CN114133900A - 一种应用在可穿戴设备中的异方性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异方性导电胶，包括下列重量百分比组分：镍包石墨55％‑65％、三官能团环氧树脂20％‑30％、导热粉体5％‑7％、固化剂(微胶囊固化剂)12％‑16％。本发明还提出一种用于上述导电胶制备方法。本发明利用添加导热粉体环氧树脂技术以及镍包石墨融入环氧树脂技术制造成的导电胶，具有高导热高粘接力并且能保护电路的作用。避免可穿戴设备的柔性线路板与电子元器件之间的绑定不牢固、工作时散热不均匀导致内部工作温度过高以及电路中2000V高压会击穿电子元件不能有效保护电路的问题。保证粘接的可穿戴设备的品质及可靠性。

Description

一种应用在可穿戴设备中的异方性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异方性导电胶及其制备方法。

背景技术

异方性导电胶(Anisotropic Conductive Film,ACF)通常具有单向导电和黏贴固定功能。由于其单向导电能力与粘接性能优异常用于电子封装领域(COG芯片玻璃，TCP带载封装等微电子电路连接处)，可穿戴电子设备(智能手表，手环，蓝牙耳机等电子产品)， LCD液晶显示屏等领域。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案过程中，发现上述技术存在如下问题：由于在可穿戴设备中处于保护电路的状态下，导通触点在0.5mm直径尺寸时，太大的导电粒子会降低每个电极接触的粒子数，且容易造成相邻电极导电粒子接触，导致电路中会产生2000V高压击穿电子元器件损坏电路的问题。

导热粉体在聚合物导热应用研究表明，若采用导热粉体的环氧树脂进行粘接固化绑定，可以降低电路板工作时的温度，并提高粘接力。深圳亚微新材料有限公司的专利CN213803596U提供一种双层膜的异方性导电胶采用凹凸状导电粒子与胶黏层的接触面积从而避免水平方向导电，但是也暴露出它的缺陷：其双层膜的结构会导致散热不均匀，使得中间夹层的温度偏高；江西欧迈斯微电子有限公司专利CN212660364U中的异方性导电胶缺陷在于：功能单一，只负责确定导电方向，不耐高温，粘接力弱需要通过结构来牢牢固定，且存在溢出，溢出后会向其他方向导电造成损坏电路。

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，可穿戴设备的柔性线路板与电子元器件之间的绑定和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异方性导电胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照质量百分比称取镍包石墨(球状)55％-65％、三官能团环氧树脂20％- 30％、导热粉体5％-7％、固化剂(微胶囊固化剂)12％-16％；

步骤二：将导热粉体加入三官能团环氧树脂中混合搅拌；

步骤三：使用离心式行星搅拌机将镍包石墨乳化分散在步骤二中的三官能团环氧树脂中；转速为400-600rpm搅拌十分钟，并且温度控制在8-12摄氏度；

步骤四：将溶解型固化剂加入步骤三所得的混合物中转速为600-800rpm搅拌10分钟，并且温度维持在8-12摄氏度；

步骤五：将步骤四中的混合物挤出即可得到本发明异方性导电胶的半成品。

将步骤五所得的半成品低温冷冻储存即可得到一种应用在可穿戴设备中的异方性导电胶。

所述应用于可穿戴设备中的异方性导电胶的步骤一，其特征在于：该导电胶选择的是三官能团环氧树脂。

所述的应用于可穿戴设备中的异方性导电胶，其特征在于：三官能团环氧树脂与镍包石墨兼容性最佳，可添加更多的镍包石墨。

所述三官能团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。

所述应用于可穿戴设备中的异方性导电胶的步骤二，其特征在于：提高三官能团环氧树脂的导热率。

所述导热粉体由下列单种或多种物质混合而成：氧化铝，氧化硅，氧化锌，氮化铝，氮化硼。

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；

所述应用于可穿戴设备中的异方性导电胶制备方法的步骤四，其特征在于：该导电胶使用溶解型固化剂，储存非常稳定不影响粘度不腐蚀电路。

为了克服上述技术问题，发明公开一种应用在可穿戴设备中的异方性导电胶，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异方性导电胶，该导电胶添加了导热粉体，以提高导热率，便于将电路板中的热量散热出去。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室温20℃时都工作3小时，运用本导电胶的可穿戴设备内部温度由开始20℃上升到21.1℃，未使用本导电胶的可穿戴设备内部温度由开始20℃上升到23.4℃，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的内部温度；

2.利用环氧树脂代替一般粘胶剂，环氧树脂内聚力强，且活性极大的环氧基、羟基、醚键、酯键等使得环氧树脂会有极高的粘接强度，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；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异方性导电胶，利用镍包石墨融入环氧树脂中在没有高压条件下形成胶体的绝缘性，可以起到阻断电流的作用，当有高压通过时，电压会在电路接触点附件形成电荷场，镍包石墨在电荷场的作用下会发生电离现象形成通路，将电流导向保护装置，从而达到控制电流导向，保护电路，延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种应用在可穿戴设备中的异方性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异方性导电胶，本发明要解决问题：在可穿戴设备中，高于2000V的电压导通会击穿电子元器件损坏电路板，绝缘效果弱，不能保护电路、可穿戴设备的柔性线路板与电子元器件之间的绑定和工作时电路板热量较高不能有效散热问题。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异方性导电胶及其制备方法；本发明能实现的技术效果：一种高导热高粘接力且能保护电路不会击穿适用于可穿戴设备的异方性导电胶。

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异方性导电胶，总体思路如下：

步骤一：按照质量百分比称取镍包石墨(球状)55％-65％、三官能团环氧树脂20％- 30％、导热粉体5％-7％、固化剂(微胶囊固化剂)12％-16％；

步骤二：将导热粉体加入三官能团环氧树脂中混合搅拌；

步骤三：使用离心式行星搅拌机将镍包石墨乳化分散在步骤二中的三官能团环氧树脂中；转速为400-600rpm搅拌十分钟，并且温度控制在8-12摄氏度；

步骤四：将溶解型固化剂加入步骤三所得的混合物中转速为600-800rpm搅拌10分钟，并且温度维持在8-12摄氏度；

步骤五：将步骤四中的混合物挤出即可得到本发明异方性导电胶的半成品。

上述技术方案的进一步限定在于：该制备方法还包括步骤六：将步骤五中的半成品低温冷冻存储即可制得本发明适用于可穿戴设备的异方性导电胶。

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和表1-3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：三官能团环氧树脂：25％，导热粉体：6％，镍包石墨：60％；本实例中的对比例导电胶配方为：三官能团环氧树脂：15％，导热粉体：3％，镍包石墨：60％。将两种不同配方的导电胶运用在相同的可穿戴设备上，在室温为20℃的条件下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内部温度由开始20℃上升到21.1℃，且可穿戴设备的柔性电路板与电子元器件之间的牢牢绑定；运用对比例导电胶的可穿戴设备内部温度由开始20℃上升到23.4℃，且可穿戴设备的柔性电路板与电子元器件之间会有轻微松动。因此本发明实例的导电胶明显更加牢固，散热更加有效。

表1-1：

	三官能团环氧树脂	导热粉体	镍包石墨
				本发明实例	25％	6％	60％
对比例	15％	3％	60％

(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：三官能团环氧树脂：25％，导热粉体：6％，镍包石墨：60％；本实例中的对比例导电胶配方为：三官能团环氧树脂：25％，导热粉体：6％，镍包石墨：40％。将两种不同配方的导电胶分别运用在相同的50组分可穿戴设备上，在室温为20℃的条件下经过浪涌高压测试后，得到如下数据：运用本发明实例导电胶的可穿戴设备50组分中有50组都能正常工作，拆开可穿戴设备，内部电路没有被击穿，没有损坏；运用本对比实例导电胶的可穿戴设备50组分中有30组都能正常工作，拆开剩下的20组可穿戴设备，内部电路有不同程度的电击痕迹，有些电子元器件已经击穿变黑。因此本发明实例的导电胶能将电流导向保护装置，从而达到控制电流导向，保护电路的目的。

表1-2：

	三官能团环氧树脂	导热粉体	镍包石墨
				本发明实例	25％	6％	60％
对比例	25％	6％	40％

(注：表中各组分的配比为质量比)

实例三

根据表1-3，实例组分一的配方为：镍包石墨：55％、环氧树脂：20％、导热粉体：5％、固化剂：12％；实例组分二的配方为：镍包石墨：60％、环氧树脂：20％、导热粉体： 5％、固化剂：12％；实例组分三的配方为：镍包石墨：65％、环氧树脂：20％、导热粉体： 5％、固化剂：12％。由实例组分1、2、3实验测试可知：在环氧树脂、导热粉体和固化剂都恒定的条件下，镍包石墨的重量百分比越多，制备的导电胶在可穿戴设备电路中导电能力也越强。但在组分3中，由于环氧树脂的重量百分比较少，出现镍包石墨没有完全乳化分散在环氧树脂中，因此在环氧树脂重量百分比为20％的条件下，镍包石墨的重量百分比不应高于65％。

实例四

根据表1-3，实例组分四的配方为：镍包石墨：55％、环氧树脂：25％、导热粉体：5％、固化剂：12％；实例组分五的配方为：镍包石墨：55％、环氧树脂：30％、导热粉体： 5％、固化剂：12％。由实例组分1、4、5实验测试可知：在镍包石墨、导热粉体和固化剂都恒定的条件下，环氧树脂的重量百分比越多，制备的导电胶在可穿戴设备的柔性线路板与电子元器件之间的绑定也越牢固。但在组分5中，由于环氧树脂所占的重量百分比增加而镍包石墨所占的重量百分比恒定，导致按照组分5制备出的导电胶在可穿戴设备电路中导电能力越来越弱，达不到保护电路的目的。因此在镍包石墨重量百分比占55％时环氧树脂重量百分比占不应超过30％。

实例五

根据表1-3，实例组分六的配方为：镍包石墨：55％、环氧树脂：20％、导热粉体：6％、固化剂：12％；实例组分七的配方为：镍包石墨：55％、环氧树脂：20％、导热粉体： 7％、固化剂：12％。由实例组分1、6、7实验测试可知：在镍包石墨、环氧树脂和固化剂都恒定的条件下，增加导热粉体的重量百分比，制备的导电胶在可穿戴设备工作时电路板热量随着导热粉体的增加散热明显，可穿戴设备的内部温度降温明显。但随着导热粉体的增加，融入比例逐渐变少，因此导热粉体添加不超过7％。

实例六

根据表1-3，实例组分八的配方为：镍包石墨：55％、环氧树脂：20％、导热粉体：5％、固化剂：14％；实例组分九的配方为：镍包石墨：55％、环氧树脂：20％、导热粉体： 5％、固化剂：16％。由实例组分1、8、9实验测试可知：在镍包石墨、环氧树脂和导热粉体都恒定的条件下，增加固化剂的重量百分比，制备的导电胶应用在可穿戴设备的柔性电路板时，随着固化剂的增多，制备的导电胶稳定好易储存，并且相对于添加少量固化剂的导电胶在可穿戴设备的柔性电路板中，表现出对电路腐蚀性小，不会腐蚀电子器件。

实例七

由实例三中镍包石墨的增多导致镍包石墨没有完全乳化分散在环氧树脂中和实例四中环氧树脂的重量百分比增加而镍包石墨添加少导致导电性弱的问题，本发明有做了两组实验：根据表1-2，实例组分十的配方为：镍包石墨：60％、环氧树脂：25％、导热粉体：5％、固化剂：14％；实例组分十一的配方为：镍包石墨：65％、环氧树脂：30％、导热粉体：5％、固化剂：12％。由实例组分1、10、11实验测试可知：在导热粉体和固化剂恒定时相应的增加镍包石墨和环氧树脂的重量百分比，制备出的两组导电胶(组分10 和组分11)在可穿戴设备中测试.得出：组分10和组分11相对比上面实例三、四的组分 2、3、4、5来说对于保护可穿戴设备的电子电路表现优异，散热效果明显，粘接紧密。但是由于导热粉体和固化剂的的添加量少，对于可穿戴设备产品提升效果不明显，达不到产业化要求。

实例八

在实例七的基础上又做了两组实验分别是组分12、13，克服其不能产业化要求。根据表1-2，实例组分十二的配方为：镍包石墨：60％、环氧树脂：25％、导热粉体：6％、固化剂：14％；实例组分十三的配方为：镍包石墨：65％、环氧树脂：30％、导热粉体： 7％、固化剂：16％。由实例组分1、12、13实验测试可知：镍包石墨、环氧树脂、导热粉体和固化剂每个重量百分比逐步增加，上述实例三、四、五、六和七的问题都得到了解决。在组分12、13中，制备出的导电胶满足可穿戴设备产品保护电路、有效散热和粘接紧密性能。

表1-3：

(注：表中各组分的配比为质量比)

实例九

由实例八实验可知，本发明一种适用于可穿戴设备的导电胶满足保护电路、有效散热和粘接紧密性能。为了突出本发明的异方性导电胶适合产业化且优于其他种类的异方性导电胶，本实例九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、硅胶类导电胶以及其他企业导电胶。本实例中一种适用于可穿戴设备的导电胶的配方为：镍包石墨：60％、环氧树脂：25％、导热粉体：6％、固化剂：14％；本实例中硅胶类导电胶的配方为：镍包铜粉：17％、硅橡胶胶体：20％、压敏硅胶胶水： 45％、铂金水：1％、增粘剂：7％、稀释剂：10％；其他企业的导电胶配方为：镍包石墨导电粉：40％、有机溶剂：30％、树脂组成物：30％。导电胶测试结果制成表1-4。本实例参考的标准为：横纵体积电阻率、粘接强度、粘度、固化条件和硬度六个标准。标准一和标准二：横纵体积电阻率代表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和其他企业，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。标准三：粘接强度代表芯片与玻璃电路版的粘接性，数值越大说明贴合性越好，能更好的导热；根据表 1-4可知，本发明的一种适用于可穿戴设备的导电胶实验数值围殴8.4Mpa要远优于硅胶类和其他企业的导电胶。标准四：粘度代表使用导电胶部分整体的牢固程度，能够很好的固定住，防抖防震动。根据表1-4可知，本发明的一种适用于可穿戴设备的导电胶实验数值为80000cps，对比其他两种导电胶，本发明的导电胶粘度要优于其他两种导电胶。标准五：固化条件代表制备此种导电胶所需要的固化的温度和时间，温度越低时间越短越容易制备成本越低，因此也越容易产业化；根据表1-4可知：本发明的一种适用于可穿戴设备的导电胶固化温度是最低，时间一样，其他企业时间短但是温度高了50℃，温度每上升1℃成本都会增加很大，由此可知本发明的导电胶成本相对其他两个要低，更容易产业化。标准六：硬度代表邵氏硬度，度数越大表示越硬，根据表1-4可知：本发明的一种适用于可穿戴设备的导电胶和其他企业是邵氏硬度D，硅胶类邵氏硬度为A；由邵氏硬度表可知：硅胶类的硬度很低说明很软，其他企业的导电胶比本发明的导电胶要硬。但两者受压抗变形和抗穿刺能力相差不大。都能满足产品的受压抗变形和抗穿刺条件。

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、镍包石墨融入环氧树脂中在没有高压时是绝缘的，在有高压时，接触点附件的电荷场会将镍包石墨电离，将电流导向保护装置，因而由高压击穿造成的损坏率从70％降至5％。

2、不需要额外做一套易于散热和粘接电路系统，降低成本，简化了设备中的电路，使得生产效率提升了15％。

(注：上述数据由实例中的实验数据可得)。

Claims (5)

1.一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，所述异方性导电胶包括镍包石墨、环氧树脂、导热粉体、固化剂，所述镍包石墨、环氧树脂、导热粉体、固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异方性导电胶及其制备方法，其特征在于：所述三官能团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异方性导电胶及其制备方法，其特征在于：所述导热粉体由下列单种或多种物质混合而成：氧化铝，氧化硅，氧化锌，氮化铝，氮化硼。

4.根据权利要求1所述的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：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。

5.一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，包括如下步骤：

步骤一：按照质量百分比称取镍包石墨(球状)55％-65％、三官能团环氧树脂20％-30％、导热粉体5％-7％、固化剂(微胶囊固化剂)12％-16％；

步骤二：将导热粉体加入三官能团环氧树脂中混合搅拌；

步骤三：使用离心式行星搅拌机将镍包石墨乳化分散在步骤二中的三官能团环氧树脂中；转速为400-600rpm搅拌十分钟，并且温度控制在8-12摄氏度；

步骤四：将溶解型固化剂加入步骤三所得的混合物中转速为600-800rpm搅拌10分钟，并且温度维持在8-12摄氏度；

步骤五：将步骤四中的混合物挤出即可得到本发明异方性导电胶的半成品。

将步骤五所得的半成品低温冷冻储存即可得到一种应用在可穿戴设备中的异方性导电胶。

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