CN102585743A - 一种导电胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导电胶及其制备方法，具体步骤为1）将纳米银粉加入到氨基酸的水溶液中，得到氨基酸改性的纳米银粉，备用；2）将环氧树脂和环氧稀释剂在室温下混合；3）将固化剂、固化促进剂和偶联剂加入到步骤2）制得的环氧树脂和环氧稀释剂的混合物中，并在室温下进行混合，得到混合物；4）将氨基酸改性的纳米银粉加入均匀混合物中，再加入微米银粉，并在室温下进行搅拌，至混合均匀，即得所述导电胶。本发明所用的导电银粉能够大幅度降低银粉含量，使得导电胶综合性能好。

Description

一种导电胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电胶及其制备方法，尤其是涉及一种低银含量的导电胶及其制备方法。

背景技术

导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂，它通常由基体树脂、导电填料和助剂等组成。树脂基体主要起到粘结作用，填料用来形成导电通路。基体树脂主要为热固性的环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等；导电填料可以是金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和石墨等。

目前商用导电胶大都使用银粉作为具有导电和导热性能的填料，其材料成本的主要部分也是银粉。但是随着工业界对于银等的贵金属的需求日益旺盛，银粉价格一直在不断攀升，导致导电胶在电子封装中所占成本明显地上升，所以开发出一类较低成本的导电胶满足市场的迫切需求成为科学界和工业界都非常关心的问题。

目前，降低导电胶的成本有两种途径，一种是用其他非贵金属如铜，镍或者镀银铜、镀银镍等来取代银粉作为导电填料，但是铜粉容易氧化成氧化铜，氧化铜不导电；镍粉虽然相对来说较难氧化，但是镍粉的加工性不好，不易加工成需要的形状满足要求；在铜粉和镍粉表面镀上银或者金等贵金属，虽然可以有效防止氧化，但是很难确保铜粉或者镍粉表面全部都能镀上贵金属，只要铜粉或者镍粉表面有一些裸露，当水汽进入时就会加速铜粉或者镍粉氧化。这些缺点都限制了铜、镍、镀银铜和镀银镍等在导电胶的应用。另一种方法就是降低银粉在导电胶中的含量，这种方法由于可靠性高，综合性能较好等优点已经吸引了人们的广泛注意。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低银含量的导电胶及其制备方法，从而达到降低成本的目的。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种导电胶，包括以下重量百分比的各原料：导电银粉50％～70％，环氧树脂10％～25％，环氧稀释剂3％～10％，固化剂8％～20％，固化促进剂0.5％～2％，氨基酸0.5～2％，偶联剂0.5％～2％。

本发明的有益效果是：本发明所用的导电银粉能够大幅度降低银粉含量，使得导电胶综合性能好。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述导电银粉为纳米银粉和微米银粉。

进一步，所述纳米银粉的粒径范围为5纳米～100纳米，优选的粒径范围为10纳米～20纳米，微米银粉粒径范围为0.5微米～100微米，优选的粒径范围为1微米～50微米。

采用上述进一步方案的有益效果是，纳米银具有粒径小，较大的比表面积和活性高等特点，填充较少的纳米银粉通过隧道效应，就能达到导电胶的渗流阈值，使其具有较好的导电性。为此，本发明将纳米银粉与与微米银粉混合使用，使导电胶具有较好的综合性能。

进一步，所述环氧树脂为缩水甘油醚类双酚A型、双酚F型环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂或有机硅改性环氧树脂中的一种或者任意两种以上的混合物。

进一步，所述环氧稀释剂为1，4-丁二醇缩水甘油醚、新戊二醇缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚、1，4-环己烷二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚或聚乙二醇二缩水甘油醚中中的一种或者任意两种以上的混合物。

进一步，所述固化剂为四氢苯酐、甲基四氢苯酐、六氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基纳迪克酸酐或十二烷基顺丁烯二酸酐中的一种或者任意两种以上的混合物。

进一步，所述固化促进剂为苄基二甲胺、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚及其改性物、2-乙基-4-甲基咪唑、氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、苄基二甲胺的改性物、甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、2，4-二氨基-6-(2-十一烷基咪唑-1-乙基)-S-三嗪及其衍生物和盐中其改性物中的一种或者任意两种以上的混合物。

进一步，所述氨基酸为丙氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、天门冬酰胺、半胱氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸、缬氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸、牛磺酸、γ-酪氨酸或赖氨酸中的一种或者任意两种以上的混合物。

进一步，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种的混合物。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种导电胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将导电银粉中的纳米银粉加入到氨基酸的水溶液中，进行搅拌，然后再依次进行离心、洗涤、干燥，得到氨基酸改性的纳米银粉，备用；

2)将环氧树脂和环氧稀释剂在室温下混合，得到环氧树脂和环氧稀释剂的混合物；

3)将固化剂、固化促进剂和偶联剂加入到步骤2)制得的环氧树脂和环氧稀释剂的混合物中，并在室温下进行混合，得到混合物，然后将所述混合物放到研磨机上，并在室温下进行研磨，得到均匀混合物；

4)将步骤1)中得到的氨基酸改性的纳米银粉加入到步骤3)制得的均匀混合物中，再加入微米银粉，并在室温下进行搅拌，至混合均匀，即得所述导电胶；

其中，所述导电银粉，环氧树脂，环氧稀释剂，固化剂，固化促进剂，氨基酸及偶联剂的重量百分比为50％～70％∶10％～25％∶3％～10％∶8％～20％∶0.5％～2％∶0.5～2％∶0.5％～2％。

进一步，在步骤1)中，所述搅拌是在40～100℃的温度下，搅拌6～48小时，所述干燥下温度为15～25℃。

进一步，在步骤2)中，所述混合的时间为3～30分钟。

进一步，在步骤3)中，所述混合的时间为3～30分钟，所述研磨的时间为3～30分钟。

本发明的有益效果是，由于纳米银具有高比表面积，活性大，容易团聚，导致其在环氧树脂基体中很难分散，本发明通过通过用氨基酸对纳米银进行表面改性，使其较好的分散在树脂基体中，固化时氨基酸参与环氧固化从纳米银的表面脱除，使纳米粒子具有较好的导电性。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

在常温下，分别按照表1中实施例1指定的各组分，将双酚A型环氧树脂和1，4-丁二醇缩水甘油醚混合3分钟至均匀，然后加入甲基四氢苯酐、2-十一烷基咪唑和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，室温下混合15分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入片状银粉1，室温下低速混合30分钟即可制得本发明的导电胶。

实施例2

在常温下，分别按照表1中实施例2指定的各组分，将双酚F型环氧树脂和新戊二醇缩水甘油醚混合10分钟至均匀，然后加入甲基六氢苯酐、2-乙基-4-甲基咪唑和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，室温下混合10分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入片状银粉1和片状银粉2，室温下低速混合45分钟即可制得本发明的导电胶。

实施例3

在常温下，分别按照表1中实施例3指定的各组分，将双酚A型和双酚F型环氧树脂和聚乙二醇二缩水甘油醚混合20分钟至均匀，然后加入甲基纳迪克苯酐、2-十一烷基咪唑和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，室温下混合20分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入纳米银粉1和片状银粉1，室温下低速混合45分钟即可制得本发明的导电胶。

实施例4

按照表1中实施例4制定各组分，纳米银粉在谷氨酸的水溶液中40℃搅拌回流6h，离心，洗涤干燥后制备出改性后的纳米银粉，备用；在常温下，分别按照表1中实施例4指定的各组分，将双酚A型和双酚F型环氧树脂、新戊二醇缩水甘油醚和聚乙二醇二缩水甘油醚混合30分钟至均匀，然后加入甲基六氢苯酐、四氢苯酐、2-乙基-4-甲基咪唑、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，室温下混合30分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨之后，加入片状银粉2和改性纳米银粉，室温下低速混合60分钟即可制得本发明的导电胶。

实施例5

按照表1中实施例5制定各组分，纳米银粉在甘氨酸的水溶液中100℃搅拌回流48h，离心，洗涤干燥后制备出改性后的纳米银粉，备用；在常温下，分别按照表1中实施例5指定的各组分，将双酚A型和双酚F型环氧树脂、聚乙二醇二缩水甘油醚和1，4-环己烷二醇缩水甘油醚混合20分钟至均匀，然后加入甲基四氢苯酐、四氢苯酐、2-十一烷基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和己二胺基甲基三甲氧基硅烷，室温下混合10分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨30分钟之后，加入片状银粉2和改性纳米银粉，室温下低速混合60分钟即可制得本发明的导电胶。

实施例6

按照表1中实施例6制定各组分，纳米银粉在赖氨酸的水溶液中80℃搅拌回流24h，离心，洗涤干燥后制备出改性后的纳米银粉，备用；在常温下，分别按照表1中实施例6指定的各组分，将双酚A型和双酚F型环氧树脂和二乙二醇缩水甘油醚混合20分钟至均匀，然后加入甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、2-十一烷基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，室温下混合10分钟成为均匀混合物，再经过三辊机研磨3分钟之后，加入片状银粉2和改性纳米银粉，室温下低速混合60分钟即可制得本发明用于的导电胶。

表1各实施例组分含量

备注：片状银粉1平均粒径10微米；片状银粉2平均粒径为20微米，

纳米银粉1平均粒径为20纳米。

将以上各实施例得到的本发明的导电胶在固化条件为175℃的烘箱内放置1小时。固化后材料的导热率的测试按照ASTM C518标准来进行，导电率的测试按照四点探针的方法来进行。各个实施例的测试结果如表2所示。

表2各实施例得到的导电胶导热率测试结果

从表2中可以看出，本发明通过降低银粉的用量制备的导电胶，降低了成本，保持了获得了良好的导电导热性能，可以满足在半导体封装和发光二级管领域的应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导电胶，其特征在于，包括以下重量百分比的各原料：导电银粉50%～70%，环氧树脂10%～25%，环氧稀释剂3%～10%，固化剂8%～20%，固化促进剂0.5%～2%，氨基酸0.5～2%,偶联剂0.5%～2%。

2.根据权利要求1所述的导电胶，其特征在于，所述导电银粉为纳米银粉和微米银粉。

3.根据权利要求2所述的导电胶，其特征在于，所述纳米银粉的粒径为5纳米～100纳米，所述微米银粉的粒径为0.5微米～100微米。

4.根据权利要求3所述的导电胶，其特征在于，所述纳米银粉的粒径为10纳米～20纳米，所述微米银粉的粒径为1微米～50微米。

5.根据权利要求1所述的导电胶，其特征在于，所述环氧树脂为缩水甘油醚类双酚A型、双酚F型环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂或有机硅改性环氧树脂中的一种或者任意两种以上的混合物；所述环氧稀释剂为1,4-丁二醇缩水甘油醚、新戊二醇缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚、1,4-环己烷二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚或聚乙二醇二缩水甘油醚中中的一种或者任意两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的导电胶，其特征在于，所述固化剂为四氢苯酐、甲基四氢苯酐、六氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基纳迪克酸酐或十二烷基顺丁烯二酸酐中的一种或者任意两种以上的混合物；所述固化促进剂为苄基二甲胺、2，4，6—三（二甲胺基甲基）苯酚及其改性物、2-乙基-4-甲基咪唑、氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、苄基二甲胺的改性物、甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、2,4-二氨基-6-（2-十一烷基咪唑-1-乙基）-S-三嗪及其衍生物和盐中其改性物中的一种或者任意两种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的导电胶，其特征在于，所述氨基酸为丙氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、天门冬酰胺、半胱氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸、缬氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸、牛磺酸、γ-酪氨酸或赖氨酸中的一种或者任意两种以上的混合物。

8.根据权利要求1所述的导电胶，其特征在于，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种的混合物。

9.一种导电胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将导电银粉中的纳米银粉加入到氨基酸的水溶液中，进行搅拌，然后再依次进行离心、洗涤、干燥，得到氨基酸改性的纳米银粉，备用；

2）将环氧树脂和环氧稀释剂在室温下混合，得到环氧树脂和环氧稀释剂的混合物；

3）将固化剂、固化促进剂和偶联剂加入到步骤2）制得的环氧树脂和环氧稀释剂的混合物中，并在室温下进行混合，得到混合物，然后将所述混合物放到研磨机上，并在室温下进行研磨，得到均匀混合物；

4）将步骤1）中得到的氨基酸改性的纳米银粉加入到步骤3）制得的均匀混合物中，再加入微米银粉，并在室温下进行搅拌，至混合均匀，即得所述导电胶；

其中，所述导电银粉，环氧树脂，环氧稀释剂，固化剂，固化促进剂，氨基酸及偶联剂的重量百分比为50%～70%：10%～25%：3%～10%：8%～20%：0.5%～2%：0.5～2%：0.5%～2%。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，所述搅拌是在40～100^oC的温度下，搅拌6～48小时，所述干燥下温度为15～25^oC；在步骤2）中，所述混合的时间为3～30分钟；在步骤3）中，所述混合的时间为3～30分钟，所述研磨的时间为3～30分钟。