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作者：信息發(fā)布員 來源：東莞市華圳電子科技有限公司 時(shí)間：2020/4/26 14:25:16
一、導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機(jī)理
（1）滲流理論
在導(dǎo)電填料濃度較低時(shí)，導(dǎo)電填料沒有有效的接觸，被絕緣性能良好的聚合物基體包裹，不能形成導(dǎo)電通路，但隨著導(dǎo)電填料濃度的增加，導(dǎo)電膠的體積電阻率逐漸減小，導(dǎo)電填料的體積分?jǐn)?shù)到達(dá)一定值時(shí)，導(dǎo)電膠的體積電阻率大幅下降，此時(shí)填料的體積分?jǐn)?shù)被稱為滲流閾值(Pc)。滲流閾值理論公式：
其中，σ是導(dǎo)電膠的電導(dǎo)率，σ0為導(dǎo)電參數(shù)，P為導(dǎo)電填料的體積分?jǐn)?shù)，Pc為滲流閾值，t為導(dǎo)電指數(shù)（與導(dǎo)電填料的本身屬性有關(guān)）。
金屬填料含量對(duì)導(dǎo)電膠體積電阻率的影響
（2）隧道效應(yīng)理論
該理論指出，導(dǎo)電離子之間的電場(chǎng)以及熱振動(dòng)都可引起電子在導(dǎo)電離子之間的躍遷，完成導(dǎo)電膠內(nèi)部導(dǎo)電通路的搭建。隧道效應(yīng)理論很好的解釋了導(dǎo)電離子在絕緣有機(jī)聚合物隔開的情況下，仍能導(dǎo)電的原因。
（3）場(chǎng)致發(fā)射理論
當(dāng)導(dǎo)電填料距離足夠。ㄐ∮10 nm），可以忽略導(dǎo)電填料之間的絕緣聚合物對(duì)導(dǎo)電性能的阻礙。由于導(dǎo)電顆粒本身所具有的強(qiáng)大電場(chǎng)能夠輕易的誘發(fā)發(fā)射電場(chǎng)的產(chǎn)生，促進(jìn)了導(dǎo)電膠內(nèi)部形成導(dǎo)電通路。
（4）導(dǎo)電團(tuán)簇理論
該理論認(rèn)為在固化過程中，導(dǎo)電粒子會(huì)形成導(dǎo)電團(tuán)簇并不斷長(zhǎng)大，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，合理解釋了體系由絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體的過程。
二、導(dǎo)電膠的組成
導(dǎo)電膠一般由基體和導(dǎo)電填料兩部分組成，其中基體提供黏結(jié)和結(jié)構(gòu)性能，導(dǎo)電填料提供導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。不同基體及導(dǎo)電填料對(duì)導(dǎo)電膠的性能有很大影響。導(dǎo)電膠的基體材料主要包含預(yù)聚體、固化劑、增塑劑、稀釋劑等，基本功能如表所示。
預(yù)聚體是基體的主要組成部分，為導(dǎo)電膠提供黏結(jié)性能，主要是各類有機(jī)膠黏劑，如環(huán)氧樹脂、聚氨酯、酚醛類樹脂等。其中，環(huán)氧樹脂的黏結(jié)性、耐腐蝕性和穩(wěn)定性相對(duì)較好，是目前應(yīng)用最廣的基體材料。預(yù)聚體固化后，形成分子骨架結(jié)構(gòu)，這是導(dǎo)電膠力學(xué)性能和黏結(jié)性能的來源。同時(shí)，它也形成了導(dǎo)電通道，為導(dǎo)電性提供了保障。
固化劑、增塑劑、稀釋劑等助劑會(huì)影響導(dǎo)電膠的綜合性能。固化劑，如某些有機(jī)酸、酸酐等，可以影響導(dǎo)電膠的固化溫度、時(shí)間。一些增塑劑的加入，如鄰苯二甲酸酯，可以提高材料的抗擊性能。導(dǎo)電膠制備中，由于導(dǎo)電填料的大量加入，其黏度大幅增加，為了降低黏度便于使用，常會(huì)加入一些稀釋劑，如丙酮、乙醚等。
導(dǎo)電膠的導(dǎo)電填料是導(dǎo)電性能的主要來源，一般可分為金屬填料、無機(jī)填料、混合填料等。
金屬填料常見的有金粉、銀粉、銅粉、鎳粉等，其中銀粉和銅粉是目前研究較多、性能較好的材料。銀粉的導(dǎo)電性能較好，但是成本高、強(qiáng)場(chǎng)下存在遷移現(xiàn)象等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。銅粉成本低，但存在易氧化問題，性能不夠穩(wěn)定。
無機(jī)填料一般指的是碳系材料，如碳納米管、石墨烯等。碳系的導(dǎo)電膠成本較低，綜合性能優(yōu)良，是比較理想的材料。
混合填料則是將金屬填料與無機(jī)填料綜合運(yùn)用，如在碳納米管表面鍍銀、將微米銀片和微米銀球及酸化單壁碳納米管混合等新型導(dǎo)電填料。
三、導(dǎo)電膠的分類
按樹脂基體分類：熱塑性導(dǎo)電膠和熱固性導(dǎo)電膠。熱塑性導(dǎo)電膠的基體樹脂分子鏈很長(zhǎng)，且支鏈少，在高溫下固化時(shí)流動(dòng)性較好，可重復(fù)使用。而熱固性導(dǎo)電膠的基體材料最初是單體或預(yù)聚合物，在固化過程中發(fā)生聚合反應(yīng)，高分子鏈連接形成交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高溫下不易流動(dòng)。
按導(dǎo)電機(jī)理分類：本征導(dǎo)電膠和復(fù)合導(dǎo)電膠。本征導(dǎo)電膠是指分子結(jié)構(gòu)本身具有導(dǎo)電功能的共扼聚合物，這類材料電阻率較高，導(dǎo)電穩(wěn)定性及重復(fù)性較差，成本也較高，故很少研究。復(fù)合導(dǎo)電膠是指在有機(jī)聚合物基體中添加導(dǎo)電填料，從而使其具有與金屬相近的導(dǎo)電性能，目前的研究主要集中在這一塊。
按照導(dǎo)電方向分類：導(dǎo)電膠可分為各向同性導(dǎo)電膠（iso⁃tropic conductive adhesives，ICAs）和各向異性導(dǎo)電膠（anisotropic conductive adhesives，ACAs）。ICAs在各方向的導(dǎo)電性能相同，而ACAs只允許在某一特定方向?qū)щ。通常，各向異性?dǎo)電膠的導(dǎo)電填料的尺寸大小為 3-5 μm，而各向同性導(dǎo)電膠的導(dǎo)電填料尺寸大小為 1-10 μm。兩者導(dǎo)電膠的主要區(qū)別在于滲流閾值的差異，各向異性導(dǎo)電膠（約5-20%）的導(dǎo)電填料體積分?jǐn)?shù)低于各向同性導(dǎo)電膠（約20-35%）。
1.銀系導(dǎo)電膠
銀具有較高的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率、價(jià)格適中、易加工等特點(diǎn)，在膠中幾乎不被氧化，即使氧化生成的氧化銀仍具有導(dǎo)電性，應(yīng)用廣泛。
銀粉形狀與導(dǎo)電膠電阻率的關(guān)系
從圖中可以看出，用銀納米棒作為導(dǎo)電填料的導(dǎo)電膠滲流閾值最小，在相同添加量的情況下電阻率最小，其次是片狀銀粉和顆粒狀銀粉。但由于價(jià)格昂貴，因此限制了其應(yīng)用。市售導(dǎo)電銀膠主要使用的是微米級(jí)片狀銀作為導(dǎo)電填料。
片狀銀粉粒徑與導(dǎo)電膠電阻率的關(guān)系
從圖中可以看出，在微米尺寸上，片狀銀粉粒徑越大，導(dǎo)電膠電阻率越低。為增加導(dǎo)電填料間的相互接觸，提高導(dǎo)電膠導(dǎo)電性能，添加少量球狀銀粉和片狀銀粉共混制備導(dǎo)電膠，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能有所提高。
此外，與傳統(tǒng)的微米銀結(jié)構(gòu)相比，納米結(jié)構(gòu)具有更高的比表面積、更低的熔點(diǎn)，可以增加填料之間的接觸，因此納米銀也被用作導(dǎo)電填料引入了導(dǎo)電膠。
銀雖然具有眾多優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最為廣泛的導(dǎo)電膠導(dǎo)電填料，但其會(huì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電遷移現(xiàn)象，使得導(dǎo)電性能下降，進(jìn)而影響其使用壽命。
2.銅系導(dǎo)電膠
銅的導(dǎo)電性和銀很相近，價(jià)格比銀便宜，但其化學(xué)性質(zhì)比銀活潑，在空氣中會(huì)迅速被氧化，在其表面形成氧化物層，使其導(dǎo)電性能迅速降低，甚至不導(dǎo)電，從而限制了其應(yīng)用。
3. 其他金屬系導(dǎo)電膠
金導(dǎo)電性好、性能穩(wěn)定、基本沒有電遷移現(xiàn)象，但其價(jià)格較高，僅用在對(duì)可靠性要求高而芯片尺寸小的電路中。鎳電阻率就比銀、銅、金要高，且性質(zhì)也比較活潑，易被氧化導(dǎo)致電阻率增加的問題。低熔點(diǎn)共熔合金（如 Sn-Pb、Sn-In）固化溫度下呈液態(tài)，可以流動(dòng)，在導(dǎo)電填料間形成金屬鍵合，減少接觸電阻和隧穿電阻，提高導(dǎo)電膠導(dǎo)電性能，因此也被用作導(dǎo)電填料與銀等混合后加入導(dǎo)電膠。但低熔點(diǎn)共熔合金種類有限，只有特定的金屬組合才能在導(dǎo)電膠固化溫度下形成合金鍵，這限制了其應(yīng)用。
4. 碳系導(dǎo)電膠
炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管以及石墨烯也被用于導(dǎo)電膠。雖然這些碳材料導(dǎo)電性能好、機(jī)械性能好、價(jià)格便宜，是比較理想的選擇，但是這些材料在制備上存在或多或少的困難，也限制了其應(yīng)用。碳系導(dǎo)電填料，尤其是碳納米管和石墨烯，具有優(yōu)異的性能，與銀粉混合作為導(dǎo)電填料可以改善導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性及機(jī)械性能，但其本身分散性及導(dǎo)電性能相對(duì)較差，因此應(yīng)用也受到一定限制。
5. 復(fù)合材料系導(dǎo)電膠
碳材料的導(dǎo)電性不及金銀銅，因此，將金屬填料與無機(jī)填料綜合運(yùn)用，如在碳納米管表面鍍銀、將微米銀片和微米銀球及酸化單壁碳納米管混合等新型導(dǎo)電填料。
導(dǎo)電膠用于不易焊接又要求具有導(dǎo)電性的粘接。主要用于雷達(dá)、磁管及開關(guān)、攝像管導(dǎo)電玻璃及裝箍環(huán)、三極管管芯。此外還可以用于繼承電路片與陶瓷底片的粘合，洲際彈道導(dǎo)彈的倉庫、實(shí)驗(yàn)室、電子計(jì)算機(jī)的屏蔽罩、拋物面天線、液晶顯示器中導(dǎo)電接線部分的粘合等。導(dǎo)電膠的主要應(yīng)用范圍如：電話和移動(dòng)通信系統(tǒng)，廣播、電視、計(jì)算機(jī)等行業(yè)，汽車工業(yè)，醫(yī)用設(shè)備等方面。
最常見的導(dǎo)電膠是環(huán)氧樹脂中填充銀粒子。與其他導(dǎo)電膠相比，環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠根據(jù)選用的固化劑不同可以配制成單組分或多組分，室溫固化型、中溫固化型或者高溫固化型，無溶劑型或有溶劑型，具有多種優(yōu)異性能和多樣性。這使得它成為導(dǎo)電膠中應(yīng)用最廣的品種。
導(dǎo)電膠是一種固化或干燥后具有一定導(dǎo)電性能的膠粘劑，它通常以基體樹脂和導(dǎo)電填料即導(dǎo)電粒子為主要組成成分，通過基體樹脂的粘接作用把導(dǎo)電粒子結(jié)合在一起，形成導(dǎo)電通路，實(shí)現(xiàn)被粘材料的導(dǎo)電連接。
導(dǎo)電膠主要由樹脂基體、導(dǎo)電粒子和分散添加劑、助劑等組成。目前市場(chǎng)上使用的導(dǎo)電膠大都是填料型。
填料型導(dǎo)電膠的樹脂基體，原則上講，可以采用各種膠粘劑類型的樹脂基體，常用的一般有熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹脂、有機(jī)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(dǎo)電膠的分子骨架結(jié)構(gòu)，提供了力學(xué)性能和粘接性能保障，并使導(dǎo)電填料粒子形成通道。由于環(huán)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(shè)計(jì)性能，目前環(huán)氧樹脂基導(dǎo)電膠占主導(dǎo)地位。
導(dǎo)電膠要求導(dǎo)電粒子本身要有良好的導(dǎo)電性能粒徑要在合適的范圍內(nèi)，能夠添加到導(dǎo)電膠基體中形成導(dǎo)電通路。導(dǎo)電填料可以是金、銀、銅、鋁、鋅、鐵、鎳的粉末和石墨及一些導(dǎo)電化合物。
導(dǎo)電型膠粘劑，即導(dǎo)電膠，既能有效地膠接各種材料，又具有導(dǎo)電性能。
導(dǎo)電膠粘劑包括兩大類，各向同性均質(zhì)導(dǎo)電膠粘劑(ICA)和各向異性導(dǎo)電膠粘劑(ACA)。ICA是指各個(gè)方向均導(dǎo)電的粘合劑;ACA則不一樣，如Z軸ACA是指在Z方向?qū)щ姷恼澈蟿，而在X和Y方向則不導(dǎo)電。
導(dǎo)電膠水通常用于微電子裝配，包括細(xì)導(dǎo)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(dǎo)線與管座、粘接元件與穿過印刷線路的平面孔，粘接波導(dǎo)調(diào)諧以及孔修補(bǔ)。
導(dǎo)電膠粘劑也可用于取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜時(shí)耐受能力的點(diǎn)焊。導(dǎo)電粘合劑作為錫鉛焊料的替代品，其主要應(yīng)用范圍如：電話和移動(dòng)通信系統(tǒng);廣播、電視、計(jì)算機(jī)等行業(yè);汽車工業(yè)、醫(yī)用設(shè)備;解決電磁兼容(EMC)等方面。
