覆纳米银铜粉填充导电胶的制备工艺及性能研究

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1、硕士学位论文覆纳米银铜粉填充导电胶的制备工艺及性能研究THESTUDYONTHEPREPARATIONPROCEDUREANDTHEPROPERTYOFCONDUCTIVEADHESIVEFILLEDWITHMICROCOPPERCOATEDBYNANOSILVER曹洋哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TG47学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文覆纳米银铜粉填充导电胶的制备工艺及性能研究硕士研究生：曹洋导师：何鹏教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TG47U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEPREPARATIONPROCEDUREOFCONDUCTIVEADHESIVEFILLEDWITHMICROCOPPERCOATEDBYNANOSILVERANDTHESTUDYOFITSPROPERTYCandidate：CaoYangSupervisor：Prof.HePengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Materia

3、lsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要由于环境污染对电子封装提出了无铅化要求，在电子制造领域中，Sn-Pb焊料的代替物研发是广大研发工作者的目标。目前存在的两种材料替代物有无铅钎料和导电胶，然而无铅钎料钎焊温度高、制备工艺复杂、价格昂贵，并不适用于所有的工业生产；导电胶具有低的固化温度、广泛

4、的适用范围、强的细线印刷能力、工艺简单等诸多优点。然而目前研发的导电胶存在着电阻率偏高，机械性能不佳等缺点。本文创新性地采用改性后的微米级铜粉，即在铜粉上化学镀纳米银颗粒，作为金属填料；系统地从理论计算和实验验证两方面考察了导电胶的固化工艺对电性能及剪切强度的影响；考察了所制备的导电胶对铜板的连接性（电性能和机械性能）；并对纳米填料对导电胶导电机理影响进行了分析。利用化学镀的方法，使用银配离子溶液[Ag(I)-DM]+为银源，硼氢化钠为还原剂，在微米级铜粉（300目）上镀覆上纳米银颗粒，得到改性后的金属填料。采用环氧树脂E51为基体树脂，甲基四氢邻苯二甲酸酐（MTHP

5、A）为固化剂，并利用硅烷类偶联剂KH-550改善金属与树脂界面，并改善导电性和机械性能。其中树脂基体、固化剂、偶联剂的配比为质量比100:80:1。利用示差量热扫描仪（DSC），得到数据进行导电胶固化工艺的理论计算。结果表明：填料添加量为3.17vol.%时放热量最大，是添加量的特征值；并在特征值下，通过外推法得到了放热峰中三个温度特征值，开始固化温度150℃、峰值固化温度172℃、结束固化温度195℃；再利用n级反应模型及Kissinger,Grance关系式计算活化能、反应级数及频率因子，得到各个温度下，固化度与固化时间的关系式。通过计算的到在上述温度下达到各自最

6、大固化度所需要的时间分别为120min、100min、60min。通过具体实验探究填料体积分数、固化时间、固化温度三个固化工艺参数对导电胶性能的影响。结果表明填料体积分数与电阻率仍存在渗流现象，渗流阈值为23.5vol.%；固化时间越长固化越完全，电阻率越低，但是固化时间过长树脂基体易老化，给电性能带来不良影响；在100~200℃温度范围内，固化温度越高电阻率越低，即温度越高为树脂发生交联反应提供的能量更多，反应进行地越充分，导电性越好。通过实验验证，填料体积分数为23.5vol.%的导电胶，在200℃固化60min时体积电阻率最低为6.386×10-6Ω·cm，与理

7、论计算值相符。本课题导电胶对无氧紫铜板的连接性进行探究结果表明，连接铜板后电阻率均较导电胶块体的电阻率均有所下降；总结发现影响导电胶剪切强度的因素主要有：导电胶的内聚强度以及导电胶与金属基板的粘结强度，气孔的多少，金属填料是否I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文有拔脱现象。其中，金属的添加量越大导电胶与金属基板的粘结强度越大，固化时间越长导电胶内聚力越大而与基板的粘结强度下降；金属添加量越大固化时间越长气孔越多，剪切强度下降越大；在高温下可观察到金属的拔脱现象，并会使剪切强度明显下降。综合考虑其电性能，得到最佳的固化工艺，即采用23.5vol.%的填料成