一種導(dǎo)電膠及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電膠，采用液態(tài)無毒性的固化劑取代常用的有機(jī)酰肼、雙氰胺、咪唑等傳統(tǒng)固化劑，使得銅粉/環(huán)氧導(dǎo)電膠具有生產(chǎn)成本低，固化溫度低（60℃），固化時間短（4h），體積電阻率小，高溫高頻穩(wěn)定性好，在85℃、RH85%的環(huán)境下經(jīng)過1000h老化測試后的結(jié)果表明導(dǎo)電膠電導(dǎo)率的變化和剪切強(qiáng)度的變化均不超過10%，其特征在于：由環(huán)氧樹脂：15～20份、胺類固化劑：7.5～10份、稀釋劑：1～7份、微米尺寸銅粉：10～70份、納米尺寸銅粉：10～70份、改性劑：1～3份組成，本發(fā)明同時還提供了一種導(dǎo)電膠的制造方法。
【專利說明】一種導(dǎo)電膠及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子封裝用導(dǎo)電膠【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種導(dǎo)電膠及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子元器件逐漸向小型化、輕型化的方向發(fā)展，微電子封裝行業(yè)中傳統(tǒng)用Sn/ Pb焊料已經(jīng)不能滿足工藝的要求。主要原因是:(I)線分辨率太低，只能在節(jié)距為0.65mm以上的范圍內(nèi)使用；(2) Pb對環(huán)境污染嚴(yán)重在歐美國家已經(jīng)被禁止使用，故此Sn/Pb焊料的應(yīng)用受到限制；(3)焊料焊接溫度過高容易損壞器件。鑒于以上不利的條件，導(dǎo)電膠作為一種新型的材料代替焊料在電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)電膠是一種固化和干燥后具有一定導(dǎo)電性能的特殊膠粘劑，是在有機(jī)聚合物基體樹脂中添加固化劑、導(dǎo)電填料及其它助劑等制備而成。導(dǎo)電膠固化后具有與金屬相近的導(dǎo)電性能，可以將同種或不同種導(dǎo)電材料連接在一起，使被連接的材料間形成導(dǎo)電回路，被普遍認(rèn)為是Sn/Pb焊料的優(yōu)良替代材料。在各類導(dǎo)電膠中，金粉導(dǎo)電膠的成本較高，銀粉導(dǎo)電膠則存在著電遷移等問題，故兩者的應(yīng)用范圍均受到很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電膠，降低了導(dǎo)電膠使用過程中對`人的毒副作用和對環(huán)境的污染，并可以提高導(dǎo)電填料的加入量，同時充分保證導(dǎo)電膠的粘接強(qiáng)度，韌性等力學(xué)綜合性能。在60°C的低溫下4h就可完全固化實現(xiàn)對原件的粘接，將粘接過程中對元器件的損傷降至最低，同時降低了生產(chǎn)材料成本。
[0004]其技術(shù)方案是這樣的:一種導(dǎo)電膠，由下列質(zhì)量份數(shù)的組分組成:
環(huán)氧樹脂:15~20份，固化劑:7.5~10份，稀釋劑:1~9份，微米尺寸銅粉:10~70份，納米尺寸銅粉:10~70份，改性劑:1~3份。
[0005]其進(jìn)一步特征在于:
所述環(huán)氧樹脂選自縮水甘油醚類雙酚A型、雙酚F型環(huán)氧樹脂、脂肪族環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯環(huán)氧樹脂中的一種或一種以上的混合物，上述環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值為0.4~0.7，25°C粘度為 300 ~35000 mPas ；
所述固化劑選自多乙烯多胺、三甲基六亞甲基二胺、酰胺基胺類、間苯二甲胺的一種或一種以上的混合物；
所述稀釋劑選自單環(huán)氧基的丙烯基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、雙環(huán)氧基的乙二醇雙縮水甘油醚、間苯二酚雙縮水甘油醚中的一種或一種以上的混合物，上述稀釋劑25°C粘度為I~350 mPas ；
所述微米尺寸銅粉的平均粒徑范圍為20~70 Mm ;
所述納米尺寸銅粉的平均粒徑范圍為50~100 nm ；
所述改性劑選自KH550、KH570中的一種或一種以上的混合物。
[0006]一種導(dǎo)電膠的制造方法，其特征在于:其包括以下步驟:(1)、環(huán)氧樹脂的預(yù)處理:
用燒杯盛裝適量的環(huán)氧樹脂放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，在約120°c左右下，放置干燥約Ih左右以除去環(huán)氧樹脂中的水分；
(2)、銅粉的改性:
稱取一定量的銅粉置于燒杯中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%_3%的改性劑，然后再加入適量的無水乙醇，用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)對其進(jìn)行超聲波改性，超聲30min-60min后將其倒入蒸發(fā)皿中，放入真空烘箱內(nèi)將改性好的銅粉烘干備用；
(3)、制備導(dǎo)電膠的工藝方法:
按比例將一定量改性過的銅粉和去除水分的環(huán)氧樹脂同稀釋劑以及其他助劑一起用玻璃棒初混后，倒入三輥研磨機(jī)充分混合約30min，混合均勻后放入真空烘箱抽真空進(jìn)行除氣泡處理，使用時加入一定量的固化劑，攪拌均勻后，將其置于約60°C環(huán)境下恒溫約4h使之完全固化即可。
[0007]本發(fā)明的上述導(dǎo)電膠中，本發(fā)明選用銅粉作為導(dǎo)電填料，并對銅粉進(jìn)行表面改性處理，從而提高了其在導(dǎo)電膠基體中的分散性和使用過程中的抗氧化性及連接強(qiáng)度；選用無毒液態(tài)低粘度聚合物做為膠粘劑基體，不需要添加其他常用毒性較大助劑，降低了導(dǎo)電膠使用過程中對人的毒副作用和對環(huán)境的污染，并可以提高導(dǎo)電填料的加入量，同時充分保證導(dǎo)電膠的粘接強(qiáng)度，韌性等力學(xué)綜合性能。在60°C的低溫下4h就可完全固化實現(xiàn)對原件的粘接，將粘接過程中對元器件的損傷降至最低，由于銅粉導(dǎo)電膠由于其導(dǎo)電性能基本接近銀粉導(dǎo)電膠，并且連接強(qiáng)度較好，選用銅粉作為導(dǎo)電填料大大降低了生產(chǎn)材料成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1環(huán)氧樹脂固化前后的FT-1R譜圖；
圖2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%導(dǎo)電膠的平面SEM照片；
圖3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%導(dǎo)電膠的斷面SEM照片；
圖4體積電阻率電阻率同導(dǎo)電粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線；
圖5體積電阻率同溫度的變化曲線；
圖6體積電阻率同頻率的變化曲線；
圖7銅粉/環(huán)氧導(dǎo)電膠的TGA曲線。
【具體實施方式】
[0009]一種導(dǎo)電膠，由下列質(zhì)量份數(shù)的組分組成:
環(huán)氧樹脂:15~20份，固化劑:7.5~10份，稀釋劑:1~9份，微米尺寸銅粉:10~70份，納米尺寸銅粉:10~70份，改性劑:1~3份。
[0010]環(huán)氧樹脂選自縮水甘油醚類雙酚A型、雙酚F型環(huán)氧樹脂、脂肪族環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯環(huán)氧樹脂中的一種或一種以上的混合物，上述環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值為0.4~0.7，25°C粘度為 300 ~35000 mPas ；
固化劑選自多乙烯多胺、三甲基六亞甲基二胺、酰胺基胺類、間苯二甲胺的一種或一種以上的混合物；
稀釋劑選自單環(huán)氧基的丙烯基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、雙環(huán)氧基的乙二醇雙縮水甘油醚、間苯二酚雙縮水甘油醚中的一種或一種以上的混合物，上述稀釋劑25°C粘度為I ~350 mPas ；
微米尺寸銅粉的平均粒徑范圍為20~70 Mm；
納米尺寸銅粉的平均粒徑范圍為50~100 nm ；
改性劑選自KH550、KH570中的一種或一種以上的混合物。
[0011]實施例1:
按如下質(zhì)量百分比(％)配方配制導(dǎo)電膠:
E-51環(huán)氧樹脂20
低分子量聚酰胺10
乙二醇雙縮水甘油醚7
微米尺寸銅粉30 納米尺寸銅粉30
KH5503
制造方法:
(1)、環(huán)氧樹脂的預(yù)處理:
用燒杯盛裝環(huán)氧樹脂放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，在120°C下，放置干燥Ih以除去環(huán)氧樹脂中的水分；
(2)、銅粉的改性:
稱取一定量的銅粉置于燒杯中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%或2%或3%的改性劑，然后再加入適量的無水乙醇，用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)對其進(jìn)行超聲波改性，超聲30min后將其倒入蒸發(fā)皿中，放入真空烘箱內(nèi)將改性好的銅粉烘干備用；
(3)、制備導(dǎo)電膠的工藝方法:
按比例將一定量改性過的銅粉和去除水分的環(huán)氧樹脂同稀釋劑以及其他助劑一起用玻璃棒初混后，倒入三輥研磨機(jī)充分混合30min，混合均勻后放入真空烘箱抽真空進(jìn)行除氣泡處理，使用時加入一定量的固化劑，攪拌均勻后，將其置于60°C環(huán)境下恒溫4h使之完全固化即可。
[0012]通過本發(fā)明的上述方法制備了一種導(dǎo)電膠，其在60 1:下4 h固化后體積電阻率為:3.7XlO-4 Ω.cm，抗剪切強(qiáng)度為:17.6 MPa，在85 °C、RH 85%的環(huán)境下經(jīng)過1000 h老化測試后的結(jié)果表明導(dǎo)電膠電導(dǎo)率的變化和剪切強(qiáng)度的變化均不超過10 %。見圖1為所制導(dǎo)電膠固化前后的紅外譜圖，可以看到60 °C下4 h后導(dǎo)電膠已固化完全；見圖2、圖3為所制導(dǎo)電膠的平面和斷面SEM照片，可以看到微納尺寸的銅粉在環(huán)氧中分散搭接良好并無氣泡；見圖4為所制導(dǎo)電膠中銅粒子總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)同體積電阻率的關(guān)系曲線，可以看到當(dāng)銅粒子總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時，所制導(dǎo)電膠有低的體積電阻率3.7Χ10_4Ω.cm ;見圖5、圖6為所制導(dǎo)電膠體積電阻率同溫度和頻率的變化關(guān)系曲線，可以看到所制導(dǎo)電膠具有良好的溫度和頻率穩(wěn)定性；見圖7為所制導(dǎo)電膠的熱失重曲線，可以看到200°C時所制導(dǎo)電膠僅失重0.8%，說明所制導(dǎo)電膠具有很好的耐熱性能。
[0013]實施例2:
按如下質(zhì)量百分比(％)配方配制導(dǎo)電膠:
E-51環(huán)氧樹脂20
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)電膠，其特征在于:由下列質(zhì)量份數(shù)的組分組成: 環(huán)氧樹脂:15~35份，固化劑:7.5~20份，稀釋劑:1~7份，微米尺寸銅粉:10~70份，納米尺寸銅粉:10~70份，改性劑:1~3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電膠，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂選自縮水甘油醚類雙酚A型、雙酚F型環(huán)氧樹脂、脂肪族環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯環(huán)氧樹脂中的一種或一種以上的混合物，上述環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值為0.4~0.7，25°C粘度為300~35000 mPas。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電膠，其特征在于:所述固化劑選自多乙烯多胺、三甲基六亞甲基二胺、酰胺基胺類、間苯二甲胺的一種或一種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電膠，其特征在于:所述稀釋劑選自單環(huán)氧基的丙烯基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、雙環(huán)氧基的乙二醇雙縮水甘油醚、間苯二酚雙縮水甘油醚中的一種或一種以上的混合物，上述稀釋劑25°C粘度為I~350 mPas。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電膠，其特征在于:所述微米尺寸銅粉的平均粒徑范圍為20~70 Mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電膠，其特征在于:所述納米尺寸銅粉的平均粒徑范圍為50~100 nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電膠，其特征在于:所述改性劑選自KH550、KH570中的一種或一種以上的混合物。
8.權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電膠的制造方法，其特征在于:其包括以下步驟: (1)、環(huán)氧樹脂的預(yù)處理: 用燒杯盛裝適量的環(huán)氧樹脂放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，在約120°C左右下，放置干燥約Ih左右以除去環(huán)氧樹脂中的水分； (2)、銅粉的改性: 稱取一定量的銅粉置于燒杯中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%_3%的改性劑，然后再加入適量的無水乙醇，用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)對其進(jìn)行超聲波改性，超聲30min-60min后將其倒入蒸發(fā)皿中，放入真空烘箱內(nèi)將改性好的銅粉烘干備用； (3)、制備導(dǎo)電膠的工藝方法: 按比例將一定量改性過的銅粉和去除水分的環(huán)氧樹脂同稀釋劑以及其他助劑一起用玻璃棒初混后，倒入三輥研磨機(jī)充分混合約30min，混合均勻后放入真空烘箱抽真空進(jìn)行除氣泡處理，使用時加入一定量的固化劑，攪拌均勻后，將其置于約60°C環(huán)境下恒溫約4h使之完全固化即可。
【文檔編號】C09J9/02GK103834322SQ201410075874
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】張博 申請人:華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司