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电子封装导电胶都用什么导电填料?
2020年09月06日 发布 分类:粉体入门 点击量:470
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导电胶作为铅-锡焊料替代物用于电子封装,具有分辨率高、固化温度相对较低、机械性能好、与大部分材料润湿良好等优势,可以很好满足电子产品的小型化、印刷电路板高度集成化发展趋势。

导电胶种类很多,按基体组成可分为结构型和填充型两大类。结构型是指作为导电胶基体的高分子材料本身即具有导电性的导电胶填充型是指通常胶粘剂作为基体,而依靠添加导电性填料使胶液具有导电作用的导电胶。其导电性能主要来源于导电填料填料的电阻率、形状、粒径及其分布等直接影响导电胶的导电性能

随着芯片装贴、表面组装技术和覆晶技术等的发展,导电胶的市场需求将不断扩大,导电填料必将拥有广阔的发展及应用前景。目前常见的导电填料有:金属类导电填料、碳系导电填料、复合材料等,下文为大家做简单整理。

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图片来源:无锡帝科电子材料股份有限公司

①金属系导电填料

常用的金属类导电填料有银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、铜(Cu)和铝(Al)等。常用作导电填料金属的电阻率见下表。

常用导电填料的电阻率

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具有较高的导电率和导热率、价格适中、易加工等特点,在胶中几乎不被氧化,即使氧化生成的氧化银仍具有导电性,应用广泛银虽然具有众多优点,是应用最为广泛的导电胶导电填料,但其会在电场作用下产生电迁移现象,使得导电性能下降,进而影响其使用寿命

铜系导电胶是目前运用最广泛,最稳定的一种,铜电阻率和银很相近,而且价格比银便宜,本应是制备导电胶的理想导电填料。但是,铜的化学性质比银活泼,在空气中会迅速被氧化进而表面覆上绝缘氧化物层;比表面积大越大的粉状铜,氧化速度更快,这将使其导电性能迅速降低,从而限制了其应用。

因此搞定铜的氧化膜问题是保证导电性的关键,实际上表面适当的表面改性是有用的,研究表明硅烷偶联剂可以改善铜粉导电胶的导电性能及稳定性。当然除了使用硅烷偶联剂对铜表面改性外,在铜表面镀银也是常用的防止铜氧化及降低成本的方式。此外,铜的形貌及尺寸也会影响导电胶的导电性能,用长径比较大的纤维状或类纤维状的铜粉将有助于提高导电胶的导电性能。

其他金属

算是导电填料之王,以金作为导电填料的导电胶导电性好、性能稳定,在通常环境中基本没有电迁移现象,可以在苛刻的环境中工作。但其价格较高,仅用在对可靠性要求高而芯片尺寸小的电路中,例如航天产业。

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初中老师说:金具有贼强的电导率

本身的电阻率就比银、铜、金要高,因此制备的导电胶电阻率会比较高,而且镍也比较活泼,也存在温度升高后易被氧化导致电阻率增加的问题,所以用镍制备的导电胶不能用于高端精密电子仪器中。

低熔点共熔合金(如Sn-PbSn-In),在固化温度下呈液态,可以流动,在导电填料间形成金属键合,减少接触电阻和隧穿电阻,从而降低电阻率,提高导电胶性能,因此也被用作导电填料与银等混合后加入导电胶,但只有特定的金属组合才能在导电胶固化温度下形成合金键,使用范围有限。

金属是应用最为广泛的导电填料,但一直存在价格高、密度大(在树脂基体中容易发生沉降)等问题。因此,其他导电填料也被人们关注及研究开发。

2碳系导电填料

炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯近年来也被用作导电填料,用于导电胶。炭黑的导电性比较好,价格低,但加工困难限制了其广泛应用。导电石墨的导电性千差万别,且难粉碎、难分散,因此也难广泛应用。导电碳纤维的导电能力介于炭黑和石墨之间,但是在制备复合型材料时很难保持加工前后纤维的性能一致性,即在加工过程中碳纤维容易受到一定的损伤,加工比较困难

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碳纳米管及石墨烯因其独特的结构,具有优异的电学性能及力学性能,近年来被很多研究人员引入导电填料领域,以改善导电胶的综合性能。

3、复合材料类导电填料

碳材料的导电性能不如金属,但其具有优异的力学性能及结构特性,可以改善导电胶的综合性能。用金属修饰碳材料以改善碳材料导电性,用作导电填料也被广泛研究,如用银修饰碳纳米管、银修饰石墨烯等。

除了碳材料和金属复合,也有研究者采用金属和玻璃微珠、玻璃纤维、有机颗粒等复合作为导电填料,例如研究人员在云母粉、玻璃微珠、玻璃纤维等基材上化学镀银制备复合填料。

除了化学直接镀金属,近年来通过生物黏附材料在基材上黏附金属离子,再进行还原制备表面具有金属覆层的复合填料也被广泛研究。例如,研究人员通过多巴胺功能化,在聚苯乙烯微球表面镀金及接枝环氧乙烯基树脂层和玻璃微珠表面镀银,制备导电填料

参考资料:

1导电胶用导电填料的研究进展广东省石油与精细化工研究院苏瑜,戴永强,廖兵,麦裕良,高敏,张磊

编辑:Alpha


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