CN114106759A - 一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶，包括下列重量百分比组分：主体环氧树脂15％‑35％，镍包石墨40％‑60％，活性助剂5％‑10％，硬化剂5％‑25％。本发明还提出一种用于上述导电胶制备方法。本发明利用添加镍包石墨物质，能够在低压时绝缘，高压时定向导流，达到有效保护电路目的；同时镍包石墨具有高导热性，可有效降低工作时电子元器件或电路板的温度；采用主体为环氧树脂具有较高的粘接能力；最后我们添加活性助剂和溶解型硬化剂使得制备的导电胶易存储，加工方便，易产业化；本发明公开一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶可以提高15％生产效率以及降低80％电路设计成本。

Description

一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶及其制备 方法

技术领域

本发明属于可穿戴设备制造技术领域，具体涉及一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶及其制备方法。

背景技术

随着快速制造技术在小型化和集成电子元件方面的巨大进步，电子产品的发展也日新月异，这其中就包括手机、平板、电脑、智能手表等可穿戴设备之类的电子产品的技术发展。这些电子产品的更新迭代通常朝着微型化，智能化，便携性等方向发展。而这些方向的发展都离不开电子产品器件封装的进步。在封装过程中，微型柔性电路板与COG芯片玻璃，TCP带载封装等微电子电路连接处的牢固程度是尤为重要的。单组份环氧导电胶通常具有高导热和粘粘固定功能。由于其粘接性能优异常用于电子封装领域，可穿戴智能电子设备(智能手表，手环，蓝牙耳机等电子产品)，LCD液晶显示屏等领域。

现有的异方性导电胶多采用高导热导电填料和树脂硅胶混合经过固化得到。这样的制备方法存在的问题主要有：一方面，高导电导热填料采用的大多数是大颗粒且导电性能良好的金属粉末，由于金属与树脂硅胶等聚合物结构差异会导致高导热导电填料只能发挥其高导热或者高导电中的一个性能，另一个性能有所下降；另一方面，树脂硅胶类的导电胶，粘结性能一般，粘接强度较低，与环氧树脂等聚合物相比，其粘接压强与强度硬度都比树脂类聚合物要优异，且可以根据工艺要求调整配比，达到不同性能指标，封装工艺灵活。

导热硅胶在界面材料应用研究表明，导热硅胶虽然具备对电子器件冷却、粘接以及耐高温等功能，但其本身的散热性能不好无法及时将热量传递出去，且固化后较环氧胶软，硬度不高。若采用本发明单组份环氧树脂导电胶进行粘接固化绑定，可以降低电路板工作时的温度，并具有较高的粘接力。专利CN110964462B提供一种常温存储及固化的单组份导电胶，采用热塑性丙烯酸树脂具有低温易脆裂，高温易发粘的缺陷，同时导热性能一般；昆山汉品电子有限公司专利CN107629717A中的导电硅胶胶膜具有耐高温，强粘接功能但使用的是硅橡胶胶体，缺陷在于：硅橡胶胶体导热系数低，通常在0.6-0.9W/(m·K)范围、可加入导热分体提高，但是会损坏胶体粘接性能，加工不便等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：在可穿戴设备中克服：1、导电胶由双组分固化所造成的适配性差、工艺复杂等缺点；2、处于保护电路下，高于2000V的电压导通会击穿电子元器件损坏电路板，存在高压损坏敏感器件的可能性；3、电路走线长，结构复杂；4、可穿戴设备的柔性线路板与电子元器件之间的绑定；5、工作时电路板热量较高不能有效散热问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照质量百分比称取主体环氧树脂15％-35％，镍包石墨40％-60％，活性助剂5％-10％，硬化剂5％-25％；

步骤二：将主体环氧树脂材料降低温度，将温度降低到5℃-10℃；

步骤三：将镍包石墨导电粉均匀缓慢的加入到降温后的环氧树脂；

步骤四：将活性助剂均匀缓慢的加入到步骤三中的复合物中；

步骤五：使用离心式行星搅拌机将步骤四中的环氧树脂、镍包石墨导电粉和活性助剂的复合物进行搅拌；转速为800-1000rpm搅拌十分钟，并且温度控制在5℃-10℃；

步骤六：将步骤五搅拌后的复合物添加硬化剂并在温度为5℃-10℃转速为2000-3000rpm搅拌十分钟可得到本发明单组份环氧树脂导电胶的半成品。

将步骤六所得的半成品在经过低温冷冻存储，即可得到一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶。

作为本发明进一步的方案：所述主体环氧树脂由下列单种或多种物质缩聚而成：环氧氯丙烷，多酚A，多元醇。

作为本发明进一步的方案：所述镍包石墨由下列多种物质按照一定比例混合而成：石墨颗粒，金属镍复合粉。

作为本发明进一步的方案：所述活性助剂由下列单种或多种物质混合而成：氯化聚乙烯、聚丙烯酸酯类、乙烯-醋酸乙烯共聚物。

作为本发明进一步的方案：所述硬化剂由下列单种或多种成分组合合成：芳香族多胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺以及酰肼。

作为本发明进一步的方案：可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶的步骤二，其特征在于：控制环氧树脂的温度有利于添加更多的镍包石墨导电填料，提高复合物整体的导电性能；

作为本发明进一步的方案：应用于可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶的步骤三，其特征在于：在没有高压的时候利用胶体的绝缘性起到阻断电流的作用，在有高压通过时电压会在电路的接触点附件形成电荷场，添加的镍包石墨会在电荷场的作用下形成电离通道，将电流导向保护装置，避免电路被击穿；

作为本发明进一步的方案：应用于可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶制备方法的步骤四，其特征在于：添加活性助剂有助于更好的将镍包石墨乳化在环氧树脂中，能够包含更多的镍包石墨，同时也有润湿作用，使得镍包石墨表面润湿更好的与环氧树脂融为一体；

作为本发明进一步的方案：应用于可穿戴设备中的单组份环氧导电胶制备方法的步骤六，其特征在于：添加的硬化剂为溶解型硬化剂，具有存储稳定，少量添加即可发挥出优秀的效果，不会影响粘度；

作为本发明进一步的方案：应用于可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶的硬化剂，其特征在于：可以通过添加量来控制硬化速度，所含游离酸很低，不会对电路板或电子元器件造成二次污染和腐蚀；

作为本发明进一步的方案：本发明公开一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶，包括下列重量百分比组分：

本发明具有如下有益效果：

1.本发明提供一种适用于可穿戴设备等产品的单组份环氧树脂导电胶，该导电胶采用的主体是环氧树脂，通过添加镍包石墨，以提高耐高压的特性，便于简化电路。经过实验测试可观察到运用本导电胶的可穿戴设备与未使用本导电胶的可穿戴设备在相同的浪涌测试条件下，运用本导电胶的可穿戴设备电子元件被击穿的次数为0，依然能够正常工作；未使用本导电胶的可穿戴设备电子元件击穿次数较多，元器件已经不能正常工作，有些甚至被烧毁。因此本发明的导电胶可以有效降低可穿戴设备电路板工作时高压带来的击穿损坏；

2.利用环氧树脂代替硅橡胶，因为环氧树脂内聚力强，且活性极大的环氧基使得环氧树脂会有极高的粘接强度，而硅橡胶有弹性偏软，粘接强度一般。经过实验测试：运用本导电胶固定柔性电路板与电子元器件之间的粘度可达80000cps，粘接强度可达8.4Mpa,T型剥离强度可达2.8N/mm；因此本发明的导电胶可以有效固定可穿戴设备的柔性线路板与电子元器件，特别牢固不易松动；

3.本发明提供一种适用于可穿戴设备等产品的单组份环氧树脂导电胶，用于电路设计的成本比双组分导电胶的电路设计成本降低了80％，因为发明的导电胶可以精简电路结构，避免走线，从而可以提高15％的生产效率。

附图说明

图1为本发明一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶的制备流程图。

具体实施方式

本发明提出一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶，本发明要解决问题：1、导电胶由双组分固化所造成的适配性差、工艺复杂等缺点；2、高压下会击穿电子元器件；3、柔性电路板粘接不牢固；4、内部电路板走线结构复杂；5、可穿戴设备工作时温度过高不易散热这五个问题。对于以上问题提出以下技术方案：一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶及其制备方法；本发明能实现的技术效果：一种高导热粘接力强适用于可穿戴设备的单组份环氧导电胶。

为解决上述技术问题，本发明提出一下技术方案：一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶，总体思路如下：

步骤一：按照质量百分比称取主体环氧树脂15％-35％，镍包石墨40％-60％，活性助剂5％-10％，硬化剂5％-25％；

步骤二：将主体环氧树脂材料降低温度，将温度降低到5℃-10℃；

步骤三：将镍包石墨导电粉均匀缓慢的加入到降温后的环氧树脂；

步骤四：将活性助剂均匀缓慢的加入到步骤三中的复合物中；

步骤五：使用离心式行星搅拌机将步骤四中的环氧树脂、镍包石墨导电粉和活性助剂的复合物进行搅拌；转速为800-1000rpm搅拌十分钟，并且温度控制在5℃-10℃；

步骤六：将步骤五搅拌后的复合物添加硬化剂并在温度为5℃-10℃转速为2000-3000rpm搅拌十分钟可得到本发明单组份环氧树脂导电胶的半成品。

将步骤六所得的半成品在经过低温冷冻存储，即可得到一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶。

作为本发明进一步的方案：所述主体环氧树脂由下列单种或多种物质缩聚而成：环氧氯丙烷，多酚A，多元醇。

作为本发明进一步的方案：所述镍包石墨由下列多种物质按照一定比例混合而成：石墨颗粒，金属镍复合粉。

作为本发明进一步的方案：所述活性助剂由下列单种或多种物质混合而成：氯化聚乙烯、聚丙烯酸酯类、乙烯-醋酸乙烯共聚物。

作为本发明进一步的方案：所述硬化剂由下列单种或多种成分组合合成：芳香族多胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺以及酰肼。

作为本发明进一步的方案：控制环氧树脂的温度有利于添加更多的镍包石墨导电填料，提高复合物整体的导电性能；

作为本发明进一步的方案：应用于可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶的步骤三，其特征在于：在没有高压的时候利用胶体的绝缘性起到阻断电流的作用，在有高压通过时电压会在电路的接触点附件形成电荷场，添加的镍包石墨会在电荷场的作用下形成电离通道，将电流导向保护装置，避免电路被击穿；

作为本发明进一步的方案：应用于可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶制备方法的步骤四，其特征在于：添加活性助剂有助于更好的将镍包石墨乳化在环氧树脂中，能够包含更多的镍包石墨，同时也有润湿作用，使得镍包石墨表面润湿更好的与环氧树脂融为一体；

作为本发明进一步的方案：应用于可穿戴设备中的单组份环氧导电胶制备方法的步骤六，其特征在于：添加的硬化剂为溶解型硬化剂，具有存储稳定，少量添加即可发挥出优秀的效果，不会影响粘度；

作为本发明进一步的方案：应用于可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶的硬化剂，其特征在于：可以通过添加量来控制硬化速度，所含游离酸很低，不会对电路板或电子元器件造成二次污染和腐蚀；

作为本发明进一步的方案：本发明公开一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶，包括下列重量百分比组分：

为了更好理解上述技术方案，下面将结合说明书表1-1、表1-2、表1-3和表1-4以及具体的实施方案对上述技术方案进行详细说明。

实例一

根据表1-1，本发明实例中的导电胶配方为：环氧树脂：15％-35％，镍包石墨：40％-60％，活性助剂:5％-10％，硬化剂:5％-25％；本实例中的对比例导电硅胶配方为：硅胶胶体：20％-25％，压敏硅胶胶水：40％-70％，铂金水：0。3％-1.5％，增粘剂3％-10％，导电粉5％-20％，稀释剂：5％-15％。将两种不同配方的导电胶运用在相同的可穿戴设备上，在2款导电胶完全固化后经过相同时间的测试后，得到如下数据：运用本发明实例导电胶的可穿戴设备工作时芯片结温由75℃降低到68℃，未使用本导电胶的可穿戴设备工作时芯片结温由75℃变到71℃，因此本发明实例的导电胶散热更加有效。

表1-1：

种类	影响导热效果的物质	室温	测后温度
				本发明导电胶	环氧树脂、镍包石墨	75℃	68℃
对比例导电胶	硅胶胶体、铂金水	75℃	71℃

(注：表中各组分的配比为质量比)

实例二

根据表1-2，本发明实例中的导电胶配方为：环氧树脂：15％-35％，镍包石墨：40％-60％，活性助剂：5％-10％，硬化剂：5％-25％；本实例中的对比例导电胶配方为：环氧树脂：10％-30％，铜包石墨：30％-60％，活性助剂：1％-10％，固化剂：9％-25％。将两种不同配方的导电胶分别运用在等组分的可穿戴设备上，在完全固化后经过168个小时加速老化测试后，得到如下数据：。

表1-2：

种类	剪切强度(Mpa)	T型剥离强度(N/mm)
			本发明导电胶	8.4	2.8
对比例导电胶	6.7	2.1

(注：表中各组分的配比为质量比)

由此说明本发明的导电胶具有较强的粘接力，能克服芯片与电路板之间不牢固的问题。

实例三

根据表1-3，实例组分一的配方为：环氧树脂：15％，镍包石墨：40％，活性助剂：5％，硬化剂：5％；实例组分二的配方为：环氧树脂：25％，镍包石墨：40％，活性助剂：5％，硬化剂：5％；实例组分三的配方为：环氧树脂：35％，镍包石墨：40％，活性助剂：5％，硬化剂：5％。由实例组分1、2、3实验测试可知：环氧树脂能提高整体导电胶的粘接力，质量比为25％时，整体效果优于其他两组。

实例四

根据表1-3，实例组分一的配方为：环氧树脂：15％，镍包石墨：40％，活性助剂：5％，硬化剂：5％；实例组分四的配方为：环氧树脂：25％，镍包石墨：50％，活性助剂：5％，硬化剂：5％；实例组分五的配方为：环氧树脂：25％，镍包石墨：60％，活性助剂：5％，硬化剂：5％由实例组分1、4、5实验测试可知：镍包石墨能防止电路被高压击穿，保护电路，也能在产热元器件和散热元件形成高导热通道促使两传递。

实例五

根据表1-3，实例组分一的配方为：环氧树脂：15％，镍包石墨：40％，活性助剂：5％，硬化剂：5％；实例组分六的配方为：环氧树脂：25％，镍包石墨：50％，活性助剂：7％，硬化剂：5％；实例组分七的配方为：环氧树脂：25％，镍包石墨：50％，活性助剂：10％，硬化剂：5％由实例组分1、6、7实验测试可知：随着活性助剂的质量百分比的增多，镍包石墨能够更好的融入环氧树脂中。

实例六

根据表1-3，实例组分一的配方为：环氧树脂：15％，镍包石墨：40％，活性助剂：5％，硬化剂：5％；实例组分八的配方为：环氧树脂：25％，镍包石墨：50％，活性助剂：7％，硬化剂：15％；实例组分七的配方为：环氧树脂：25％，镍包石墨：50％，活性助剂：7％，硬化剂：25％由实例组分1、8、9实验测试可知：固化剂可以在较低温度下实现固化，减少热量对元器件的损伤。

表1-3：

(注：表中各组分的配比为质量比)

实例七

由上述实例实验可知，本发明一种适用于可穿戴设备的单组份环氧树脂导电胶满足高效散热和粘接性好。为了突出本发明的单组份环氧树脂导电胶适合产业化且优于其他种类的导电胶，本实例七测试了三种不同异方性导电胶，分别是本发明的一种适用于可穿戴设备的导电胶、导电硅胶和导电膜。本实例中一种适用于可穿戴设备的导电胶的配方为：环氧树脂：20％，镍包石墨：55％，活性助剂：5％，硬化剂：20％；本实例中硅胶类导电胶的配方为：硅胶胶体：20％，压敏硅胶胶水：50％，铂金水：1.5％，增粘剂8.5％，导电粉15％，稀释剂：5％；导电膜配方为：光固化树脂：22％，光固化活性单体：12％，成膜树脂：40％，偶联剂4％，阻聚剂：0.02％，流平剂：2％，导电微粒：15％，弹性体：10％。导电胶测试结果制成表1-4。本实例参考的标准为：电阻率、粘接强度和粘度、固化条件和导热系数这五个表征。标准一：横纵向体积电阻率，导电胶对电流的阻抗，阻抗越高说明绝缘性越好，根据表1-4可知本发明的导电胶绝缘性优于硅胶类导电胶和导电膜，因此本发明的一种适用于可穿戴设备的导电胶在面对2000V高压时能很好地保护电路不会被击穿。标准二和标准三：粘接强度和粘度根据表1-4可知，本发明的导电胶粘接强度和粘度都是优于其他两组，具有较高的粘接力。标准四：固化条件。根据表1-4可知，本发明的导电胶只需要在100℃15分钟即可完全固化，其他两组所需的温度都高于100℃。标准五：导热系数；根据表1-4可知：本发明的导电胶导热系数在3.7W/(m·K),其他两组分别为0.9W/(m·K)和2.6W/(m·K)，导热性能比如本发明的导电胶热传递效果好。

表1-4：

上述本发明实例中的技术方案，具有如下的技术效果：

1、镍包石墨和石墨粉的占比提升可以有效提升材料导热性和导电性

2、环氧树脂质量比提升，增加胶水的流动性和操作性，可以提高粘接力。

3、所添加的硬化剂具有固化温度低，速度快，时间短，可以提高生产效率。

(注：上述数据由实例中的实验数据可得)。

Claims (6)

1.一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶及其制备方法。其特征在于，所述单组份环氧树脂导电胶包括环氧树脂、镍包石墨、活性助剂、硬化剂，所述环氧树脂、镍包石墨、活性助剂、硬化剂的重量百分比如下：

2.根据权利要求1所述的一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶及其制备方法，其特征在于：所述主体环氧树脂由下列单种或多种物质缩聚而成：环氧氯丙烷，多酚A，多元醇。

3.根据权利要求1所述的一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶及其制备方法，其特征在于：所述镍包石墨由下列多种物质按照一定比例混合而成：石墨颗粒，金属镍复合粉。

4.根据权利要求1所述的一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶及其制备方法，其特征在于：所述活性助剂由下列单种或多种物质混合而成：氯化聚乙烯、聚丙烯酸酯类、乙烯-醋酸乙烯共聚物。

5.根据权利要求1所述的一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶及其制备方法，其特征在于：所述硬化剂由下列单种或多种成分组合合成：芳香族多胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺以及酰肼。

6.一种应用在可穿戴设备中的异方性导电胶及其制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

步骤一：按照质量百分比称取主体环氧树脂15％-35％，镍包石墨40％-60％，活性助剂5％-10％，硬化剂5％-25％；

步骤二：将主体环氧树脂材料降低温度，将温度降低到5℃-10℃；

步骤三：将镍包石墨导电粉均匀缓慢的加入到降温后的环氧树脂；

步骤四：将活性助剂均匀缓慢的加入到步骤三中的复合物中；

步骤五：使用离心式行星搅拌机将步骤四中的环氧树脂、镍包石墨导电粉和活性助剂的复合物进行搅拌；转速为800-1000rpm搅拌十分钟，并且温度控制在5℃-10℃；

步骤六：将步骤五搅拌后的复合物添加硬化剂并在温度为5℃-10℃转速为2000-3000rpm搅拌十分钟可得到本发明单组份环氧树脂导电胶的半成品。

将步骤六所得的半成品在经过低温冷冻存储，即可得到一种应用在可穿戴设备中的单组份环氧树脂导电胶。

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