[发明专利]一种含有石墨烯的自修复环氧银胶

说明书

本发明提供一种含有石墨烯的自修复环氧导电胶，属于新型电子材料技术领域。该自修复环氧银胶是由以下重量百分比的组分组成：石墨烯0‑20％，导电金属粉50％～80％，环氧树脂1％～10％，环氧稀释剂1％～5％，动态固化剂5％～15％，固化促进剂0.1％～1％，自修复促进剂0.1％～1％，偶联剂0.5％～2％。本发明的通过引入动态固化剂实现导电胶中树脂网络的自我修复，使该材料具有较长的使用寿命；加入石墨烯和导电金属粉混合使用，大幅度提高导电胶的导电和导热性，制备出综合性能优异的导电胶，可以满足在大功率半导体封装和发光二级管领域的应用。

技术领域

本发明属于新型电子材料技术领域，具体涉及一种含有石墨烯的导电胶及其制备，该导电胶特别适用于IC和LED封装领域。

背景技术

导电胶是一种固化后具有一定导电和导热性能的胶黏剂，它通常由树脂基体、导电填料和助剂等组成。树脂基体主要起到粘结作用，填料用来形成导电通路。树脂基体主要为热固性的环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等；导电填料可以是金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和镀银金属粉等。

导电胶在微电子封装和LED封装领域主要用作互连材料，起到导热和导电的作用，但是随着半导体器件工作频率的进一步提高，功率容量的增大以及效率和可靠性的提高，特别是集成度越来越高，要求器件越来越小和越来越轻，将使电子系统发生新的变化。这导致器件上产生的热越来越大，而导电胶也经常在高温条件下使用进而发生失效，目前约有65％的封装失效可以归咎为温度、湿度载荷下的力学问题。因此研制出高温下可进行自修复的导电胶才能满足高密度集成电路封装的使用要求，提高电子元器件的使用寿命和可靠性。

目前，自修复导电胶的实现修复主要有两种途径，一种将含有修复剂的球形微胶囊和催化剂添加到树脂聚合物中，当裂纹前端接近微胶囊时，挤破微胶囊而流出修复剂，修复剂在催化剂的作用下发生聚合反应粘结裂纹两个端面修复裂纹，从而实现修复过程。这种方法中微胶囊修复剂制备比较复杂，工业化生产较为困难，并且这种方法只能实现一次修复。另一种方法就是在利用共价键的可逆性，制备具有动态的网络结构，导电胶发生破坏后，这些动态共价键在外部刺激(如光、热等)实现重排，生成新的共价键，从而实现修复。这种方法由于可靠性高，可以实现多次修复，综合性能较好等优点已经吸引了人们的广泛注意。

石墨烯结构可以看作被剥离的单原子层石墨，结构为sp²杂化碳原子形成的类六元环苯单元并无限扩展的二维晶体材料，这是目前世界上仅有单原子厚度的材料，这种特殊结构使石墨烯表现出许多优异性质,具体包括石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×10⁵cm²/(V·s)),突出的导热性能(5000W/(m·K)),超常的比表面积(2630m²/g),其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)也可与碳纳米管媲美。

虽然石墨烯具有优异的电、热和力学性能，但是石墨烯具有较大的比表面积，在高分子基体中容易聚集等特点，因此解决石墨烯在树脂体系中的分散和界面结合，是发挥其高导热导电性能的前提条件。为此，本发明通过共价键对石墨烯进行表面功能化，有利于其在树脂体系中的分散和增强界面结合，然后与微米级银片混合使用，通过选择合适的动态固化剂和催化剂，获得有修复功能的高导热的导电银胶，具有在大功率器件应用的前景。本发明采用树脂虽然是共价交联的高分子网络，但一定条件下能够加工塑型和再修复，其原因在于网络结构中的一些动态共价键，在一定条件下断裂和重新生成，导致网络的拓扑结构发生变化，而在此过程中，材料的交联密度不变。

发明内容

本发明针对导电胶在大功率器件中应用时容易发生分层失效，通过导电胶中引入动态共价键实现大功率器件的界面分层修复，加入银片和石墨烯杂化材料能够有效增强导电胶的导热性能，提供一种含有石墨烯的自修复环氧银胶，从而能够满足大功率器件的需求。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。