铜粉导电胶的研究

汤宇　曹建强

摘要：用铜粉、环氧树脂、改性胺类固化剂、硅烷偶联剂、奇士增韧剂、稀释剂等制备铜粉导电胶。比较了铜粉的粒径及添加量、铜粉表面处理、导电胶基料、固化时间等对导电性能的影响，并对导电胶性能进行测试，最终选定最合适的导电胶配方。

关键词：导电胶；铜粉；改性环氧；改性固化剂

随着我国电子信息产业的规模扩大，以及电子产品的逐渐小型化与便携化，使得导电胶的应用日益广泛。传统的Sn/Pb焊料因线分辨率低，污染严重，温度过高渐渐被替代。导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶粘接。导电胶具有环保性，低温固化，良好的柔性和抗疲劳性，工艺简单，粘接范围广等优点[1]。

目前市场上大部分都是银粉填充型导电胶，银粉的导电性和化学稳定性都很好，但是银粉会出现电子迁移现象，而且价格昂贵，所以限制了其应用。铜粉导电率与其相近，价格仅为银粉的1/20，因此铜粉导电胶的应用前景十分广泛[2]。

本试验选用铜粉做为导电填料，采用硅烷偶联剂对铜粉进行处理，并通过对比试验，选用合适的基料，研究能在特定适用范围内得到应用的铜粉添加型导电胶，满足电子连接材料日益发展的需求[3]。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

改性环氧树脂5008-A，苏州市胶粘剂厂有限公司；改性环氧树脂EP-1、EP-2，自制；改性固化剂5008-B，苏州市胶粘剂厂有限公司；三乙烯四胺，市售；固化剂G-1，自制；硅烷偶联剂KH-560，市售；铜粉，苏州钻石金属粉有限公司；奇士增韧剂（QS-BE），北京金岛奇士材料科技有有限公司；稀释剂，市售。

FA2104A分析天平，上海精天电子仪器有限公司；AM110W-H实验室电子恒速搅拌机，上海昂尼仪器仪表有限公司；DZF-6020真空干燥箱，上海琅轩实验设备中心；2XZ-1直联旋片式真空泵，上海南光真空泵厂；TH2512B直流低电阻测试仪，常州同惠电子股份有限公司；CMT4204微机控制电子万能试验机，美斯特工业系统（中国）有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 铜粉的预处理与保护

预处理和包覆反应过程：在铜粉中加入无水乙醇，搅拌数分钟，抽滤；加入烯盐酸，搅拌30 min，使其充分反应，抽滤；用无水乙醇溶液冲洗数次后抽滤；入真空干燥箱中，在50 ℃下干燥2 h；将已经预处理好的铜粉加入到事先调配好的硅烷水溶液中，搅拌30 min，使其充分反应，抽滤；用无水乙醇溶液冲洗数次后抽滤；入真空干燥箱中，在50 ℃下干燥2 h后，取出封装备用[3]。

1.3.2 剪切性能测试

按GB/T 7124—2008进行测试。对2片铝片进行表面处理，然后涂胶，2片被涂部分重叠搭接。在150 ℃加热固化3 h后，到拉力机上进行测试。每组实验制作5个试样，保留小数点后4位。

1.3.3 试样的制备与电阻率的测定

将A、B组分的导电胶充分混合后，选择2片尺寸为76.2 mm×24.5 mm×1 mm的玻璃片，将导电胶涂在已处理过的玻璃片上，然后在玻璃片2端放上尺寸为24.5 mm×2 mm×0.1 mm的铝片。将2块玻璃片叠合，150 ℃固化2 h，待试样完全冷却后，用直流低电阻测试仪测试样的电阻。每组做4个试样，取平均值。保留小数点后4位。

根据公式（1）计算电阻率：

式中：ρ为电阻率，Ω·cm；R为被测试样胶的电阻值，Ω；δ为铝片的厚度，cm；d为玻璃片的宽度， cm ；L为玻璃片的长度，cm 。

2 结果与讨论

2.1 铜粉对导电胶性能影响

2.1.1 表面处理对体积电阻率的影响

市售的铜粉大多有有机物包覆，防止铜粉在运输过程中被氧化，此外铜粉表面还可能存在少量油污或者氧化铜，所以需要进行预处理。

为避免刚处理好的铜粉氧化，需要在铜粉预处理后进行铜粉的包覆。

将3组铜粉分别进行不处理、去有机层并保护、去氧化铜并保护3种工艺表面处理，并做成试样，测得电阻率见表1。

由表1可知，未经处理的铜粉电阻率较大，不能用于制作导电胶。去有机层并保护的铜粉，由于铜粉存在部分氧化，其电阻率较大，不选用。经过去氧化铜并保护的铜粉电阻率最低，因此，以下试验均采用去氧化铜并保护的铜粉。

2.1.2 铜粉目数对导电胶性能的影响（见表2）

对于导电铜粉，目数越大，铜粉越容易氧化，其电阻率就越大。

对于导电铜粉，目数越大，铜粉越容易氧化，其电阻率就越大。

由表2可知，800目的铜粉电阻率最小，故选用800目铜粉。

2.1.3 铜粉用量对电阻率的影响（见表3）

由表3可知，铜粉用量小于66%时没有电阻率，在66%时，电阻率急剧上升，到了66.7%时电阻率又趋于平稳。随着铜粉用量的增加，环氧树脂用量减少，剪切强度逐渐降低，所以铜粉用量为66.7%较适宜。

2.2 基料对导电胶性能的影响

2.2.1 不同树脂对导电胶性能的影响

环氧树脂是使用最广的导电胶基料，所以选用3种环氧树脂基料进行试验，结果见表4。

由表4可知，3种环氧树脂中只有自制环氧树脂EP-1可以测出电阻。自制环氧EP-2和5008-A由于黏度太大，使得导电胶无法成为膏状，不利于操作，加入过量稀释剂也不导电，所以选用自制环氧树脂EP-1作为导电胶基料。

2.2.2 不同固化剂对电阻率的影响（见表5）

试验中，三乙烯四胺黏度很低，无法使铜粉聚集到一起成为膏状。自制固化剂G-1出现的状况和EP-2一样，黏度过大。5008-B黏度适中，电阻率符合标准，故选为本试验固化剂。

2.3 固化时间对导电胶性能的影响（见表6）

综合以上试验，选用自制环氧EP-1和5008-B等制作导电胶样品，固化温度为150 ℃。

由表6可知，在2 h时，导电胶的电阻率最小，说明2 h已经完全固化。继续加热，导电胶已经开始老化。所以，最佳的固化时间为2 h。

3 结语

（1）经过表面处理并用硅烷偶联剂进行保护的铜粉导电率最好；

（2）选用800目铜粉，改性环氧树脂EP-1，固化剂5008-B制作铜粉导电胶性能较好；

（3）最佳的固化条件为150 ℃/2 h；

（4）试验结果表明，铜粉导电胶的电阻率在10-2～10-3 Ω·cm；剪切强度在5～8 MPa，能达到特定范围的使用要求。

参考文献

[1]欧阳玲玉.铜粉导电胶的研制[J].江西理工大学学报，2007-8，28（4）：72-74.

[2]王刘功，银锐明，杨荣华，等.铜粉导电胶的研究进展[J].广东化工，2011，38（1）：84-86.

[3]刘运学，王晓丹，谷亚新，等.铜粉添加型导电胶的研制[J].中国胶粘剂，2008，17（11）：27-29.

[4]王晓丽，杜仕国.铜粉处理对涂料导电性能的影响[J].表面技术，2003，32（1）：49-50.

[5]赵勇.254-25水固铜粉导电胶的研究[J].粘合剂，1989（2）：36-38.

[6]刘欣盈，向雄志，白晓军.导电胶的研究进展[J].电子元件与材料， 2013， 32（3）：13-17.