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作者：信息發(fā)布員 來源：東莞市華圳電子科技有限公司 時間：2020/4/26 14:25:16
一、導電膠的導電機理
（1）滲流理論
在導電填料濃度較低時，導電填料沒有有效的接觸，被絕緣性能良好的聚合物基體包裹，不能形成導電通路，但隨著導電填料濃度的增加，導電膠的體積電阻率逐漸減小，導電填料的體積分數(shù)到達一定值時，導電膠的體積電阻率大幅下降，此時填料的體積分數(shù)被稱為滲流閾值(Pc)。滲流閾值理論公式：
其中，σ是導電膠的電導率，σ0為導電參數(shù)，P為導電填料的體積分數(shù)，Pc為滲流閾值，t為導電指數(shù)（與導電填料的本身屬性有關）。
金屬填料含量對導電膠體積電阻率的影響
（2）隧道效應理論
該理論指出，導電離子之間的電場以及熱振動都可引起電子在導電離子之間的躍遷，完成導電膠內部導電通路的搭建。隧道效應理論很好的解釋了導電離子在絕緣有機聚合物隔開的情況下，仍能導電的原因。
（3）場致發(fā)射理論
當導電填料距離足夠。ㄐ∮10 nm），可以忽略導電填料之間的絕緣聚合物對導電性能的阻礙。由于導電顆粒本身所具有的強大電場能夠輕易的誘發(fā)發(fā)射電場的產(chǎn)生，促進了導電膠內部形成導電通路。
（4）導電團簇理論
該理論認為在固化過程中，導電粒子會形成導電團簇并不斷長大，形成導電網(wǎng)絡，合理解釋了體系由絕緣體變?yōu)閷w的過程。
二、導電膠的組成
導電膠一般由基體和導電填料兩部分組成，其中基體提供黏結和結構性能，導電填料提供導電導熱性能。不同基體及導電填料對導電膠的性能有很大影響。導電膠的基體材料主要包含預聚體、固化劑、增塑劑、稀釋劑等，基本功能如表所示。
預聚體是基體的主要組成部分，為導電膠提供黏結性能，主要是各類有機膠黏劑，如環(huán)氧樹脂、聚氨酯、酚醛類樹脂等。其中，環(huán)氧樹脂的黏結性、耐腐蝕性和穩(wěn)定性相對較好，是目前應用最廣的基體材料。預聚體固化后，形成分子骨架結構，這是導電膠力學性能和黏結性能的來源。同時，它也形成了導電通道，為導電性提供了保障。
固化劑、增塑劑、稀釋劑等助劑會影響導電膠的綜合性能。固化劑，如某些有機酸、酸酐等，可以影響導電膠的固化溫度、時間。一些增塑劑的加入，如鄰苯二甲酸酯，可以提高材料的抗擊性能。導電膠制備中，由于導電填料的大量加入，其黏度大幅增加，為了降低黏度便于使用，常會加入一些稀釋劑，如丙酮、乙醚等。
導電膠的導電填料是導電性能的主要來源，一般可分為金屬填料、無機填料、混合填料等。
金屬填料常見的有金粉、銀粉、銅粉、鎳粉等，其中銀粉和銅粉是目前研究較多、性能較好的材料。銀粉的導電性能較好，但是成本高、強場下存在遷移現(xiàn)象等缺點限制了其應用。銅粉成本低，但存在易氧化問題，性能不夠穩(wěn)定。
無機填料一般指的是碳系材料，如碳納米管、石墨烯等。碳系的導電膠成本較低，綜合性能優(yōu)良，是比較理想的材料。
混合填料則是將金屬填料與無機填料綜合運用，如在碳納米管表面鍍銀、將微米銀片和微米銀球及酸化單壁碳納米管混合等新型導電填料。
三、導電膠的分類
按樹脂基體分類：熱塑性導電膠和熱固性導電膠。熱塑性導電膠的基體樹脂分子鏈很長，且支鏈少，在高溫下固化時流動性較好，可重復使用。而熱固性導電膠的基體材料最初是單體或預聚合物，在固化過程中發(fā)生聚合反應，高分子鏈連接形成交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結構，高溫下不易流動。
按導電機理分類：本征導電膠和復合導電膠。本征導電膠是指分子結構本身具有導電功能的共扼聚合物，這類材料電阻率較高，導電穩(wěn)定性及重復性較差，成本也較高，故很少研究。復合導電膠是指在有機聚合物基體中添加導電填料，從而使其具有與金屬相近的導電性能，目前的研究主要集中在這一塊。
按照導電方向分類：導電膠可分為各向同性導電膠（iso⁃tropic conductive adhesives，ICAs）和各向異性導電膠（anisotropic conductive adhesives，ACAs）。ICAs在各方向的導電性能相同，而ACAs只允許在某一特定方向導電。通常，各向異性導電膠的導電填料的尺寸大小為 3-5 μm，而各向同性導電膠的導電填料尺寸大小為 1-10 μm。兩者導電膠的主要區(qū)別在于滲流閾值的差異，各向異性導電膠（約5-20%）的導電填料體積分數(shù)低于各向同性導電膠（約20-35%）。
1.銀系導電膠
銀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。
銀粉形狀與導電膠電阻率的關系
從圖中可以看出，用銀納米棒作為導電填料的導電膠滲流閾值最小，在相同添加量的情況下電阻率最小，其次是片狀銀粉和顆粒狀銀粉。但由于價格昂貴，因此限制了其應用。市售導電銀膠主要使用的是微米級片狀銀作為導電填料。
片狀銀粉粒徑與導電膠電阻率的關系
從圖中可以看出，在微米尺寸上，片狀銀粉粒徑越大，導電膠電阻率越低。為增加導電填料間的相互接觸，提高導電膠導電性能，添加少量球狀銀粉和片狀銀粉共混制備導電膠，發(fā)現(xiàn)導電膠的導電性能有所提高。
此外，與傳統(tǒng)的微米銀結構相比，納米結構具有更高的比表面積、更低的熔點，可以增加填料之間的接觸，因此納米銀也被用作導電填料引入了導電膠。
銀雖然具有眾多優(yōu)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(chǎn)生電遷移現(xiàn)象，使得導電性能下降，進而影響其使用壽命。
2.銅系導電膠
銅的導電性和銀很相近，價格比銀便宜，但其化學性質比銀活潑，在空氣中會迅速被氧化，在其表面形成氧化物層，使其導電性能迅速降低，甚至不導電，從而限制了其應用。
3. 其他金屬系導電膠
金導電性好、性能穩(wěn)定、基本沒有電遷移現(xiàn)象，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。鎳電阻率就比銀、銅、金要高，且性質也比較活潑，易被氧化導致電阻率增加的問題。低熔點共熔合金（如 Sn-Pb、Sn-In）固化溫度下呈液態(tài)，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，提高導電膠導電性能，因此也被用作導電填料與銀等混合后加入導電膠。但低熔點共熔合金種類有限，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，這限制了其應用。
4. 碳系導電膠
炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管以及石墨烯也被用于導電膠。雖然這些碳材料導電性能好、機械性能好、價格便宜，是比較理想的選擇，但是這些材料在制備上存在或多或少的困難，也限制了其應用。碳系導電填料，尤其是碳納米管和石墨烯，具有優(yōu)異的性能，與銀粉混合作為導電填料可以改善導電膠的導電性及機械性能，但其本身分散性及導電性能相對較差，因此應用也受到一定限制。
5. 復合材料系導電膠
碳材料的導電性不及金銀銅，因此，將金屬填料與無機填料綜合運用，如在碳納米管表面鍍銀、將微米銀片和微米銀球及酸化單壁碳納米管混合等新型導電填料。
導電膠用于不易焊接又要求具有導電性的粘接。主要用于雷達、磁管及開關、攝像管導電玻璃及裝箍環(huán)、三極管管芯。此外還可以用于繼承電路片與陶瓷底片的粘合，洲際彈道導彈的倉庫、實驗室、電子計算機的屏蔽罩、拋物面天線、液晶顯示器中導電接線部分的粘合等。導電膠的主要應用范圍如：電話和移動通信系統(tǒng)，廣播、電視、計算機等行業(yè)，汽車工業(yè)，醫(yī)用設備等方面。
最常見的導電膠是環(huán)氧樹脂中填充銀粒子。與其他導電膠相比，環(huán)氧樹脂導電膠根據(jù)選用的固化劑不同可以配制成單組分或多組分，室溫固化型、中溫固化型或者高溫固化型，無溶劑型或有溶劑型，具有多種優(yōu)異性能和多樣性。這使得它成為導電膠中應用最廣的品種。
導電膠是一種固化或干燥后具有一定導電性能的膠粘劑，它通常以基體樹脂和導電填料即導電粒子為主要組成成分，通過基體樹脂的粘接作用把導電粒子結合在一起，形成導電通路，實現(xiàn)被粘材料的導電連接。
導電膠主要由樹脂基體、導電粒子和分散添加劑、助劑等組成。目前市場上使用的導電膠大都是填料型。
填料型導電膠的樹脂基體，原則上講，可以采用各種膠粘劑類型的樹脂基體，常用的一般有熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成了導電膠的分子骨架結構，提供了力學性能和粘接性能保障，并使導電填料粒子形成通道。由于環(huán)氧樹脂可以在室溫或低于150℃固化，并且具有豐富的配方可設計性能，目前環(huán)氧樹脂基導電膠占主導地位。
導電膠要求導電粒子本身要有良好的導電性能粒徑要在合適的范圍內，能夠添加到導電膠基體中形成導電通路。導電填料可以是金、銀、銅、鋁、鋅、鐵、鎳的粉末和石墨及一些導電化合物。
導電型膠粘劑，即導電膠，既能有效地膠接各種材料，又具有導電性能。
導電膠粘劑包括兩大類，各向同性均質導電膠粘劑(ICA)和各向異性導電膠粘劑(ACA)。ICA是指各個方向均導電的粘合劑;ACA則不一樣，如Z軸ACA是指在Z方向導電的粘合劑，而在X和Y方向則不導電。
導電膠水通常用于微電子裝配，包括細導線與印刷線路、電鍍底板、陶瓷被粘物的金屬層、金屬底盤連接、粘接導線與管座、粘接元件與穿過印刷線路的平面孔，粘接波導調諧以及孔修補。
導電膠粘劑也可用于取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜時耐受能力的點焊。導電粘合劑作為錫鉛焊料的替代品，其主要應用范圍如：電話和移動通信系統(tǒng);廣播、電視、計算機等行業(yè);汽車工業(yè)、醫(yī)用設備;解決電磁兼容(EMC)等方面。
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