透视导电胶

1 什么是导电胶及分类

导电型胶粘剂，简称导电胶，是一种既能有效地胶接各种材料，又具有导电性能的胶粘剂。导电胶粘剂包括两大类，各向同性均质导电胶粘剂(1CA)和各向异性导电胶粘剂(ACA)。ICA是指各个方向均导电的胶粘剂；ACA则不一样，如Z—轴ACA是指在Z方向导电的胶粘剂，而在X和Y方向则不导电。当前的研究主要集中在ICA。

导电胶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。目前导电高分子材料的制备十分复杂、离实际应用还有较大的距离，因此广泛使用的均为填充型导电胶。

在填充型导电胶中添加的导电性填料，通常均为金属粉末。由于采用的金属粉末的种类、粒度、结构、用量的不同，以及所采用的胶粘剂基体种类的不同，导电胶的种类及其性能也有很大区别。目前普遍使用的是银粉填充型导电胶。而在一些对导电性能要求不十分高的场合，也使用铜粉填充型导电胶。

目前市场上的填充型导电胶，就其基体而言，主要有以下几类：环氧类—其基体材料为环氧树脂，填充的导电金属粒子主要为Ag、Ni、Cu(镀Ag)；硅酮类—其基体材料为硅酮，填充的导电金属粒子主要为Ag、Cu(镀Ag)；聚合物类—其基体材料为聚合物，填充的导电金属粒子主要为Ag。

2 导电胶的导电机理

导电胶粘剂的导电机理在于导电性填料之间的接触，这种填料与填料的相互接触是在粘料固化干燥后形成的，由此可见，在粘料固化干燥前，粘料和溶剂中的导电性填料是分别独立存在的，相互间不呈现连续接触，故处于绝缘状态。在粘料固化干燥后，由于溶剂蒸发和粘料固化的结果，导电填料相互间连结成链锁状，因而呈现导电性。这时，如果粘料 的量较导电性填料多得多，则即使在粘料固化后，导电性填料也不能连结成链锁状，于是，或者完全不呈现导电性，或者即使有导电性，它也是很不稳定的。反之，若导电性填料的量明显地多于粘料，那么由粘结料决定的胶膜的物化稳定性就将丧失，并且也不能获得导电性填料之间的牢固连结，因而导电性能不稳定。

2004年2月，国内开发成功新型环氧树脂导电胶，该产品在固化方面类似于贴片胶，但比它有更多优点。用于SMT时对胶的要求是在相对较高的温度下，在很短的时间内迅速固化。贴片胶的强度要求较低，一般10MPa左右即可，因为它只是起一个固定作用，结构强度主要由焊接来保证；而导电胶的强度则较高，应不小15MPa才能保证其可靠性，同时由于要求具有较低的体积电阻，必须加入较多的导电性填充材料，这对其强度降低也较多。该产品固化剂应采用潜伏型固化剂，导电填充材料一般采用银粉。研究人员在试验中采用端羧丁腈胶改性环氧树脂为基料，特制电解银粉作导电性填充材料，并制备了几种潜伏性固化剂。在1500℃下固化10min后，当其体积电阻控制在2．0X10-4Ω.cm以下时，剪切强度均可达到12Mpa。但由于这些固化剂是固体，因此均匀分散有一定困难，在更短的时间固化时则强度较低，如1500℃／5min固化时剪切强度只有8MPa左右。该胶采用潜伏型固化剂既有优点、也确有不足，一是固化时间较长(约为1．5-2小时)，二是作为固体较难均匀分散到胶粘剂中，需进一步改进。而导电填充材料采用银粉目前无问题，一般以250目—350目左右较为适宜，颗粒为树枝状的较好。

3 银粉填充型导电胶粘剂

银粉填充型导电胶是目前重要的导电胶，作为胶液基体的，有环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸酯树脂等。由于环氧树脂的胶接性能优良，使用方便，因此在导电胶中用得为普遍。银粉填充型导电胶中所用银粉的种类、比例、粒度及形状对导电胶的性能有很大影响。按照制造方法，银粉可分为电解银粉、化学还原银粉、球磨银粉和喷射银粉等多种，目前用得较多的是电解银粉和化学还原银粉。银粉的用量，通常为60-70％左右。如银粉的用量过少，则胶接强度可得到保证，但导电性能下降；银粉的用量过多，则导电性能增加，但胶接强度明显下降，成本也相应增高。通常情况而言，银粉填充型导电胶的固化温度越高，固化速度越快，则胶接强度越高，导电性越好，但施工工艺较为复杂；如果室温固化，则固化时间长，胶接强度和导电性均会受到影响，但施工方便。

银粉填充型导电胶的缺点是会出现银分子迁移现象和价格昂贵。银分子迁移现象是胶液固化后，在直流电场作用下和湿气条件下，银分子产生电解运动所造成的电阻率改变的现象。一般在用于层压材料、陶瓷、玻璃钢为基材的印刷电路上较易发生。为此，在使用过程中，应注意防潮。

4 导电胶的主要应用

导电胶粘剂用于微电子装配，包括细导线与印刷线路、电镀底板、陶瓷被粘物的金属层、金属底盘连接，粘接导线与管座，粘接元件与穿过印刷线路的平面孔，粘接波导调谐以及孔修补。

导电胶粘剂用于取代焊接温度超过因焊接形成氧化膜时耐受能力的点焊。导电胶粘剂作为锡铅焊料的替代晶，其主要应用范围如：电话和移动通信系统；广播、电视、计算机等行业；汽车工业；医用设备；解决电磁兼容(EMC)等方面。

导电胶粘剂的另一应用就是在铁电体装置中用于电极片与磁体晶体的粘接。导电胶粘剂可取代焊药和晶体因焊接温度趋于沉积的焊接。用于电池接线柱的粘接是当焊接温度不利时导电胶粘剂的又一用途。

导电胶粘剂能形成足够强度的接头，因此，可以用作结构胶粘剂。

5 导电胶粘剂的优越性和局限性

除了环境优势外，导电胶粘剂与锡铅焊料相比，还存在性能上的优势：(1)更低的固化温度，可适用于热敏材料和不可焊材料。(2)能提供更细间距能力，特别是各向异性导电胶粘剂，可在间距仅200μm的情况下使用，这对于日益高密度化、微型化的电子组装业有着广阔的应用前景。(3)可简化工艺(对波峰焊，可减少工艺步骤)。(4)维修性能好，对于热塑性导电胶粘剂，重新局部加热后，元器件可轻易移换；对于热固性的导电胶粘剂，只需局部加热到Ts以上，就能实现元器件移换。即使是完全固化后的胶粘剂，也不必费尽心思地用化学溶剂或尖锐的工具去除残留物，可直接施用新的胶粘剂，然后加热固化即可。

尽管导电胶粘剂作为锡铅焊料强有力的竞争者，但它也有自身的局限性：(1)较低的导电率。对于一般的元器件，大多数导电胶粘剂都可使用，但对于功率器件，则需要认真选择，否则导电率可能达不到要求；(2)粘接效果受元器件类型、PCB类型、质量、金属化的影响较大；(3)固化所需时间相对较长；(4)如果使用环氧类导电胶粘剂，需要注意安全。粘接性能好是环氧导电胶的优点，但它一旦发生活化反应，是有刺激性或有毒的，人体皮肤对其挥发出来的胺容易发生过敏。因此，操作人员必须接受安全培训。

由于理论研究或生产技术还不完全成熟，形成了自身的局限性。因此，它在高科技电子工业中还处于试用阶段。今后，随着电子组装业的高速发展，导电胶粘剂的研究也将进人更高的层次，即向高导电率、低热阻、更可靠方向发展。