基本介紹
- 中文名：導電膠粘劑
- 外文名：electrically conductive adhesive（ECA）
- 簡稱：導電膠
- 簡介：是一種既能有效地膠接各種材料
- 類型：填充型導電膠
- 材料：金屬粉末
簡介,分類,組成,導電機理,發展狀況,套用,
簡介
在填充型導電膠中添加的導電性填料，通常均為金屬粉末。由於採用的金屬粉末的種類、粒度、結構、用量的不同，以及所採用的膠粘劑基體種類的不同，導電膠的種類及其性能也有很大區別。表二十列舉了一些金屬的電阻率。目前普遍使用的是銀粉填充型導電膠。而在一些對導電性能要求不十分高的場合，也使用銅粉填充型導電膠。
合成樹脂加入某種金屬填料或導電炭黑之後就具有導電性。碳可以是任何一種無定形的碳，例如乙炔炭黑或粉碎的石墨粉。在導電環氧膠粘劑或導電塗層中常用的是細銀粉，其優點是對鹽和氧化物有適當的導電性，因此，能允許少量的氧化或腐蝕，防腐工藝不像薄膠層方法那樣重要，其中界面電阻起著重要作用。
相對金面言，銀是最合適的導電填料，因為它價格便宜，電阻低。然而，在高溫和直流電勢的條件下，銀會發生向膠層表面電解遷移的現象，但鍍銀的銅粉不遷移，金也不遷移。銀粉的最大加入量約為85%（質量），銀粉加入量低於最佳量（約65%)時導電性明顯降低，而粘接強度較高。碳（石墨）的導電性相當小，遠不如金和銀。其他可用的金屬填料是鎳鋁和銅，其中每種金屬都有特殊的氧化問題。因此，與球狀金屬粒子相比，很難形成粒子與粒子的接觸。遺憾的是，銀粉表面的硬脂酸鹽塗層在高溫下釋放氣體，污染關鍵部件，例如在微電子套用中。有的銀粉沒有塗層，也就不釋放氣體產物。銅和鋁形成氧化膜，因阻礙了粒子與粒子接觸而降低了導電性。
分類
導電膠的品種繁多，從套用的角度可以將導電膠分成一般的導電膠和特種導電膠兩類。一般性導電膠只對導電膠的導電性能和粘接強度有一定的要求，特種導電膠除了對導電性能和粘接強度有一定的要求外，還有某種特殊的要求，如耐高溫、耐超低溫、瞬間固化、各向異性和透明性等。
按固化工藝特點，可將導電膠分為固化反應型、熱熔型、高溫燒結型、溶劑型和壓敏型導電膠。
按導電膠中導電粒子的種類不同，可將導電膠分為銀系導電膠、金系導電膠、銅系導電膠和炭系導電膠。套用最為廣泛的是銀系導電膠。
按照導電膠中基料的化學類型又將導電膠分為無機導電膠和有機導電膠。無機導電膠耐高溫性能好，但對金屬的粘接性能差，主要有環氧樹脂導電膠、酚醛樹脂導電膠、聚氨酯導電膠、熱塑性樹脂導電膠和聚醯亞胺導電膠等。套用最廣的是環氧樹脂導電膠。
按照基組成可分為結構型和填充型兩大類。結構型是指作為導電膠基體的高分子材料本身即具有導電性的導電膠；填充型是指通常膠粘劑作為基體，而依靠添加導電性填料使膠液具有導電作用的導電膠。
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。基體主要包括環氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚氯酯等。雖然高度共軛類型的高分子本身結構也具有導電性，如大分子吡啶類結構等，可以通過電子或離子導電 ，但這類導電膠的導電性最多只能達到半導體的程度，不能具有像金屬一樣低的電阻，難以起到導電連線的作用。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，可以採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氧樹脂、有機矽樹脂、聚醯亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化後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，並使導電填料粒子形成通道。由於環氧樹脂可以在室溫或低於150℃固化，並且具有豐富的配方可設計性能，環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範圍內，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。
導電膠中另一個重要成分是溶劑。由於導電填料的加入量至少都在50% 以上，所以導電膠的樹脂基體的黏度大幅度增加，常常影響了膠黏劑的工藝性能。為了降低黏度，實現良好的工藝性和流變性，除了選用低黏度的樹脂外，一般需要加入溶劑或者活性稀釋劑，其中活性稀釋劑可以直接作為樹脂基體，反應固化。溶劑或者活性稀釋劑的量雖然不大，但在導電膠中起到重要作用，不但影響導電性，而且還影響固化物的力學性能。常用的溶劑(或稀釋劑)一般應具有較大的分子量，揮發較慢，並且分子結構中應含有極性結構如碳一氧極性鏈段等。溶劑的加入量要控制在一定範圍內，以免影響導電膠膠體的膠接整體性能。
除樹脂基體、導電填料和稀釋劑外，導電膠其他成分和膠黏劑一樣，還包括交聯劑、偶聯劑、防腐劑、增韌劑和觸變劑等。
導電機理
導電膠的導電機理被認為主要是導電粒子之間的相互接觸，形成電的通路，使導電膠具有導電性。膠層中導電粒子間的穩定接觸是由於導電膠的固化或乾燥形成的。
含有溶劑的導電膠，在固化或者乾燥前，導電粒子在膠黏劑中是分離存在的，相互間沒有連續接觸，因而處於絕緣狀態，如圖17.1所示。
圖17.1固化乾燥前導電膠的狀態導電膠固化或者乾燥後，由於溶劑的揮發和膠黏劑固化而引起膠黏劑體積收縮，使得導電粒子相互間呈穩定的連續接觸，因而呈現導電性，如圖17.2所示。
圖17.2固化乾燥後導電膠的狀態因隧道效應也可以使得導電膠中導電粒子間產生一定的電流通路。當導電粒子間不相互接觸時，粒子間存在隔離層，使得導電粒子中自由電子的定向運動受到阻礙。根據量子力學的概念可知，對一種微觀粒子來說，即使其能量小於勢壘的能量時，除了有被反射的可能性外，也有貫穿的可能性，也叫做隧道效應。電子是一種微觀粒子，因此它具有穿過導電粒子間隔離層阻礙的可能性。
根據以上分析，可將導電膠的導電情況分為3種：
- 一部分導電粒子完全連續的相互接觸形成一種電流通路；
- 一部分導電粒子是不完全連續接觸，其中不相互接觸的導電粒子之間由於隧道效應而形成電流通路；
- 一部分導電粒子完全連續，導電粒子的隔離層完全連續，是電的絕緣。
發展狀況
國內生產導電膠的單位主要有金屬研究所等， 國外企業有TeamChem Company，日本的日立公司、Three-Bond公司、美國Epoxy的公司、Ablistick公司，Loctite公司、3M公司、德國的Panacol等。已商品化的導電膠種主要有導電膠膏、導電膠漿、導電塗料、導電膠帶、導電膠水等，組分有單、雙組分。導電膠一般用於微電子封裝、印刷電路板、導電線路粘接等各種電子領域中。現今國內的導電膠無論從品種和性能上與國外都有較大差距。
