一种高连接强度的热固化导电胶 【技术领域】
本发明属于微电子封装连接材料领域。特别涉及一种高连接强度的热固化导电胶。
技术背景
Pb/Sn焊料具有成本低、熔点低、强度高、加工塑性好、浸润性好等特点而广泛应用在电子、家电、航天航空、能源、汽车等领域中。但Pb/Sn焊料自身的特点限制了其在现代电子技术中的应用，如焊料密度大，无法适应现代电子产品向轻便型发展的要求；焊点体积大，无法实现节点间距小于0.65mm的引线连接；铅是有毒金属，不符合环保需要。导电胶和无铅焊料逐渐成为Pb/Sn焊料的替代品。导电胶具有以下优点：固化温度低；分辨率高；热机械性能好，韧性比合金焊料高；接点抗热疲劳性能高；无铅污染。自90年代以来，导电胶的研究已经形成热点，AT&T、Philips、Siemens、IBM、Motorola等大公司和许多高校纷纷开展相关课题的研究，取得了很好的应用效果，部分导电胶产品已经商品化。
目前已公开许多导电胶制备技术、新体系、提高抗氧化性能等专利技术[United States Patent：5,818,105，Kouda Tsunenobu；United States Patent：6,583,834，Uchiyama Kenji；United States Patent Application：0020070048，Kumakura，Hiroyuki；United States Patent Application：0030100654，Chheang，Theary]，并有大量文献报道导电胶的研究工作[Wong C.P.，Lu D.Developmentof solder replacement isotropically adhesives，Electronics PackagingTechnology Conference，2000：214-221；Bouguettaya M.，Vedie N.，CherrotC.New conductive adhesive based on Poly(3，4-ethylene dioxythiophene)，Synthetic Metals，1999，102：1428-1431；Liong S.，Wong C.P.Analternative to epoxy resin for application in isotropically adhesive，International Symposium on Advanced Packaging Materials，2001：13-18.]，提高导电胶连接强度的方法采用涂覆粘结剂、使用有机添加剂对基体胶改性等。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种高连接强度的热固化导电胶。选用缩水甘油酯环氧树脂为导电胶基体，微米级银粉作为导电填料，二氨基二苯甲烷和间苯二胺等量低熔点的混合物作为固化剂，硅烷偶联剂(3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷)作为分散剂，纳米级二氧化硅作为增韧剂。采用中温热固化法制备出一种高连接强度的热固化导电胶，其特征在于：所述导电胶的配比为：
环氧树脂∶固化剂＝100∶10-25(质量比)
纳米二氧化硅∶硅烷偶联剂＝100∶1-10(质量比)
环氧树脂∶纳米二氧化硅＝100∶0.5-6(质量比)
银粉添加量为体系总重量的50-70％；
其具体配制步骤：
1).按环氧树脂∶固化剂＝100∶10-25(质量比)配制导电胶基体；
2).二氧化硅纳米粒子地改性处理：将硅烷偶联剂溶解到丙酮与水的体积比为5∶1的丙酮水溶液中，放入二氧化硅纳米粒子，硅烷偶联剂为二氧化硅纳米粒子质量的1-10％。超声分散1小时后静置24小时，使二氧化硅纳米粒子与硅烷偶联剂充分反应。然后放在真空干燥箱中烘干；
3).将硅烷偶联剂加入已经处理好的环氧树脂中，再将银粉放入，搅拌0.5--1小时，室温静置5--10小时，使三者充分反应。然后放在120℃的烘箱中恒温1小时，使树脂、银粉、硅烷偶联剂充分反应，再将用硅烷偶联剂改性后的纳米SiO2粒子加入烧杯中，混合均匀后加入固化剂间苯二胺和二胺基二苯甲烷等量低熔点的混合物，充分混合搅拌后在150℃-180℃的烘箱中恒温1-2小时使其完全固化。
本发明的有益效果是将纳米二氧化硅粒子加入到导电胶基体中，加入纳米二氧化硅后，与不加入二氧化硅相比，连接强度增加30-50％。在特定使用范围内可以代替焊料和合金的热固化各向同性导电胶，以满足电子连接材料日益发展的要求。
【具体实施方式】
一种高连接强度的热固化导电胶。选用缩水甘油酯环氧树脂为导电胶基体，微米级银粉作为导电填料，二氨基二苯甲烷和间苯二胺等量低熔点的混合物作为固化剂，硅烷偶联剂(3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷)作为分散剂，纳米级二氧化硅作为增韧剂。采用中温热固化法制备出一种高连接强度的热固化导电胶，其特征在于：所述导电胶的配比为：
环氧树脂∶固化剂＝100∶10-25(质量比)
纳米二氧化硅∶硅烷偶联剂＝100∶1-10(质量比)
环氧树脂∶纳米二氧化硅＝100∶0.5-6(质量比)
银粉添加量为体系总重量的50-70％；
其具体配制步骤：
1).按环氧树脂∶固化剂＝100∶10-25(质量比)配制导电胶基体；
2).二氧化硅纳米粒子的改性处理：将硅烷偶联剂溶解到丙酮与水的体积比为5∶1的丙酮水溶液中，放入二氧化硅纳米粒子，硅烷偶联剂为二氧化硅纳米粒子质量的1-10％。超声分散1小时后静置24小时，使二氧化硅纳米粒子与硅烷偶联剂充分反应。然后放在真空干燥箱中烘干；
3).将硅烷偶联剂加入已经处理好的环氧树脂中，再将银粉放入，搅拌0.5--1小时，室温静置5--10小时，使三者充分反应。然后放在120℃的烘箱中恒温1小时，使树脂、银粉、硅烷偶联剂充分反应，再将用硅烷偶联剂改性后的纳米SiO2粒子加入烧杯中，混合均匀后加入固化剂间苯二胺和二胺基二苯甲烷等量低熔点的混合物，充分混合搅拌后在150℃-180℃的烘箱中恒温1-2小时使其完全固化。
上述导电胶基体—缩水甘油酯环氧树脂为为841A#环氧树脂，环氧值0.54，粘度1.6～2.0Pa·s(25℃)；导电填料为银粉平均直径为2.9μm，颗粒形状为球形；纳米二氧化硅粒子的平均直径为30纳米；由于纳米级二氧化硅粒子比表面积大、表面活性高，表面不饱和键多，经硅烷偶联剂改性以后，可以很好地以化学键、化学吸附的方式与导电胶基体的界面相结合。当导电胶基体受到外力冲击时，纳米二氧化硅粒子就起到了分散应力，阻止裂纹扩散的作用。从而达到了增强的目的。该方法对金Au导电胶同样适合。
下面举具体实施例对本发明予以进一步说明。
实施例1
环氧树脂∶固化剂＝100∶20(质量比)，银粉添加量为体系总重量的65％，150℃恒温1小时固化得到的导电胶连接强度为20MPa，体积电阻率为1.25×10-3Ω·cm。
实施例2
环氧树脂∶固化剂＝100∶20(质量比)，纳米二氧化硅∶硅烷偶联剂＝100∶4(质量比)，环氧树脂∶纳米二氧化硅＝100∶3(质量比)，银粉添加量为体系总重量的65％，150℃恒温1小时固化得到的导电胶连接强度为27MPa，体积电阻率为1.34×10-3Ω·cm。
实施例3
环氧树脂∶固化剂＝100∶10(质量比)，纳米二氧化硅∶硅烷偶联剂＝100∶10(质量比)，环氧树脂∶纳米二氧化硅＝100∶5(质量比)，银粉添加量为体系总重量的70％，175℃恒温1.5小时固化得到的导电胶连接强度为30MPa，体积电阻率为1.20×10-3Ω·cm。
从上述实施例1为原配方，后两个实施例为本发明配方，三个实施例比较后，导电胶连接强度增加30-50％。