CN109337624B - 低温固化银包铜导电胶及其制备方法 - Google Patents

低温固化银包铜导电胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温固化银包铜导电胶，由下述重量份原料制成：环氧树脂100份、固化剂5‑20份、稀释剂10‑30份、增塑剂2‑40份、导电填料50‑85份；所述导电填料为微米级银包铜粉。及该导电胶的制备方法。本发明通过加入银包铜导电填料，解决了铜粉作为导电填料易氧化的问题，同时可以降低导电胶的成本，保持甚至提高导电胶的导电性能和其它使用性能；通过胺类和酸酐类固化剂的复配使用，产生良好的协同效应，可以快速低温固化，对于提高导电胶的可操作性和提高导电胶的生产效率有一定优势。

Description

低温固化银包铜导电胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电胶材料技术领域，尤其是一种低温固化银包铜导电胶，及其制备方法。
背景技术
近年来，各式各样的电子产品已广泛应用于工业、农业、国防和日常生活等方面。随着电子产品逐渐向小型化、便携化和集成化等方向发展，对电子封装术也提出了更高的要求。
在过去，锡铅焊料(Pb/Sn)由于导电性能好，而且价格相对较低廉，另外有着较好稳定性以及其本身熔点较低等优点，一贯以来被主要用于电子封装的导电连接材料。随着人们环保意识的提高，目前，Pb/Sn焊接在电子封装领域的应用正逐渐减少，因为Pb/Sn焊料中的Pb对于环境和人体有着巨大的危害性，同时Pb/Sn焊料的抗蠕变性能差、密度大、与有机材料的浸润性差以及连接温度高等缺点，已经无法适应现代电子产品向轻便型发展的要求。
随着科技的发展，电子产品对芯片的尺寸要求越来越高，封装温度要求越来越低，这样用于芯片粘接的导电胶就需要有较低的模量和较低的固化温度，以便能够满足现有生产与应用需求。低温是对温度敏感的设备的衡量选择。低温工艺也降低了对基材的要求，可以选择不耐高温的相对较便宜的高温基材，并且可以降低能量能耗。但目前市面上的导电胶多为中高温固化，固化温度较高，多在120℃以上，这样能耗增大、导致基材出现损伤、温敏材料难焊接或无法焊接等。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种低温固化银包铜导电胶，及其制备方法，该导电胶不仅可以低温固化，而且固化时间较短，固化后得到的导电胶体积电阻率低以及热稳定性良好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种低温固化银包铜导电胶，由下述重量份原料制成：
Figure BDA0001814608640000021
所述导电填料为微米级银包铜粉。
进一步地，所述环氧树脂的环氧值为40-60当量/100g。
进一步地，所述固化剂为胺类固化剂和酸酐类固化剂中的一种或两种组合。
进一步地，所述稀释剂为无水乙醇。
进一步地，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂。
进一步地，所述导电填料尺寸为1-50微米。
进一步地，所述导电填料含银质量百分含量为5-50％。
一种如上所述低温固化银包铜导电胶的制备方法，包括以下步骤：
⑴、按下述重量比称取各原料：
Figure BDA0001814608640000031
所述导电填料为微米级银包铜粉；
⑵、将环氧树脂于30-70℃，超声波水浴预热1-10分钟，稀释，真空脱泡；
⑶、向步骤⑵脱泡后环氧树脂中加入稀释剂、导电填料和增塑剂，在45-55℃搅拌至没有相分离，真空脱泡；
⑷、向步骤⑶脱泡后混合液中加入固化剂，加热至40-50℃，搅拌均匀，超声波脱泡后灌膜或涂刷至离型纸上；
⑸、步骤⑷灌膜或涂刷至离型纸上的产品，放入真空干燥箱，在45-65℃下真空干燥12-18min；
⑹、步骤⑸产物移出真空干燥箱，在55-85℃温度下，固化35-50min；
⑺、步骤⑹固化后产物充分冷却后脱模。
本制备方法的反应机理：利用固化剂将环氧树脂的环氧环打开后通过逐步聚合形成体型结构聚合物；在固化过程中环氧树脂基体收缩，使得导电填料颗粒之间间距变小，进而形成导电胶内部的导电网络通路，电子可以在导电胶的导电网络中自由移动而形成导体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过加入银包铜导电填料，解决了铜粉作为导电填料易氧化的问题，同时可以降低导电胶的成本，保持甚至提高导电胶的导电性能和其它使用性能；通过胺类和酸酐类固化剂的复配使用，产生良好的协同效应，可以快速低温固化，对于提高导电胶的可操作性和提高导电胶的生产效率有一定优势。
本发明提供低温固化导电胶材料配方，经低温固化后成为最终具有一定粘结强度的材料，能够达到以下效果：
1、该导电胶导电率大，常压低温固化，工艺简单，可操作性强；
2、该导电胶材料具有良好的电阻稳定性，耐热性能优良，可广泛用于各类低温封装材料及电阻率稳定性要求较高的各类封装材料。
3、该导电胶具有配方成本低，制备过程简单，固化温度低，可大幅度降低产品的综合造价。
附图说明
图1为本发明制备方法获得的产品进行SEM检测的形貌图；
图2为图1产品的SEM检测形貌图的放大图；
其中，各图下部为各自的检测条件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
一种低温固化银包铜导电胶的制备方法，包括以下步骤：
⑴、按下述重量比称取各原料：
Figure BDA0001814608640000051
Figure BDA0001814608640000061
所述导电填料为微米级银包铜粉；
⑵、将环氧树脂于30-70℃超声波水浴预热1-10分钟，稀释，真空脱泡；
⑶、向步骤⑵脱泡后环氧树脂中加入稀释剂、导电填料和增塑剂，在45-55℃搅拌至没有相分离，真空脱泡；
⑷、向步骤⑶脱泡后混合液中加入固化剂，加热至40-50℃，搅拌均匀，超声波脱泡后灌膜或涂刷至离型纸上；
⑸、步骤⑷灌膜或涂刷至离型纸上的产品，放入真空干燥箱，在45-65℃下真空干燥12-18min；
⑹、步骤⑸产物移出真空干燥箱，在55-85℃温度下，固化35-50min；
⑺、步骤⑹固化后产物充分冷却后脱模。
利用固化剂将环氧树脂的环氧环打开后,通过逐步聚合形成体型结构聚合物；在固化过程中环氧树脂基体收缩，使得银包铜导电填料颗粒之间间距变小，进而形成导电胶内部的导电网络通路，电子可以在导电胶的导电网络中自由移动而形成导体；这样就解决了铜粉作为导电填料易氧化的问题，同时可以降低导电胶的成本，保持甚至提高导电胶的导电性能和其它使用性能。
上述所用到的环氧树脂的环氧值为40-60当量/100g，固化剂为胺类固化剂和酸酐类固化剂中的一种或两种组合；稀释剂为无水乙醇；增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂；导电填料尺寸为1-50微米；导电填料含银质量百分含量为5-50％。
实施例1
按重量份数计，称取7份的E-44环氧树脂(环氧值为0.44当量/g)，置于50℃的水浴中超声波预热，加热5分钟至树脂流动性良好，真空脱泡后待混合；
在预热后的环氧树脂加入2份无水乙醇、3份微米银包铜(尺寸为48微米；含银质量百分含量为7％)、1份邻苯二甲酸二辛酯，然后继续在50℃超声波搅拌，搅拌至没有相的分离，混合均匀后真空脱泡待用；
向已混料中加入间苯二胺，加入量为E-44环氧树脂量的20％，搅拌均匀至粘度适中，超声波脱泡后灌模；
将含有导电胶的模具放进真空干燥箱，真空干燥15min；
将抽真空后导电胶移入干燥箱，在75℃温度下，固化45min；
将固化后的导电胶充分冷却后脱模，获得最终产品。
实施例2
按重量份数计，称取7份的E-51环氧树脂(环氧值为0.51当量/g)，置于50℃的水浴中超声波预热，加热5分钟至树脂流动性良好，真空脱泡后待混合；
在预热后的环氧树脂加入2份无水乙醇、3份微米银包铜(尺寸为4微米；含银质量百分含量为47％)、1份邻苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯，然后继续在50℃超声波搅拌，搅拌至没有相的分离，混合均匀后真空脱泡待用；
向已混料中加入苯酐固化剂，加入量为E-51环氧树脂量的10％，搅拌均匀至粘度适中，超声波脱泡后灌模；
将含有导电胶的模具放进真空干燥箱，真空干燥15min；
将抽真空后导电胶移入干燥箱，在75℃温度下，固化45min；
将固化后的导电胶充分冷却后脱模，获得最终产品。
实施例3
按重量份数计，称取5.5份的E-44环氧树脂(环氧值为0.44当量/g)，置于50℃的水浴中超声波预热，加热5分钟至树脂流动性良好，真空脱泡后待混合；
在预热后的环氧树脂加入2份无水乙醇、5份微米银包铜(尺寸为42微米；含银质量百分含量为13％)、1份邻苯二甲酸二辛酯，然后继续在50℃超声波搅拌，搅拌至没有相的分离，混合均匀后真空脱泡待用；
向已混料中加入间苯二胺固化剂和苯酐固化剂的组合固化剂，加入量为E-44环氧树脂量的10％，搅拌均匀至粘度适中，超声波脱泡后灌模；
将含有导电胶的模具放进真空干燥箱，真空干燥15min；
将抽真空后导电胶移入干燥箱，在75℃温度下，固化45min；
将固化后的导电胶充分冷却后脱模，获得最终产品。
实施例4
按重量份数计，称取3份的E-51环氧树脂(环氧值为0.51当量/g)，置于50℃的水浴中超声波预热，加热5分钟至树脂流动性良好，真空脱泡后待混合；
在预热后的环氧树脂加入2份无水乙醇、7份微米银包铜(尺寸为23微米；含银质量百分含量为33％)、1份邻苯二甲酸二辛酯，然后继续在50℃超声波搅拌，搅拌至没有相的分离，混合均匀后真空脱泡待用；
向已混料中加入间苯二胺，加入量为E-51环氧树脂量的10％，搅拌均匀至粘度适中，超声波脱泡后灌模；
将含有导电胶的模具放进真空干燥箱，真空干燥15min；
将抽真空后导电胶移入干燥箱，在85℃温度下，固化40min；
将固化后的导电胶充分冷却后脱模，获得最终产品。
实施例5
按重量份数计，称取3份的E-44环氧树脂(环氧值为0.44当量/g)，置于50℃的水浴中超声波预热，加热5分钟至树脂流动性良好，真空脱泡后待混合；
在预热后的环氧树脂加入2份无水乙醇、7份微米银包铜(尺寸为26微米；含银质量百分含量为27％)、1份邻苯二甲酸二辛酯，然后继续在50℃超声波搅拌，搅拌至没有相的分离，混合均匀后真空脱泡待用；
向已混料中加入苯酐固化剂，加入量为E-44环氧树脂量的10％，搅拌均匀至粘度适中，超声波脱泡后灌模；
将含有导电胶的模具放进真空干燥箱，真空干燥15min；
将抽真空后导电胶移入干燥箱，在85℃温度下，固化40min；
将固化后的导电胶充分冷却后脱模，获得最终产品。
对上述实施例所获得产品进行检测，结果如下：
1、通过扫描电子显微镜(SEM)观察产品中导电填料的分布情况，如图1和2所示，该方法制备的导电胶，导电填料分布均匀连续，有效保证了导电胶的导电特性；
2、用四点电位法测定产品的电导率；
3、用差示热量扫描仪测定产品的热学性能。
表1实施例1-5导电胶的性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
体积电阻率(Ω.cm) 21.41 56.63 5.21·10<sup>-3</sup> 5.47·10<sup>-2</sup> 5.99·10<sup>-3</sup>
热分解起点(℃) 384.11 388.75 386.43 395.65 394.65
热分解终点(℃) 453.24 443.67 462.24 481.35 483.45
由表1可以看出，本发明可以在常压低温固化后，导电胶具有较低的电阻率，保证了电荷的有效传输，同时具有良好的热稳定性。体积电阻率在某5.0*10-3Ω.cm-60Ω.cm之间,热分解起点在380-400℃之间,热分解终点在450-490℃之间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低温固化银包铜导电胶的制备方法，其特征在于：所述导电胶由下述重量份原料制成：
Figure FDA0003542111170000011
所述导电填料为微米级银包铜粉；
所述导电填料尺寸为42-50微米；
所述导电填料含银质量百分含量为5-50％；
所述固化剂为胺类固化剂和酸酐类固化剂的组合；
所述导电胶的制备方法，包括：
⑴、按上述重量比称取各原料；
⑵、将环氧树脂于30-70℃，超声波水浴预热1-10分钟，稀释，真空脱泡；
⑶、向步骤⑵脱泡后环氧树脂中加入稀释剂、导电填料和增塑剂，在45-55℃搅拌至没有相分离，真空脱泡；
⑷、向步骤⑶脱泡后混合液中加入固化剂，加热至40-50℃，搅拌均匀，超声波脱泡后灌膜或涂刷至离型纸上；
⑸、步骤⑷灌膜或涂刷至离型纸上的产品，放入真空干燥箱，在45-65℃下真空干燥12-18min；
⑹、步骤⑸产物移出真空干燥箱，在55-85℃温度下，固化35-50min；
⑺、步骤⑹固化后产物充分冷却后脱模。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂的环氧值为40-60当量/100g。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述稀释剂为无水乙醇。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂。
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