CN111995963A

CN111995963A - 一种单组份银基导电胶及制备方法

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Publication number: CN111995963A
Application number: CN202010913558.4A
Authority: CN
Inventors: 陈华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2020-11-27

Abstract

本发明涉及到本发明涉及涉及到一种单组份银基导电胶，单组份银基导电胶由25～66％的银纳米导电颗粒、8～10％的分散剂、10～15％的促凝剂、3～5％的固化剂、20～35％的增塑剂、1～20％的预聚体和1～2％的溴化铅铯量子点组成，其中百分含量为质量百分数，有效提高了其剪切强度以及电导率，该制备方法简单、操作本发明制备工艺简单、成本低廉、重复性强，极具市场商品化潜力。

Description

一种单组份银基导电胶及制备方法

技术领域

本发明属于导电粘结剂领域，具体涉及到一种单组份银基导电胶，特别是单组份银基导电胶制备方法。

背景技术

随着电子产品向微型化、高集成度方向发展，电子元器件的封装技术与印制电路板的制造技术对互连材料的要求更加严苛，传统材料已经无法满足环境与技术的需求。

电子导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂，它作为一种新兴电子材料成为传统Sn/Pb焊料的理想替代品且更具竞争力。电子封装技术中，导电胶替代Sn/Pb焊料具有环境友好、操作温度低、分辨率高的优点；印制电路板制造技术中，导电胶塞孔代替传统电镀技术具有环境友好、工艺流程简单的优势，甚至可以实现任意层互连导电粘接，其作为一项新的特种工艺，应用日益广泛，导电胶在电子工业中已成为一种必不可少的新材料。导电胶有许多优越之处，如能在较低温度甚至室温下固化，可避免焊接时高温引起的材料变形、元器件损坏；可避免铆接的应力集中及电磁信号的损失、泄露等。目前国内市场上一些高尖端的领域使用的导电胶体积电阻率一般10^-2～10^-4Ω·cm，部分高温固化的导电胶可以达到10-5Ω·cm，但使用范围有限，这是因为加温可能导致电子元器件出现变形、热老化等问题，而影响其性能。

银具有优良的导电性能和导热性能，电导率可达6.3×10⁷S/m，热导率达429W/(m·K)。银在空气中不易被氧化，且氧化后的产物仍具导电性；同时，银价格低于金或铂，因此银是最常用、最理想的导电填料之一。国内以银粉为导电填料的导电胶种类繁多。专利申请CN109243669A公开了一种利用玻璃碱性制备的良好触变性的太阳能正银浆料及其制备方法，该专利由导电相，无机相碱性玻璃粉，有机相构成；专利申请CN109448886A公开了一种导电银浆的制备方法包括稀释，固化剂，剂粘结剂。其球状银粉比片状银粉为1比1，但是其附着力有待提高。

发明内容

本发明针对于现有单组份导电基体粘结性低、抗拉强度低、高电阻率，提供了一种具有高粘结性、高抗拉强度、低电阻率的一种单组份银基导电胶及制备方法。

本发明的技术方案为：

一种单组份银基导电胶，其特征在于，所述单组份银基导电胶由25～66％的银纳米导电颗粒、8～10％的分散剂、10～15％的促凝剂、3～5％的固化剂、20～35％的增塑剂、1～20％的预聚体和1～2％的溴化铅铯量子点组成，其中百分含量为质量百分数。

作为优选，促凝剂由椰油酸乙二醇酰胺、甲叉双丙烯酰胺、ε-己内酰胺烷、醇酰胺、月桂酰胺丙基甜菜碱、聚丙烯酰胺中的两种以上任意比例组成，促凝剂酰化效果显著，使其导电通道得以增加，减小了电子传输过程中过多的能量损耗，尤其以醇酰胺为主体的复合酰胺剂效果最为显著，具有很低的表面能、降低了方阻阻值；

作为优选，溴化铅铯量子点合成原料为8～13％的GeO₂、5～13％的B₂O₃、12～18％的PbO、8～15％的Cs₂CO₃、10～22％的PbBr₂和31～57％的NaBr，其中百分含量为质量百分数；将上述原料经二次高温处理即得到溴化铅铯量子点，其中第一次处理温度为600-800℃，第二次处理温度为100-350℃。

作为优选，预聚体由脲醛树脂、含氟树脂、有机硅树脂、羟丙基纤维素甲基醚烷氧基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯啉酮、丙酮、硅酮、硅酮醇中的两种以上任意比例组成，所述分散剂为乙醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇、甲醇、丙醇、D-山梨醇、二甲基甲醇、丁二醇中的两种以上任意比例组成，因为硅基的存在，其介电常数大大减小，并且其抗氧化性大大增强，所述分散剂为乙醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇、甲醇、丙醇、D-山梨醇、二甲基甲醇、丁二醇中的两种以上任意比例组成，醇类有机溶剂可以增强其分散性，并且可以达到耐低温的效果，其中丙醇类主体有机物的分散剂的添加，银基底导电银胶在低温下具有良好的导电性能。

作为优选，固化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、脂肪醇环氧乙烷缩合物中的两种以上任意比例组成多官能团支链具有很好的延展性，能够是的导电银胶粘结性显著增强。

作为优选，增塑剂为聚氧乙烯烷基苯基醚、十二烷基苯酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯硫酸钠、聚乙二醇苯基醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚丙氧基丁醚硫酸中的两种以上任意比例组成。

本发明的具体制备方法如下：

1)将银颗粒分散于乙醇中，超声1～2h，后洗涤干燥，干燥温度为60～80℃；后取研磨皿研磨1～3h；

2)将步骤1)产物在惰性环境下进行高温煅烧，煅烧温度为100～300℃，时间10～12h，粉碎得到银纳米导电颗粒，备用；

3)按质量百分比，将1～20％的预聚体、3～5％的固化剂、20～35％的增塑剂、10～15％的促凝剂、1～2％的溴化铅铯量子点分散于8～10％的分散剂中，超声搅拌5～10分钟，得到预聚体产物；

4)将步骤2)的产物银纳米导电颗粒按照25～66％的质量百分比加入步骤3)得到的预聚体产物中，研磨，时间1～30分钟；

5)将步骤4)产物涂敷、密闭隔绝空气保存，得到单组份银导电银胶，其中烘干温度为30～45℃。

作为优选，所述银纳米导电颗粒粒径为10～50nm之间。

作为优选，溴化铅铯量子点的制备方法为，将GeO₂、B₂O₃、PbO、Cs₂CO₃、PbBr₂和NaBr混合均匀，在600-800℃熔融后边搅拌边冷却至室温，再在100-300℃退火煅烧2-4h，磨粉得到溴化铅铯量子点。

作为优选，所述步骤4)中，分散剂提前超声10～30分钟。

本发明相对于其他产品具有如下优点：

预聚体、增塑剂、固化剂、三者之间可形成硅烷偶联作用，增强其粘结强度；

预聚体中有机硅树脂可在导电胶体表面形成一层硅-银氧化膜，在增强其导电性的同时加速导热，延长了其使用时间；

煅烧后的银纳米颗粒具有更好的分散性，可均匀分散于其初步合成的溶胶相中，烘干后产物均一性大大提高；

煅烧研磨后的银纳米颗粒粒径更加统一均匀，有效降低其电阻率，其导电率得到有效提高；

烘干温度控制在30～45℃区间范围内，属于低温缓慢烘干，使其柔韧性、粘结度得到有效提升。

附图说明

图1为本发明公开的单组份银基导电胶与普通导电胶的扫描电镜对比图；

图2为单组份银基导电胶与普通导电胶的粘结强度对比图；

图3为单组份银基导电胶与普通导电胶的导电率对比图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：

实施例1

一种单组份银基导电胶的制备包括：

1)将20mg的银纳米颗粒分散于乙醇中，超声1h，后洗涤干燥，干燥温度为60℃；后取研磨皿研磨3h；

2)将步骤1)产物在惰性环境下进行高温煅烧，煅烧温度为200℃，时间12h，粉碎得到银纳米导电颗粒，备用；

3)按质量百分比，将0％的溴化铅铯量子点、5％的脂肪醇聚氧乙烯醚、35％的辛基酚聚氧乙烯醚、15％的二甲基甲醇分散于分散剂中，超声搅拌10分钟，得到预聚体产物；

4)将步骤2)的产物银纳米导电颗粒按照25的质量百分比加入步骤3)得到的预聚体产物中，研磨，时间30分钟；

5)将步骤4)产物涂敷、密闭隔绝空气保存，得到单组份银导电银胶。

取导电银胶进行四探针电阻测试，统计其电导率。

将所制备得到的导电银胶进行扫描电镜测试，如图1(a)普通导电银胶、(b)本专利所制备导电银胶所示，(b)的光滑性大大提高，表明具有更好的延展性以及搞得复合性能。

实施例2

一种单组份银基导电胶的制备包括：

1)将20mg的银纳米颗粒分散于分散剂中，超声1h，后洗涤干燥，干燥温度为80℃；后取研磨皿研磨3h；

2)将步骤1)产物进行高温煅烧，煅烧温度为100℃，时间10h；

3)取质量百分比为：1％的脲醛树脂、3％的聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸、35％的辛基酚聚氧乙烯醚、15％二甲基甲醇分散于分散剂中，超声搅拌10分钟；

5)将步骤4)产物涂敷、密闭隔绝空气保存，得到最终产物单组份银导电银胶。

将步骤5)产物均匀涂敷于经1#砂布打磨搭，丙酮清洗的LY12CZ铝合金试片接头一端，胶接，送入(25±3)℃的电热鼓风干燥箱中固化。进行拉力机拉伸测试，测试温度为175℃，得到其剪切力为9.3MPa。

将步骤6)产物均匀涂覆在玻璃载玻片表面，进行四探针电阻测试，测得其电阻率为9.4·10-5Ω·cm。

实施例3

一种单组份银基导电胶的制备包括：

1)将50mg的银纳米颗粒分散于分散剂中，超声2h，后洗涤干燥，干燥温度为60℃；后取研磨皿研磨3h；

2)将步骤1)产物在惰性环境下进行高温煅烧，煅烧温度为100℃，时间12h，粉碎得到银纳米导电颗粒，备用；

3)取质量百分比为：15％的溴化铅铯量子点、4％脂肪醇聚氧乙烯醚、25％的聚丙氧基丁醚硫酸、15％二甲基甲醇分散于分散剂中，超声搅拌10分钟；

5)将步骤4)产物涂敷、密闭隔绝空气保存，得到最终产物单组份银导电银胶，烘干温度45℃。

6)将步骤4)产物均匀涂敷于经1#砂布打磨搭，丙酮清洗的LY12CZ铝合金试片接头一端，胶接，送入(25±3)℃的电热鼓风干燥箱中固化。进行拉力机拉伸测试，测试温度为175℃，得到其剪切力为13.5MPa。

7)将步骤4)产物均匀涂覆在玻璃载玻片表面，进行四探针电阻测试，测得其电阻率为8.9·10-5Ω·cm。

实施例4

一种单组份银基导电胶的制备包括：

1)将100mg的银纳米颗粒分散于分散剂中，超声1h，后洗涤干燥，干燥温度为60℃；后取研磨皿2h；

3)取质量百分比为：10％的溴化铅铯量子点、5％的脂肪醇聚氧乙烯醚、35％的辛基酚聚氧乙烯醚、15％的异丙二醇分散于分散剂中，超声搅拌10分钟；

5)将步骤4)产物均匀涂敷于经1#砂布打磨搭，丙酮清洗的LY12CZ铝合金试片接头一端，胶接，送入(25±3)℃的电热鼓风干燥箱中固化。进行拉力机拉伸测试，测试温度为175℃，得到其剪切力为16.9MPa。

6)将步骤4)产物均匀涂覆在玻璃载玻片表面，进行四探针电阻测试，测得其电阻率为6.5·10^-5Ω·cm。

实施例5：

一种单组份银基导电胶的制备包括：

1)将100mg的银纳米颗粒分散于分散剂中，超声2h，后洗涤干燥，干燥温度为80℃；后取研磨皿研磨3h；

3)取质量百分比为：20％的预含氟树脂、的脂肪醇环氧乙烷、35％的脂肪醇环氧乙烷、15％的丙乙醇分散于分散剂中分散于分散剂中，超声搅拌10分钟；

5)将步骤4)产物涂敷、密闭隔绝空气保存，得到最终产物单组份银导电银胶；将步骤4)产物均匀涂敷于经1#砂布打磨搭，丙酮清洗的LY12CZ铝合金试片接头一端，胶接，送入(25±3)℃的电热鼓风干燥箱中固化。进行拉力机拉伸测试，测试温度为175℃，得到其剪切力为11.8MPa；

将步骤4)产物均匀涂覆在玻璃载玻片表面，进行四探针电阻测试，测得其电阻率为10.2·10-5Ω·cm。

实施例6：

一种单组份银基导电胶的制备包括：

1)将一定100mg的银纳米颗粒分散于分散剂中，超声2h，后洗涤干燥，干燥温度为80℃；后取研磨皿研磨3h；

2)将步骤1)产物在惰性环境下进行高温煅烧，煅烧温度为150℃，时间12h，粉碎得到银纳米导电颗粒，备用；

3)取质量百分比为：20％的溴化铅铯量子点、5％的脂肪醇环氧乙烷、35％的脂肪醇环氧乙烷、15％的丙乙醇分散于分散剂中分散于分散剂中，超声搅拌10分钟；

5)将步骤4)产物涂敷、密闭隔绝空气保存，得到最终产物单组份银导电银胶，烘干温度45℃；

将步骤4)产物均匀涂敷于经1#砂布打磨搭，丙酮清洗的LY12CZ铝合金试片接头一端，胶接，送入(25±3)℃的电热鼓风干燥箱中固化。进行拉力机拉伸测试，测试温度为175℃，得到其剪切力为11.7MPa。

将步骤4)产物均匀涂覆在玻璃载玻片表面，进行四探针电阻测试，测得其电阻率为7.3·10-5Ω·cm。

将所制备的导电银胶与普通银胶进行粘结强度与导电率对比，可以发现加入溴化铅铯量子点后的导电银胶的导电率和粘结强度得到明显提升，而对银纳米颗粒进行煅烧处理，添加溴化铅铯量子点预聚体可以很好的提高其颗粒粗糙度，增加其电导率，具有潜在的研发价值。

上述的具体实施方式是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims

1.一种单组份银基导电胶，其特征在于，所述单组份银基导电胶由25～66％的银纳米导电颗粒、8～10％的分散剂、10～15％的促凝剂、3～5％的固化剂、20～35％的增塑剂、1～20％的预聚体和1～2％的溴化铅铯量子点组成，其中百分含量为质量百分数。

2.根据权利要求1所述的一种单组份银基导电胶，其特征在于，所述促凝剂由椰油酸乙二醇酰胺、甲叉双丙烯酰胺、ε-己内酰胺烷、醇酰胺、月桂酰胺丙基甜菜碱、聚丙烯酰胺中的两种以上任意比例组成。

3.根据权利要求1所述的一种单组份银基导电胶，其特征在于，所述溴化铅铯量子点合成原料为8～13％的GeO₂、5～13％的B₂O₃、12～18％的PbO、8～15％的Cs₂CO₃、10～22％的PbBr₂和31～57％的NaBr，其中百分含量为质量百分数；将上述原料经二次高温处理即得到溴化铅铯量子点，其中第一次处理温度为600-800℃，第二次处理温度为100-350℃。

4.根据权利要求1所述的一种单组份银基导电胶，其特征在于，所述预聚体由脲醛树脂、含氟树脂、有机硅树脂、羟丙基纤维素甲基醚烷氧基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯啉酮、丙酮、硅酮、硅酮醇中的两种以上任意比例组成，所述分散剂为乙醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇、甲醇、丙醇、D-山梨醇、二甲基甲醇、丁二醇中的两种以上任意比例组成。

5.根据权利要求1所述的一种单组份银基导电胶，其特征在于：所述固化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、脂肪醇环氧乙烷缩合物中的两种以上任意比例组成。

6.根据权利要求1所述的一种单组份银基导电胶，其特征在于，所述增塑剂为聚氧乙烯烷基苯基醚、十二烷基苯酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯硫酸钠、聚乙二醇苯基醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚丙氧基丁醚硫酸中的两种以上任意比例组成。

7.权利要求1所述的一种单组份银基导电胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述一种单组份银基导电胶制备方法，其特征在于，所述银纳米导电颗粒粒径为10～50nm之间。

9.根据权利要求7所述一种单组份银基导电胶制备方法，其特征在于，所述溴化铅铯量子点的制备方法为，将GeO₂、B₂O₃、PbO、Cs₂CO₃、PbBr₂和NaBr混合均匀，在600-800℃熔融后边搅拌边冷却至室温，再在100-300℃退火煅烧2-4h，磨粉得到溴化铅铯量子点。

10.根据权利要求7所述一种单组份银基导电胶制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，分散剂提前超声10～30分钟。