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产品小知识—简述导电胶的基本组成及导电胶导电原理


       导电胶也叫导电银浆,可以分为聚合物导电浆料和烧结型银导电浆料,其区别在于前者以聚合物作为粘结相,后者以玻璃或氧化物作为粘结相。本文简述导电胶的基本组成和导电胶的导电原理。

       导电胶主要由树脂基体、导电粒子和分散剂、助剂等组成。

       树脂基体主要类别有环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯等。虽然高度共轭类型的高分子本身结构也具有导电性,如大分子吡啶类结构等,可以通过电子或离子导电 ,但这类导电胶的导电性最多只能达到半导体的程度,不能具有像金属一样低的电阻,难以起到导电连接的作用。市场上使用的导电胶大都是填料型。填料型导电胶原则上可以采用各种胶粘剂类型的树脂基体,常用的有环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等胶黏剂体系。这些胶黏剂在固化后形成了导电胶的分子骨架结构,提供了力学性能和粘接性能保障,并使导电填料粒子形成通道。由于环氧树脂可以在室温或低于150℃固化,并且具有丰富的配方可设计性能,环氧树脂基导电胶占主导地位。

       导电胶要求导电粒子本身要有良好的导电性能,粒径要在合适的范围内,能够添加到导电胶基体中形成导电通路。导电填料可以是金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和石墨及一些导电化合物。

       导电胶中另一个重要成分是溶剂。由于导电填料的加入量至少都在50% 以上,这会使导电胶的树脂基体的黏度大幅度增加,常会影响胶黏剂的工艺性能。为了降低黏度,实现良好的工艺性和流变性,除了选用低黏度的树脂外,一般需要加入溶剂或者活性稀释剂,活性稀释剂可以反应固化而直接作为树脂基体使用。溶剂或者活性稀释剂的量虽然不大,但在导电胶中起到重要作用,不但影响导电性,而且还影响固化物的力学性能。常用的溶剂(或稀释剂)一般应具有较大的分子量,挥发较慢,并且分子结构中应含有极性结构,如碳一氧极性链段等。溶剂的加入量要控制在一定范围内,以免影响导电胶胶体的胶接整体性能。

       除树脂基体、导电填料和稀释剂外,导电胶其他成分和胶黏剂一样,还包括交联剂、偶联剂、防腐剂、增韧剂、触变剂、附着力促进剂等。

       导电胶的导电原理主要有穿流理论和隧穿效应两种解释。

       1、穿流理论。当导电填料的填充量达到一定量后,原本处于独立分散状态的金属导电粒子开始相互接触,形成连续的网络结构,使导电胶具有导电性能。可以认为导电胶的电阻是内部一系列电阻的串并联总和,也就是金属导电粒子本身的电阻和金属粒子之间形成的串并联电路网络所具有的电阻的总和。穿流理论主要的不足在于不能解释导电胶只有在基体树脂固化后才能表现出良好的导电性能的事实。

       2、隧穿效应。该理论着重点是聚合物的绝缘性,认为金属粒子上一般覆盖了一层绝缘的聚合物薄膜,粒子与粒子之间很难直接的接触,只有通过粒子之间的电子跳跃,电子才能穿过绝缘层,达到传导的效果(即隧穿效应)。可以理解为在基体树脂固化以前,片状银粉在树脂中松散分布,且银表面覆盖着一层绝缘的聚合物薄膜,这时导电胶是绝缘的;在树脂固化过程中,随着溶剂的挥发和树脂体积的收缩,填料粒子开始部分地聚集在一起,形成稳定连续的接触;其中树脂的收缩使填料粒子间产生了足够的压力,粒子与粒子之间的接触更为紧密,这是导电胶电导建立的主要原因。

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