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電子封裝導電膠都用什么導電填料?
2020年09月06日 發布 分類:粉體入門 點擊量:901
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導電膠作為鉛-錫焊料替代物用于電子封裝,具有分辨率高、固化溫度相對較低、機械性能好、與大部分材料潤濕良好等優勢,可以很好滿足電子產品的小型化、印刷電路板高度集成化發展趨勢。

導電膠種類很多,按基體組成可分為結構型和填充型兩大類。結構型是指作為導電膠基體的高分子材料本身即具有導電性的導電膠填充型是指通常膠粘劑作為基體,而依靠添加導電性填料使膠液具有導電作用的導電膠。其導電性能主要來源于導電填料填料的電阻率、形狀、粒徑及其分布等直接影響導電膠的導電性能

隨著芯片裝貼、表面組裝技術和覆晶技術等的發展,導電膠的市場需求將不斷擴大,導電填料必將擁有廣闊的發展及應用前景。目前常見的導電填料有:金屬類導電填料、碳系導電填料、復合材料等,下文為大家做簡單整理。

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圖片來源:無錫帝科電子材料股份有限公司

①金屬系導電填料

常用的金屬類導電填料有銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、銅(Cu)和鋁(Al)等。常用作導電填料金屬的電阻率見下表。

常用導電填料的電阻率

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具有較高的導電率和導熱率、價格適中、易加工等特點,在膠中幾乎不被氧化,即使氧化生成的氧化銀仍具有導電性,應用廣泛銀雖然具有眾多優點,是應用最為廣泛的導電膠導電填料,但其會在電場作用下產生電遷移現象,使得導電性能下降,進而影響其使用壽命

銅系導電膠是目前運用最廣泛,最穩定的一種,銅電阻率和銀很相近,而且價格比銀便宜,本應是制備導電膠的理想導電填料。但是,銅的化學性質比銀活潑,在空氣中會迅速被氧化進而表面覆上絕緣氧化物層;比表面積大越大的粉狀銅,氧化速度更快,這將使其導電性能迅速降低,從而限制了其應用。

因此搞定銅的氧化膜問題是保證導電性的關鍵,實際上表面適當的表面改性是有用的,研究表明硅烷偶聯劑可以改善銅粉導電膠的導電性能及穩定性。當然除了使用硅烷偶聯劑對銅表面改性外,在銅表面鍍銀也是常用的防止銅氧化及降低成本的方式。此外,銅的形貌及尺寸也會影響導電膠的導電性能,用長徑比較大的纖維狀或類纖維狀的銅粉將有助于提高導電膠的導電性能。

其他金屬

算是導電填料之王,以金作為導電填料的導電膠導電性好、性能穩定,在通常環境中基本沒有電遷移現象,可以在苛刻的環境中工作。但其價格較高,僅用在對可靠性要求高而芯片尺寸小的電路中,例如航天產業。

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初中老師說:金具有賊強的電導率

本身的電阻率就比銀、銅、金要高,因此制備的導電膠電阻率會比較高,而且鎳也比較活潑,也存在溫度升高后易被氧化導致電阻率增加的問題,所以用鎳制備的導電膠不能用于高端精密電子儀器中。

低熔點共熔合金(如Sn-PbSn-In),在固化溫度下呈液態,可以流動,在導電填料間形成金屬鍵合,減少接觸電阻和隧穿電阻,從而降低電阻率,提高導電膠性能,因此也被用作導電填料與銀等混合后加入導電膠,但只有特定的金屬組合才能在導電膠固化溫度下形成合金鍵,使用范圍有限。

金屬是應用最為廣泛的導電填料,但一直存在價格高、密度大(在樹脂基體中容易發生沉降)等問題。因此,其他導電填料也被人們關注及研究開發。

2碳系導電填料

炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管以及石墨烯近年來也被用作導電填料,用于導電膠。炭黑的導電性比較好,價格低,但加工困難限制了其廣泛應用。導電石墨的導電性千差萬別,且難粉碎、難分散,因此也難廣泛應用。導電碳纖維的導電能力介于炭黑和石墨之間,但是在制備復合型材料時很難保持加工前后纖維的性能一致性,即在加工過程中碳纖維容易受到一定的損傷,加工比較困難

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碳納米管及石墨烯因其獨特的結構,具有優異的電學性能及力學性能,近年來被很多研究人員引入導電填料領域,以改善導電膠的綜合性能。

3、復合材料類導電填料

碳材料的導電性能不如金屬,但其具有優異的力學性能及結構特性,可以改善導電膠的綜合性能。用金屬修飾碳材料以改善碳材料導電性,用作導電填料也被廣泛研究,如用銀修飾碳納米管、銀修飾石墨烯等。

除了碳材料和金屬復合,也有研究者采用金屬和玻璃微珠、玻璃纖維、有機顆粒等復合作為導電填料,例如研究人員在云母粉、玻璃微珠、玻璃纖維等基材上化學鍍銀制備復合填料。

除了化學直接鍍金屬,近年來通過生物黏附材料在基材上黏附金屬離子,再進行還原制備表面具有金屬覆層的復合填料也被廣泛研究。例如,研究人員通過多巴胺功能化,在聚苯乙烯微球表面鍍金及接枝環氧乙烯基樹脂層和玻璃微珠表面鍍銀,制備導電填料

參考資料:

1導電膠用導電填料的研究進展廣東省石油與精細化工研究院蘇瑜,戴永強,廖兵,麥裕良,高敏,張磊

編輯:Alpha


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