铜粉环氧导电胶的制备与性能

编辑:zhangyao 作者:汤宇,曹建强 时间:2016年08月16日 访问次数:1754

 铜粉环氧导电胶的制备与性能

汤宇,曹建强

(苏州市胶粘剂厂有限公司 江苏 苏州 )

 

摘要:以铜合金粉末、环氧树脂、脂肪族胺类固化剂、硅烷偶联剂、奇士增韧剂、稀释剂、还原剂等制备铜粉环氧导电胶。通过对不同铜粉的复配,铜粉含量的调节、固化条件的研究,制备出最合适的铜粉环氧导电胶及其操作工艺。

 

关键字:导电胶;铜合金粉末;固化条件;体积电阻率

 

前言

提高导电胶稳定性可以从降低吸水性,添加抗腐蚀剂、牺牲阳极等三个方面考虑。

在选择原料时,树脂基体和固化剂都对导电胶的吸水性有显著的影响。吸水性较低的导电胶,电化学腐蚀受到抑制,氧化物的生成缓慢,接触电阻稳定性较好。在另一方面,基体固化收缩率对导电胶也有着决定性的影响,基体固化收缩率越大,导电粒子的接触面积增大,发生隧道效应的几率也会增大,所以导电胶的电阻率越小。

添加抗腐蚀剂也可以提高导电胶接触电阻的稳定性。添加硅烷偶联剂对金属表面进行处理,能达到金属隔离的作用,也能提高金属在基体中的分散性和抗氧化性及链接强度。硅烷偶联剂的用量在基体用量的百分之一。

根据金属的氧化和腐蚀理论可知铜合金的抗氧化能力大于纯铜,锌和铝是固定价金属,与氧的亲和势大大高于铜。在《金属腐蚀及其保护的理论》书中提到,铜中加入锌时,优先生成的是ZnO,不但能保护铜不再被氧化,而且能将CuO还原为铜。而且,合金铜在常温下,湿态导电性就很好。

本实验选用合金铜、改性环氧树脂、改性胺固化剂、还原剂、增韧剂、硅烷偶联剂和稀释剂等制成铜粉导电胶。通过铜粉的选择,铜粉阈值的寻找,还原剂的选择,固化条件的控制等制得可在室温固化,铜粉含量低,导电率相对较高的导电胶。

 

试验部分

1.1 试验原料

改性环氧树脂5008-A,苏州市胶粘剂厂有限公司;改性固化剂5008-B,苏州市胶粘剂厂有限公司;硅烷偶联剂KH-560,市售;铜粉,苏州钻石金属粉有限公司;奇士增韧剂 (QS-BE),北京金岛奇士材料科技有有限公司;还原剂,市售;稀释剂,市售。

1.2 试验仪器

FA2104A分析天平,上海精天电子仪器有限公司;BILON-1000Y超声波细胞粉碎机,上海比朗仪器有限公司;DZF-6020真空干燥箱,上海琅轩实验设备中心;2XZ-1直联旋片式真空泵,上海南光真空泵厂;TH2512B直流低电阻测试仪,常州同惠电子股份有限公司;CMT4204微机控制电子万能试验机,美斯特工业系统(中国)有限公司;

1.3 试验方法

1.3.1铜粉的预处理

用无水乙醇和烯酸洗去已经称量好的铜粉表面的机油、硬脂酸和氧化铜等,然后将已经干燥后的铜粉加入事先配好的硅烷水溶液中,用超声波细胞粉碎机进行分散处理,30min后进行抽滤、干燥备用。

1.3.2导电胶的制备工艺

按比例将处理过的铜粉、改性环氧树脂、增韧剂、还原剂、稀释剂用超声波细胞粉碎机进行均匀分散,混合一个小时,然后放入真空干燥箱进行除气泡处理。将处理完后的导电胶A组分混入一定量的改性胺固化剂,搅拌均匀后,涂在相应样品上,可室温24小时固化,或120℃半小时固化。

1.3.2 试验试样的制备与电阻率的测定

AB组分的导电胶充分混合后,选择两片规格为76.2mm×24.5mm×1mm的玻璃片,将导电胶涂在已处理过的玻璃片上,然后在玻璃片两端放上格规格为24.5mm×2mm×0.1mm的铝片。然后将两块玻璃片叠合。120℃固化0.5h,待试样完全冷却后,用直流低电阻测试仪测试样的电阻,计算出电阻率。

 

2 结果与讨论

2.1 铜粉对导电胶性能影响

1为在同一配方下不同目数的铜粉混合对导电胶性能的影响。铜粉均为铜合金粉末,体积电阻率为平均值。由表格可以看出,当400目含量为90%1000目含量为10%时,导电胶的体积电阻率为最低。

1000目的铜粉相对于400目的铜粉较小。一定量的1000目铜粉加入导电填料中,填充铜粉的接触间隙,增加相邻铜粉间的接触面积,减少与基质的接触点,从而增强电阻率。

 

1 铜粉目数与体积电阻率的关系

Tab.1 The relationship between the copper mesh and the volume resistivity

铜粉

400

800

1000

400 95%

800 5%

400 90%

800 10%

400 80%

800 20%

400 95%

1000 5%

400 90%

1000 10%

400 80%

1000 20%

体积电阻率

×10-3Ω·cm

3.4789

24.74

——

8.9470

4.8606

4.5867

4.7055

3.1849

4.4162

 

2.2 铜粉含量对导电率的影响

穿流理论认为当导电填料的填充是达到穿流阈值后,原本处于独立分散状态的金属离子开始相互接触,形成连接的网络结构,使导电胶具有导电性能。

2 铜粉含量对电阻率的影响

Tab.2 The influence of copper content on the resistivity

比例

68%

65%

55%

53%

52%

50%

体积电阻率

×10-3Ω·cm

20.9885

17.2073

9.3407

6.6941

3.7031

4.9908

 

由表2可以看出,铜粉含量为52%时为阈值。随着铜粉含量的增加,环氧树脂的含量减少,形成了较良好的导电网络,导电率逐渐增大。当铜粉含量过量时,铜粉的分散性会变差,导致导电率下降。

 

2.3 固化条件

合金铜与树脂的比例不太高的情况下配好的导电胶不经过固化即可达到较高的导电率,即在常温下,湿态时导电良好。

脂肪族胺类固化剂在各种固化剂中用量仅次于聚酰胺。它们大多数为液体,与环氧树脂有很好的混溶性;脂肪族胺类固化剂固化速度较快,可以在常温下固化环氧树脂,对湿度相对不敏感,工艺上来的方便;反映时放热,释放出的热量进一步促使环氧树脂与固化剂的反应。

由表3可见,铜粉导电胶选用自制改性脂肪胺类固化剂在室温和加热条件下都能达到较高的体积电阻率。

3固化条件与体积电阻率的关系

Tab.3 The relationship between the curing conditions and the volume resistivity

固化条件

室温固化24小时

120 0.5h

体积电阻率×10-3Ω·cm

2.8948

2.7550

3.1116

3.0565

         

 

结论

选用相对较稳定的铜合金作为导电填料,并且选用400目铜粉和1000目铜粉比例为9:1时体积电阻率相对最低。

铜粉含量占导电胶总量52%时为最佳

选用自制改性脂肪胺类固化剂和铜合金粉末可以在室温下固化,可以粘接不耐高温的基板,减小基板应力。

 

Copper epoxy conductive adhesive was prepared and its performance

TANG Yu, CAO Jian-qiang

(Soochow JinQiang New Materials Co.,Ltd,Suzhou,Jiangsu 205021,China)

AbstractWe prepared copper epoxy conductive adhesive with copper alloy powder, epoxy, aliphatic amine curing agent, coupling reagent KH-560, Sunkist toughening,diluting agent, electronating agen and so on. With the specific research on the combination of several different kinds of copper powder,regulation of copper content and partial study on curing conditions,finally we prepared the most appropriate copper epoxy conductive adhesive and recorded its operation process.

 

Key wordsconductive plastic;copper alloy powder;condition of cure;volume resistivity

 

 

个人简介

汤宇(1991-),女,江苏靖江人,本科,主要从事胶粘接等方面的研究。