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商品詳情
導電膠 的研究和應用
1． 導電膠 的概述
導電膠 是一種固化或干燥后具有一定導電性能的膠粘劑,它通常以基體樹脂和導電填料即導電粒子為主要組成成分, 通過基體樹脂的粘接作用把導電粒子結合在一起, 形成導電通路, 實現(xiàn)被粘材料的導電連接。由于 導電膠 的基體樹脂是一種膠黏劑, 可以選擇適宜的固化溫度進行粘接, 如環(huán)氧樹脂膠黏劑可以在室溫至150℃ 固化, 遠低于錫鉛焊接的200℃以上的焊接溫度, 這就避免了焊接高溫可能導致的材料變形、電子器件的熱損傷和內應力的形成。同時, 由于電子元件的小型化、微型化及印刷電路板的高密度化和高度集成化的迅速發(fā)展, 鉛錫焊接的0.65mm的最小節(jié)距遠遠滿足不了導電連接的實際需求, 而 導電膠 可以制成漿料, 實現(xiàn)很高的線分辨率。而且 導電膠 工藝簡單, 易于操作, 可提高生產(chǎn)效率, 也避免了錫鉛焊料中重金屬鉛引起的環(huán)境污染。所以 導電膠 是替代鉛錫焊接, 實現(xiàn)導電連接的理想選擇。
目前 導電膠 已廣泛應用于液晶顯示屏（LCD）、發(fā)光二極管（LED）、集成電路(IC)芯片、印刷線路板組件(PCBA)、點陣塊、陶瓷電容、薄膜開關、智能卡、射頻識別等電子元件和組件的封裝和粘接, 有逐步取代傳統(tǒng)的錫焊焊接的趨勢。
2. 導電膠 的分類及組成
2.1 導電膠 的分類
導電膠 種類很多, 按導電方向分為 各向同性導電膠（ICAs，Isotropic Conductive Adhesive）和 各向異性導電膠（ACAs，Anisotropic Conductive Adhesives）。ICA是指各個方向均導電的膠黏劑, 可廣泛用于多種電子領域；ACA則指在一個方向上如Z方向導電, 而在X和Y方向不導電的膠黏劑。一般來說ACA的制備對設備和工藝要求較高, 比較不容易實現(xiàn), 較多用于板的精細印刷等場合, 如平板顯示器（FPDs）中的板的印刷 。
按照固化體系導電膠又可分為室溫固化導電膠、中溫固化導電膠、高溫固化導電膠、紫外光固化導電膠等。室溫固化導電膠較不穩(wěn)定, 室溫儲存時體積電阻率容易發(fā)生變化。高溫導電膠高溫固化時金屬粒子易氧化, 固化時間要求必須較短才能滿足導電膠的要求。目前國內外應用較多的是中溫固化導電膠（低于150℃）, 其固化溫度適中, 與電子元器件的耐溫能力和使用溫度相匹配, 力學性能也較優(yōu)異, 所以應用較廣泛。紫外光固化導電膠將紫外光固化技術和導電膠結合起來, 賦予了導電膠新的性能并擴大了導電膠的應用范圍, 可用于液晶顯示電致發(fā)光等電子顯示技術上, 國外從上世紀九十年代開始研究, 我國近年也開始研究。
2.2 導電膠 的組成
導電膠 主要由樹脂基體、導電粒子和分散添加劑、助劑等組成。目前市場上使用的導電膠大都是填料型。
填料型導電膠的樹脂基體, 原則上講, 可以采用各種膠勃劑類型的樹脂基體, 常用的一般有熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成了導電膠的分子骨架結構, 提供了力學性能和粘接性能保障, 并使導電填料粒子形成通道。由于環(huán)氧樹脂可以在室溫或低于150℃固化, 并且具有豐富的配方可設計性能, 目前環(huán)氧樹脂基導電膠 占主導地位。導電膠要求導電粒子本身要有良好的導電性能粒徑要在合適的范圍內, 能夠添加到導電膠基體中形成導電通路。導電填料可以是金、銀、銅、鋁、鋅、鐵、鎳的粉末和石墨及一些導電化合物
3． 國內外研究狀況及前景
目前, 國內生產(chǎn)導電膠的單位主要有上海合成
樹脂研究所, 國外企業(yè)有日本的日立公司、Three-Bond公司、美國Epoxy的公司、slont公司，Ablistick公司，Loctite公司、3M公司等。已商品化的導電膠種主要有導電膠膏、導電膠漿、導電涂料、導電膠帶等組分有單、雙組分。導電膠一般用于微電子封裝、印刷電路板、導電線路粘接等各種電子領域中。
導電膠 作為錫膏的換代產(chǎn)品有著廣闊的前景,但是目前與錫膏或錫焊相比仍存在著成本高的問題, 而且導電穩(wěn)定性和耐久性仍有待于提高。今后的研究方向首先是對現(xiàn)有粘接體系的改進, 如對環(huán)氧樹脂的稀釋、復合和改性, 使其既有著良好的力學性能又與導電粒子有良好的配合和適宜的潤濕作用。通過對固化動力學的研究, 分析固化過程中活性基團的變化以及交聯(lián)網(wǎng)絡的形成過程中導電粒子聚集態(tài)的變化規(guī)律, 優(yōu)化固化體系。第二是制備出導電率高、性能穩(wěn)定、耐腐蝕和環(huán)境影響的導電粒子, 降低成本, 并提高導電膠的穩(wěn)定性和可靠性。第三是發(fā)展新型的固化方式, 提高其工藝性, 實現(xiàn)低溫或者室溫固化, 如固化、電子束固化等。
4．導電膠 的應用領域
（1）導電膠粘劑 用于微電子裝配，包括細導線與印刷線路、電鍍底板、陶瓷被粘物的金屬層、金屬底盤連接，粘接導線與管座，粘接元件與穿過印刷線路的平面孔，粘接波導調諧以及孔修補。
（2）導電膠粘劑 用于取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜時耐受能力的點焊。導電膠粘劑作為錫鉛焊料的替代晶，其主要應用范圍如：電話和移動通信系統(tǒng)；廣播、電視、計算機等行業(yè)；汽車工業(yè)；醫(yī)用設備；解決電磁兼容(EMC)等方面。 （3） 導電膠粘劑 的另一應用就是在鐵電體裝置中用于電極片與磁體晶體的粘接。導電膠粘劑可取代焊藥和晶體因焊接溫度趨于沉積的焊接。用于電池接線柱的粘接是當焊接溫度不利時導電膠粘劑的又一用途。 （4）導電膠粘劑 能形成足夠強度的接頭，因此，可以用作結構膠粘劑。
5．國內外導電膠的應用情況
目前國內市場上一些高尖端的領域使用的導電膠主要以進口為主：美國的Ablistick公司、3M公司幾乎占領了全部的IC和LED領域，日本的住友和臺灣翌華也有涉及這些領域。日本的Three-Bond公司則控制了整個的石英晶體諧振器方面導電膠的應用。國內的導電膠生產(chǎn)廠家有上合所，有研鋼院，深隆等。
ZH-DD-HY系列的導電膠主要適用于LED、大功率LED、 LED數(shù)碼管、LCD、TR、IC、COB、PCBA、點陣塊、顯示屏、晶振、諧振器、太陽能電池、光伏電池、蜂鳴器、陶瓷電容、半導體分立器件等各種電子元件和組件的封裝以及粘結等。應用范圍涉及電子元器件、電子組件、電路板組裝、顯示及照明工業(yè)、通訊、汽車電子、智能卡、射頻識別等領域。
5．導電膠的應用及面臨的技術難題
導電膠主要存在以下問題：
(1)電導率低，對于一般的元器件，大多導電膠均可接受，但對于功率器件，則不一定。
(2)粘接效果受元器件類型、PCB(印刷線路板)類型影響較大；
(3)固化時間長。
由基體樹脂和金屬導電粒子組成的導電膠，其電導率往往低于Pb／Sn焊料。為了解決這一問題，國內外的科研工作者做了以下的努力：增加樹脂網(wǎng)絡的固化收縮率；用短的二羧酸鏈去除金屬填充物表面的潤滑劑；用醛類去除金屬填充物表面的金屬氧化物；采用納米級的填充粒子等。
(4)導電膠 的另一個技術問題是相對較低的粘接強度，在節(jié)距小的連接中，粘接強度直接影響元件的抗沖擊性能。
6．結束語
微電子封裝技術正處于高速發(fā)展階段, 導電膠以其諸多優(yōu)點成為錫鉛焊料未來可能的替代品, 但仍存在許多制約其廣泛應用的缺陷, 目前對導電膠的研究主要集中在下述幾個方面。
(1) 新體系的開發(fā)
現(xiàn)在使用的導電膠大部分都是環(huán)氧樹脂體系。但是, 環(huán)氧樹脂存在固化溫度高、易吸水等缺點,環(huán)氧樹脂導電膠的粘接強度相對Pb /Sn 體系偏低,銀系導電膠有銀遷移和腐蝕作用; 銅和鎳易氧化,導電膠中多用胺類等污染環(huán)境的固化劑及偶合劑,導電率較低且固化時間相對較長。因此, 聚合物的共混( 導電膠和導電聚合物的共混, 改善其綜合性能) 和改性、固化劑的改性以及導電粒子的表面活性處理、覆鍍合金或低共熔合金和由此制備的新型導電聚合物是近幾年的研究重點。
(2) 固化動力學的研究
通過固化動力學的研究, 可以對導電膠的聚合過程得到更深的認識, 為選擇高效率的固化劑提供指導固化動力學的研究可以通過原位紅外光譜分析來實現(xiàn)。通過對固化過程中活性基團紅外光譜的原位分析推斷固化過程中發(fā)生的反應, 進而優(yōu)化固化體系。
(3) 新固化方式的實現(xiàn)
低溫甚至室溫連接是未來連接材料的發(fā)展趨勢。UV 固化、電子束固化已經(jīng)在涂料、油墨、光刻膠等材料中得到應用。利用UV 固化、電子束固化得到接近金屬焊料的連接強度, 將極大推動導電膠的大規(guī)模應用, 我們正在進行有關這方面的研究, 已取得了令人滿意的固化效果和連接強度。目前我國電子產(chǎn)業(yè)正大量引進和開發(fā)SMT 生產(chǎn)線, 導電膠 在我國必然有廣闊的應用前景。但我國在這方面的研究起步較晚, 目前所需用的高性能導電膠主要依賴進口, 因此必須大力加強粘接溫度和固化時間、粘接壓力、粒子含量等因素導電膠可靠性的影響的研究和應用開發(fā), 制備出新型的導電膠, 以提高我國電子產(chǎn)品封裝業(yè)的國際競爭力。
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