تهیه چسب کامپوزیتی برپایه اپوکسی دارای پودر مس پوشش‌یافته با نقره و ارزیابی خواص الکتریکی آن

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، گروه مهندسی پلیمر، کد پستی 5166616471

2 تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده شیمی، گروه شیمی کاربردی، کد پستی 5166616471

چکیده

در پژوهش حاضر، چسب کامپوزیتی رسانای الکتریسیته با استفاده از رزین اپوکسی به عنوان ماتریس پلیمری و ذرات پودر مس پوشش یافته با فلز نقره به‌عنوان پرکننده تهیه شد. سپس، روی چسب کامپوزیتی تهیه شده آزمون‌های مختلف نظیر میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، طیف‌سنجی پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP)، تجزیه گرماوزن‌سنجی و اندازه‌گیری مقدار مقاومت ویژه الکتریکی و مقدار استحکام برشی انجام شد. تصاویر SEM از سطح شکست این چسب کامپوزیتی نشان داد، با اضافه‌شدن پوشش نقره روی سطح ذرات مس، ناهمواری‌ها و برجستگی‌های روی سطح ذرات کروی‌شکل مس کاهش یافته‌اند. اندازه ذرات پس از پوشش‌یافتن با نقره تغییر محسوسی نیافته و در حدود کمتر از 35 میکرومتر بود. همچنین تصاویر SEM نشان داد، مسیرهای رسانایی به‌خوبی در ماتریس پلیمری ایجاد شده‌اند. با افزودن پرکننده رسانا، استحکام برشی چسب از12.14MPaتا 10.77MPa  کاهش می‌یابد، اما این مقدار استحکام برای اتصال قطعات مناسب است. همچنین با افزودن پرکننده رسانا، پایداری گرمایی ماتریس پلیمری چسب افزایش یافت. در نهایت، بررسی خواص الکتریکی این چسب کامپوزیتی نشان داد، با افزایش مقدار پرکننده پودر مس، مقاومت ویژه الکتریکی چسب رسانا با شیب تندی کاهش می‌یابد، اما با ازدیاد پرکننده به %70 وزنی، شیب آن کم می‌شود. از این‌رو، مقدار بهینه پرکننده رسانای الکتریسیته از جنس پودر مس پوشش‌یافته با نقره برای ایجاد خواص الکتریکی، مکانیکی و گرمایی قابل قبول، %70 وزنی به‌دست آمد که مقاومت الکتریکی ویژه آن Ω.cm 2.8×10-2 است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Epoxy-Based Composite Adhesive Containing Silver Coated Copper Powder: Preparation and Evaluation of Its Electrical Properties

نویسندگان [English]

  • Hamed Rikhtegar 1
  • Seyed Jamaleddin Peighambardoust 1
  • Abdolreza Mirmohseni 2
1 Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, University of Tabriz, 51666-16471, Tabriz, Iran
2 Polymer Research Technology Laboratory, Faculty of Chemistry; University of Tabriz, 51666-16471, Tabriz, Iran
چکیده [English]

The progress in scientific and technical products and increasing needs for advanced electrical and electronic devices have motivated researchers to investigate new ideas in this field. One of the main challenges in this way is the connection between microchips and other parts of electrical boards. Lead-based alloys, especially tin-lead solders are the conventional materials which have destructive effects on living organisms and the environment. Electrical conductive adhesives, used as replacement for lead-based solders, are composites comprised of a polymer matrix as adhesive material and conductive fillers for conduction of electricity. In this research conductive adhesives were prepared using diglycidyl ether of bisphenol A epoxy resin as the polymer matrix and various amounts of silver-coated copper powder as conductive filler. The copper powder was coated with silver using electroless plating. The structural properties of the filler was characterized by inductivity coupled plasma analysis. The morphology of the samples was investigated by scanning electron microscopy. The conductive properties, shear strength and thermal stability of adhesives were also evaluated. The conductive adhesive containing 70 percent by weight of silver-coated copper powder showed optimum properties. For this sample an electrical resistivity of 2.8×10-2 Ω.cm and a shear strength of 10.77 MPa were obtained. In addition, the weight loss during thermogravimetric reduction was 23.69% for the optimum sample, while it was 88.71% for the sample with no filler, indicating an improvement in thermal stability due to adding filler.

کلیدواژه‌ها [English]

  • composite
  • electrical conductive filler
  • epoxy base adhesive
  • electrical properties
  • thermal stability properties

1.Dou S., Qi J., Guo X., and Yu C., Preparation and Adhesive Performance of Electrical Conductive Epoxy-Acrylate Resin Containing Silver-Plated Graphene, J. Adhes. Sci. Technol., 28, 1556-1567, 2014.
2.Jagt J.C., Reliability of Electrically Conductive Adhesive Joints for Surface Mount Applications: A Summary of the State of the Art, IEEE Transac. Compon. Pack. Manufact. Technology, Part A, 21, 215-225, 1998.
3.Li Y. and Wong C., Recent Advances of Conductive Adhesives as a Lead-free Alternative in Electronic Packaging: Materials, Processing, Reliability and Applications, Mater. Sci. Eng. R: Reports, 51, 1-35, 2006.
4.Chien I.Y. and Nguyen M.N., Low Stress Polymer Die Attach Adhesive for Plastic Packages, Proceeding of 44th Electronic Components and Technology Conference, 580-584, 1994.
5.Galloway D.P., Grosse M., Nguyen M.N., and Burkhart A., Reliability of Novel Die Attach Adhesive for Snap Curing, Proceeding of Electronics Manufacturing Technology Symposium, 17th IEEE/CPMT International, 141-147, 1995.
6.Gonzales J.I.J. and Mena M.G., Moisture and Thermal Degradation of Cyanate-Ester-Based Die Attach Material, Proceeding of 47th Electronic Components and Technology Conference, 525-535, 1997.
7.Lutz M. and Cole R., High Performance Electrically Conductive Silicone Adhesives, Microelectron. Int., 7, 27-30, 1990.
8.Pujol J., Prud’homme C., Quenneson M., and Cassat R., Electroconductive Adhesives: Comparison of Three Different Polymer Matrices. Epoxy, Polyimide and Silicone, J. Adhes., 27, 213-229, 1989.
9.Mikrajuddin A., Shi F., Chungpaiboonpatana S., Okuyama K., Davidson C., and Adams J., Onset of Electrical Conduction in Isotropic Conductive Adhesives: A General Theory, Mater. Sci. Semiconduct. Proc., 2, 309-319, 1999.
10.Lovinger A.J., Development of Electrical Conduction in Silver-Filled Epoxy Adhesives, J. Adhes., 10, 1-15, 1979.
11.Zhang R., Agar J.C., and Wong C., Recent Advances on Electrically Conductive Adhesives, Proceeding of 12th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC), 696-704, 2010.
12.Lumpp J., Li J.K., Andrews R., and Jacques D., Aspect Ratio and Loading Effects of Multiwall Carbon Nanotubes in Epoxy for Electrically Conductive Adhesives, J. Adhes. Sci. Technol., 22, 1659-1671, 2008.
13.Tao Y., Yang Z., Lu X., Tao G., Xia Y., and Wu H., Influence of Filler Morphology on Percolation Threshold of Isotropical Conductive Adhesives (ICA), Sci. China Technol. Sci., 55, 28-33, 2012.
14.Wu H., Wu X., Ge M., Zhang G., Wang Y., and Jiang J., Effect Analysis of Filler Sizes on Percolation Threshold of Isotropical Conductive Adhesives, Compos. Sci.
Technol., 67, 1116-1120, 2007.
15.Ma H., Qiu H., and Qi S., Electrically Conductive Adhesives Based on Acrylate Resin Filled with Silver-Plated Graphite Nanosheets and Carbon Nanotubes, J. Adhes. Sci. Technol., 29, 2233-2244, 2015.
16.Prolongo S.G., Moriche R., Jiménez-Suárez A., Sánchez M., and Ureña A., Epoxy Adhesives Modified with Graphene for Thermal Interface Materials, J. Adhes., 90, 835-847, 2014.
17.Liu Q., Zhou X., Fan X., Zhu C., Yao X., and Liu Z., Mechanical and Thermal Properties of Epoxy Resin Nanocomposites Reinforced with Graphene Oxide, Polym. Plast. Technol. Eng., 51, 251-256, 2012.
18.Djokic S., Dubois M., and Lepard R.H., Process for the Production of Silver Coated Particles, US Pat. 5945158A, 1999.
19.Zandiatashbar A., Picu R., and Koratkar N., Mechanical Behavior of Epoxy-Graphene Platelets Nanocomposites, J. Eng. Mater. Technol., 134, 031011-031016, 2012.