导电粒子对导电胶导电性能的影响

导电粒子对导电胶导电性能的影响李磊;苏华弟;梅领亮【摘要】从导电性角度研究导电粒子类别、形貌、添加量对导电胶导电性能的影响,研究其电阻变化规律，以及经过热老化和高温冲击后的电阻变化情况.结果显示，经过一系列热老化和热冲击添加片状镍粉的导电胶电阻变化最大，添加片状镀银铜粉的次之，添加树枝状镀银铜粉体系的导电胶电阻变化最小，添加片状镀银铜粉和树枝状混合的导电胶在电阻和夕卜观上均有良好表现.【期刊名称】《印制电路信息》【年(卷)，期】2018(026)004【总页数】4页(P31-34)【关键词】导电粒子;导电性;热冲击【作者】李磊;苏华弟;梅领亮【作者单位】广东正业科技股份有限公司，广东东莞523808;广东正业科技股份有限公司，广东东莞523808;广东正业科技股份有限公司，广东东莞523808【正文语种】中文【中图分类】TN410引言响应近年来平板电脑、通信设备、手机等的进一步高性能化和小型化的要求，多块挠性印制电路板被组装入狭窄且包含复杂结构的框体内部。伴随电子线路的小型化和高频化，对由此产生的不需要的电磁噪音的屏蔽措施愈发重要。对此，一般的解决方案是在挠性印刷线路板上贴合屏蔽电磁噪音的电磁波屏蔽膜。电磁屏蔽膜一般由绝缘层、屏蔽层、导电胶层组成。绝缘层作为最终的保护层；屏蔽层介于绝缘层和导电胶层之间，一般由连续的金属层组成，该金属层能吸收绝大多数的电磁噪音；导电胶层不仅要将电磁屏蔽膜粘结到挠性线路板上，也要起到导通挠性线路板的焊盘、金手指与电磁屏蔽膜屏蔽层的作用，所以导电胶层是电磁屏蔽膜最为关键的一层。导电胶通常主要由树脂基体、导电粒子和分散添加剂、助剂等组成。原则上讲，可以采用各种胶粘剂类型的树脂基体，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。导电粒子本身要有良好的导电性能，形成导电通道，实现导电胶层的导电功能，本文从导电性角度研究导电粒子类别、形貌、添加量对导电胶导电性能的影响。1试验部分1.1原料片状镍粉，商品牌号HCA-1；片状银包铜粉，银含量10%；树枝状银包铜粉，银含量10%；镀铜膜：广东正业科技（结构如图1）；改性环氧树脂胶黏剂：广东正业科技。图1镀铜膜结构1.2设备烤箱：LY-645B，东莞市立一试验设备有限实验公司；天平：BSA224S,美国赛利多斯；扫描电镜：Phenom（飞纳）Pro；快压机：珠海精科；锡炉：市售；电阻测试：常州同惠TH2512直流低电阻测试仪。1.3性能表征在环氧树脂胶黏剂中加入导电粒子，分散均匀制成导电胶，涂布在镀铜膜上，控制干胶厚度为10顷±1顷，130°C烘烤2min后，制成样品。用扫描电镜Phenom（飞纳）Pro观察导电胶的表面形态；用TH2512测试测试片两端的电阻。1.4试验方法将样品裁剪成适当尺寸，假贴在测试片上，贴合前和贴合后效果如图2所示。使用快压机将样品和测试片压实（压合条件如表1），压合后测一次电阻。然后将贴有样品的测试片在160C烤箱内分别烘烤1h、2h、3h,取出后在300C无铅锡炉里分别浸泡10s、20s、30s,在这一过程中，测试各个阶段的电阻。表1快压机压合参数？2试验结果与分析2.1导电粒子添加量对电阻的影响片状镍粉、片状镀银铜粉、树枝状镀银铜粉在不同添加量时，压合测试片后的电阻值如表2所示。图2测试片表2导电粒子添加量对电阻的影响（单位：mQ）?结果显示在实验选择的各种添加量（50%以下）时，树枝状镀银铜粉在压合后电阻最小，而片状镀银铜粉在低添加量时电阻最大，随着添加量的提高，电阻迅速减小。添加量为50%时，电阻已经低于相同添加量的镍粉，但是仍大于树枝状镀银铜粉。工业应用的产品不仅对性能有要求，对外观也会有一定的要求。实验过程中发现，单独使用树枝状镀银铜粉时，遮盖力差，很容易产生外观缺陷。而片状镀银铜粉配方则能很好的表现镀银铜粉金属的外观且外观平整，另外片状镀银铜粉的成本较树枝状镀银铜粉低。综上两种原因，做了如下配方设计：镀银铜粉总体含量为35%,采用片状镀银铜粉和树枝状镀银铜粉共混，配方具体设计及结果如表3。结果显示：随着片状镀银铜粉的增加，电阻先变大后变小，再变大，在片状/树枝状镀银铜粉=1/1-2/1达到最小，且小于相同添加量单纯使用树枝状镀银铜粉的138mQ。其原因可能是在该实验中，导电粒子并没有形成连续的相，仍然是孤立的〃岛”，因此，电流的主要通道是焊盘一导电粒子一镀铜屏蔽层一导电粒子-焊盘。单独使用树枝状镀银铜粉时，由于树枝状结构导通焊盘和镀铜屏蔽层没有问题，但是接触面积小。而单独使用片状镀银铜粉时，尽管与焊盘和镀铜屏蔽层的接触面积大了，但是片与片的粉体间则很难接触。两者共混则刚好发挥两种形态的优势，片状增大接触面的可能，树枝状增加了纵向导通的可能。2.2表面形态的研究在实际应用中，会对产品电阻有一定的要求，本实验选择压合电阻小于200mQ以下的部分样品作为样本进行更深入的研究。如图3~图6分别为不同导电填料的表面SEM照片。图350%片状镍粉图450%片状镀银铜粉图535%树枝状镀银铜粉图635%1:1混合镀银铜粉表3混合镀银铜粉的电阻？导电理论认为，导电粒子在导电胶中存在三种导电机理：导电通道效应，隧道效应，场致发射。当粒子粒径较大时，通常由导电通道效应控制，当粒子为几微米甚至纳米级时，则由隧道效应或场致发射控制（1、2）。在本试验中，由于导电粒子粒径都是在微米级以上，且导电粒子加入量较少，不足以让导电胶内部形成导电通路，导电主要是由于导电粒子刺破树脂，接触到镀铜膜膜面和测试片焊盘，形成了导电通路，其导电以导电通道效应为主。从SEM照片看实验所选择的片状HCA-1镍粉为薄板形状，图3中显示的片状并不多，大多是一个角或者侧面，且竖立的粉料有一定的厚度，对比图4所示的片状镀银铜粉，大多以片状置于表面，竖立不多，且几乎没有厚度。因此片状的镍粉更容易〃刺破”树脂导通镀铜层和测试片的焊盘，这也就不难理解添加量较低时，相同添加量的片状镍粉的比片状镀银铜粉的电阻更低。图5所示的树脂状镀银铜粉尽管〃枝丫”并不长，但是主干粗壮，在样品在压合时，更容易导通镀铜层和测试片的焊盘。图6所示的混合镀银铜粉，则充分发挥了两种镀银铜粉的长处，片状的镀银铜粉与表面增大金属的接触面积，树枝状的镀银铜粉于内部刺破树脂并导通镀铜层和测试片的焊盘。2.3耐热氧化性的研究本实验主要面对挠性线路板行业的应用，作为挠性线路板材料不可避免的要经过各种热烘烤和热冲击。所以本实验特意研究了几种导电粒子在热制程中电阻的变化，结果如图7。由图7可以看出，初始压合后电阻较低的3种不同的镀银铜粉，在整个实验过程中都表现出较低的电阻。但是片状的镀银铜粉电阻明显比树枝状镀银铜粉及混合镀银铜的电阻升高的多。片状镍粉的电阻升高的最大。在导电胶中，电阻除了受到导电材料本身的导电性，形态等参数影响，同时还受到树脂基体的影响，是一个比较复杂的形成过程，由于树脂基体在不同的温度下还可能具有一定的热塑性，导致胶体中的导电粒子的接触也处于不断的变化过程中。在160°C热烘烤时，由于树脂基体变形不大，因此对于粒径较大，相互接触面积比较大的银铜粉来说，电阻增加不多，对于粒径相对较小，相互接触面积比较小的镍粉，电阻增幅较大。同理，由于树脂基体在高温下会产生较大的变形，这就解释了为什么在过锡炉后，电阻会出现忽大忽小的状况。图7导电粒子在热制程中电阻的变化3结论用不同导电粒子加入到环氧树脂胶黏剂，制备了导电胶，分别测试了其涂布在镀铜膜上作为导电胶的电阻，结果表明，用于导电胶时，在同样的粒径下，树枝状的镀银铜粉其导电性优于片状的镀银铜粉，因为