【干货分享】如何通过技术路径提高导电胶的导电性能？

导电性是导电胶性能好坏的一个重要评判标准，一般认为电子封装用导电胶的体电阻率应该小于1×10-4 Ω·cm。很多学者都在致力于开发低成本、高导电性的导电胶，一般提高导电胶电性能的方法有如下几种：

【1】 选择合适的导电填料

导电胶的导电性主要来源于导电填料，因此导电填料的形貌、粒径、种类等都对导电胶的导电性有很大影响。研究表明，相对于球状填料之间的点接触，片状和纤维状填料可以增加填料的接触面积和接触概率，从而提高导电胶的电导率，更有学者把两者混合起来使用，以获得具有更高导电性能的导电胶。比如在树脂基体中同时加入微米级片状银粉和微米级球状银粉颗粒，并且使银的质量百分数都维持在75%，他们发现当球状银粉的添加量达到8%时，导电胶的体积电阻率骤降到1.26×10-4 Ω·cm。并且在85℃/85% RH 的条件下进行了500 h 的老化实验，发现体积电阻率可以保持稳定。

为了更好地提高导电胶的导电性以及降低其成本，人们往往采用混合填料进行填充。如在银-环氧树脂导电胶体系中添加不同的碳纳米管(双壁碳纳米管DWCNTs 和多壁碳纳米管MWCNTs)发现：微量碳纳米管的加入可以降低体系的渗流阈值，并且在较低的银填充量的情况下就可获得高的电导率，因为碳纳米管可以在银颗粒之间形成导电桥接，从而提高了导电胶的导电性。通过在银导电胶中添加纳米银颗粒及纳米银线，观察到纳米银颗粒及纳米线在导电胶中分散均匀，并且形成导电通路，在比较低的银填充量条件下就可以获得高导电性能的导电胶。

【2】纳米填料原位生成

纳米填料原位生成优化了其空间分布状态。若纳米填料能够在胶黏剂基体中原位生成，则在不使用分散剂的情况下，亦能有效避免纳米填料团聚的不利影响。此外对于纳米－微米混合填料体系而言，通常导电胶由两种填料分别加入胶黏剂基体中制备而成，若预先使纳米填料原位生成于微米填料表面，亦可有效改善其分布。

研究者以环氧树脂与甲基六氢邻苯二甲酸酐(MHHPA)为导电胶基体，在其乙腈溶液中加入还原剂对二甲氨基苯甲醛（DABA)，在固化温度下可实现银离子的原位还原，生成20~30 nm银纳米颗粒；则通过聚乙二醇还原氧化银原位生成了银纳米颗粒。

也有研究者通过两个步骤实现了银纳米颗粒在微米银片上的原位生成：首先在乙醇中加入碘同微米银片相作用，使其表面生成100nm以下的碘化银纳米团簇；随后以硼氢化钠为还原剂，将碘化银纳米团簇还原为银单质，得到表面原位生成的纳米结构。以其为填料的导电胶电阻率可达到10-5 Ω·cm数量级。

在乙醇还原银离子的溶液中加入平均直径为8.9 μｍ的银片，在加热搅拌条件下纳米银颗粒可直接还原生长于微米银片表面。由于在还原过程中无需另加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等分散剂，也避免了填料表面绝缘层包覆影响电接触。在渗流阈值附近，填料增重１％的导电胶电阻率下降了两个数量级。

【3】纳米银粒子的低温烧结

纳米银粉具有较高的表面能，在树脂固化前就能熔化，并与其他金属填料浸润连接，形成良好的导电网络，因此纳米银粒子的低温烧结也成为提高导电胶导电性能的途径之一。

科研人员研究了银-三乙醇胺在银包铜粉中的应用，他们通过原位合成的手段用硝酸银和三乙醇胺制备了银-三乙醇胺混合物，并将其加入环氧树脂-银包铜粉导电胶体系，发现在固化温度时银-三乙醇胺会分解为纳米银颗粒(AgNPs)和三乙醇胺。分解出来的纳米银颗粒会在银包铜粉的表面烧结，从而有效防止了铜的氧化，此外，纳米银颗粒的烧结还会促使导电填料的冶金结合，增加银包铜粉的接触面积，进一步增加了导电胶的导电性。实验发现制备的导电胶体系拥有相对于传统银包铜粉较好的导电性和稳定性：体积电阻率由9.6×10−4Ω·cm 下降到6.62×10−4 Ω·cm，在85℃/85% RH 固化500 h 后接触电阻相对于之前23%的变化下降为6.7%。此外，在以片状银粉为主要填料的导电胶中加入少量经表面活性剂处理的纳米银粉，退火处理后纳米银粒子在片状银粉之间烧结，得到体积电阻率为5×10-6 Ω·cm 的导电胶。

【4】添加低熔点合金

低熔点合金由于能在导电胶的固化温度下熔化，当导电胶冷却时低熔点合金重新凝聚，使导电填料在导电胶内部形成冶金连接，从而降低导电胶的整体接触电阻。

采用双酚F环氧树脂，双氰胺为固化剂，银粉为金属填料制得导电胶，研究了添加低熔点合金SnBi对导电胶性能的影响。发现适量SnBi 合金可以提高导电性能和剪切强度，但过量SnBi 合金反而会使这些性能下降。当w(SnBi)为15%时，导电胶的性能最佳，此时导电胶的体积电阻率为3.4×10-4Ω·cm，剪切强度为12.56 MPa。

【5】提高聚合物基体的收缩率

科研人员通过研究树脂基体的固化收缩率对导电胶体积电阻率的影响，发现导电胶在未固化前是不导电的，导电性的建立发生在树脂基体的凝胶化阶段，之后导电胶的体积电阻率变化较小。

有研究表明体积电阻率与树脂基体的固化收缩率呈反比例关系，固化收缩率越大，体积电阻率越低。对此得出的结论是：基体树脂的固化收缩一方面可以使导电填料之间接触更紧密，降低了接触电阻，另一方面可以使原本远离的颗粒间距离变得更小，降低了隧穿电阻。因此选择适当的聚合物基体来提高聚合物基体的固化收缩率可以有效提高导电胶的导电性。

【6】银粉表面处理

研究表明银表面存在的长链脂肪酸等有机润滑层会阻隔银之间的电流导通，增加导电胶的体积电阻，利用短链二酸对银表面进行处理可以有效地去除有机润滑层以降低体积电阻。研究者采用丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸等短链二酸对微米银片进行处理，发现处理过的导电胶比未经处理的微米银片填充的导电胶导电性能高出4~6 倍，其中用戊二酸和己二酸处理过的效果最好。同样的，采用硅烷偶联剂KH-560 对纳米银粉进行表面改性处理，发现KH-560 可以以化学键合的方式吸附在纳米银颗粒表面，使其分散均匀，与不加KH-560 改性的导电胶相比，其电导率提高了3~5 倍。

【7】使用导电促进剂

促进剂的加入可以部分去除粒子表面的有机物，从而降低导电胶的体积电阻率。有研究者在银包铜粉导电胶体系中加入DBGE 作为导电胶促进剂，发现适当加入促进剂有利于提高导电胶的导电性，并且发现在促进剂质量百分数为2%的时候导电性能最好。

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