[发明专利]一种导电性碳纳米高耐热mPSU化合物

说明书

技术领域

本发明涉及含有碳纳米物质的高耐热工程塑料复合材料技术领域，具体涉及一种导电性碳纳米高耐热mPSU化合物。 

背景技术

半导体芯片托盘用化合物主要在PC、PPO、PSU、PES、PEI、PEEK等高分子树脂上给予导电性制作而成。高分子树脂的电气绝缘性能极为突出，具有极高的电气绝缘电阻，因此会引发静电，导致IC芯片的电路短路及错误运行、存储器损坏等多种破坏，进而降低半导体的制造工序收益率。 

为消除静电的破坏，需要一种能对发生的摩擦静电进行及时放电处理的导电性元件材料。此时，导电度要求以表面电阻值为准，防静电材料为E9~11 ohm/sq、静电放电材料为E4~8 ohm/sq、电磁干扰屏蔽材料为E1~3 ohm/sq。此外，作为绝缘体的普通塑料需要E13 ohm/sq以上的表面电阻值，而金属则需要E-1~-5 ohm/sq的表面电阻值。 

高分子产品给予导电性的方法有：给高分子产品浸涂液状导电性物质的方法、利用离子束或等离子对高分子产品进行表面处理，以起到ESD（静电放电）的作用。 

上述表面处理技术可从根源上屏蔽在化合物用导电性物质上会经常发生的粉尘。但产品的耐热温度、收缩率、弯曲及尺寸的稳定性远不如化合物用材料。因此，无法用于当前的半导体芯片托盘注塑成型用模具上，故需要重新制作产品，进而导致费用增加。 

最具代表性的化合物用导电性物质有金属类针状晶须、固有静电分散高分子、导电性碳黑、导电性碳纤维、碳纳米物质。 

在化合物用导电性物质中，金属类针状晶须呈白色或蓝白色，为高比重粉末，高长宽比，具有提高机械物性及导电度的优点。但与添加量相比，价格竞争力低，且该物质的高比重会导致产品重量增加。固有静电分散高分子本身就属于具有E7~11 ohm/sq电气特性的高分子物质，但在使用时，会降低产品的耐热度，且仅适用于防静电产品。 

导电性碳黑呈统一的黑色，价格竞争力高，但在使用时，会导致粉尘发生、 加热和冷却时导致尺寸变化等问题。 

导电性碳纤维与导电性碳黑相比，粉尘发生率较低，且具有突出的尺寸稳定性。但没有统一的外观颜色，故需要添加追加新的颜料，且碳化PAN纤维的制造单价高，进而降低价格竞争力。 

即便如此，由于在半导体生产工序中使用的芯片托盘特性，仍需要大量使用粉尘少的碳纤维，且在全世界上已达到供不应求的状态。 

在碳纳米物质中，碳纳米管是由日本NEC公司的饭岛博士于1991年，在利用高分辨率透视电子显微镜，搜集两个碳电极间的电弧引发副产炭黑的过程中，首次发现了多壁形态的碳纳米物质。 

碳纳米物质根据其末端的形态，分为管状和纤维状，末端开放的形态称为碳纳米管，而末端堵塞的形态则称为碳纳米纤维。碳纳米物质的石墨网结构呈直径为1~100nm的气缸形态，它的力学坚固性和化学稳定性极为突出，根据碳的排序，分为“之”字型和扶手椅型。“之”字型碳纳米物质大致具有半导体特性，而扶手椅型碳纳米物质则具有金属等电气导体特性，但在实际上，蜂窝状的六角形沿着管轴，呈螺旋形手征性结构较为多见。根据形态，碳纳米物质的特性分为半导体和导体，具有直径小，长度和纵横比大的优点。碳纳米管根据形态，分为单壁碳纳米管（以下简称SWNT）、多壁碳纳米管（以下简称MWNT）、碳纳米管绳，并根据其直径、长度、手征性结构，具有不同的物理性质。在导电度方面，由于碳纳米管的长宽比（纵横比）较大，因此当在复合体内呈均衡的三维分散状时，会通过管体形成导电轨道，故以少量的碳纳米管，也能发生导电度急剧增加的逾渗阈值。此时，管体间的接触距离在5nm以内也能形成电子跃迁，并具备导电性质。根据至今为止对碳纳米管复合体的导电度进行多方面研究的结果显示，通常MWNT在1~2wt%含量，而SWNT则在0.05~01wt%的含量中，发生导电逾渗现象。中国南开大学的陈教授等人经研究发现，可利用0.062wt%的SWNT制造发生导电逾渗的SWNT/环氧树脂复合体。单壁碳纳米管要比相同长度及厚度的钢铁坚固10~100倍，并具有极强的抗物理冲击的优点，但与多壁碳纳米管相比，制造费用要高出1,000倍左右，并因其纯度只有在70%以下，故在使用前必须进行精确提炼。因此，在制造SWNT复合体时，SWNT的使用量仅为MWNT的1/20左右，但由于两者之间的制造单价差距过于悬殊，因此以目前的技 术进行批量生产时，SWNT复合体的实际产品单价估计要高于MWNT50倍以上。