第43章导电胶粘剂胶水，胶带，导电胶，电子导电胶，绝缘胶OIO-8OI4O278聚合物材料通常是优良的绝缘体，许多树脂，例如当今最好的胶粘剂中采用的环氧树脂因其能够使金属和其它表面绝热或实现高压绝缘而得到常识。

但是，对于许多重要的工业应用，尤其在电子工业中，往往要求胶粘剂导热或导电，或者既导热又导电。

导电胶，其导电性、成本和其它许多物理性质，来源于加入大量金属粉末或表1所列其它类型的特殊填料。

表1金属、导电塑料和各种材料在25℃下的导电性材料比重（g/cm3）ρ（体积电阻材料比重（g/cm3）ρ（体积电阻率，Ω-cm）率，Ω-cm）银10.5 1.6×10-6石墨- 1.6×10-6铜8.9 1.8×10-6填镍环氧胶粘剂- 1.6×10-6金19.3 2.3×10-6填石墨或碳的涂料-铝 2.7 2.9×10-6填充氧化物的环氧 1.5～2.51014～1015镍8.910×10-6胶粘剂铂21.521.5×10-6无填料环氧胶粘剂 1.11014～1015低共熔合金焊料-20～30×10-6云母、聚苯乙烯-1016导电性玻璃胶粘剂-1×10-5和其它优良电介质最好的填银环氧胶-1×10-4导电性表1列出了纯银、铜、金和其它金属，市售最好的导电性胶粘剂和涂料以及氧化物填充和无填料绝缘树脂的导电性数据及其比重。

尽管有很多金属都可考虑以粉末状态用于配制导电胶粘剂，但如今性能最好的导电性产品都是以小片状或粉末装的银为基础配制而成的。

银如今售价为每金衡盎司5～8美元，与铜粉的每盎司30美分相比，价格较贵是其缺点。

（银、金和铂的价格，通常由报纸报道，报价以美元/金衡盎司为单位）。

1Ib等于14.5金衡盎司多，1金衡盎司等于31.1g)。

至今，银价已稳定9年，而且它还可提供稳定的导电性能，这是铜或其它低成本金属粉末无法与之匹敌的。

图1可以说明电流在金属填充聚合物中流通的机理。

如果加入足量金属颗粒，在聚合物基体内部形成网络结构，电子就可以通过颗粒接触点运动，使混合物导电，但是，即使在最理想的情况下，电流流动也仅只在少数接触点处发生，即使最流行的填银产品（填银导电胶），其导电性也要比纯银低2个数量级。

图1还可说明在颗粒接触点处，因表面氧化物层或吸附的有机分子层而产生的电阻。

正是这种表面氧化物层，使得多数金属无法在导电塑料中采用。

在胶粘剂工业中，铝粉广泛地用作增强填料和装饰性颜料，但它们无法用来制造导电塑料，因为其氧化物膜使颗粒接触点绝缘。

只有银和金这样的金属，它们形成薄而且比较导电的氧化物，可以粉末形式采用，以提供稳定的低于0.001Ω/cm的阻值。

填金胶粘剂和银迁移（Silver Migration）尽管与填银胶粘剂相比，价格贵得多，而且导电性较低，有时，电子装配仍指定用金粉填料。

某些60年代初期提出的军用标准仍要求使用填金胶粘剂。

之所以用金，为的是避免所谓“银移”的影响，银移发生在填银的丙烯酸，环氧和其它树脂体系中。

银移有赖于这样的事实，即所有聚合物材料都有一定程度的透水性。

在潮气存在下，银离子可能从固化树脂中浸出，并在电路中其它部位重新沉积下来。

为检测银移，可在填银胶粘剂与相邻的导体之间加上稳定的直流电压，以胶粘剂作为阳极，导体间的电压梯度为1V/mil。

凝结在中介表面上的潮气使银离子得以朝向阴极移行，并形成金属银导电通道，从而使装置短路。

据称银移在混合电路中造成的问题比单片集成电路更为严重，因为在混合电路基片上，胶廇有可能逼近其他导体。

环氧树脂与其它热固性树脂或导电玻璃胶粘剂相比，其银移并无显著差异。

银离子可以从所有玻璃和聚合物中，以几乎相同的情况萃出。

提高胶粘剂的Tg对于减少银移只具有轻微而不重要的影响。

对阻止银移而言，胶粘剂“洁净”与否（低含量的CI－、Na+和其它可萃取离子）也无显著影响。

很早就推测，表面水膜中必定有离子存在，它们“接通电池”，引起银离子的输送。

对填金油墨或胶粘剂而言，一种成本较低的变通方法是用银钯合金代替用作导体的纯银填料。

当合金中钯含量超过约30%时，银移便可延缓到足以满足美国军用标准Mil Std883B 要求的程度，导电性没有明显损失，而且与纯银填料相比，成本增加较小，尽管与金，银相比，在导电性方面有可观的牺牲，但是填充镍粉的胶粘剂，仍可为避免银移另辟一径。

最好的化学方法是在银基油墨或胶粘剂上施用聚合物涂料或封装料，以切断离子迁移的一切直接扩散通道。

为此，电子工业中经常采用硅凝胶和有机硅涂料，因为它们的离子性纯度高，而且在较宽温度范围内具有柔软性。

低成本导电胶在过去20年间，人们极力避免依靠纯银提供导电性，已有许多低成本导电胶面市。

这些产品中，有的是以镍粉或碳粉为基础的，另一些则是以预先经酸洗，除去部分表面氧化层或在表面上镀有薄薄银层的铜粉为基础配成的。

对于射频屏蔽和其它一些廉价应用而言，它们无需高导电性或在升温条件下工作，这样一些填铜或填镍胶粘剂已足以致用。

但是，填铜树脂在升温条件下，因颗粒表面氧化物不断增加而无法保持其稳定的导电性。

填铜环氧（胶粘剂）在150℃空气中，48h后，其电阻率通常将增至100倍。

镀银玻璃小球，尽管比镀银铜粉要稳定，但也存在流变学和导电性方面的限制。

与导电塑料相关的很多工艺技术都涉及金属颗粒的粒度和形状。

银通常以极小的小片状使用。

为降低成本（亦即减少加银量），采用棒状或小片状等不等轴颗粒时，可以得到（比使用球形或立方体颗粒时）更多的接触点和更高的导电性。

但是，在很多胶接和涂覆工艺过程中，这些小片有平行于被胶接表面的倾向性。

对那些要求垂直于胶层导电的应用而言，其缺点是这种取向会降低导电性。

因空气泡或溶剂泡而形成的孔隙，是胶层中经常出现的质量问题，这种孔隙是人们不欢迎的，因为它们增加热阻和电阻，而且降低胶接接头强度。

出于这种理由，如今趋向于指定单包装、无溶剂的填银胶粘剂，它们由胶粘剂生产厂家在送交用户之前，预先混合并进行脱气处理，绝不含有空气气泡、溶剂或是其它可能造成孔隙的挥发成分。

导电胶粘剂与焊料的比较胶水，胶带，导电胶，电子导电胶，绝缘胶填银胶粘剂正在日益用以代替锡、铅和银基焊料。

导电胶粘剂应用的这种增长可用以下的一些理由来解释：1．导电胶粘剂可形成比多数焊料更紧固、更强韧的接头。

铝粉在很多高性能环氧胶粘剂中用作填料。

按ASTM D－1002＊测定时，通常可以有很高的胶接强度。

填银胶粘剂，尽管一般认为强度比最好的填铝结构胶粘剂要低，但无论如何，也要比多数焊接接头坚固和强韧得多。

2．环氧胶粘剂可以润湿并胶接到几乎所有各种表面上，而且实际上适用于金属、玻璃、陶瓷或塑料的任意组合（方式）。

而通常的焊料只能浸润特定的金属。

而其它表面，例如硅、氧化铝或氧化钽，如果不镀金或进行其它昂贵的表面改性，便无法进行焊接。

3．导电胶粘剂可在远低于焊料流动所需的温度条件下固化，可用于与热敏感元件接触的场合。

双包装导电环氧胶可在室温下固化。

4．导电胶粘剂消除了对焊接助焊剂和焊接后除去助焊剂的要求。

导热性填充金属粉末的胶粘剂既导热，双导电。

有些胶粘剂必需导热而无需导电，以便把功率器件和其它生热元件（heat-generating components）胶接到散热片和其它金属表面上。

在这种场合。

胶粘剂必需兼备高热传导和电气绝缘的性能。

导热涂料包括防护用及高压绝缘用喷涂涂料。

表2列出了几种金属、氧化铍、氧化铝以及几种填充或无填充树脂的导热性数据。

图2说明，环氧树脂的导热率是（其中所含）导热性填料体积分数的函数。

氧化铍是最高级的导热介电材料，通常以烧结形式用作散热片，但由于粉末状氧化铍毒性强，成本高，所以一般不用于制备导热胶粘剂。

表2金属、氧化物和导电性胶粘剂的导热率25℃的导热率25℃的导热率（Btu/h℉ft2/ft）（Btu/h℉ft2/ft）银240填铝（50%）环氧树脂1～2铜220填有75%（重量）氧化铝的环氧树脂0.8～1氧化铍130填有50%（重量）氧化铝的环氧树脂0.3～0.4铝110填有25%（重量）氧化铝的环氧树脂0.2～0.3钢40无填料环氧树脂0.1～0.15低共熔合金焊料20～30泡沫塑料0.01～0.03氧化铝20空气0.015上等填银环氧胶粘剂1～4热传导单位换算表gcal/cm2℃/cm W/cm2℃/cm Btu/ft2h℉/ft Btu/ft2h℉/ft1.0 4.1924229000.23 1.0586904.13×10-30.0173 1.012.03.44×10-4 1.44×10-30.083 1.0热传导公式K＝导热率k△T△T=穿过材料的温度降q=x q=单位面积上的热流量x=材料厚度氧化铝价格便宜，有优异的强度，并可以很高的比例加到环氧和有机硅树脂中，而不致使粘度变得过大。

但是，它是磨蚀性的，可能引起涂饰设备的磨耗和其它损伤。

填充氧化铝的高k值胶粘剂＊要加工除去砂粒或其它大颗粒，它们对于形成极薄胶层可能会有妨碍。

人们几乎总是期望胶层厚度达到最小，因为热流量正比于热率与胶层厚度之比。

最好的通用型100%固含量环氧胶粘剂含有约70%重量的氧化铝，其导热率在表2所示的0.8～1英制单位之间。

为方便起见，表2中还包括有一个换算表，以及转换成其它单位制。

最好的填充了氧化铝的环氧胶粘剂，其k值比无填料环氧树脂大10～12倍，但与纯金属或焊料相比，仍然低得多。

不过，对于多数元件的胶接而言，热流量是足够的。

例如，要是导热率0.91胶层厚度为3mil的胶粘剂，每平方厘米面积可传导约20W热量的话，散热器高温端的温差△T就只有10℃左右。

κ=0.91Btu/h·ft2·℉/ft=0.91×0.0173=0.016W/cm2·℃/cm(见表2)如果q=能量/面积＝20W/cm2x=3mil=0.0075cm则横穿界面的温差qx20×0.0075△T===9.4℃κ0.016导热率约0.1（单位同前）的无填料环氧胶粘剂，在相同的器件，胶层厚度和功率水平条件下，可能产生近100℃的△T。

永久性胶粘剂往往并不受欢迎，因为有些元件必需能够容易和反复地从散热器或其它安装部位下拆下来。

螺接之类的机械联接方法，会在元件和散热片之间产生人们不希望有的空气隙而导致热量的积聚。

采用高填充的有机硅化合物，通常叫作导热脂，可以消除这种空气隙。

要选用既不会硬化也不会交联的特制的有机硅树脂，这样，器件便可以拆下并更换，以进行维修。

即使经过长期高温的作用。

这种导热脂也不应发生分解，不产生挥发物或有丝毫有机硅的渗漏发生。

填料通常是氧化锌，其最大粒度应小于1mil，以保证紧密贴合。