单组分银基导电胶的设计及性能研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:handan0918
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导电胶(Electrically Conductive Adhesives,ECAs)具有环保,工作温度低,加工条件温和加工步骤少等优势,有望代替传统的含铅焊料和无铅焊料。但是,在应用过程中也表现出一些问题:(1)导电胶的机械性能与导电填料含量的增加是矛盾的;(2)目前大部分导电胶的有机载体采用的是环氧树脂,但是在实际应用中,环氧树脂导电胶大部分为双组份,且需要在应用场景下现场配置,加工不便。而且目前开发的导电胶的使用温度主要处于室温;(3)目前柔性电子或者穿戴电子应用时需要柔韧性。因此,为了克服现有导电胶存储在的不足,开发出一种电阻率低、柔韧性好、剪切强度高、可在高温下使用、且可以室温储存的单组分中温固化导电胶,扩展导电胶的使用范围,在实际应用中具有更广阔的前景。(1)选择了三种具有不同官能度的聚氨酯丙烯酸酯低聚物作为有机载体部分的主体,将三种聚氨酯丙烯酸酯低聚物做成的胶黏剂进行性能比较。利用DSC的测试,确定三种胶黏剂的固化温度为150℃,接下来对其剪切强度进行测试,三种胶黏剂的剪切强度分别为8.55 MPa、10.39 MPa、2.47 MPa。其中四官能团聚氨酯丙烯酸酯的胶黏剂的剪切强度最好,二官能团聚氨酯丙烯酸酯的胶黏剂的剪切强度相对其他两种树脂分别低了 6.08 MPa和7.92 MPa,它的剪切强度的降低可能是因为在固化之后的室温储存下胶黏剂吸水导致的。三种胶黏剂都是界面破坏,因为胶黏剂本身的强度强于胶黏剂与金属基材表面的粘合强度。(2)使用(1)所制的胶黏剂制备了相对应的导电胶,首先将不同类型聚氨酯丙烯酸酯被用作填充银的单组分导电胶的主要成分,考察导电胶的机械性能和导电性能。其中导电填料选用了 5μm的银片,银片的面积相对银颗粒要大,所以在固化后银片间直接接触面积也大,导电通路多,电阻率相对来说会降低。对不同类型的导电胶进行性能比较,得到性能最好的导电胶为四官能聚氨酯丙烯酸酯低聚物导电胶。再进一步对四官能聚氨酯丙烯酸酯低聚物导电胶进行深入研究,通过引入四官能团低聚物,实现了具有良好机械性能以及低体积电阻率。系统地研究了片状填充导电胶的渗流阈值、体积电阻率和搭接剪切强度的影响规律。银片体积含量为30.6 vol%的导电胶的体积电阻率较低,为1.02×10-7Ω·m,搭接剪切强度为8.995 MPa。高温下的热稳定性良好,挥发成分少,高温剪切强度随着工作温度的升高,剪切强度降低,但是在200℃时还能维持2.43 MPa。(3)改变导电胶的单体,考察两种软单体(单体1:甲基丙烯酸月桂酯,单体2:乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯)对导电胶性能的影响。改变单体后50℃的储能模量从4196.238 MPa降低到728.95 MPa(单体1)和1046.091 MPa(单体2),200℃的储能模量从164.472 MPa降低到47.309MPa(单体1)和36.708 MPa(单体2);玻璃化转变温度从173℃降低到160℃(单体1)和146℃(单体2),导电胶柔顺性更好,且电阻率和剪切强度没有变差,维持在0.97×10-7Ω·m、8.785 MPa(单体 1)和 2.56×10-7 Ω·m、8.26 MPa(单体 2)。
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