超导电橡胶(非炭黑)的应用研究
摘要:本文阐述了导电橡胶的分类及其组成,导电的工作机理,并分析了导电橡
胶的技术问题,未来的发展前景。
关键词:导电橡胶;工作机理;技术问题;研究状况
导电橡胶的概述
导电橡胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂,它通常以基体树脂与导电填料即导电粒子为主要组成成分, 通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起, 形成导电通路, 实现被粘材料的导电连接。由于导电橡胶的基体树脂是一种胶黏剂, 可以选择适宜的固化温度进行粘接, 如环氧树脂胶黏剂可以在室温至150℃ 固化, 远低于锡铅焊接的200℃以上的焊接温度, 这就避免了焊接高温可能导致的材料变形、电子器件的热损伤与内应力的形成。同时, 由于电子元件的小型化、微型化及印刷电路板的高密度化与高度集成化的迅速发展, 铅锡焊接的0.65mm的最小节距远远满足不了导电连接的实际需求, 而导电橡胶可以制成浆料, 实现很高的线分辨率。而且导电橡胶工艺简单, 易于操作, 可提高生产效率, 也避免了锡铅焊料中重金属铅引起的环境污染。所以导电橡胶是替代铅锡焊接, 实现导电连接的理想选择。
导电橡胶属于复合型导电高分子材料的一种。复合型导电高分子材料是指高分子材料本身不具有导电性,但在加工成型时通过加入导电填料,如炭黑、金属粉末箔等,利用分散复合、层基复合、表面复合等方法,使制品具有导电性。其中,分散复合最为常用。
目前导电橡胶已广泛应用于液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、集成电路(IC)芯片、印刷线路板组件(PCBA)、点阵块、陶瓷电容、薄膜开关、智能卡、射频识别等电子元件与组件的封装与粘接, 有逐步取代传统的锡焊焊接的趋势。
(2)技术性能:
导电橡胶必须受一定的压缩力才能良好导电,所以结构设计必须保证合适的压力又不过压。板材最佳高度压缩量在7~15%;实心圆形、D形最佳高度压缩量在12~30%;管状、P形最佳高度压缩量在20~60%.
(1)材料特性:
铝镀银导电橡胶:具有优良的屏蔽性能与抗烟雾性能;
铜镀银导电橡胶:具有最优良的导电性;
玻璃镀银导电橡胶:具有最佳性价比;
纯银导电橡胶:具有良好的防霉菌性。
2 导电橡胶的分类及组成
2.1 导电橡胶的分类
导电橡胶是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中,通过压力使导电颗粒接触,达到良好的导电性能。在军事与商业上都有应用。其主要作用是密封与电磁屏蔽。产品可以模压或挤出成形,有片装或其他的冲切形状可供选择。屏蔽性能高达120dB(10 GHz)。分为CONSIL-NC(石墨镀镍填硅橡胶)、CONSIL-V(银填充硅橡胶挤出衬垫)、CONSIL-A(铝镀银填硅橡胶)、 CONSIL-N(镍镀银填硅橡胶)、 CONSIL-C(铜镀银填硅橡胶)、SC-CONSIL(石墨填硅橡胶CONSIL-R(纯银填硅橡胶)、CONSIL-II(银填硅橡胶模制衬垫)等导电橡胶种类很多, 按导电方向分为各向同性导电橡胶(ICAs,Isotropic Conductive Adhesive)与各向异性导电橡胶(ACAs,Anisotropic Conductive Adhesives)。ICA是指各个方向均导电的胶黏剂, 可广泛用于多种电子领域;ACA则指在一个方向上如Z方向导电, 而在X与Y方向不导电的胶黏剂。一般来说ACA的制备对设备与工艺要求较高, 比较不容易实现, 较多用于板的精细印刷等场合, 如平板显示器(FPDs)中的板的印刷 。
按照固化体系导电橡胶又可分为室温固化导电橡胶、中温固化导电橡胶、高温固化导电橡胶、紫外光固化导电橡胶等。其中uninwell International只从收购Breakover-quick以后,成为导电橡胶全球产品线最齐全的企业集团,产品涵盖室温固化导电橡胶、中温固化导电橡胶、高温固化导电橡胶、紫外光固化导电橡胶等。
室温固化导电橡胶较不稳定, 室温储存时体积电阻率容易发生变化。高温导电橡胶高温固化时金属粒子易氧化, 固化时间要求必须较短才能满足导电橡胶的要求。目前国内外应用较多的是中温固化导电橡胶(低于150℃), 其固化温度适中, 与电子元器件的耐温能力与使用温度相匹配, 力学性能也较优异, 所以应用较广泛。紫外光固化导电橡胶将紫外光固化技术与导电橡胶结合起来, 赋予了导电橡胶新的性能并扩大了导电橡胶的应用范围, 可用于液晶显示电致发光等电子显示技术上, 国外从上世纪九十年代开始研究,其中uninwell International的BQ-6999系列紫外光固化导电银胶属于行业首创,得到客户的普遍认可与高端客户的大力追捧。
2.2导电橡胶的组成
导电橡胶主要由树脂基体、导电粒子与分散添加剂、助剂等组成。目前市场上使用的导电橡胶大都是填料型。
填料型导电橡胶的树脂基体, 原则上讲, 可以采用各种胶勃剂类型的树脂基体, 常用的一般有热固性胶黏剂如环氧树脂、....
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