銅粉導電膠的研究

湯宇　曹建強

摘要：用銅粉、環氧樹脂、改性胺類固化劑、硅烷偶聯劑、奇士增韌劑、稀釋劑等制備銅粉導電膠。比較了銅粉的粒徑及添加量、銅粉表面處理、導電膠基料、固化時間等對導電性能的影響，并對導電膠性能進行測試，最終選定最合適的導電膠配方。

關鍵詞：導電膠；銅粉；改性環氧；改性固化劑

隨著我國電子信息產業的規模擴大，以及電子產品的逐漸小型化與便攜化，使得導電膠的應用日益廣泛。傳統的Sn/Pb焊料因線分辨率低，污染嚴重，溫度過高漸漸被替代。導電膠是一種固化或干燥后具有一定導電性能的膠粘接。導電膠具有環保性，低溫固化，良好的柔性和抗疲勞性，工藝簡單，粘接范圍廣等優點[1]。

目前市場上大部分都是銀粉填充型導電膠，銀粉的導電性和化學穩定性都很好，但是銀粉會出現電子遷移現象，而且價格昂貴，所以限制了其應用。銅粉導電率與其相近，價格僅為銀粉的1/20，因此銅粉導電膠的應用前景十分廣泛[2]。

本試驗選用銅粉做為導電填料，采用硅烷偶聯劑對銅粉進行處理，并通過對比試驗，選用合適的基料，研究能在特定適用范圍內得到應用的銅粉添加型導電膠，滿足電子連接材料日益發展的需求[3]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及儀器

改性環氧樹脂5008-A，蘇州市膠粘劑廠有限公司；改性環氧樹脂EP-1、EP-2，自制；改性固化劑5008-B，蘇州市膠粘劑廠有限公司；三乙烯四胺，市售；固化劑G-1，自制；硅烷偶聯劑KH-560，市售；銅粉，蘇州鉆石金屬粉有限公司；奇士增韌劑（QS-BE），北京金島奇士材料科技有有限公司；稀釋劑，市售。

FA2104A分析天平，上海精天電子儀器有限公司；AM110W-H實驗室電子恒速攪拌機，上海昂尼儀器儀表有限公司；DZF-6020真空干燥箱，上海瑯軒實驗設備中心；2XZ-1直聯旋片式真空泵，上海南光真空泵廠；TH2512B直流低電阻測試儀，常州同惠電子股份有限公司；CMT4204微機控制電子萬能試驗機，美斯特工業系統（中國）有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 銅粉的預處理與保護

預處理和包覆反應過程：在銅粉中加入無水乙醇，攪拌數分鐘，抽濾；加入烯鹽酸，攪拌30 min，使其充分反應，抽濾；用無水乙醇溶液沖洗數次后抽濾；入真空干燥箱中，在50 ℃下干燥2 h；將已經預處理好的銅粉加入到事先調配好的硅烷水溶液中，攪拌30 min，使其充分反應，抽濾；用無水乙醇溶液沖洗數次后抽濾；入真空干燥箱中，在50 ℃下干燥2 h后，取出封裝備用[3]。

1.3.2 剪切性能測試

按GB/T 7124—2008進行測試。對2片鋁片進行表面處理，然后涂膠，2片被涂部分重疊搭接。在150 ℃加熱固化3 h后，到拉力機上進行測試。每組實驗制作5個試樣，保留小數點后4位。

1.3.3 試樣的制備與電阻率的測定

將A、B組分的導電膠充分混合后，選擇2片尺寸為76.2 mm×24.5 mm×1 mm的玻璃片，將導電膠涂在已處理過的玻璃片上，然后在玻璃片2端放上尺寸為24.5 mm×2 mm×0.1 mm的鋁片。將2塊玻璃片疊合，150 ℃固化2 h，待試樣完全冷卻后，用直流低電阻測試儀測試樣的電阻。每組做4個試樣，取平均值。保留小數點后4位。

根據公式（1）計算電阻率：

式中：ρ為電阻率，Ω·cm；R為被測試樣膠的電阻值，Ω；δ為鋁片的厚度，cm；d為玻璃片的寬度， cm ；L為玻璃片的長度，cm 。

2 結果與討論

2.1 銅粉對導電膠性能影響

2.1.1 表面處理對體積電阻率的影響

市售的銅粉大多有有機物包覆，防止銅粉在運輸過程中被氧化，此外銅粉表面還可能存在少量油污或者氧化銅，所以需要進行預處理。

為避免剛處理好的銅粉氧化，需要在銅粉預處理后進行銅粉的包覆。

將3組銅粉分別進行不處理、去有機層并保護、去氧化銅并保護3種工藝表面處理，并做成試樣，測得電阻率見表1。

由表1可知，未經處理的銅粉電阻率較大，不能用于制作導電膠。去有機層并保護的銅粉，由于銅粉存在部分氧化，其電阻率較大，不選用。經過去氧化銅并保護的銅粉電阻率最低，因此，以下試驗均采用去氧化銅并保護的銅粉。

2.1.2 銅粉目數對導電膠性能的影響（見表2）

對于導電銅粉，目數越大，銅粉越容易氧化，其電阻率就越大。

對于導電銅粉，目數越大，銅粉越容易氧化，其電阻率就越大。

由表2可知，800目的銅粉電阻率最小，故選用800目銅粉。

2.1.3 銅粉用量對電阻率的影響（見表3）

由表3可知，銅粉用量小于66%時沒有電阻率，在66%時，電阻率急劇上升，到了66.7%時電阻率又趨于平穩。隨著銅粉用量的增加，環氧樹脂用量減少，剪切強度逐漸降低，所以銅粉用量為66.7%較適宜。

2.2 基料對導電膠性能的影響

2.2.1 不同樹脂對導電膠性能的影響

環氧樹脂是使用最廣的導電膠基料，所以選用3種環氧樹脂基料進行試驗，結果見表4。

由表4可知，3種環氧樹脂中只有自制環氧樹脂EP-1可以測出電阻。自制環氧EP-2和5008-A由于黏度太大，使得導電膠無法成為膏狀，不利于操作，加入過量稀釋劑也不導電，所以選用自制環氧樹脂EP-1作為導電膠基料。

2.2.2 不同固化劑對電阻率的影響（見表5）

試驗中，三乙烯四胺黏度很低，無法使銅粉聚集到一起成為膏狀。自制固化劑G-1出現的狀況和EP-2一樣，黏度過大。5008-B黏度適中，電阻率符合標準，故選為本試驗固化劑。

2.3 固化時間對導電膠性能的影響（見表6）

綜合以上試驗，選用自制環氧EP-1和5008-B等制作導電膠樣品，固化溫度為150 ℃。

由表6可知，在2 h時，導電膠的電阻率最小，說明2 h已經完全固化。繼續加熱，導電膠已經開始老化。所以，最佳的固化時間為2 h。

3 結語

（1）經過表面處理并用硅烷偶聯劑進行保護的銅粉導電率最好；

（2）選用800目銅粉，改性環氧樹脂EP-1，固化劑5008-B制作銅粉導電膠性能較好；

（3）最佳的固化條件為150 ℃/2 h；

（4）試驗結果表明，銅粉導電膠的電阻率在10-2～10-3 Ω·cm；剪切強度在5～8 MPa，能達到特定范圍的使用要求。

參考文獻

[1]歐陽玲玉.銅粉導電膠的研制[J].江西理工大學學報，2007-8，28（4）：72-74.

[2]王劉功，銀銳明，楊榮華，等.銅粉導電膠的研究進展[J].廣東化工，2011，38（1）：84-86.

[3]劉運學，王曉丹，谷亞新，等.銅粉添加型導電膠的研制[J].中國膠粘劑，2008，17（11）：27-29.

[4]王曉麗，杜仕國.銅粉處理對涂料導電性能的影響[J].表面技術，2003，32（1）：49-50.

[5]趙勇.254-25水固銅粉導電膠的研究[J].粘合劑，1989（2）：36-38.

[6]劉欣盈，向雄志，白曉軍.導電膠的研究進展[J].電子元件與材料， 2013， 32（3）：13-17.