CN114133891B - 一种超薄片状银粉导电胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超薄片状银粉导电胶及其制备方法和应用，属于导电胶技术领域。本发明提供的超薄片状银粉导电胶包括以下质量百分含量的组分：超薄片状银粉20～70％；含银填料0～65％；无机填料0～10％；有机粘结相15～80％；所述超薄片状银粉的厚度≤0.4μm，直径为0.5～100μm。本发明以片层状的超薄片状银粉作为导电胶的导电填料，其具有松散的空间堆积状态，能够改变导电胶的流变性能，在受到下压力时，能够依靠自身内部流体阻力支撑起导电胶的厚度，避免了导电胶受压变形、减薄的缺陷，使得导电胶的厚度易于控制。
Description
技术领域
本发明涉及导电胶技术领域，特别涉及一种超薄片状银粉导电胶及其制备方法和应用。
背景技术
导电胶在电子器件的组装领域中广泛使用，在组装时导电胶形成超薄胶层(5～100μm)以实现电子器件的粘结、固定，并提供导电导热和支撑等作用。导电胶层的厚度对封装工艺和后续的可靠性有着重要的影响。胶层过厚会影响整个封装体的厚度，也会影响芯片的导电和散热。胶层过薄会导致胶层容易出现缺陷或可靠性降低。因此胶层的厚度控制非常重要。
对于微电子器件的组装，施胶后，需要将微电子器件压在导电胶位置，通常需要控制胶厚20μm以上，避免太薄容易受应力变化而脱落或虚连。在光伏电池片叠瓦组装方面，通常控制胶厚在30～100μm，既能保持良好的粘接，也能用足够的厚度缓冲层压或使用/测试中外界的压力。
然而，目前常用的导电胶应用在超薄胶层时存在厚度难以控制的问题，当上层芯片或器件产生压力时，导电胶层易发生变形、减薄，影响封装体的稳定和可靠。对于元器件的组装，导电胶层过薄，容易发生脱落导致失效，边缘的导电胶溢出还可能引起短路。对于光伏电池来说，由于电池片较大，串焊机压力较大，胶层压的过薄，还会导致电池片边缘溢出导电胶，引起相邻电池片短路，影响发光效率和使用寿命，还可能引发火灾。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种超薄片状银粉导电胶及其制备方法和应用，本发明提供的超薄片状银粉导电胶粘接后不易变形，厚度容易控制。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种超薄片状银粉导电胶，包括以下质量百分含量的组分：
所述超薄片状银粉的厚度≤0.4μm，直径为0.5～100μm。
优选的，包括以下质量百分含量的组分：
优选的，所述含银填料为银粉和/或镀银粉末；
所述含银填料的粒径为0.5～100μm。
优选的，所述无机填料为二氧化硅和/或氧化铝；
所述无机填料的粒径为0.2～100μm。
优选的，所述有机粘结相包括粘结树脂、固化剂和催化剂；
所述树脂为环氧树脂、丙烯酸酯、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺类衍生物、有机硅油、有机硅树脂、聚丁二烯和改性聚丁二烯，含乙烯基醚的聚合物和端乙烯基橡胶中的一种或几种；
所述固化剂为胺类固化剂、咪唑类固化剂、酚醛类固化剂、聚酰胺类固化剂和脲类固化剂中的一种或几种；
所述催化剂为过氧化物、有机锡化合物和有机铂化合物中的一种或几种。
优选的，所述有机粘结相还包括稀释剂和/或偶联剂。
优选的，所述超薄片状银粉导电胶还包括助剂，所述助剂为增韧剂、表面活性剂、导电促进剂和颜料中的一种或几种。
本发明提供了上述超薄片状银粉导电胶的制备方法，包括以下步骤：
按照质量配比，将有机粘接相各组分称量后混合均匀，然后加入无机填料、超薄片状银粉和含银填料，混合均匀得到超薄片状银粉导电胶。
本发明提供了上述超薄片状银粉导电胶作为电子器件粘结材料的应用。
优选的，所述电子器件为半导体集成电路、分立器件、电子开关或光伏电池。
本发明提供了一种超薄片状银粉导电胶，包括以下质量百分含量的组分：超薄片状银粉20～70％；含银填料0～65％；无机填料0～10％；有机粘结相15～80％；所述超薄片状银粉的厚度≤0.4μm，直径为0.5～100μm。本发明以片层状的超薄片状银粉作为导电胶的导电填料，其具有松散的空间堆积状态，能够改变导电胶的流变性能，在受到下压力时，能够依靠自身内部流体阻力支撑起导电胶的厚度，避免了导电胶受压变形、减薄的缺陷，使得导电胶的厚度易于控制。同时，本发明提供的导电胶具有电阻率低的优势。实施例结果表明，本发明提供的导电胶用于1×1mm2的半导体芯片的粘接时，导电胶层的厚度为7～15μm，而常规球形颗粒银粉导电胶的厚度为2～5μm。
附图说明
图1为本发明实施例1所得导电胶层的实物图；
图2为本发明对比例1所得导电胶层的实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种超薄片状银粉导电胶，包括以下质量百分含量的组分：
所述超薄片状银粉的厚度≤0.4μm，直径为0.5～100μm。
以质量百分含量计，本发明提供的超薄片状银粉导电胶包括20～70％的超薄片状银粉，优选为30～60％，更优选为40～50％。在本发明中，所述超薄片状银粉的厚度≤0.4μm，优选为0.2～0.3μm；直径为0.5～100μm，优选为1～80μm，更优选为5～50μm，进一步优选为5～30μm。
在现有技术中，银粉的形状分为片状银粉、球状银粉和树枝状银粉。对于厚度＞0.4μm的片层银粉，用作导电胶导电填料时，会随导电胶沿着水平方向展开，并不能在导电胶中支撑起厚度。
本发明使用厚度≤0.4μm的超薄片状银粉，其具有松散的空间堆积状态，能够改变导电胶的流变性能，在受到下压力时，能够依靠自身内部流体阻力支撑起导电胶的厚度，避免了导电胶受压变形、减薄的缺陷，使得导电胶的厚度易于控制。
以质量百分含量计，本发明提供的超薄片状银粉导电胶包括0～65％的含银填料，优选为10～50％，更优选为20～30％。在本发明中，所述含银填料优选为银粉和/或镀银粉末，所述镀银粉末具体优选为镀银铜粉、镀银玻璃粉和镀银镍粉中的一种或几种。
在本发明中，所述含银填料的形貌优选为片状、球状、树枝状和不规则形状中的一种或几种，所述含银填料的粒径优选为0.5～100μm，更优选为1～80μm，进一步优选为5～50μm，更进一步优选为10～30μm。
以质量百分含量计，本发明提供的超薄片状银粉导电胶包括0～10％的无机填料，优选为2～8％，进一步优选为4～6％。在本发明中，所述无机填料优选为二氧化硅和/或氧化铝；所述无机填料的粒径优选为0.2～100μm，更优选为1～80μm，进一步优选为5～50μm，更进一步优选为10～30μm。在本发明中，所述无机填料的作用是调节粘度、触变性和补强。
以质量百分含量计，本发明提供的超薄片状银粉导电胶包括15～80％的有机粘结相，优选为20～60％，更优选为30～50％。在本发明中，所述有机粘结相优选包括树脂、固化剂和催化剂。在本发明中，所述树脂为环氧树脂、丙烯酸酯、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺类衍生物、有机硅油、有机硅树脂、聚丁二烯和改性聚丁二烯，含乙烯基醚的聚合物和端乙烯基橡胶中的一种或几种，所述环氧树脂优选为缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、脂环族环氧树脂和过氧化烯烃中的一种或几种。
本发明对所述丙烯酸酯、氰酸酯树脂、马来酰亚胺、有机硅油和有机硅树脂的具体种类没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的上述树脂即可。
在本发明中，所述固化剂优选为胺类固化剂、咪唑类固化剂、酚醛类固化剂、聚酰胺类固化剂和脲类固化剂中的一种或几种。在本发明中，所述胺类固化剂优选为二氨基二苯砜及其衍生物、二氨基二苯丙烷、二氨基二苯甲烷、二氨基二苯醚和二氨基二苯硫醚中的一种或几种；所述咪唑类固化剂优选为2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-苯基咪唑和2-苯基-4-甲基-5-羟甲基咪唑中的一种或几种；所述酚醛类固化剂优选为住友PR55738，PR55768；所述聚酰胺类固化剂优选为5125、8125、6632、6390BS；所述脲类固化剂优选为UR200、UR300、U24M或U52M。
在本发明中，所述催化剂优选为过氧化物、有机锡化合物和有机铂化合物中的一种或几种。在本发明中，所述过氧化物优选为过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化2-乙基己基酸叔丁酯中的一种或几种，所述有机锡化合物优选为二正丁基氧化锡和/或二丁基锡二月桂酸酯，所述有机铂化合物优选为铂-乙烯基硅氧烷配合物、铂-烯烃络合物和铂-羰基络合物中的一种或几种。
在本发明中，所述树脂、固化剂和催化剂的质量比优选为5～79：0.002～40:0.002～40，更优选为10～60:0.2～10:0.2～10。
在本发明中，所述有机粘结相中还优选包括稀释剂和/或偶联剂。在本发明中，所述稀释剂优选为与有机粘结相相容的溶剂，具体优选为低粘度环氧类、丙烯酸酯或含乙烯基或含氢有机硅油。
在本发明中，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂中的一种或几种。在本发明中，所述偶联剂优选含有环氧基团、碳碳双键、巯基和氨基中的一种或几种。
以质量百分含量计，本发明提供的超薄片状银粉导电胶还优选包括1～2％的助剂。在本发明中，所述助剂优选为增韧剂、表面活性剂、导电促进剂和颜料中的一种或几种。在本发明中，所述增韧剂优选为CTBN、ETBN；所述表面活性剂优选为含氟非离子表面活性剂；所述导电促进剂优选为己二酸，戊二酸，硬脂酸；所述颜料包括但不限于钛白粉、酞青蓝、氧化铁红和炭黑中的一种或多种。
本发明提供了上述超薄片状银粉导电胶的制备方法，包括以下步骤：
按照质量配比，将有机粘接相各组分称量后混合均匀，然后加入无机填料、超薄片状银粉和含银填料，混合均匀得到超薄片状银粉导电胶。
在本发明中，所述混合的方式优选为搅拌混合，或为三辊研磨混合。
在本发明中，所述混合优选为：
先将有机粘结相的原料混合，再加入超薄片状银粉、含银填料、无机填料进行混合。
本发明提供了上述超薄片状银粉导电胶作为电子器件粘接材料的应用。
在本发明中，所述电子器件为半导体集成电路、分立器件、电子开关或光伏电池中的一种或几种。
本发明对所述电子器件的粘接方法没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的粘接方法即可。
在本发明中，所述超薄片状银粉导电胶用于粘结电子器件时，形成的导电胶层的厚度优选为5～100μm，更优选为10～50μm。
下面结合实施例对本发明提供的超薄片状银粉导电胶及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种超薄片状银粉导电胶，包括以下质量百分含量的组分：
其中超薄银粉的厚度≤0.4μm，直径D50为5μm。
将此导电胶用于0.5×0.5mm2的半导体芯片的粘接，目标厚度为8～25μm。施加在上芯片上的力为60g。
经测试，粘接后导电胶层的厚度为7～15μm。粘度为17480cps，体积电阻率为0.0001Ω·cm，粘接强度>15MPa。
所得导电胶层的实物图如图1所示。
对比例1
将实施例1中的超薄片状银粉替换为颗粒银粉，粒径D50为2μm。其它原料及用量均与实施例1相同。
将此导电胶用于实施例1中半导体芯片的粘接，经测试，粘接后此导电胶的厚度为2～5μm。
所得导电胶层的实物图如图2所示。
对比例2
将实施例1中的超薄片状银粉替换为普通片层银粉，银粉的片层厚度为0.5～0.6μm，粒径与实施例1相同。其它原料及用量均与实施例1相同。
将此导电胶用于实施例1中半导体芯片的粘接，经测试，粘接后此导电胶的厚度为2～5μm。
实施例2
一种超薄片状银粉导电胶，包括以下质量百分含量的组分：
其中，超薄银粉的厚度≤0.4μm，粒径为D50为3μm；
片状银粉的片层厚度为0.5～0.7μm，粒径为D50为7μm；
气相二氧化硅的聚集体粒径为0.2～0.3μm。
将此导电胶用于1×1mm2的半导体芯片的粘接，目标厚度为8～25μm。施加在上芯片上的力为100g。
经测试，粘接后导电胶层的厚度为10～20μm，粘度为10909cps，体积电阻率为0.0002Ω·cm，粘接强度>10MPa。
对比例3
将实施例2中的超薄片状银粉替换为球形颗粒银粉，粒径D50为3μm。其它原料及用量均与实施例2相同。
将此导电胶用于实施例2中半导体芯片的粘接，经测试，粘接后此导电胶的厚度为3～7μm。
对比例4
将实施例2中的超薄片状银粉替换为片状银粉，即片状银粉的用量为50％，其它原料及用量均与实施例2相同。
将此导电胶用于实施例2中半导体芯片的粘接，经测试，粘接后此导电胶的厚度为2～5μm。
实施例3
一种超薄片状银粉导电胶，包括以下质量百分含量的组分：
其中，超薄银粉的厚度≤0.4μm，直径为D50为15μm；
类球形颗粒银粉的粒径为D50为3μm；
气相二氧化硅的的聚集体粒径为0.3～0.5μm。
将此导电胶用于光伏电池片的粘接，目标厚度为40～80μm。施加压力为压力1000Pa。
经测试，粘接后导电胶层的厚度为40～60μm，粘度为10909cps，体积电阻率为0.0002Ω·cm，粘接强度>10MPa，且光伏电池片间无溢胶。
对比例5
将实施例3中的超薄片状银粉替换为类球形颗粒银粉，即类球形颗粒银粉的用量为85％，其它原料及用量均与实施例2相同。
将此导电胶用于实施例3中光伏电池片的粘接，经测试，粘接后此导电胶的厚度为20～40μm，光伏电池片间有溢胶。
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 (8)
1.一种超薄片状银粉导电胶，包括以下质量百分含量的组分：
所述超薄片状银粉的厚度≤0.4μm，直径为0.5～100μm；
所述含银填料为银粉和/或镀银粉末；
所述含银填料的粒径为0.5～100μm；
所述无机填料为二氧化硅和/或氧化铝；
所述无机填料的粒径为0.2～100μm；
所述有机粘结相包括粘结树脂、固化剂和催化剂。
2.根据权利要求1所述的超薄片状银粉导电胶，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：
3.根据权利要求1所述的超薄片状银粉导电胶，其特征在于，所述树脂为环氧树脂、丙烯酸酯、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺类衍生物、有机硅油、有机硅树脂、聚丁二烯和改性聚丁二烯，含乙烯基醚的聚合物和端乙烯基橡胶中的一种或几种；
所述固化剂为胺类固化剂、咪唑类固化剂、酚醛类固化剂、聚酰胺类固化剂和脲类固化剂中的一种或几种；
所述催化剂为过氧化物、有机锡化合物和有机铂化合物中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的超薄片状银粉导电胶，其特征在于，所述有机粘结相还包括稀释剂和/或偶联剂。
5.根据权利要求3或4所述的超薄片状银粉导电胶，其特征在于，所述超薄片状银粉导电胶还包括助剂，所述助剂为增韧剂、表面活性剂、导电促进剂和颜料中的一种或几种。
6.权利要求1～5任意一项所述超薄片状银粉导电胶的制备方法，包括以下步骤：
按照质量配比，将有机粘接相各组分称量后混合均匀，然后加入无机填料、超薄片状银粉和含银填料，混合均匀得到超薄片状银粉导电胶。
7.权利要求1～5任意一项所述超薄片状银粉导电胶或权利要求6所述制备方法制备得到的超薄片状银粉导电胶作为电子器件粘结材料的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述电子器件为半导体集成电路、分立器件、电子开关或光伏电池。
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