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導電膠知識

     所屬分類:橡膠知識  點擊次數:1583  發布時間:2012/2/26  返回上一頁

導電膠是一種固化或干燥后具有一定導電性能的膠黏劑,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, 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展, 而導電膠可以制成漿料, 實現很高的線分辨率.而且導電膠工藝簡單, 易于操作, 可提高生產效率,所以導電膠是替代鉛錫焊接, 實現導電連接的理想選擇.

 1. 導電膠的導電原理

 

  導電膠的導電原理重要有兩種。

 

  第一種是導電粒子間的相互接觸,形成導電通路,使導電膠具有導電性,膠層中粒子間的穩定接觸是由于導電膠固化或干燥造成的。導電膠在固化或干燥前,導電粒子在膠粘劑中是分離存在的,相互間沒有連續接觸,因而處于絕緣狀態。導電膠固化或干燥后,由于溶劑的揮發和膠粘劑的固化而引起膠粘劑體積的收縮,使導電粒子相互間呈穩定的連續狀態,因而表現出導電性。

 

  第二種是隧道效應使導電膠中粒子間形成一定的電流通路。當導電粒子中的自由電子的定向運動受到阻礙,這種阻礙可視為一種具有一定勢能的勢壘。根據量子力學的概念可知,對于一個微觀粒子來說,即使其能量小于勢壘的能量,它除了有被反射的可能性之外,也有穿過勢壘的可能性,微觀粒子穿過勢壘的現象稱為貫穿效應,也可叫做隧道效應。電子是一種微觀粒子,因而它具有穿過導電粒子間隔離層阻礙的可能性。電子穿過隔離層幾率的大小與隔離層的厚度及隔離層勢壘的能量與電子能量的差值有關,厚度和差值越小,電子穿過隔離層幾率就越大。當隔離層的厚度小到一定值時,電子就很容易穿過這個薄的隔離層,使導電粒子間的隔離層變為導電層。由隧道效應而產生的導電層可用一個電阻和一個電容來等效。

 

  2.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, 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定, 室溫儲存時體積電阻率容易發生變化.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.

 

    3. 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

 

    4.國內外研究狀況及前景

  目前, 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、導電膠水等,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.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.

 

    5.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;廣播、電視、計算機等行業;汽車工業;醫用設備;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-宏利導電膠后起之秀 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.國內的導電膠主要使用在一些中、低檔的產品上,這方面的市場主要由金屬研究所占有.

 

      (6)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;廣播、電視、計算機等行業;汽車工業;醫用設備;解決電磁兼容(EMC)等方面.

 

 。7) 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.

 

 。8)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.

      近來,國內出現了室溫保存型導電膠,該類導電膠是對傳統導電膠的突破。該款產品實現了在室溫下儲藏三個月的獨特性能。在點膠機上使用,可以實現兩個月不洗膠盤的工藝要求。

  目前我國電子產業正大量引進和開發SMT 生產線, 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, 制備出新型的導電膠, 以提高我國電子產品封裝業的競爭力.

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