導(dǎo)電膠是一種固化或干燥后具有一定導(dǎo)電性的膠粘劑，隨著電子元器件向小型化、微型化、集成化的方向迅速發(fā)展，導(dǎo)電膠的發(fā)展也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。導(dǎo)電膠通常以基體樹(shù)脂和導(dǎo)電填料組成，通過(guò)基體樹(shù)脂的粘接作用，把導(dǎo)電填料粒子結(jié)合在一起可形成導(dǎo)電通路。常用的導(dǎo)電膠組分可看下表。

表1 導(dǎo)電膠各組份材料及功能

導(dǎo)電性能是導(dǎo)電膠的一項(xiàng)重要指標(biāo)，為滿足未來(lái)先進(jìn)封裝技術(shù)對(duì)高互連精度和高可靠性的要求，納米填料對(duì)導(dǎo)電膠導(dǎo)電性能的影響引起許多研究者關(guān)注。本文便來(lái)了解一下納米尺寸的導(dǎo)電填料及納米粉體技術(shù)是如何改進(jìn)導(dǎo)電膠性能的。

一、導(dǎo)電填料的應(yīng)用機(jī)理

導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機(jī)理主要包括（1）“導(dǎo)電通道”學(xué)說(shuō)（也稱作“滲流理論”）；（2）“隧道效應(yīng)”學(xué)說(shuō)。

其中“滲流理論”主要是指通過(guò)導(dǎo)電填料間的相互接觸形成導(dǎo)電通路，從而獲得導(dǎo)電性。當(dāng)導(dǎo)電填料處于一定的濃度范圍時(shí)，導(dǎo)電膠的電阻率隨填料濃度的增加而產(chǎn)生的變化是不連續(xù)的，存在著滲流閾值Uc（如圖所示，此時(shí)電阻值發(fā)生躍變），這一數(shù)值對(duì)于確定填料用量有重要的指導(dǎo)意義。

填料體積分?jǐn)?shù)對(duì)ECA電阻率的影響

填料間接觸電阻的大小取決于兩個(gè)因素：①通過(guò)小面積接觸區(qū)域時(shí)電流集中引起的收縮電阻；②電流克服絕緣基體層庫(kù)侖阻塞所引起的隧穿電阻。因此要提高導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能，應(yīng)在體系中實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并減小填料間的隔離層厚度。

二、納米填料導(dǎo)電膠性能的影響因素

1、納米填料含量的影響

①只加入納米導(dǎo)電填料：以納米顆粒為單一填料的導(dǎo)電膠，其電阻率隨填料含量的變化符合滲流理論。Lee.H.H等以直徑30~100nm的球狀銀顆粒為導(dǎo)電填料，聚乙酸乙烯酯（PVAs）為基體，制備了不同填料體積分?jǐn)?shù)的導(dǎo)電膠。當(dāng)納米填料填充體積為33.5%，導(dǎo)電膠的電阻率為7.95×102Ω·cm；填料體積分?jǐn)?shù)增至84.8%時(shí)，電阻率則驟降至1.93×10－4Ω·cm，滲流閾值在40%左右。

②納米－微米混合填料導(dǎo)電膠：在傳統(tǒng)的導(dǎo)電膠中加入納米填料粉體后，影響會(huì)分為兩方面：首先，納米填料分布于微米填料間可促進(jìn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，降低滲流閾值；另外，納米填料的摻入又可能影響到微米銀片間的良好接觸（變?yōu)槲⒚足y片-納米顆粒-微米銀片通路），減小了填料間接觸面積，增大了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)接觸電阻。

B.M.Amoli等在傳統(tǒng)銀導(dǎo)電膠中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的銀納米顆粒時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)納米填料占10.7%時(shí)尚可起到降低電阻率的效果，但達(dá)到19.1%時(shí)電阻率降低已不明顯。因此在滲流閾值附近添加納米填料來(lái)改善電學(xué)性能時(shí)，納米填料含量也存在一個(gè)合理的范圍，過(guò)猶不及。

2、納米填料粒徑的影響

P.Mach等在填料含量為75%的微米銀片/環(huán)氧樹(shù)脂導(dǎo)電膠中添加了不同粒徑范圍的銀納米顆粒，并對(duì)導(dǎo)電膠接頭電阻進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)同種納米填料粒徑不同時(shí)，電阻的變化趨勢(shì)可能出現(xiàn)相反的情況：

未添加銀納米顆粒時(shí)的接頭電阻為38mΩ，當(dāng)體系中加入3.8%直徑為80～100nm的銀納米顆粒后，接頭電阻下降約50%；加入3.8%直徑為6～8nm的顆粒后，電阻反而上升了約90%。

這說(shuō)明微米銀片間原有的間隙適合80～100nm粒徑的顆粒填充，強(qiáng)化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；而加入6～8nm的顆粒增大了填料間的接觸電阻，影響了導(dǎo)電膠的性能。

3、納米填料形狀與維度的影響

除納米顆粒外，一維和二維納米填料也被用于導(dǎo)電膠體系中，形狀各異的納米填料賦予了導(dǎo)電膠新的性能特點(diǎn)。

如Marcq F等人在銀-環(huán)氧樹(shù)脂導(dǎo)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(fā)現(xiàn)：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(dǎo)率，因?yàn)樘技{米管可以在銀顆粒之間形成導(dǎo)電橋接，從而提高了導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性。

雙壁碳納米管（圖片來(lái)源：國(guó)安新材料）

4、納米填料表面狀態(tài)的影響

納米顆粒在高表面能驅(qū)動(dòng)下易發(fā)生團(tuán)聚，對(duì)其進(jìn)行表面處理可有效防止團(tuán)聚發(fā)生，從而改善導(dǎo)電膠電學(xué)性能。LiY.等分別采用丙二酸和對(duì)苯二硫酚處理銀納米顆粒，在表面形成了自組裝單層膜（SAMs）輔助填料間吸附接觸，導(dǎo)電膠接頭電阻可達(dá)到無(wú)鉛釬料接頭的水平。

三、納米填料導(dǎo)電膠性能的改進(jìn)技術(shù)

對(duì)于某一導(dǎo)電膠而言，當(dāng)其納米填料種類與質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，優(yōu)化納米填料空間分布狀態(tài)、改變固化溫度與時(shí)間也是改進(jìn)導(dǎo)電膠性能的重要方向。

1、納米填料原位生成

納米填料原位生成優(yōu)化了其空間分布狀態(tài)。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(tuán)聚的不利影響。此外對(duì)于納米－微米混合填料體系而言，通常導(dǎo)電膠由兩種填料分別加入膠黏劑基體中制備而成，若預(yù)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。

2、納米填料燒結(jié)

由于納米材料的小尺寸效應(yīng)，其自擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)高于塊體材料；而且熔化所需增加的內(nèi)能比塊體材料要小得多，隨著溫度的升高，納米材料表面開(kāi)始出現(xiàn)液相。

這兩方面因素促進(jìn)了填料間傳質(zhì)作用，因此通過(guò)調(diào)整固化溫度與時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電膠中納米填料的低溫?zé)Y(jié)，其高表面能在燒結(jié)時(shí)可驅(qū)動(dòng)孔洞收縮及空位團(tuán)湮沒(méi)，從而達(dá)到降低接頭電阻率、提高連接強(qiáng)度的目的。

總結(jié)

在一定含量范圍內(nèi)，在導(dǎo)電膠中采用納米填料可顯著降低滲流閾值，并有助于基體與填料間的緊密結(jié)合；而應(yīng)用納米填料原位生成和納米填料燒結(jié)等技術(shù)也可對(duì)導(dǎo)電膠性能進(jìn)一步地優(yōu)化。目前雖然納米填料的成本對(duì)其在導(dǎo)電膠的應(yīng)用造成一定限制，但更加節(jié)能環(huán)保、可靠性更高的納米復(fù)合導(dǎo)電膠產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，無(wú)疑將具有重要意義。

資料來(lái)源：

1.納米填料導(dǎo)電膠研究進(jìn)展，何鵬，王君，顧小龍，林鐵松。

2.電子封裝用納米導(dǎo)電膠的研究進(jìn)展，周良杰，黃揚(yáng)，吳豐順，夏衛(wèi)生，付紅志，王世堉，劉哲。

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