压敏胶在电子产品中的应用研究进展

申豪杰，高 壮，陈文求，李桢林，尤庆亮，范和平,

（1.光电化学材料与器件教育部重点实验室，化学与环境工程学院，江汉大学，湖北 武汉 430056；2.华烁科技股份有限公司，湖北 武汉 430074）

压敏胶（PSA）是无需借助于溶剂或热，只需施加轻度压力，即能与被粘物牢固粘接的一类胶粘剂[1]。相比于传统的胶粘剂制品，PSA的使用极大地简化了作业方式，故而得到迅猛的发展和广泛应用。据统计，高性能PSA的最大应用领域是电子产品制造行业，而且已经发展为当下电子产品行业必不可少的辅材之一。

电子产品是指利用电子技术生产的一类产品，包括电子雷达、通讯设备、广播电视、计算机等[2]。而PSA在电子产品中的应用主要表现在以下几个方面：集束固定、包装封箱、掩蔽、双面胶带、标识、表面保护、绝缘及特殊用途（电磁屏蔽等）[3]。近年来，随着电子科技的不断发展和完善，备受关注的柔性显示、人工智能等的出现将重新定义电子产品[4]。这些变化都将给电子产品在制作过程中所需的PSA带来更多和更高的要求。

本文重点介绍了PSA在电子组/封装、保护、导电及电磁屏蔽和导热等方面应用研究的最新进展，展望了其在电子产品应用中的发展趋势。

1 电子组装/封装中用PSA

电子组装用的PSA攻克了传统组装固定方法的效率低、利用率低、产品厚重、便携性差等缺点。邱瑾[5]介绍了3M的无溶剂高强度丙烯酸泡棉PSA（VHBTM）胶带在家电玻璃面板/门体粘接组装中的应用，并根据被粘物的不同总结了其选择和使用时技术上的要点。刘波[6]则介绍了3M的2种兼具可靠粘接强度和易移除无残胶的电子产品组装用新型双面丙烯酸酯类PSA胶带。此外，前者因亚克力的闭孔泡棉结构具有吸收能量分散应力，还使其具有优异的抗跌落性能，以及密封防水性能（IPX7级）；后者与市面上常规产品相比，其移除应力更小、形变更大（≥95%），残余率更低。Huang等[7]系统研究了用于电子组装的单面或双面PSA胶带在粘接中的应力-应变现象，并建立了相应的模型来解释此种现象。其中，单面PSA胶带粘接中因PSA层和粘接表面的单个界面作用力而出现单峰现象，含有基材的双面PSA胶带在双面粘接中因2个粘接界面的连续变形而出现双峰现象Jozuka等[8]发明了一种便携式电子产品的丙烯酸酯类压敏胶片材。该胶片具有0.5 MPa以上的剪切粘合强度，10 MPa以上的断裂拉伸强度，300%或更高的断裂伸长率。可用于移动手机、智能手机、台式电脑等。

在无机（光）电子和有机（光）电子领域中，大部分的（光）电子器件没有理想的寿命和功能，原因在于氧气和水蒸气渗透物的影响，因此对电子组件或产品的封装必不可少。Keite-Telgenbuscher等[9]制备了一种封装电子组件的PSA用来防止外物的渗透。这种PSA是由含氟液态弹性体和至少一种含氟热塑性弹性体组成的混合物。张海龙等[10]开发了一种满足电子封装要求的水性聚氨酯PSA，该PSA具有低挥发性有机化合物（VOC）、无刺激性气味、环保无卤阻燃、无毒等多种性能。其特点是在聚氨酯预聚体中，引入带有羟基的小分子含磷阻燃剂，和亲水基团一缩二乙二醇（DEG）、乙二氨基乙磺酸钠（A-95）。Lee等[11]研究了丙烯酸PSA中交联密度对性能的影响，结果表明控制丙烯酸PSA的交联密度是控制其粘附性和柔韧性的有效方法，而应力松弛和蠕变测试技术可以用于确定丙烯酸PSA在柔性显示器应用中的适用性。陈维斌[12]制备了一种用于有机发光二极管（OLED）的高性能丙烯酸酯类PSA胶带。其PSA是利用阻水性丙烯酸预聚体光固化合成，制得的胶带在不添加增粘树脂时仍具有良好的粘接性能，且具有对水汽高阻隔性、高光学透明度等特点，在OLED等薄膜封装中起到优异的固定和阻隔作用。

2 保护用PSA

这类PSA主要以保护胶膜形式出现，用于各种电子产品在制造或使用过程中的表面保护、防护或遮蔽等。马红霞等[13]利用预乳化半连续乳液聚合法，制备了一种具有较好剥离强度和胶层稳定性的乳液型丙烯酸酯类PSA。该PSA的综合性能较理想，可用于制作各种保护膜。金闯等[14]发明了一种防眩光的液晶显示屏用保护贴。以有机硅PSA作为胶粘剂，使其具有较好的排气泡作用，并且剥离后不残胶。Cho等[15]的专利公开了一种有机硅压敏胶膜及其在有机电子器件制造中的应用。该压敏性胶膜可以有效阻止潮气或氧气从外部环境渗透到有机电子器件中，并且在高温、高湿等恶劣条件下也表现出极高的可靠性。岳胜武[16]制备了一种有机硅PSA，这种PSA具有良好的初粘性、持粘性和一定的剥离强度以及抗湿热老化能力，可用作电子产品屏幕的保护粘贴膜。翟亚峰等[17]研制了一种经过高温老化后不残胶的电子保护膜用溶剂型丙烯酸酯类PSA。且高温后其剥离力增大不超过2倍。这些性能是由于合适的溶剂、丙烯酸羟乙酯等合成了较高分子质量的PSA。李彪等[18]发明了一种单组分的聚氨酯PSA保护膜，解决了有机硅PSA保护膜在长时间或高温高湿条件下，因硅氧键的分解出现的残胶、白雾现象。张道武等[19]发明了一种成本低且具有极好的耐高温性（超过220 ℃）、电绝缘性、抗化学性，以及高粘着力、柔软服贴、再撕离无残胶等特性的有机硅压敏胶带，可用于各种电镀、高温遮蔽、高温喷涂及粉末喷涂等需要高温保护的地方。

目前，在电子产品链上游行业之一的柔性印刷电路板（FPC）制造业中，各种类型的PSA也有大量的使用。柳彬彬等[20]制备了一种柔性印刷电路板（FPC）制程保护膜用耐高温丙烯酸酯类PSA胶带。该PSA带具有粘接力适中（0.15～0.40 N/25 mm）、耐高温性稳定（180 ℃老化剥离强度增幅较小）、耐酸碱腐蚀性和剥离无污染等特殊性能。另外，肖建伟等[21]也制备了一种FPC制程用的耐高温丙烯酸酯类PSA保护膜，其特点是耐高温性（≤180 ℃）优异，经高温处理后剥离强度变化不大且剥离不残胶痕迹。郭培钧等[22]合成了一系列粘接力不同的丙烯酸酯类PSA，并制成低粘、中粘和高粘型的FPC遮蔽保护用胶带。B.皮茨等[23]发明了一种用于FPC粘接用的丙烯酸酯类压敏胶粘剂，其特点是对FPC常见基材PET在多种条件下具有可靠的粘接性，在长久粘接后仍具有良好的可拆卸性且无任何残留。

3 导电及电磁屏蔽用PSA

导电压敏胶是功能性压敏胶[24]之一，由于其广泛的用途（导电性连接、屏蔽电磁干扰及射频干扰、静电耗散等）而一度成为研究热点。杨谷湧等[25]介绍了要实现导电特性就需将导电粒子添加到胶粘剂中，其中金、银、镍、铜、锡或导电炭黑材料适合作导电材料。Czech等[26]阐明了在添加导电材料之后，PSA的主要特性如粘合性和剥离性有下降的现象。他们针对这一现象，使用碳纳米管和纳米炭黑对压敏胶进行电导率的调整，最终得出填充25%碳黑和20%碳纳米管的丙烯酸PSA后，导电材料具有较高的电导率（38～50 S/cm）。岳艳平等[27]制备了原位还原纳米银增强的丙烯酸酯类导电PSA。将相容性和稳定性好的三丁基膦甲基丙烯酸银作为前驱体，改善了银粒子与压敏胶的分散性并将其作为银包铜粒子填充丙烯酸酯导电PSA的架桥粒子，明显增加了导电通道和降低了渗滤阈值。Kwon等[28]将甲基丙烯酸酯基团接枝改性的多壁碳纳米管（MWCNTs）与丙烯酸酯单体共聚得到一种乳液型导电PSA。随着MWCNTs含量的增加（0～0.5%），导电PSA的玻璃化转变温度（Tg）、粘性和剥离强度逐渐增加，而薄层电阻率则逐渐降低。Heer等[29]公开了一种用于光伏电池制造的反应性导电丙烯酸酯类PSA组合物，并阐述了由该组合物制成的胶带与常规的非固化胶带相比，其机械性能和导电性能更加优异。

在电子工业中，电磁干扰问题越来越严重，因此现代化的电子产品要有电磁屏蔽的要求。其作用原理是利用导体材料对电磁波的反射和引导作用，在导体材料内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化，从而减弱源电磁场的辐射效果[30]。 Mitsui等[31]发明了一种带有PSA的电磁干扰抑制片，用于消除或减少大规模集成电路（LSI）中各电子器件或线路缝隙间的电磁干扰。该电磁干扰抑制片由磁性熔体粉末和有机粘合剂组成，且PSA胶层的粘接面具有连续凹槽、棱柱等特殊的结构化表面，防止空气在电磁干扰抑制片与粘附体之间的局部截留，最终保证整个连接面获得基本均匀的电磁干扰抑制效应。Fumoto等[32]提供了一种能够屏蔽电磁波并且具有优异透明性的压敏粘合片，其特点是双面压敏胶粘片包含至少一个表面具有500 Ω/cm2或更小的表面电阻率的导电膜，并且双面压敏胶粘片具有80%以上的总光线透过率和5%以下的雾度。岳利培等[33]利用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）改性的氧化石墨烯（GO）为核制备了一种低成本的核壳双层结构的丙烯酸酯PSA。在GO含量极少的情况下该PSA的表面电阻率下降了6个数量级，完全满足电子工业中抗静电或电磁屏蔽的要求。Olyphant[34]合成了一种抗射频干扰（RFI）用的导电PSA，将其涂覆于铜箔基材上得到的胶带能够屏蔽导线或马达等泄露的电磁辐射，最高可将射频泄露减少80 DB。

此外，导电/电磁屏蔽等多功能的PSA的研究或开发也备受关注。例如，谭则勇等[35]发明了一种液晶屏用导电防尘防震泡棉片，该泡棉片包含泡棉缓冲层、金属箔层和压敏胶层，其优点是具有多功能性（防水、导电、防震等功能层集成一起），同时又有很好的防护作用。李卫东等[36]也公开了一种电磁防护用聚乙烯（PE）保护膜，该保护膜包括氧化石墨烯改性丙烯酸酯涂层、压敏胶层以及具有正反面的PE基膜。其特征是具有良好的抗静电及电磁防护性能。

4 导热用PSA

随着现代微电子的不断发展，使得电子元器件的功率密度增加，没有很好的散热环境，传统的方法是在电子元器件和PSA之间加了一层导热片，如果把PSA和导热片结合起来，这将对电子产品的发展起到推动作用。Kim等[37]研究了导热PSA中导热颗粒的含量、尺寸和形状对热导率（k）和粘接性能的影响。结果发现单纯热交联型PSA的k和导电率随颗粒长宽比和颗粒尺寸的增加而增大，且前者更重要，同时使用偶联剂可以使k增大。此外，随着粒子含量的增加，热交联型PSA的剥离强度和初粘性等急剧下降，而紫外光固化型PSA粘接性能下降的趋势明显得到抑制。这是因为紫外光固化的PSA与热交联型PSA相比含有更少的导电颗粒所致。这一研究为计算机和通讯设备等的散热设计提供了进一步的参考。Oh等[38]通过溶液聚合制备了一种以经硅烷偶联剂预处理的金属铝粉为填料的导热丙烯酸酯类PSA胶带。与未经预处理的铝粉相比，所得胶带的粘接性能随改性铝粉用量的增加而减小，而热导率有10%的提高，最高达到0.242 W/m·K。Vu[39]制备了以油胺疏水改性氧化石墨（OA-f-GO）为填料的PSA复合材料，并研究了OA-f-GO对PSA复合材料形态、热性能和粘接性能的影响。结果发现OA-f-GO填充的PSA复合材料在相同紫外光（UV）照射下的剥离强度和初粘性均高于纯石墨为填料的PSA复合材料的相关性能。这种PSA复合材料在导热方面具有非常大的应用前景。曾金栋[40]分别讨论和比较了丙烯酸酯PSA中导热材料、增粘树脂、基膜、表面活性剂对导热双面胶的导热性能和粘接性能的影响。结果表明当石墨烯∶增粘树脂∶表面活性剂∶丙烯酸酯PSA∶氮化硼∶固化剂质量比13∶30∶0.35∶100∶4∶1时，合成的导热双面胶的导热性、粘接性和持粘性等综合性能最佳，且符合电子产品的导热要求。何勇等[41]发明了一种含物理剥离法得到的石墨烯的导热型PSA。在大大提高导热性（热导率0.4～1.5 W/m·K）的同时，又使PSA具有较好的初粘性和持粘性，能长时间保持与电子器件的粘接作用，保证了散热的均匀性和稳定性，故而可以方便地应用到电子产品的散热系统中。

5 展望

随着柔性技术和人工智能技术[42]的发展，电子产品占的比重越来越大。而PSA作为一种独特的胶粘剂，逐步深入电子产业，这就要求PSA要进一步完善其自身的性能，不再是拥有单一的特性，而是要求有导电或电磁屏蔽、导热、不残胶、环保等多种特性和更高要求。

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