CN108766614B - 一种导电连接剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电连接剂及其使用方法，所述导电连接剂，包括：两种及两种以上的金属、以及所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物；所述导电连接剂在一定温度环境下，所述导电连接剂的最低熔点逐渐升高。本发明利用金属间的合金反应，产生合金反应物，从而提升导电连接剂的最低熔点，可提升导电连接剂的耐温性，保证其稳定性和可靠性。

Description

一种导电连接剂及其使用方法

技术领域

本发明属于导电材料技术领域，尤其涉及一种导电连接剂及其使用方法。

背景技术

在电子电路、输变电等领域，各种电子元器件、输变电设备、电线电缆在某些场景下需要用到导电连接剂，以使连接件间稳定连接，同时保证较好的导电性能。

目前，常用的导电连接剂包括导电膏、导电粘接剂、金属焊料等，但都或多或少的存在一些问题，如导电膏，其整体呈膏状，只适用于一些不需要粘接强度的连接环境中，无法保证连接件的连接结构稳定；而导电粘接剂则基本上是有机高分子材料与导电填料有效混合，以复合材料的形式实现有效导电和可靠连接，但由于有机高分子材料的存在，易散发出化学气味，并且电阻较高、导热性差、不耐大电流。然而对于金属焊料而言，其可保证较好的导电性能，并保持连接件间的连接结构稳定，但其需要额外的电焊工具，并且只要环境温度达到其熔点范围，金属焊料所维持的稳定结构也将遭到破坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种导电连接剂,以解决现有技术中导电连接剂电阻高、不耐大电流、稳定性差的问题。

在一些说明性实施例中，所述导电连接剂，包括：两种及两种以上的金属、以及所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物；所述导电连接剂在一定温度环境下，所述导电连接剂的最低熔点逐渐升高。

在一些可选地实施例中，所述两种及两种以上的金属中至少包括熔点在100摄氏度以下的低熔点金属，以及熔点在1000摄氏度以上的金属粉末。

在一些可选地实施例中，所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末中的金属元素在所述导电连接剂中的质量分数为15％-45％。

在一些可选地实施例中，所述熔点在100摄氏度以下的低熔点金属为熔点在30摄氏度以下的镓单质和/或镓基合金；所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末选用铜粉、铁粉和镍粉中的一种或多种；所述导电连接剂为粘稠状的固液混合物，且在室温环境下，其粘稠度逐渐升高。

在一些可选地实施例中，所述熔点在100摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为镍粉；其中，镍粉在其与镓铟合金的混合物中的质量分数为25％-30％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：Ni₂Ga₃、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃。

在一些可选地实施例中，所述熔点在100摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为铁粉和镍粉；其中，铁粉在其与镍粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为5％，镍粉在其与铁粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为20％-28％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：FeGa₃、Ni₂Ga₃、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃。

在一些可选地实施例中，所述金属粉末的粉体尺寸在1μm-30μm。

在一些可选地实施例中，所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物所述合金反应物是在指定参数的球磨环境中形成；所述球磨环境中的指定参数包括：球磨转速及球磨时间。

本发明的另一个目的在于提出一种导电连接剂的使用方法，包括：选定涂覆区；将如上述任一项的、固液混合状态的导电连接剂涂覆至所述涂覆区；维持当前环境温度一段时间后，所述涂覆区上的导电连接剂由固液混合状态转换为固态，或固液混合状态的粘稠度升高。

在一些可选地实施例中，所述将如上述任一项的、固液混合状态的导电连接剂涂覆至所述涂覆区之前，还包括：将所述导电连接剂加热至固液混合状态。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明利用金属间的合金反应，产生合金反应物，从而提升导电连接剂的最低熔点，可提升导电连接剂的耐温性，保证其稳定性和可靠性；通过材料的选用可制备成室温自固化的导电膏、导电粘接剂、又或是金属焊料，相对于传统的导电膏而言，本发明中的导电连接剂可实现室温自固化，从而保证连接件的连接结构的稳定性；相对于传统的金属焊料而言，本发明中的导电连接剂最低熔点的提升使得连接位置的耐温性得到了提升，从而保证连接件的连接结构的稳定性；相对于传统的导电粘接剂而言，本发明中的导电连接剂为金属混合物，其具有高导电率、耐热、耐大电流、不易散出易挥发气体的优势。

附图说明

图1是本发明实施例中的导电连接剂的使用流程图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明公开了一种导电连接剂，包括：两种及两种以上的金属、以及所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物；所述导电连接剂在一定温度环境下，所述导电连接剂的最低熔点逐渐升高。其中，熔点温度高的金属中金属元素在所述导电连接剂中的质量分数为15％-45％。

在一些实施例中，所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物所述合金反应物是在指定参数的球磨环境中形成；所述球磨环境中的指定参数包括：球磨转速及球磨时间。优选地，球磨转速为600–1200转/分钟；球磨时间为10–180分钟。

在一些实施例中，两种及两种以上的金属包括熔点低于300摄氏度的低熔点金属，该低熔点金属可以金属单质和/或金属合金，例如汞单质、镓单质、铟单质、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金中的一种或几种。

在一些实施例中，两种及两种以上的金属还包括熔点高于500摄氏度的高熔点金属，高熔点金属可以为金属单质、金属合金、金属化合物，例如铁、铬、锰、铝、镁、钙、锶、钡、铜、钴、镍、锑、金、银、铂、钯、锇、铱、铍、钛、锆、铪、钒、钽、钨、钼、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、钍的一种，或任意组成的合金，优选地，本发明实施例中的高熔点金属选用金属单质或金属合金的粉末，粉体尺寸为1μm-30μm。进一步的，粉体尺寸的选择可根据导电连接剂的实际应用场景进行选择，粉体尺寸越小则制成的导电连接剂的粘稠度越低，粉体尺寸越大则制成的导电连接剂的粘稠度越高。为了保证导电连接剂具有较好的粘稠度以便于涂覆，金属粉末的粉末尺寸选为5μm-10μm。

例如：利用熔点为232摄氏度的锡单质、以及熔点为1083摄氏度的铜粉来制备本发明实施例中的导电连接剂，其中的铜的质量分数为25％、锡的质量分数为75％，该配比下的锡铜合金的熔点在300摄氏度以上。通过该示例中的金属所制备的导电连接剂可作为焊料使用，通过电焊工具在焊点温度达到锡的熔点(至少232摄氏度，未达到锡铜合金的熔点300摄氏度)，使锡熔化呈液态，此时锡的金属浸润性较好，在已存在的锡铜合金作为形核点的基础上，继续在铜粉表面生长锡铜合金，从而消耗掉熔点较低的锡单质，从而使导电连接剂的熔点上升。

上述示例展示出了一种最低熔点从200摄氏度转变为300摄氏度的导电连接剂的具体实施例，该实施例中的导电连接剂可作为焊料，配合电焊等工具加热工具进行使用。相对于传统的焊料而言，其可达到较高的耐温性。

上述实施例中导电连接剂适用于环境温度在200摄氏度以上、300摄氏度以下的环境中，本发明还公开了一种适用于环境温度在100摄氏度以下的导电连接剂，该导电连接剂在室温环境下呈固态，其中所述两种及两种以上的金属中至少包括熔点在100摄氏度以下的低熔点金属，以及熔点在1000摄氏度以上的金属粉末。其中，熔点温度高的金属中金属元素在所述导电连接剂中的质量分数为15％-45％。

该实施例中导电连接剂的使用温度在100摄氏度以下，降低了加热设备的要求，更易于操作使用。

例如：利用熔点为70摄氏度的镓铟合金，其中该配比中镓的含量为45-55％，铟的含量为45-55％，以及熔点为1535摄氏度的铁粉，其中，铁粉的质量分数为15％，镓铟合金的质量分数为85％，铁粉与镓铟合金中的镓可形成镓铁合金，该配比下的镓铁合金的熔点在500摄氏度以上。因此，该导电连接剂在使用时，可利用电烙铁等加热工具对导电连接剂进行加热处理，使其中的镓铟合金熔化成液态，进而使镓元素与铁元素发生合金反应，在铁粉表面生长镓铁合金。

上述实施例中，熔点在100摄氏度以下的低熔点金属，可选用镓铟合金的选择可例如汞单质、镓单质、铟单质、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金，其中，达到熔点在100摄氏度以下的合金配比可根据相应合金的相图关系进行选择。例如镓铟合金，根据其合金相图，随着镓的含量从100％-0％不断减少、铟的含量从0％-100％不断升高的过程中，合金熔点从29摄氏度开始逐渐下降，直至达到镓铟合金的低共熔点，此时镓铟合金的熔点最低(15摄氏度左右)，镓铟合金的比例79.6的镓，21.4的铟，此后，镓铟合金的熔点逐步向铟的熔点靠近，最终可达到158摄氏度左右。

本发明实施例中导电连接剂还可适用于室温环境下的环境中，本发明还公开了一种适用于环境温度在30摄氏度以下的导电连接剂，该导电连接剂在室温环境下呈固液混合物，其中所述两种及两种以上的金属中至少包括熔点在30摄氏度以下的低熔点金属，以及熔点在1000摄氏度以上的金属粉末。其中，熔点温度高的金属中金属元素在所述导电连接剂中的质量分数为15％-45％。使用时，所述导电连接剂的初始状态为粘稠状的固液混合物，在室温环境下，其粘稠度逐渐升高，甚至完全转换为固态。制备完成时，可将制成的导电连接剂放置在零下20摄氏度的低温环境中进行储存，以避免导电连接剂在未使用时，自行转换的问题。从低温环境中取出的导电连接剂，首先需要进行解冻处理，导电连接剂会从固态转换为固液混合状态，然后可在室温条件下由固液混合状态转换为固态。

在一些实施例中，所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为镍粉；其中，镍粉在其与镓铟合金的混合物中的质量分数为25％-30％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：Ni₂Ga₃、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃。使用时，可直接将导电连接剂涂覆在相应位置，待一段时间后，涂覆的导电连接剂可转变为固态，提供相应的连接强度。

在一些实施例中，所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为铁粉和镍粉；其中，铁粉在其与镍粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为5％，镍粉在其与铁粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为20％-28％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：FeGa₃、Ni₂Ga₃、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃。其使用方式与上述实施例相同，在此不再赘述。

本发明实施例中的导电连接剂中的金属粉末的选择可根据实际使用需求进行选择，当导电连接剂需要表现出其耐温性和连接结构稳定性时，可使用铁、铬、锰、铝、镁、钙、锶、钡、铜、钴、镍、锑、金、银、铂、钯、锇、铱、铍、钛、锆、铪、钒、钽、钨、钼、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、钍中的任一种，当需要导电连接剂表面出较好的导电率时，可选择铁、铜、银等导电性良好的金属粉末进行使用。除此之外，如表现出耐腐程度高可选择镍粉等。以及当导电连接剂需要同时表现出上述特性时，可同时使用多种金属粉末。

本发明利用金属间的合金反应，产生合金反应物，从而提升导电连接剂的最低熔点，可提升导电连接剂的耐温性，保证其稳定性和可靠性；通过材料的选用可制备成室温自固化的导电膏、导电粘接剂、又或是金属焊料，相对于传统的导电膏而言，本发明中的导电连接剂可实现室温自固化，从而保证连接件的连接结构的稳定性；相对于传统的金属焊料而言，本发明中的导电连接剂最低熔点的提升使得连接位置的耐温性得到了提升，从而保证连接件的连接结构的稳定性；相对于传统的导电粘接剂而言，本发明中的导电连接剂为金属混合物，其具有高导电率、耐热、耐大电流、不易散出易挥发气体的优势。

本发明的另一个目的在于提出一种导电连接剂的使用方法，包括：

步骤S11、选定涂覆区；

步骤S12、将如上述任一项的、固液混合状态的导电连接剂涂覆至所述涂覆区；

步骤S13、维持当前环境温度一段时间后，所述涂覆区上的导电连接剂由固液混合状态转换为固态，或固液混合状态的粘稠度升高。

当选用适用于室温(30摄氏度)-200摄氏度的导电连接剂时，需要首先将导电连接剂加热至固液混合状态，再将导电连接剂涂覆或挤涂在涂覆区中，自然冷却；当选用适用于室温条件下的导电连接剂时，首先需要将导电连接剂从低温环境中进行解冻，将解冻后的固液混合状态的导电连接剂涂覆或挤涂在涂覆区中，待室温一段时间后，导电连接剂的固液混合状态的粘稠度上升，或由固液混合状态转变为固态。

针对于适用于室温条件下的导电连接剂，可通过超声、加热或通直流电流的方式，加速自固化。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (6)

1.一种导电连接剂，其特征在于，包括：两种及两种以上的金属、以及所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物；

所述导电连接剂在一定温度环境下，所述导电连接剂的最低熔点逐渐升高；

所述两种及两种以上的金属中至少包括熔点在100摄氏度以下的低熔点金属，以及熔点在1000摄氏度以上的金属粉末；

所述导电连接剂为粘稠状的固液混合物，且在室温环境下，其粘稠度逐渐升高；

所述熔点在100摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；

所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为镍粉；其中，镍粉在其与镓铟合金的混合物中的质量分数为25％-30％；

产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：

Ni₂Ga₃、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃；

或者，

所述熔点在100摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；

所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为铁粉和镍粉；其中，铁粉在其与镍粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为5％，镍粉在其与铁粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为20％-28％；

产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：

FeGa₃、Ni₂Ga₃、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃。

2.根据权利要求1所述的导电连接剂，其特征在于，所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末中的金属元素在所述导电连接剂中的质量分数为15％-45％。

3.根据权利要求1所述的导电连接剂，其特征在于，所述金属粉末的粉体尺寸在1μm-30μm。

4.根据权利要求1所述的导电连接剂，其特征在于，所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物所述合金反应物是在指定参数的球磨环境中形成；所述球磨环境中的指定参数包括：球磨转速及球磨时间。

5.一种导电连接剂的使用方法，其特征在于，包括：

选定涂覆区；

将如权利要求1-4任一项的、固液混合状态的导电连接剂涂覆至所述涂覆区；

维持当前环境温度一段时间后，所述涂覆区上的导电连接剂由固液混合状态转换为固态，或固液混合状态的粘稠度升高。

6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述将如权利要求1-4任一项的、固液混合状态的导电连接剂涂覆至所述涂覆区之前，还包括：

将所述导电连接剂加热至固液混合状态。