表面包银核壳复合粒子/环氧树脂导电胶的制备和性能研究

论文摘要

高性能导电胶因其具有环境友好、操作简单、线分辨率高等优点引起人们的广泛关注。然而,现有导电胶的体积电阻率大部分还达不到精细电子制造业的要求,存在电阻率较大、密度大和成本高等问题。针对上述问题本学位论文提出以银壳层厚度和复合粒子粒径均可控的单分散银包二氧化硅核壳复合粒子（Ag/SiO2）为导电填料,研究银壳层厚度和模板粒子粒径对导电胶体积电阻率的影响规律；从聚合物基体和导电填料的界面角度出发,采用乙二胺对导电填料的表面进行修饰,结合导电网络理论和等效电路图,阐明了用乙二胺处理的Ag/GM填料制备的导电胶具有较低的体积电阻率的原因。采用溶胶-凝胶法,以氨水为催化剂,通过控制体系的反应温度,制备出粒径大小控制在400-1500 nm的单分散二氧化硅粒子。以上述二氧化硅粒子为模板,通过调节银前驱体的浓度,合成了银壳层厚度可控的单分散Ag/SiO2;以该复合粒子为导电填料,和环氧树脂胶粘剂复合加工得到导电胶,研究了银壳层厚度和二氧化硅粒子粒径对导电胶体积电阻率、成本的影响。结果表明：模板粒子的粒径不变时,导电胶的体积电阻率随银层厚度的增加而降低,当银层厚度增加到一定数值之后,导电胶的体积电阻率降低幅度变小,趋近于某个极小值。而当银壳层厚度为50 nm时,导电胶的体积电阻率随二氧化硅粒径增加而增加。为降低导电胶的银用量或成本,银层厚度相对较厚的微米级Ag/SiO2核壳复合粒子要比银层厚度相对较薄的亚微米级Ag/SiO2核壳复合粒子更加有效。以化学还原法合成的银包玻璃微珠核壳复合粒子（Ag/GM）为原料,沸水和乙二胺为表面处理剂对Ag/GM进行表面处理,研究发现,沸水可以清除原Ag/GM表面的部分小分子量的聚乙烯吡咯烷酮,而乙二胺也可以部分取代原Ag/GM表面的聚乙烯吡咯烷酮。用它们作为导电填料组成了导电胶。发现与化学还原法直接合成的或沸水处理的Ag/GM比较,乙二胺处理的Ag/GM能更有效地分散在环氧树脂胶粘剂中,且能与环氧树脂基体产生化学键合,降低Ag/GM和环氧树脂基体间的界面能,用其制备的导电胶的导电率较高,导电渗滤阈值较低。同时,结合导电网络理论和等效电路图,阐明了用乙二胺处理的Ag/GM填料制备的导电胶具有较低的体积电阻率的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 导电胶的组成、分类和导电机理
• 1.2.1 导电胶的组成
• 1.2.2 导电胶的分类
• 1.2.3 导电胶的导电机理
• 1.3 导电胶的研究进展
• 1.3.1 导电胶导电性能的研究
• 1.3.2 导电胶力学性能的研究
• 1.3.3 导电胶连接可靠性的研究
• 1.4 选题目的及论文主要内容
• 第二章 银包二氧化硅核壳复合导电粒子及其导电胶性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂及原料
• 2.2.2 实验仪器设备
• 2.2.3 测试方法
• 2.2.4 二氧化硅粒子的制备
• 2.2.5 银包二氧化硅核壳复合粒子的制备
• 2.2.6 银包二氧化硅/环氧树脂导电胶的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 二氧化硅粒子及银包二氧化硅核壳复合粒子的制备
• 2.3.2 银壳层厚度对银包二氧化硅/环氧树脂导电胶导电性能的影响
• 2.3.3 二氧化硅粒径对银包二氧化硅/环氧树脂导电胶导电性能的影响
• 2.3.4 导电胶银用量的比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 银包玻璃微珠表面处理及其对环氧导电胶导电性能的影响研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂及原料
• 3.2.2 实验仪器设备
• 3.2.3 测试方法
• 3.2.4 Ag/GM填料粒子的表面改性方法
• 3.2.5 导电胶的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 表面处理工艺对银包玻璃微珠形貌的影响
• 3.3.2 不同表面处理剂处理前后银包玻璃微珠表面化学状态的变化
• 3.3.3 表面处理工艺对导电胶的电性能的影响
• 3.3.4 不同表面处理剂处理对导电胶结构的影响
• 3.3.5 银包玻璃微珠表面处理对导电胶电性能影响的机理探讨
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读学位期间发表的论文与申请的专利