导电胶粘剂

填充型导电胶

导电胶粘剂，简称导电胶，是一种既能有效地胶接各种材料，又具有导电性能的胶粘剂。导电高分子材料的制备较为复杂、离实际应用还有较大的距离，因此广泛使用的均为填充型导电胶。

简介

在填充型导电胶中添加的导电性填料，通常均为金属粉末。由于采用的金属粉末的种类、粒度、结构、用量的不同，以及所采用的胶粘剂基体种类的不同，导电胶的种类及其性能也有很大区别。表二十列举了一些金属的电阻率。目前普遍使用的是银粉填充型导电胶。而在一些对导电性能要求不十分高的场合，也使用铜粉填充型导电胶。

合成树脂加入某种金属填料或导电炭黑之后就具有导电性。碳可以是任何一种无定形的碳，例如乙炔炭黑或粉碎的石墨粉。在导电环氧胶粘剂或导电涂层中常用的是细银粉，其优点是对盐和氧化物有适当的导电性，因此，能允许少量的氧化或腐蚀，防腐工艺不像薄胶层方法那样重要，其中界面电阻起着重要作用。

相对金面言，银是最合适的导电填料，因为它价格便宜，电阻低。然而，在高温和直流电势的条件下，银会发生向胶层表面电解迁移的现象，但镀银的铜粉不迁移，金也不迁移。银粉的最大加入量约为85%（质量），银粉加入量低于最佳量（约65%)时导电性明显降低，而粘接强度较高。碳（石墨）的导电性相当小，远不如金和银。其他可用的金属填料是镍铝和铜，其中每种金属都有特殊的氧化问题。因此，与球状金属粒子相比，很难形成粒子与粒子的接触。遗憾的是，银粉表面的硬脂酸盐涂层在高温下释放气体，污染关键部件，例如在微电子应用中。有的银粉没有涂层，也就不释放气体产物。铜和铝形成氧化膜，因阻碍了粒子与粒子接触而降低了导电性。

分类

导电胶的品种繁多，从应用的角度可以将导电胶分成一般的导电胶和特种导电胶两类。一般性导电胶只对导电胶的导电性能和粘接强度有一定的要求，特种导电胶除了对导电性能和粘接强度有一定的要求外，还有某种特殊的要求，如耐高温、耐超低温、瞬间固化、各向异性和透明性等。

按固化工艺特点，可将导电胶分为固化反应型、热熔型、高温烧结型、溶剂型和压敏型导电胶。

按导电胶中导电粒子的种类不同，可将导电胶分为银系导电胶、金系导电胶、铜系导电胶和炭系导电胶。应用最为广泛的是银系导电胶。

按照导电胶中基料的化学类型又将导电胶分为无机导电胶和有机导电胶。无机导电胶耐高温性能好，但对金属的粘接性能差，主要有环氧树脂导电胶、酚醛树脂导电胶、聚氨酯导电胶、热塑性树脂导电胶和聚酰亚胺导电胶等。应用最广的是环氧树脂导电胶。

按照基组成可分为结构型和填充型两大类。结构型是指作为导电胶基体的高分子材料本身即具有导电性的导电胶；填充型是指通常胶粘剂作为基体，而依靠添加导电性填料使胶液具有导电作用的导电胶。

组成

导电胶主要由树脂基体、导电粒子和分散添加剂、助剂等组成。基体主要包括环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氯酯等。虽然高度共轭类型的高分子本身结构也具有导电性，如大分子吡啶类结构等，可以通过电子或离子导电，但这类导电胶的导电性最多只能达到半导体的程度，不能具有像金属一样低的电阻，难以起到导电连接的作用。市场上使用的导电胶大都是填料型。

填料型导电胶的树脂基体，原则上讲，可以采用各种胶勃剂类型的树脂基体，常用的一般有热固性胶黏剂如环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等胶黏剂体系。这些胶黏剂在固化后形成了导电胶的分子骨架结构，提供了力学性能和粘接性能保障，并使导电填料粒子形成通道。由于环氧树脂可以在室温或低于150℃固化，并且具有丰富的配方可设计性能，环氧树脂基导电胶占主导地位。

导电胶要求导电粒子本身要有良好的导电性能粒径要在合适的范围内，能够添加到导电胶基体中形成导电通路。导电填料可以是金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和石墨及一些导电化合物。

导电胶中另一个重要成分是溶剂。由于导电填料的加入量至少都在50% 以上，所以导电胶的树脂基体的黏度大幅度增加，常常影响了胶黏剂的工艺性能。为了降低黏度，实现良好的工艺性和流变性，除了选用低黏度的树脂外，一般需要加入溶剂或者活性稀释剂，其中活性稀释剂可以直接作为树脂基体，反应固化。溶剂或者活性稀释剂的量虽然不大，但在导电胶中起到重要作用，不但影响导电性，而且还影响固化物的力学性能。常用的溶剂(或稀释剂)一般应具有较大的分子量，挥发较慢，并且分子结构中应含有极性结构如碳一氧极性链段等。溶剂的加入量要控制在一定范围内，以免影响导电胶胶体的胶接整体性能。

除树脂基体、导电填料和稀释剂外，导电胶其他成分和胶黏剂一样，还包括交联剂、偶联剂、防腐剂、增韧剂和触变剂等。

导电机理

导电胶的导电机理被认为主要是导电粒子之间的相互接触，形成电的通路，使导电胶具有导电性。胶层中导电粒子间的稳定接触是由于导电胶的固化或干燥形成的。

含有溶剂的导电胶，在固化或者干燥前，导电粒子在胶黏剂中是分离存在的，相互间没有连续接触，因而处于绝缘状态，如图17.1所示。

导电胶固化或者干燥后，由于溶剂的挥发和胶黏剂固化而引起胶黏剂体积收缩，使得导电粒子相互间呈稳定的连续接触，因而呈现导电性，如图17.2所示。

因隧道效应也可以使得导电胶中导电粒子间产生一定的电流通路。当导电粒子间不相互接触时，粒子间存在隔离层，使得导电粒子中自由电子的定向运动受到阻碍。根据量子力学的概念可知，对一种微观粒子来说，即使其能量小于势垒的能量时，除了有被反射的可能性外，也有贯穿的可能性，也叫做隧道效应。电子是一种微观粒子，因此它具有穿过导电粒子间隔离层阻碍的可能性。

根据以上分析，可将导电胶的导电情况分为3种：

发展状况

国内生产导电胶的单位主要有金属研究所等，国外企业有TeamChem Company，日本的日立公司、Three-Bond公司、美国Epoxy的公司、Ablistick公司，Loctite公司、3M公司、德国的Panacol等。已商品化的导电胶种主要有导电胶膏、导电胶浆、导电涂料、导电胶带、导电胶水等，组分有单、双组分。导电胶一般用于微电子封装、印刷电路板、导电线路粘接等各种电子领域中。现今国内的导电胶无论从品种和性能上与国外都有较大差距。

应用

导电胶粘剂用于微电子装配，包括细导线与印刷线路、电镀底板、陶瓷被粘物的金属层、金属底盘连接，粘接导线与管座，粘接元件与穿过印刷线路的平面孔，粘接波导调谐以及孔修补。导电胶粘剂用于取代焊接温度超过因焊接形成氧化膜时耐受能力的点焊。导电胶粘剂的另一应用就是在铁电体装置中用于电极片与磁体晶体的粘接。导电胶粘剂可取代焊药和晶体因焊接温度趋于沉积的焊接。用于电池接线柱的粘接是当焊接温度不利时导电胶粘剂的又一用途。导电胶粘剂能形成足够强度的接头，因此，可以用作结构胶粘剂。除了粘接强度外，在有屏蔽的装配中，还要求导电胶粘剂导电的连续性。

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