导电胶介绍

导电胶

导电胶是一种同时具备导电性能和粘结性能的胶黏剂，它可以将多种导电材料连接在一起，使被连接材料间形成导电通路。它是通过将导电填料填充在有机聚合物基体中，从而使其具有与金属相近的导电性能。与普通导电聚合物不同的是，导电胶要求体系在储存条件下具有流动性，通过加热或其他方式可以发生固化，从而形成具有一定强度的连接。

1.导电胶的产生背景

随着科技的进步，电子元件不断向微型化的方向发展，器件集成度不断提高，要求连接材料具有很高的线分辨率，传统的连接材料Pb /Sn焊料只能应用在0 . 65mm以下节距的连接, 无法满足工艺需要；连接工艺中温度高于230℃产生的热应力也会损伤器件和基板，此外，Pb /Sn焊料中的铅为有毒物质。人们迫切需要新型无铅连接材料。

导电胶作为一种Pb/Sn焊料的替代品应运而生。与Pb /Sn焊料相比，它具有五大优点：（1）线分辨率大大提高，能适应更高的I/O密度；

（2）涂膜工艺简单，连接步骤少；

（3）固化温度低，减少能耗，避免基材损伤，可应用在对温度敏感的材料或无法焊接的材料上。

（4）热机械性能好，韧性比合金焊料好，接点抗疲劳性高；

（5）与大部分材料润湿良好。

2.导电胶的组成

导电胶一般是由基体和导电填料两部分组成，

2.1 导电胶的基体

基体包括预聚体、固化剂（交联剂）、稀释剂及其他添加剂（增塑剂、偶联剂、消泡剂等）。

预聚体是导电胶的主要组分之一，它含有活性基团，加入固化剂后可以进行固化。预聚体固化后形成了导电胶的分子骨架，同时提供了粘接性能和力学性能的保障，并能使导电填料粒子形成通道。常用的聚合物基体包括环氧树脂、酚醛类树脂、聚酸亚胺、聚氨酷等。与其他树脂相比，环氧树脂具有稳定性好、耐腐蚀、收缩率低、粘接强度高、粘接面广以及加工性好等优点，因此，环氧树脂是目前研究最多、使用最广的基体材料。但是环氧树脂具有吸湿性，且耐热性较差，所以对环氧树脂进行改性，通过对环氧树脂主涟结构和取代基进行调整，得到综合性能更高的改性树脂的研究正在开发中。

固化剂是多官能团化合物，可以连接预聚体，形成网络结构，也是固化后体系的一部分。

稀释剂是导电胶的另一个重要组分。它可以调节体系的粘度，使导电粒子能较好的分散在基体树脂中，同时在导电粒子和胶层及被粘接电子元器件间形成了良好的导电接触。稀释剂分为活性稀释剂和非活性稀释剂两类，其中活性稀释剂含有活性端基，可以参加交联反应，固化前不需去除，固化后成为体系的一部分;非活性稀释剂不参与交联，仅起调节作用，固化前需要除去。

预聚体、交联剂和稀释剂是固化过程中体积变化的主要影响因素。为了提高导电胶的性能，有时还需加入偶联剂、增塑剂、消泡剂等各种添加剂。

偶联剂可改善导电填料在树脂基体中的分散性，同时还能改善导电胶的表面性能，增加界面的粘附性能。加入增塑剂可以提高胶层的柔韧性和粘接强度。消泡剂在导电胶的制备过程中，可降低表面张力，消除物料混合过程中产生的泡沫。

2.2 导电填料

导电填料主要是通常有碳、金属、金属氧化物三大类。碳类材料中的炭黑的导电性很好，但存在加工困难的问题;石墨很难粉碎和分散，且导电性随产地等变化较大。碳类填料一般选用炭黑和石墨的混合粉末。金属氧化物导电性普遍较差。常用的填料多为Au、Ag、Cu、Ni等电阻率较低的金属粉末。

Au粉具有优异的导电性和化学稳定性，是最理想的导电填料，但价格昂贵，一般只在要求较高的情况下使用。Ag粉价格相对较低，导电性较好，且在空气中不易氧化，但在潮湿的环境下会发生电迁移现象，使得导电胶的导电性能下降。Cu粉和Ni粉具有较好的导电性，成本低，但在空气中容易氧化，使得导电性变差。因此，导电填料一般选用Ag或cu。

导电填料的粒度和形状对导电胶的导电性能有直接影响。粒度大的填料导电效果优于小的，但同时会带来连接强度的降低。不定形（片状或纤维状）的填料导电性能和连接强度优于球形的。但各向异性导电胶只能用粒度分布较窄的球形填料。不同粒度和形状的填料配合使用可以得到较好的导电性能和连接强度。

3.导电胶的分类

导电胶的分类方法很多。

（1）按基体可分为热塑性导电胶和热固性导电胶。热塑性导电胶的基体树脂分子链很长，且支链少，在高温下固化时流动性较好，可重复使用。而热固性导电胶的基体材料最初是单体或预聚合物，在固化过程中发生聚合反应，高分子链连接形成交联的三维网状结构，高温下不易流动。

（2）按导电机理分为本征导电胶和复合导电胶。本征导电胶是指分子结构本身具有导电功能的共扼聚合物，这类材料电阻率较高，导电稳定性及重复性较差，成本也较高，故很少研究。复合导电胶是指在有机聚合物基体中添加导电填料，从而使其具有与金属相近的导电性能，目前的研究主要集中在这一块。

（3）按导电方向分为各向同性（ICAs）和各向异性（ACAs）两大类。前者在各个方向有相同的导电性能；后者在XY方向是绝缘的，而在Z方向上是导电的。通过选择不同形状和添加量的填料，可以分别做成各向同性或各向异性导电胶。两种导电胶各有所长，目前的研究主要集中在后者。

（4）按照固化体系的不同，导电胶可分为室温固化导电胶、中温固化导电胶、高温固化导电胶和紫外光固化导电胶等。室温固化需要的时间太长，一般需要数小时到几天，且室温储存时体积电阻率容易发生变化，因此工业上较少使用。中温固化导电胶力学性能优异，且固化温度一般低于150℃，此温度范围能较好地匹配电子元器件的使用温度和耐温能力，因此是目前应用较多的导电胶。高温固化导电胶高温固化时，金属粒子容易被氧化，固化速度快，导电胶使用时要求固化时间须较短，因此也使用较少。紫外光固化导电胶主要是依靠紫外光的照射引起树脂基体发生固化反应，固化速度较快，树脂基体在避光的条件下可以保存较长时间，是一种新型的固化方式。这种新型的固化方式将紫外光固化技术和一导电胶结合起来，赋予了导电胶新的性能。目前这方面的研究也是人们关注的热点。

（5）按导电粒子分类的导电胶又可以分为金导电胶、银导电胶、铜导电胶、碳类导电胶、纳米碳管导电胶等。

4.导电胶的导电机理（略）

导电胶的导电机理主要是导电回路如何形成及形成回路后如何导电两个方面，目前主要存在的理论有渗流理论、隧道效应、场致发射和导电团簇机理。