環氧樹脂導電膠的研究現狀

李 恩， 虞鑫海, 劉萬章

（1.東華大學應用化學系，上海201620；2.浙江金鵬化工股份有限公司，浙江 臺州 318050）

環氧樹脂導電膠的研究現狀

李 恩1， 虞鑫海1, 劉萬章2

（1.東華大學應用化學系，上海201620；2.浙江金鵬化工股份有限公司，浙江 臺州 318050）

環氧導電膠是代替Sn/Pb焊料的一種膠黏劑，與傳統的Sn/Pb焊料相比，環氧導電膠具有粘接溫度低、可控性好、分辨率高、工藝簡便以及環保等優點。近年來，科研工作者積極地研發高性能、多功能以及低成本的新型導電膠，以滿足不斷發展的市場需求。環氧導電膠作為一種新型的復合工業材料，具有巨大的發展潛力以及廣闊的應用前景。闡述了影響環氧導電膠黏劑性能的因素以及高性能環氧導電膠的研究狀況，并對環氧導電膠黏劑的未來發展作了展望。

環氧導電膠黏劑；影響；性能；研究

前 言

導電膠是一種具有一定的粘結性和導電性的膠黏劑，是實現半導體封裝，電子元器件引線連接，修復印制板線路，粘接導電復合材料等的理想選擇。隨著電子與微電子領域的迅猛發展，人們對于電子元件的要求日漸微型化，對于印刷電路板，則更追求高密度化和高集成化，以至于作為具有高線分辨率的導電膠的發展研究顯得尤為重要[1～5]。

環氧樹脂導電膠通常是由環氧基體、稀釋劑、固化劑、導電填料、其他添加劑構成，并通過導電填料實現其導電性[6]。它不僅在粘接橫面上有優異的導電性能，而且在粘接縱面上也具有優良的導電性能。其中環氧樹脂含有活性基團，粘接性好，內聚強度高，摻混性優異，是產生粘接強度的主要成分，導電膠的機械性能以及粘接性能主要由基體樹脂所決定[7]。

1 環氧樹脂導電膠的性能影響因素研究

1.1 導電填料對環氧導電膠性能影響

導電填料加入至環氧膠黏劑中后，導電填料粒子表面由自由表面轉變為濕潤界面，在基體與填料粒子之間形成一個界面層，體系產生界面能過剩。一般來說，隨著導電填料粒子填充量的增加，這個界面過剩也就越大，當增大到一定程度時，填料粒子形成導電互通網絡，表現為電阻率突然下降。目前，比較廣泛使用的導電填料為納米級銀粉，虞鑫海，陳洪江[8]等人研制的新型導電膠黏劑體積電阻率達3.9×10-4Ω·cm，具有良好的導電性能，且其剪切強度平均可達14.1MPa，具有優良的粘結性能。微米級的銀粉應用較少，王萍，金石磊[9]等人制備的單組份環氧樹脂-銀導電膠，選用微米級銀粉作為環氧導電膠的導電填充劑，并探討與探究了顆粒大小不同銀粉以及填充量對環氧樹脂膠黏劑性能的影響[10～12]。

周忠福，劉敬福，李智超[13]等人將碳粉填料單獨加入環氧膠中，當加到70份時，電阻率最低，為0.01×103Ω·cm。而以石墨作為導電填料單獨加入膠黏劑中去，在60份時，表現為導電性最好，電阻率為0.05×103Ω·cm。但是碳粉在長時間高溫下，容易形成碳化物，從而使電阻變大，導電性能降低，并且碳系環氧導電膠極易受環境影響。為此，研究者研制了納米碳管，將納米碳管作為導電填料，不僅可以增強環氧導電膠體系的力學性能，還能提高其耐摩擦性、耐酸堿性和耐腐蝕性等[14～15]。

雷芝紅[16]等采用無鈀活化工藝在環氧樹脂粉末上形成活性點，利用化學鍍法成功制備出新型外鍍銀銅/EP復合導電粒子，其電阻率為4.5×10-3Ω·cm，可以作為各向異性導電膠的導電填料（代替純金屬導電填料）。

1.2 促進劑對環氧導電膠性能影響

在環氧樹脂導電膠體系中加入適量的促進劑能夠去除粒子表面的有機物，宏觀上表現為環氧樹脂導電膠體積電阻率的下降。左新浪，夏志東，雷永平[17]等以環氧樹脂作為基體，DBGE為促進劑，制備了一種各向同性環氧樹脂導電膠，并深入研究了促進劑對導電膠導電性能的影響。圖1為經促進劑處理前后粒子表面的掃描電鏡圖及采用能譜分析對粒子表面成分的分析圖。

從圖1中可以看出處理前，導電粒子表面存在著微量的碳氧化合物，經促進劑處理后的導電粒子表面其碳氧化合物含量明顯少于前者，且沒有新的物質產生。而且實驗證明促進劑的加入使體系的體積電阻率由2.9×10-3Ω·cm降低至 1.9×10-3Ω·cm。

圖1 經促進劑處理前后粒子表面及其成分比較圖Fig.1 The particle surface and its composition comparison chart before and after processing with accelerator

1.3 環境對環氧導電膠性能影響

溫度，潮濕度等對環氧導電膠的各項性能均有一定程度的影響。如體積電阻率，耐老化性，粘結強度，剪切拉伸強度等。在濕熱的環境下，水分子極易進入環氧導電膠體系與粘接界面內[18～19]。水分子與聚合物分子一旦發生結合，則會造成永久影響，引起塑性化和膨脹，降低玻璃化轉變溫度，從而降低環氧導電膠的粘結強度和彈性模量。Liu[20]等人提出了由于溫度沖擊，從而導致各向異性導電膠膜失效機理，他們認為熱膨脹系數不匹配而產生的內應力也會使導電粒子發生變形位移，這是增加接觸電阻的另一個原因。

1.4 固化工藝對環氧導電膠性能影響

環氧導電膠根據固化條件的不同，可以分為室溫型，中溫型，高溫型。研究表明固化工藝對環氧導電膠的導電性能和力學性能都有很大的影響。一般來說，固化環氧導電膠時，多采用階梯升溫方式，雖然固化時間較長，但是，其固化效果優異，其體積電阻率，拉伸剪切強度，玻璃化轉變溫度均達一個良好的水平。導電膠在固化的過程中體積電阻率變化很大，因而如何選擇最佳的固化工藝則顯得尤為重要[21～22]。

2 高性能環氧導電膠黏劑的研究

2.1 聚酰亞胺型環氧導電膠黏劑的研究

聚酰亞胺(PI)材料是帶一種芳香結構的四酸二酐和有機芳香二胺通過縮合反應生成的聚合物。由于其性能優異，近幾年來廣泛應用于膠黏劑中[23]。毛蔣麗，虞鑫海[24]等人制備了一種耐高溫導電膠黏劑，他們采用2,2-雙[4-(2,4-二氨基苯氧基)苯基]丙烷（BDAPPP）作為四胺單體，與雙酚A二酐（BPADA）脫水縮合形成聚酰亞胺粉末，用PI粉末對環氧膠黏劑進行改性，并選擇粒徑為5μm的片狀銀粉作為導電粒子對環氧導電膠進行性能研究。該導電膠體系具有優異的耐大氣老化性能。

聚酰亞胺型環氧導電膠黏劑因為其特有的配方，具有許多優良的性能。但是聚酰亞胺與膠黏劑的相容性較差，如何提高兩者之間相容性是目前科研工作者正在努力克服的難點之一。

2.2 新型導電膠黏劑

虞鑫海，傅菊蓀[25]等人以 ES216，6101，TGDDM，CE127一定比例的混合為環氧基體，研制的JP-6新型導電膠，其綜合性能非常優異，拉伸剪切強度可達21.1MPa，體積電阻率可達2.32×10-4Ω·cm，固化物的熱分解溫度可達375.6℃，吸水率為0.5%，具有穩定的室溫存儲性。此外，它還具有優異的耐老化性等。

張志浩，施利毅[26]等人采用雙酚A型環氧樹脂作為基體，用一定量的PV和無水乙醇處理后的納米銀粉導電顆粒，三乙醇胺作固化劑，放入游星式攪拌脫泡裝置攪拌30min，得到環氧樹脂導電膠。剪切強度達18.9MPa，體積電阻率為1.997×10-4Ω·cm。研究證明，該導電膠體系具有較好的抗老化性能。

3 結束語

環氧導電膠的應用范圍已經從電子行業擴展到軍工，航空航天，汽車等行業。隨著近幾年來高新技術的飛速發展，國內外市場對環氧導電膠的要求不斷提高，研制性能優異的環氧導電膠顯得更為迫切。特別是國內的環氧導電膠，其綜合性能不及國外的，但是它潛力巨大，科研工作者正在克服這個個難點，我們完全有理由相信環氧導電膠的前景一片光明。

［1］孫歡,虞鑫海,徐永芬.國內外導電膠的發展現狀［J］.粘接,2008,29（3）：37～40.

［2］王飛,黃英,侯安文.導電膠的研究新進展［J］.粘接,2009,18（10）：47～51.

［3］蘇輝煌,鐘新輝,詹國柱,等.導電膠的研究進展［J］.粘接,2008,29（6）：28～32.

［4］倪曉軍,梁彤翔.導電膠的研究進展［J］.電子元件與材料,2002,21（1）：1～7.

［5］馮永成.納米導電膠黏劑的研究［J］.化工新型材料,2005,33（5）：25～26,59.

［6］毛蔣莉,虞鑫海,劉萬章.導電膠的應用現狀［J］.粘接,2009,（10）：67～69.

［7］孫麗榮,王軍,黃柏輝.導電膠黏劑的現狀與進展［J］.中國膠黏劑,2004,6（3）：50～53.

［8］虞鑫海,陳洪江,劉萬章.新型導電膠黏劑的研制及其固化動力學研究［J］.2010,34（7）：37～39.

［9］王萍,金石磊,李小慧,等.單組份環氧樹脂-銀導電膠的制備研究［J］.廣州化工,2011,39（5）：62～64.

［10］WANG YANLI,LIN JUNPIN,LIN ZHI,et al.Deformation characterization of conductive Particles in aulsotroPically conductive adhesive simulated by FEM［J］.Materials,2005,12（1）：28～53.

［11］熊勝虎,楊榮春,吳丹菁,等.銀粉形貌與尺寸對導電膠電性能的影響［J］.電子元件與材料,2005,24（8）：14～16.

［12］HUA LI,AN BING.Preparation of Electrically Conductive Filler for Anisotropic Conductive Adhesive ［J］.Journal of Shanghai Jiaotong University,2007,41（4）：127～130.

［13］周忠福,劉敬福,李智超.導電填料對環氧導電膠性能的影響［J］.遼寧工程技術大學學報,2002,21（5）：646～648.

［14］林韡,于朝生.石墨/環氧樹脂導電膠的研究［J］.中國膠粘劑,2008,17（6）：4～9.

［15］王沁芳.碳纖維環氧樹脂復合材料導電性及機敏性的研究［D］.重慶：重慶大學,2006.

［16］雷芝紅,賀英,高利聰.各向異性導電膠用新型導電復合粒子的制備［J］.化工新型材料,2006,34（11）：60～63.

［17］左新浪,夏志東,雷永平,等.促進劑在導電膠中的作用研究［J］.中國膠黏劑 2009,18（12）：10～12.

［18］馬穎琦.環境性能試驗對導電橡膠性能的影響［J］.理化檢驗-物理分冊,2008,44（7）：346～348.

［19］張軍,賈宏,陳旭.環境對各向異性導電膠膜性能參數的影響［J］.電子與封裝,2006,6（8）：33～36.

［20］YE LILEI,LAI ZONGHE,LIU JOHAN.Effect of Ag particle size on electrical conductive of ICAs［J］.Transaction on electronics packaging manufacturing,1999,22（4）：299～302.

［21］劉運吉,楊道國,秦連城,等.固化工藝參數對導電膠導電性的影響［J］.電子元件與材料,2005,24（10）：20～22,26.

［22］高玉,余云照.導電膠固化過程中導電網絡形成的機理［J］.粘接,2004,25（6）：1～3.

［23］黃強,陸永超,王洋,等.聚酰亞胺型導電膠裝片固化工藝的研究［J］.電子與封裝,2003,3（5）：21～23.

［24］毛蔣麗.聚酰亞胺改性環氧導電膠的研制及其固化動力學研究［D］.上海：東華大學,2011.

［25］虞鑫海,傅菊蓀,劉萬章.JP-6新型導電膠的性能研究［J］.化學與黏合,2010,32（6）：26～29.

［26］張志浩,施利毅.新型納米銀導電膠的制備及其性能研究［J］.功能材料,2008,2（39）：337～340.

The Research Situation of Epoxy Conductive Adhesive

LI En1,YU Xin-hai1and LIU Wan-zhang2
（1.Department of Applied Chemistry,Donghua University,Shanghai 201620,China;2.Zhejiang Golden Roc Chemical Co.,Ltd.,Taizhou 318050,China)

The epoxy conductive adhesive is a substitute of Sn/Pb solder,compared to the traditional Sn/Pb solder,epoxy conductive adhesive has many advantages including low bonding temperature,good controllability,high resolution,simple technology and environmental friendly,etc.In recent years,the researchers have developed high-performance,multi-functional and low-cost novel conductive adhesive in order to meet the growing market demands.As a new industrial material,the epoxy conductive adhesive has great development potential and broad application prospects.The influencing factors on epoxy conductive adhesive and study situation of high-performance epoxy conductive adhesive are presented,and its future development is prospect.

Epoxy conductive adhesive;effect;performance;study

TQ437.6

A

1001-0017（2012）05-0060-03

2012-03-03

李恩（1985-），女，浙江諸暨人，碩士研究生，主要從事電子化學品的研究開發工作。