高导电率导电胶的制备和性能研究

马 瑞，赵 莹，王 军，李 强

（陕西黄河集团有限公司，陕西 西安 710043）

导电粘接作为一项新的特种工艺，其应用日益广泛，导电胶在电子工业中已成为一种必不可少的新材料[1～4]。

导电胶有许多优越之处，如能在较低温度甚至室温下固化，可避免焊接时高温引起的材料变形、元器件损坏；可避免铆接的应力集中及电磁信号的损失、泄露等[5～7]。目前国内市场上一些高尖端的领域使用的导电胶体积电阻率一般在10-2～ 10-4Ω·cm，部分高温固化的导电胶可以达到10-5Ω·cm，但使用范围有限，这是因为加温可能导致电子元器件出现变形、热老化等问题，而影响其性能[8]。

本研究以改性环氧树脂、片状银粉、胺类复合固化剂、促进剂等研制成导电胶。通过对环氧树脂的改性，固化剂的复配选择以及其他助剂的筛选，使该导电胶具有体积电阻率低（可达10-5Ω·cm）、操作简单的优异性能。

1 实验部分

1.1 实验原料

改性E-51环氧树脂，自制；胺类复合固化剂，自制；KH-550偶联剂，工业级，南京曙光化工厂；片状银粉PA301，深圳市鑫盛丰科技有限公司；无水乙醇，分析纯，安徽安特食品有限公司。

1.2 仪器及设备

CMT5105电子拉力机，美特斯工业系统（中国）有限公司；DSC822e 型差示扫描量热仪，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；QJ23型携带式直流单电桥，上海电工仪器厂；及一般实验室仪器。

1.3 制备工艺

1.3.1 导电胶的制备

将改性环氧树脂[E-51环氧树脂∶甘油环氧树脂=100∶20（质量比，下同）]、胺类复合固化剂（乙醇胺∶聚醚胺=12∶28）、KH-550偶联剂等助剂按配方比例称量好后搅拌摇匀；将片状银粉按配方比例（树脂体系∶片状银粉=1∶2）称量好后加入树脂体系中，混合搅匀即为导电胶。

1.3.2 体积电阻率试样制备

将厚度为0.1 mm的铝箔胶带均匀贴铺在120 mm×12 mm×2 mm的玻璃片上，用刀切割出中间120 mm×5 mm的胶带，形成中间空白槽。将导电胶均匀涂于空白槽中用刮刀刮与2边剩余铝箔胶带齐平，固化后撕去2边铝箔胶带即制成试样，如图1所示。

图1 体积电阻率测试示意图Fig.1 Schematic of volume resistivity test

1.3.3 拉伸剪切强度试样制备

LY12CZ铝合金试片经1#砂布打磨搭接接头，丙酮清洗后，2个接头分别单面涂胶，胶接面对粘，见图2。用隔离纸包好后用夹具夹紧，送入（25±3）℃的电热鼓风干燥箱中固化。

图2 拉伸剪切强度试样测试示意图Fig.2 Schematic of tensile shear strength test

1.4 性能测试或表征

（1）体积电阻率：用QJ23型携带式直流单电桥测定试样胶层电阻（R），用卡尺和千分尺测定胶层长（L）宽（b）厚（δ），用公式ρv=R×b×δ/L 计算而得。

（2）粘接性能（以拉伸剪切强度表示）：按照GB/T 7124—2008标准，用CMT5105电子拉力试验机测定导电胶的拉伸剪切强度（夹具移动速度0.5 mm/min，做5个样品进行测，取平均值）。

（3）热性能：采用差示扫描量热（DSC）法（取样量2～5 mg，加热速率20 ℃/min）进行表征。

2 结果与讨论

2.1 银粉及银粉含量对导电胶性能的影响

银粉是影响导电胶体积电阻率大小的关键因素。通常认为以片状银粉，或片状银粉中加入少量球状银粉制得的导电胶体积电阻率较低[9]。

在本研究中，选用了几个不同厂家的银粉，配制同种导电胶，测得其体积电阻率见表1。

表1 不同牌号银粉对导电胶性能的影响Tab.1 Effect of different grade silver powder on conductive adhesive properties

由表1可见，国产片状银粉即使都为FAgL-1（GB/T1773—1995），银 含 量 都 不小于99.95%，各个厂家提供的银粉配同种胶电阻率也有显著区别。用表1中的银粉和同一基体树脂配制的导电胶黏度差别很大，肉眼观察很不一致，而且有的还有触变性。究其差别原因，这可能与松装密度、振实密度和片银尺寸不一致有关。

在配方其他成分不变的情况下，银粉含量对该导电胶主要性能的影响如表2所示。

表2 银粉含量对导电胶性能的影响Tab.2 Effect of silver powder content on conductive adhesive properties

表2中基体和银粉的比例是根据以往经验以及大量试验筛选的比较典型的配方，其配方比例是环氧树脂E-51∶固化剂∶PA-301片状银粉=100∶62∶300（质量比）。基体与银粉的比例过小或过大，对导电胶的剪切强度和体积电阻率都有较大的影响。由表2可知，随着银粉含量的增加，其剪切强度将会逐渐降低，体积电阻率也会逐渐下降，直到一个基本稳定值，再加入更多的银粉，其体积电阻率仍保持基本不变[9～11]。综合考虑，选定基体/银粉最佳质量比为1∶2。

2.2 固化剂对导电胶性能的影响

固化剂的选择对导电胶凝胶时间、电性能以及强度都有很大的影响[12]。对三乙醇胺、聚酰胺、Nx-6032、Nx-2007、506酰胺基胺、GA-3、GJ-3、乙醇胺等固化剂进行单独或复配使用。结果表明，2种胺类固化剂复合使用，能够达到固化温度低和导电性好的效果。表3列举了部分固化剂对导电胶性能的影响。

表3 固化剂对导电胶性能的影响Tab.3 Effects of curing agents on conductive adhesive properties

2.3 固化工艺对导电胶性能的影响

表4列出了固化温度对导电胶体积电阻率的影响。

表4 固化温度对导电胶体积电阻率的影响Tab.4 Effect of curing temperature on volume resistivity of conductive adhesive

由表4可见，该导电胶可以室温固化，固化后其剪切强度和体积电阻率较好，而采用室温放置24 h再适当加温固化，可使其导电胶性能更好。根据实际情况可以采用不同的固化工艺。

导电胶的性能随着固化温度的升高会适当提高。温度升高，使得导电胶收缩率增加，银粉颗粒之间更紧密，从而提高剪切强度。而固化后，导电胶的粘接强度随温度的变化也有变化，通常与基体胶的玻璃化温度有关，在玻璃化温度之前随温度升高粘接强度上升，达到玻璃化温度，粘接强度也为最高值，见图3。

图3 导电胶的DSC曲线Fig.3 DSC curve of conductive adhesive

在导电胶固化时适当延长时间，加压（如0.05～0.2 MPa），有利于银粉粒子接触，减少孔隙气泡，从而提高粘接强度。而搅拌或用其他方法使银粉均匀分散于导电胶基体中也是非常重要的，分散越均匀，其性能就越好。同时涂胶的方法，接触面双面涂胶要好于单面涂胶。

3 结语

（1）采用改性环氧树脂、复合胺类固化剂、片状银粉以及其他助剂，可制备体积电阻率较低（可达10-5Ω·cm）、可室温固化加温后固化的导电胶。

（2）不同厂家的片状银粉，不同含量的银粉以及固化工艺都对导电胶性能有很大的影响。当树脂基体∶银粉=1∶2（质量比）、固化工艺为室温/24 h+60 ℃/12 h时，导电胶的性能较好。

（3）该导电胶主要用于对存在加温变形等问题的电子元器件（如波导管）进行粘接，亦可应用于其他对电性能要求比较高的电子元器件的粘接与修复。因其含银量较小，因此成品导电胶具有很好的性价比，还兼具工艺简单、易于配制、使用方便等特点。

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