制成组分均一的第二基础树脂；
(3)将银粉按配方比例添加到第二基础树脂中，混合均匀后用三辊研磨机研磨，混合脱泡，制成膏状的成品导电银胶。
17.一种如权利要求1～15之一所述的导电银胶的用途，其特征在于，所述的导电银胶用作封装领域。
18.根据权利要求17所述的用途，其特征在于，所述导电银胶用作封装过程中的焊料。
19.根据权利要求18所述的用途，其特征在于，所述导电银胶用于太阳能电池，集成电路和LED的封装。
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