导电胶粘剂

电型胶粘剂，简称导电胶，是一种既能有效地胶接各种材料，又具有导电性能的胶粘剂。导电胶按基组成可分为结构型和填充型两大类。结构型是指作为导电胶基体的高分子材料本身即具有导电性的导电胶；填充型是指通常胶粘剂作为基体，而依靠添加导电性填料使胶液具有导电作用的导电胶。目前导电高分子材料的制备十分复杂、离实际应用还有较大的距离，因此广泛使用的均为填充型导电胶。

　　在填充型导电胶中添加的导电性填料，通常均为金属粉末。由于采用的金属粉末的种类、粒度、结构、用量的不同，以及所采用的胶粘剂基体种类的不同，导电胶的种类及其性能也有很大区别。表二十列举了一些金属的电阻率。目前普遍使用的是银粉填充型导电胶。而在一些对导电性能要求不十分高的场合，也使用铜粉填充型导电胶。

　　合成树脂加入某种金属填料或导电炭黑之后就具有导电性。碳可以是任何一种无定形的碳，例如乙炔炭黑或粉碎的石墨粉。在导电环氧胶粘剂或导电涂层中常用的是细银粉，其优点是对盐和氧化物有适当的导电性，因此，能允许少量的氧化或腐蚀，防腐工艺不像薄胶层方法那样重要，其中界面电阻起着重要作用。

　　相对金面言，银是最合适的导电填料，因为它价格便宜，电阻低。然而，在高温和直流电势的条件下，银会发生向胶层表面电解迁移的现象，但镀银的铜粉不迁移，金也不迁移。银粉的最大加入量约为85%（质量），银粉加入量低于最佳量（约65%)时导电性明显降低，而粘接强度较高。碳（石墨）的导电性相当小，远不如金和银。其他可用的金属填料是镍铝和铜，其中每种金属都有特殊的氧化问题。因此，与球状金属粒子相比，很难形成粒子与粒子的接触。遗憾的是，银粉表面的硬脂酸盐涂层在高温下释放气体，污染关键部件，例如在微电子应用中。有的银粉没有涂层，也就不释放气体产物。铜和铝形成氧化膜，因阻碍了粒子与粒子接触而降低了导电性。

　　导电胶粘剂用于微电子装配，包括细导线与印刷线路、电镀底板、陶瓷被粘物的金属层、金属底盘连接，粘接导线与管座，粘接元件与穿过印刷线路的平面孔，粘接波导调谐以及孔修补。导电胶粘剂用于取代焊接温度超过因焊接形成氧化膜时耐受能力的点焊。导电胶粘剂的另一应用就是在铁电体装置中用于电极片与磁体晶体的粘接。导电胶粘剂可取代焊药和晶体因焊接温度趋于沉积的焊接。用于电池接线柱的粘接是当焊接温度不利时导电胶粘剂的又一用途。导电胶粘剂能形成足够强度的接头，因此，可以用作结构胶粘剂。除了粘接强度外，在有屏蔽的装配中，还要求导电胶粘剂导电的连续性。

　　导电胶粘剂的导电机理在于导电性填料之间的接触，这种填料与填料的相互接触是在粘料固化干燥后形成的。

　　导电胶粘剂是由金属粉或石墨等导电性填料与合成树脂组成的复合体材料。一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶粘剂，它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分，通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起，形成导电通路，实现被粘材料的导电连接。

　　导电胶粘剂的导电机理在于导电性填料之间的接触，这种填料与填料的相互接触是在粘料固化干燥后形成的。由此可见，在粘料固化干燥前，粘料和溶剂中的导电性填料是分别独立存在的，相互间不呈现连续接触，故处于绝缘状态。在粘料固化干燥后，由于溶剂蒸发和粘料固化的结果，导电填料相互间连结成链锁状，因而呈现导电性。这时，如果粘料的量较导电性填料的多得多，则即使在粘料固化后，导电性填料也不能连结成链锁状，于是，或者完全不呈现导电性，或者即使有导电性，它也是很不稳定的。反之，若导电性填料的量明显地多于粘料时，那么由粘结料决定的胶膜的物化稳定性就将会丧失，并且也不能获得导电性填料之间的牢固连结，因而导电性能不稳定。为此，导电性填料与粘料以适当的比例混合是很重要的。

　　导电填料的连接状态系因填料的形状而异，因而也会相应地呈现不同的电导值。以银粉为例，它有球粒状、鳞片状、树枝状、针状、扁平状等。在这些形状中，像鳞片状所形成的接触导电性比球粒状形成的点接触导电性要优良。此外，导电性填料的大小对导电性也有很大影响，在使用银粉的场合，若10μm以下的粒子适当地分布，则能形成最密的填充状态，故导电性好。

　　由于导电胶粘剂的基体树脂是一种胶粘剂, 可以选择适宜的固化温度进行粘接, 如环氧树脂胶粘剂可以在室温至150℃ 固化, 远低于锡铅焊接的200℃以上的焊接温度, 这就避免了焊接高温可能导致的材料变形、电子器件的热损伤和内应力的形成。同时, 由于电子元件的小型化、微型化及印刷电路板的高密度化和高度集成化的迅速发展, 铅锡焊接的0.65mm的最小节距远远满足不了导电连接的实际需求, 而导电胶粘剂可以制成浆料, 实现很高的线分辨率。而且导电胶粘剂工艺简单, 易于操作, 可提高生产效率, 也避免了锡铅焊料中重金属铅引起的环境污染。所以导电胶粘剂是替代铅锡焊接, 实现导电连接的理想选择。

　　目前导电胶粘剂已广泛应用于液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、集成电路(IC)芯片、印刷线路板组件(PCBA)、点阵块、陶瓷电容、薄膜开关、智能卡、射频识别等电子元件和组件的封装和粘接, 有逐步取代传统的锡焊焊接的趋势。

　　导电胶粘剂种类很多，按导电方向分为各向同性导电胶粘剂(ICAs，Isotropic Conductive Adhesive)和各向异性导电胶粘剂(ACAs，Anisotropic Conductive Adhesives)。

　　ICA是指各个方向均导电的胶粘剂，可广泛用于多种电子领域;ACA则指在一个方向上如Z方向导电，而在X和Y方向不导电的胶粘剂。一般来说ACA的制备对设备和工艺要求较高，比较不容易实现，较多用于板的精细印刷等场合，如平板显示器(FPDs)中的板的印刷。

　　按照固化体系导电胶粘剂又可分为室温固化导电胶粘剂、中温固化导电胶粘剂、高温固化导电胶粘剂、紫外光固化导电胶粘剂等。

　　室温固化导电胶粘剂较不稳定, 室温储存时体积电阻率容易发生变化。高温导电胶粘剂高温固化时金属粒子易氧化, 固化时间要求必须较短才能满足导电胶粘剂的要求。

　　目前国内外应用较多的是中温固化导电胶粘剂(低于150℃), 其固化温度适中, 与电子元器件的耐温能力和使用温度相匹配, 力学性能也较优异, 所以应用较广泛。紫外光固化导电胶粘剂将紫外光固化技术和导电胶粘剂结合起来, 赋予了导电胶粘剂新的性能并扩大了导电胶粘剂的应用范围, 可用于液晶显示电致发光等电子显示技术上, 国外从上世纪九十年代开始研究, 我国近年也开始研究。

　　导电胶粘剂主要由树脂基体、导电粒子和分散添加剂、助剂等组成。导电填料可以是金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和石墨及一些导电化合物。

　　目前市场上使用的导电胶粘剂大都是填料型。填料型导电胶粘剂的树脂基体，原则上讲，可以采用各种胶粘剂类型的树脂基体，常用的一般有热固性胶粘剂如环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等胶粘剂体系。这些胶粘剂在固化后形成了导电胶粘剂的分子骨架结，提供了力学性能和粘接性能保障，并使导电填料粒子形成通道。由于环氧树脂可以在室温或低于150℃固化，并且具有丰富的配方可设计性能，目前环氧树脂基导电胶粘剂占主导地位。

　　导电胶粘剂要求导电粒子本身要有良好的导电性能，粒径要在合适的范围内，能够添加到导电胶粘剂基体中形成导电通路。