一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于：由下列組分及百分含量組成：導(dǎo)電填料30～65％、石墨烯1～50％、樹脂1～20％、添加劑0.1～5％、主體溶劑10～67％。本發(fā)明結(jié)合石墨烯高導(dǎo)熱性和納米金屬的熔點(diǎn)低的優(yōu)點(diǎn)，可使導(dǎo)電膠的燒結(jié)溫度更低，節(jié)約能源和成本；石墨烯超大的比表面積，可以使納米顆粒均勻分散在石墨烯片層間，避免了石墨烯的團(tuán)聚及納米顆粒在導(dǎo)電膠中的沉降問題，提高了導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能及粘結(jié)強(qiáng)度。本發(fā)明制備工藝簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】—種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電膠，特別涉及一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，屬于電子器件封裝制造領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是目前導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能最好的材料，電阻率約10_6Ω.Cm,比銅或銀更低，為目如世上電阻率最小的材料；導(dǎo)熱系數(shù)聞達(dá)3000W/m.K,聞?dòng)谔技{米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V*s，又比納米碳管或硅晶體高。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。
[0003]隨著半導(dǎo)體集成電路封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子封裝材料的選擇至關(guān)重要。導(dǎo)電膠是一種含有導(dǎo)電填料的特殊功能粘結(jié)膠，可以實(shí)現(xiàn)金屬導(dǎo)線和基材之間的導(dǎo)電連接，以及完美物理粘合，是電子器件封裝制造技術(shù)中的關(guān)鍵材料。導(dǎo)電膠無鉛污染、超細(xì)間距連接、工藝簡單等特點(diǎn)，均符合半導(dǎo)體集成電路功能化、小型化、高性能和健康化的要求。目前導(dǎo)電膠也普遍存在以下問題，如固化溫度高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能差等限制其發(fā)展。
[0004]石墨烯優(yōu)異的電子性能，超大的比表面積和較低的生產(chǎn)成本，適合用于高性能聚合物復(fù)合材料的優(yōu)質(zhì)填料。石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，利用石墨烯高導(dǎo)熱性和納米金屬的熔點(diǎn)低的優(yōu)點(diǎn)，可使導(dǎo)電膠燒結(jié)溫度更低，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)電性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，通過石墨烯與微米級(jí)金屬顆?；蚣{米級(jí)金屬顆粒復(fù)合，實(shí)現(xiàn)金屬顆粒之間的導(dǎo)電和導(dǎo)熱二維度平面內(nèi)更好的傳遞，極大的縮短金屬顆粒間的傳導(dǎo)途徑，提高了導(dǎo)電膠的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能；本發(fā)明的導(dǎo)電膠具有更低的燒結(jié)溫度，節(jié)約能源和成本，而且制備工藝簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的，一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:由下列組分及質(zhì)量百分比組成:導(dǎo)電填料30~65%、石墨烯I~50%、樹脂I~20%、添加劑0.1~5%、主體溶劑10~67%。上述各組分質(zhì)量百分含量之和為100%。
[0007]所述的導(dǎo)電填料可以為微米級(jí)金屬顆粒、納米級(jí)金屬顆?；蛭⒓{復(fù)合金屬顆粒組成。
[0008]所述的導(dǎo)電填料的顆粒形狀可以但不限于是球形、片狀、圓盤、三角等形狀。
[0009]所述的金屬顆?？梢詾榈幌抻诮?、銀、銅、鋁金屬顆粒。
[0010]所述微米金屬顆粒粒徑范圍為0.1 μ m~10 μ m,納米金屬顆粒粒徑范圍為Inm~10nm0
[0011]所述的石墨烯選自化學(xué)氣相沉積法、機(jī)械剝離法、化學(xué)剝離法、化學(xué)合成法中任一種方法制備的石墨烯材料。
[0012]所述的樹脂包括但不限于是聚酯類、聚丙烯酸類、氯醋樹脂、聚氨酯、環(huán)氧樹脂中的一種或兩種。
[0013]所述的添加劑為流平劑、pH值調(diào)節(jié)劑、表面活性劑。
[0014]所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的流平劑為為聚丙烯酸酯、醋丁纖維素、聚甲基硅氧烷中的一種。
[0015]所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的pH值調(diào)節(jié)劑為氨水、氫氧化鈉、三乙醇胺、磷酸鈉以及羥胺中的一種。
[0016]所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的表面活性劑為脂肪酸、脂肪酸酯、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚氧乙烯烷基酰胺、聚硅氧烷、聚山梨酯以及全氟辛酸鈉中的一種。
[0017]所述的主體溶劑包括但不限于乙醇、乙二醇、異丙醇、二甘醇、三甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇芐醚、、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、三甘醇甲醚、雙丙酮醇、二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、卡必醇乙酸酯、亞麻油、高沸點(diǎn)煤油、十三醇、桐油、普通膠質(zhì)油、十四醇、季戊四醇、大豆油、松香油、芳樟松油醇、鄰苯二甲酸二辛酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、環(huán)己酮、聯(lián)二環(huán)己烷、環(huán)己烷、正丁醇、丁酮、去離子水、羥乙基吡咯烷酮、鄰苯二甲酸二甲酯、環(huán)氧乙烷、山梨糖醇、棕櫚油、薄荷油中的一種或幾種。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、本發(fā)明結(jié)合石墨烯高導(dǎo)熱性和納米金屬的熔點(diǎn)低的優(yōu)點(diǎn)，可使導(dǎo)電膠的燒結(jié)溫度更低，節(jié)約能源和成本。
[0020]2、石墨烯超大的比表面積，可以使納米顆粒均勻分散在石墨烯片層間，避免了石墨烯的團(tuán)聚及納米顆粒在導(dǎo)電膠中的沉降問題，提高了導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性及粘結(jié)強(qiáng)度。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0022]下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0023]下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0024]實(shí)施例1:
[0025]石墨烯復(fù)合微米銀粉制備導(dǎo)電膠，準(zhǔn)確稱取2g聚甲基丙烯酸、加入到9g卡必醇乙Ife酷中，彳丁星式動(dòng)力攬祥機(jī)中攬祥2h ;將1g粒徑為2 μ m的片狀銀粉和Ig石墨稀粉末Morsh-P2(寧波墨西科技)依次加入上述溶液中，超聲30分鐘，加入0.1g流平劑、0.1g十二烷基苯磺酸鈉及0.05g的三乙醇胺，繼續(xù)攪拌lh，得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠；使用RTS-9四探針測(cè)試儀測(cè)該導(dǎo)電膠150°C條件下燒結(jié)3min后方阻為11.2πιΩ / 口。
[0026]實(shí)施例2
[0027]石墨烯復(fù)合微納米銀粉制備導(dǎo)電膠，準(zhǔn)確稱取2g聚酯樹脂、加入到1g乙二醇苯醚中，行星式動(dòng)力攪拌機(jī)中攪拌2h ;將9g粒徑為2 μ m的片狀銀粉和Ig粒徑50nm的納米銀粉以及1.5g石墨烯粉末Morsh-P2(寧波墨西科技)依次加入上述溶液中，超聲30分鐘，加入0.1g流平劑、0.2g十二烷基苯磺酸鈉及0.1g的30%的氨水溶液，繼續(xù)攪拌1.5h，得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠；使用RTS-9四探針測(cè)試儀測(cè)該導(dǎo)電膠150°C條件下燒結(jié)3min后方阻為
2.6m Ω / □。
[0028]實(shí)施例3
[0029]石墨烯復(fù)合微米銀粉制備導(dǎo)電膠，準(zhǔn)確稱取3.5g聚甲基丙烯酸、加入到15g卡必醇乙酸酯中，行星式動(dòng)力攪拌機(jī)中攪拌2h ;將1g粒徑為2 μ m的片狀銅粉和1.5g進(jìn)口 CVD銅基單層石墨烯(南京先豐納米材料)依次加入上述溶液中，超聲30分鐘，加入0.15g流平劑、0.3g十二烷基苯磺酸鈉及0.1g的三乙醇胺，繼續(xù)攪拌lh，得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠；使用RTS-9四探針測(cè)試儀測(cè)該導(dǎo)電膠150°C條件下燒結(jié)3min后方阻為3.4πιΩ / 口。
[0030]實(shí)施例4
[0031]石墨烯復(fù)合微米銀粉制備導(dǎo)電膠，準(zhǔn)確稱取2.5g氯醋樹脂、加入到12g卡必醇乙酸酯中，行星式動(dòng)力攪拌機(jī)中攪拌2h ;將1g粒徑為3μπι的球形銀粉和Ig CVD銅基單層石墨烯(南京先豐納米材料)依次加入上述溶液中，超聲30分鐘，加入0.1g流平劑、0.1g十二烷基苯磺酸鈉及0.05g的三乙醇胺，繼續(xù)攪拌lh，得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠；使用RTS-9四探針測(cè)試儀測(cè)該導(dǎo)電膠150°C條件下燒結(jié)3min后方阻為3.2πιΩ / 口。
[0032]實(shí)施例5
[0033]石墨烯復(fù)合微納米銀粉制備導(dǎo)電膠，準(zhǔn)確稱取2.5g聚酯樹脂、加入到13g乙二醇苯醚中，行星式動(dòng)力攪拌機(jī)中攪拌2h ;將12g粒徑為3 μ m的球形鋁粉和Ig粒徑50nm的納米銀粉以及2.0g石墨烯粉末SX-1 (常州第六元素材料科技股份有限公司)依次加入上述溶液中，超聲30分鐘，加入0.1g流平劑、0.3g十二烷基苯磺酸鈉及0.1g的30%的氨水溶液，繼續(xù)攪拌1.5h，得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠；使用RTS-9四探針測(cè)試儀測(cè)該導(dǎo)電膠150°C條件下燒結(jié)3min后方阻為6.5m Ω / 口。
[0034]實(shí)施例6
[0035]石墨烯復(fù)合微納米銀粉制備導(dǎo)電膠，準(zhǔn)確稱取2.5g聚甲基丙烯酸樹脂、加入到12g 二甘醇丁醚中，行星式動(dòng)力攪拌機(jī)中攪拌2h ;將Sg粒徑為5 μ m的球形銀粉和0.5g粒徑30nm的納米銀粉以及1.5g CVD銅基單層石墨烯(南京先豐納米材料)依次加入上述溶液中，超聲30分鐘，加入0.1g流平劑、0.25g十二烷基苯磺酸鈉及0.1g的三乙醇胺，繼續(xù)攪拌lh，得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠；使用RTS-9四探針測(cè)試儀測(cè)該導(dǎo)電膠150°C條件下燒結(jié)3min后方阻為5.3m Ω / 口。
[0036]實(shí)施例7
[0037]石墨烯復(fù)合微納米銀粉制備導(dǎo)電膠，準(zhǔn)確稱取1.5g聚酯樹脂、加入到12g乙二醇苯醚中，行星式動(dòng)力攪拌機(jī)中攪拌2h ;將7g粒徑為3 μ m的球形銅粉和Ig粒徑50nm的納米銀粉以及2.0g多層石墨烯微片JCG-4(吉倉納米)依次加入上述溶液中，超聲30分鐘，加入0.1g流平劑、0.3g十二烷基苯磺酸鈉及0.1g的30%的氨水溶液，繼續(xù)攪拌1.5h，得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠；使用RTS-9四探針測(cè)試儀測(cè)該導(dǎo)電膠150°C條件下燒結(jié)3min后方阻為9.7m Ω / □。
[0038]實(shí)施例8
[0039]石墨烯復(fù)合微納米銀粉制備導(dǎo)電膠，準(zhǔn)確稱取2.5g聚酯樹脂、加入到13g乙二醇苯醚中，行星式動(dòng)力攪拌機(jī)中攪拌2h ;將1g粒徑為3 μ m的三角形銀粉和Ig粒徑10nm的納米銀粉以及2.0g石墨烯粉末石墨烯粉末SX-1I (常州第六元素材料科技股份有限公司)依次加入上述溶液中，超聲30分鐘，加入0.1g流平劑、0.3g十二烷基苯磺酸鈉及0.1g的30%的氨水溶液，繼續(xù)攪拌1.5h，得到石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠；使用RTS-9四探針測(cè)試儀測(cè)該導(dǎo)電膠150°C條件下燒結(jié)3min后方阻為4.8πιΩ / 口。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:由下列組分及百分含量組成:導(dǎo)電填料30~65%、石墨烯I~50%、樹脂I~20%、添加劑0.1~5%、主體溶劑10~67%。上述各組分質(zhì)量百分含量之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的導(dǎo)電填料可以為微米級(jí)金屬顆粒、納米級(jí)金屬顆?；蛭⒓{復(fù)合金屬顆粒。 所述的導(dǎo)電填料的顆粒形狀可以但不限于是球形、片狀、圓盤、三角等形狀。 所述的金屬顆?？梢詾榈幌抻诮?、銀、銅、鋁金屬顆粒。 所述的微米金屬顆粒粒徑范圍為0.1 μ m~10 μ m ;納米金屬顆粒粒徑范圍為Inm~lOOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的石墨烯可以為化學(xué)氣相沉積法、機(jī)械剝離法、化學(xué)剝離法、化學(xué)合成法中任何一種方法制備的石墨烯材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的樹脂包括但不限于是聚酯類、聚丙烯酸類、氯醋樹脂、聚氨酯、環(huán)氧樹脂中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的添加劑包括流平劑、pH值調(diào)節(jié)劑、表面活性劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的流平劑為為聚丙烯酸酯、醋丁纖維素 、聚甲基硅氧烷中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的pH值調(diào)節(jié)劑為氨水、氫氧化鈉、三乙醇胺、磷酸鈉以及羥胺中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的表面活性劑為脂肪酸、脂肪酸酯、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚氧乙烯烷基酰胺、聚硅氧烷、聚山梨酯以及全氟辛酸鈉中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電膠，其特征在于:所述的主體溶劑包括但不限于乙醇、乙二醇、異丙醇、二甘醇、三甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇芐醚、、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、三甘醇甲醚、雙丙酮醇、二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、卡必醇乙酸酯、亞麻油、高沸點(diǎn)煤油、十三醇、桐油、普通膠質(zhì)油、十四醇、季戊四醇、大豆油、松香油、芳樟松油醇、鄰苯二甲酸二辛酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、環(huán)己酮、聯(lián)二環(huán)己烷、環(huán)己烷、正丁醇、丁酮、去離子水、羥乙基吡咯烷酮、鄰苯二甲酸二甲酯、環(huán)氧乙烷、山梨糖醇、棕櫚油、薄荷油中的一種或幾種。
【文檔編號(hào)】C09J11/04GK104178053SQ201310202478
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】張興業(yè), 邱雄鷹, 吳麗娟, 宋延林 申請(qǐng)人:北京中科納通電子技術(shù)有限公司