【干貨分享】如何通過技術路徑提高導電膠的導電性能？

導電性是導電膠性能好壞的一個重要評判標準，一般認為電子封裝用導電膠的體電阻率應該小于1×10-4 Ω·cm。很多學者都在致力于開發低成本、高導電性的導電膠，一般提高導電膠電性能的方法有如下幾種：

【1】 選擇合適的導電填料

導電膠的導電性主要來源于導電填料，因此導電填料的形貌、粒徑、種類等都對導電膠的導電性有很大影響。研究表明，相對于球狀填料之間的點接觸，片狀和纖維狀填料可以增加填料的接觸面積和接觸概率，從而提高導電膠的電導率，更有學者把兩者混合起來使用，以獲得具有更高導電性能的導電膠。比如在樹脂基體中同時加入微米級片狀銀粉和微米級球狀銀粉顆粒，并且使銀的質量百分數都維持在75%，他們發現當球狀銀粉的添加量達到8%時，導電膠的體積電阻率驟降到1.26×10-4 Ω·cm。并且在85℃/85% RH 的條件下進行了500 h 的老化實驗，發現體積電阻率可以保持穩定。

為了更好地提高導電膠的導電性以及降低其成本，人們往往采用混合填料進行填充。如在銀-環氧樹脂導電膠體系中添加不同的碳納米管(雙壁碳納米管DWCNTs 和多壁碳納米管MWCNTs)發現：微量碳納米管的加入可以降低體系的滲流閾值，并且在較低的銀填充量的情況下就可獲得高的電導率，因為碳納米管可以在銀顆粒之間形成導電橋接，從而提高了導電膠的導電性。通過在銀導電膠中添加納米銀顆粒及納米銀線，觀察到納米銀顆粒及納米線在導電膠中分散均勻，并且形成導電通路，在比較低的銀填充量條件下就可以獲得高導電性能的導電膠。

【2】納米填料原位生成

納米填料原位生成優化了其空間分布狀態。若納米填料能夠在膠黏劑基體中原位生成，則在不使用分散劑的情況下，亦能有效避免納米填料團聚的不利影響。此外對于納米－微米混合填料體系而言，通常導電膠由兩種填料分別加入膠黏劑基體中制備而成，若預先使納米填料原位生成于微米填料表面，亦可有效改善其分布。

研究者以環氧樹脂與甲基六氫鄰苯二甲酸酐(MHHPA)為導電膠基體，在其乙腈溶液中加入還原劑對二甲氨基苯甲醛（DABA)，在固化溫度下可實現銀離子的原位還原，生成20~30 nm銀納米顆粒；則通過聚乙二醇還原氧化銀原位生成了銀納米顆粒。

也有研究者通過兩個步驟實現了銀納米顆粒在微米銀片上的原位生成：首先在乙醇中加入碘同微米銀片相作用，使其表面生成100nm以下的碘化銀納米團簇；隨后以硼氫化鈉為還原劑，將碘化銀納米團簇還原為銀單質，得到表面原位生成的納米結構。以其為填料的導電膠電阻率可達到10-5 Ω·cm數量級。

在乙醇還原銀離子的溶液中加入平均直徑為8.9 μｍ的銀片，在加熱攪拌條件下納米銀顆?？芍苯舆€原生長于微米銀片表面。由于在還原過程中無需另加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等分散劑，也避免了填料表面絕緣層包覆影響電接觸。在滲流閾值附近，填料增重１％的導電膠電阻率下降了兩個數量級。

【3】納米銀粒子的低溫燒結

納米銀粉具有較高的表面能，在樹脂固化前就能熔化，并與其他金屬填料浸潤連接，形成良好的導電網絡，因此納米銀粒子的低溫燒結也成為提高導電膠導電性能的途徑之一。

科研人員研究了銀-三乙醇胺在銀包銅粉中的應用，他們通過原位合成的手段用硝酸銀和三乙醇胺制備了銀-三乙醇胺混合物，并將其加入環氧樹脂-銀包銅粉導電膠體系，發現在固化溫度時銀-三乙醇胺會分解為納米銀顆粒(AgNPs)和三乙醇胺。分解出來的納米銀顆粒會在銀包銅粉的表面燒結，從而有效防止了銅的氧化，此外，納米銀顆粒的燒結還會促使導電填料的冶金結合，增加銀包銅粉的接觸面積，進一步增加了導電膠的導電性。實驗發現制備的導電膠體系擁有相對于傳統銀包銅粉較好的導電性和穩定性：體積電阻率由9.6×10?4Ω·cm 下降到6.62×10?4 Ω·cm，在85℃/85% RH 固化500 h 后接觸電阻相對于之前23%的變化下降為6.7%。此外，在以片狀銀粉為主要填料的導電膠中加入少量經表面活性劑處理的納米銀粉，退火處理后納米銀粒子在片狀銀粉之間燒結，得到體積電阻率為5×10-6 Ω·cm 的導電膠。

【4】添加低熔點合金

低熔點合金由于能在導電膠的固化溫度下熔化，當導電膠冷卻時低熔點合金重新凝聚，使導電填料在導電膠內部形成冶金連接，從而降低導電膠的整體接觸電阻。

采用雙酚F環氧樹脂，雙氰胺為固化劑，銀粉為金屬填料制得導電膠，研究了添加低熔點合金SnBi對導電膠性能的影響。發現適量SnBi 合金可以提高導電性能和剪切強度，但過量SnBi 合金反而會使這些性能下降。當w(SnBi)為15%時，導電膠的性能最佳，此時導電膠的體積電阻率為3.4×10-4Ω·cm，剪切強度為12.56 MPa。

【5】提高聚合物基體的收縮率

科研人員通過研究樹脂基體的固化收縮率對導電膠體積電阻率的影響，發現導電膠在未固化前是不導電的，導電性的建立發生在樹脂基體的凝膠化階段，之后導電膠的體積電阻率變化較小。

有研究表明體積電阻率與樹脂基體的固化收縮率呈反比例關系，固化收縮率越大，體積電阻率越低。對此得出的結論是：基體樹脂的固化收縮一方面可以使導電填料之間接觸更緊密，降低了接觸電阻，另一方面可以使原本遠離的顆粒間距離變得更小，降低了隧穿電阻。因此選擇適當的聚合物基體來提高聚合物基體的固化收縮率可以有效提高導電膠的導電性。

【6】銀粉表面處理

研究表明銀表面存在的長鏈脂肪酸等有機潤滑層會阻隔銀之間的電流導通，增加導電膠的體積電阻，利用短鏈二酸對銀表面進行處理可以有效地去除有機潤滑層以降低體積電阻。研究者采用丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸等短鏈二酸對微米銀片進行處理，發現處理過的導電膠比未經處理的微米銀片填充的導電膠導電性能高出4~6 倍，其中用戊二酸和己二酸處理過的效果最好。同樣的，采用硅烷偶聯劑KH-560 對納米銀粉進行表面改性處理，發現KH-560 可以以化學鍵合的方式吸附在納米銀顆粒表面，使其分散均勻，與不加KH-560 改性的導電膠相比，其電導率提高了3~5 倍。

【7】使用導電促進劑

促進劑的加入可以部分去除粒子表面的有機物，從而降低導電膠的體積電阻率。有研究者在銀包銅粉導電膠體系中加入DBGE 作為導電膠促進劑，發現適當加入促進劑有利于提高導電膠的導電性，并且發現在促進劑質量百分數為2%的時候導電性能最好。

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