绿色封装用多组分填料填充导电胶制备及性能研究

摘要

针对当前电子封装产品向小型化、便携化以及集成化方向发展的需要，结合当前导电胶的研究现状，本课题创新性提出采用纳米级与微米级混合填料，充分发挥两种尺度填料的协同作用，在填料含量较低的情况下即可实现高导电性，从而得到一种新型的可同时保证高导电率与良好粘接强度的导电胶。此外，综合理论分析与试验结果，优化导电填料制备工艺，系统研究导电填料及固化工艺对导电胶各项性能的影响，确定导电胶制备的最佳配方；对导电胶的体积电阻率进行理论计算，探究其导电机理。
　　采用还原化学镀法制备不同形状的银覆铜粉，并分析了铜粉形状对其抗氧化性的影响；采用一步多元醇法制备了纳米银线，研究了生长工艺和控制剂浓度及种类对纳米银线生成的影响，确定了其最佳制备工艺。针对导电胶基体的气孔缺陷及脆性大的缺点，向体系中添加稀释増韧剂对其基体进行増韧改性，添加消泡剂减少其基体中孔洞，进而改善其基体性能；从固化动力学角度对导电胶基体的固化工艺进行探究，并外推出升温速率为零的三个特征温度，分别为开始固化温度105℃、峰值固化温度137℃、以及结束固化温度169℃。
　　将银覆铜粉与纳米银线混合的导电填料与导电胶基体进行混合制备导电胶，对导电填料（含量、形状、尺度以及组分）和基体树脂（固化时间和固化温度）对导电胶电性能的影响进行了研究，并确定了导电胶制备的最佳配方。结果表明：随着填料含量的增加，导电胶的体积电阻率明显降低，并且存在两个电阻率的突变点；片状填料比球形填料更有利于填料间接触面积的增大以降低接触电阻；纳米级填料因具有纳米效应更有利于增加隧穿降低导电胶的突变点位置；多组分填料组合因其多组分协同作用使其渗流阈值和体积电阻率均较低。确定了片状银覆铜粉/纳米银线双组分导电胶的最优制备工艺，即填料含量为60wt.％，固化温度170℃，固化时间60min，其对应的体积电阻率为6.53×10-5Ω·cm，剪切强度为5.36MPa。
　　通过理论计算和试验验证相结合的方式，对导电胶的导电机理进行了探究。结果表明，导电胶的导电方式主要包括两种，即接触导电和隧穿导电；当填料含量低于渗流阈值时，其主要通过隧穿效应形成导电网络，仅少量填料直接接触形成导电通路，对应的导电胶体积电阻率偏高；而当填料含量达到渗流阈值时，导电填料主要通过直接接触形成良好的导电网络，对应的体积电阻率相对较低。