各向同性铜粉导电胶的制备及性能研究

论文摘要

导电胶是一种同时具备导电性能和粘结性能的胶粘剂。随着电子工业和信息技术等产业的高速发展,电子仪器正在向小型化、便携化、高集成化方向迈进,导电胶在微电子互连中的应用也越来越广泛。与传统的Sn/Pb焊料相比,导电胶具有分辨率高、粘接温度低、互连工艺简单等优点,是替代Sn/Pb焊料的理想微电子互连材料。因此,对导电胶进行研究具有很重要的意义。本文以改性酚醛树脂/环氧树脂共固化物为基体,铜粉作为导电填料,加入各种添加剂,制备出了热固化铜粉导电胶。通过正交试验设计,确定了导电胶体系中各添加剂的最佳填充量为:硅烷偶联剂KH-550为铜粉质量的3%,还原剂甲醛为铜粉质量的7%,消泡剂磷酸三丁酯为体系总重的0.1%。偶联剂的加入改善了铜粉的分散性,同时,偶联剂和还原剂的加入还可保护铜粉,防止铜粉氧化。并对铜粉导电胶的固化、热稳定性、导电性、剪切强度等性能进行了测试。通过红外光谱和差示扫描量热法（DSC）对导电胶的固化过程进行了研究。红外光谱分析表明,导电胶在发生固化反应的过程中,酚醛树脂的酚羟基与环氧树脂的环氧基发生了反应,同时,酚醛树脂的羟甲基间也发生了缩合反应。DSC分析可以得出导电胶体系的近似凝胶湿度为86℃,固化温度为152℃,后处理温度为171℃,为导电胶固化工艺参数的确定提供了一定的依据。采用Kissinger方程和Crane方程求得导电胶固化体系固化反应的表观活化能为51.64KJ/mol,反应级数为0.87,说明导电胶体系的固化反应是一个复杂反应。通过TG/DTG测试,得出导电胶的初始分解温度为318℃,此时导电胶的残余质量分数约为67%,说明导电胶可以在较高温度下使用,热稳定性较好。导电性能分析表明,随着铜粉添加量的逐渐增加,导电胶由不导电变为导电,当填充量达到一定程度时,导电胶的体积电阻率缓慢下降,当填充量达到渗流阈值时,体积电阻率会急剧下降,填充量再继续增加时,体积电阻率的变化又趋于平缓。剪切强度分析表明,随着铜粉填充量的增加,导电胶的剪切强度前期下降速度较慢,后期的下降速度很快。当铜粉的添加量达到渗流阈值时,导电胶的拉伸剪切强度下降速度变快。进一步增加铜粉的添加量,体系的强度则急剧降低。综合铜粉填充量对导电胶体积电阻率和拉伸剪切强度的影响,可以得出铜粉的最佳填充量为68wt%,此时可以制备出体积电阻率为1.2×10-3Ω·cm,拉伸剪切强度为10.8 MPa的导电胶。因此,我们应设法降低导电胶体系的渗流阈值,这样可以在较低的导电填料添加比例下获得导电性能和粘接强度均较好的导电胶。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 导电胶简介
• 1.1.1 导电胶的组成
• 1.1.2 导电胶的分类
• 1.1.3 导电胶的导电机理
• 1.1.4 导电胶的应用
• 1.1.4.1 导电胶在印制电路板中的应用
• 1.1.4.2 导电胶用于静电屏蔽
• 1.1.4.3 导电胶在发光二极管（LED）上的应用
• 1.1.4.4 导电胶用于医疗设备
• 1.2 导电胶的研究概况
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.3.1 铜导电胶研究中存在的问题
• 1.3.2 本课题的主要工作
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 第2章 导电胶的制备与性能表征
• 2.1 导电胶的设计
• 2.1.1 树脂的选择
• 2.1.2 导电填料的选择
• 2.2 导电胶的制备
• 2.2.1 实验用原材料和仪器
• 2.2.2 基体胶的制备
• 2.2.3 铜粉导电胶的制备
• 2.3 性能测试与表征
• 2.3.1 红外光谱分析
• 2.3.2 差示扫描量热分析（DSC）
• 2.3.3 热稳定性分析（TG/DTG）
• 2.3.4 X-射线衍射分析（XRD）
• 2.3.5 扫描电子显微镜分析（SEM）
• 2.3.6 体积电阻率的测定
• 第3章 导电胶的性能研究
• 3.1 导电胶的固化反应研究
• 3.1.1 导电胶固化机理的研究
• 3.1.2 导电胶固化反应动力学研究
• 3.2 导电胶的热稳定性
• 3.3 导电胶的表面形貌分析
• 3.4 导电胶的抗氧化分析
• 3.5 导电胶的导电性能和剪切强度研究
• 3.5.1 铜粉粒径和填充量对导电胶导电性能的影响
• 3.5.2 匀胶时间对导电胶导电性能的影响
• 3.5.3 铜粉填充量对导电胶剪切强度性能的影响
• 3.5.4 添加剂对导电胶性能的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 硕士期间发表的论文