导电银胶在电磁屏蔽材料上的研究与应用*

顾哲明，王 萍，金石磊，李小慧，李 颖

(1.上海材料研究所 上海工程材料应用评价重点实验室，上海 200437；2.谱尼测试科技股份有限公司，上海 200233）

导电银胶在电磁屏蔽材料上的研究与应用*

顾哲明1，王 萍1，金石磊1，李小慧1，李 颖2

(1.上海材料研究所 上海工程材料应用评价重点实验室，上海 200437；2.谱尼测试科技股份有限公司，上海 200233）

以片状银粉作为导电介质，以环氧树脂、固化剂、促进剂混合为成膜剂制备出可用于电磁屏蔽，具有良好力学性能的导电银胶。讨论了银粉在银胶中质量分数为75%、81%时，固化后银胶在100kHz～18GHz波段的电磁屏蔽性能，银含量越高对15M～18GHz高频率波段电磁屏蔽效能越好，可达到17～51dB。分析了银胶导电性与电磁屏蔽功效之间的关系；通过扫描电镜的观察，从微观上进一步验证其电磁屏蔽作用；当银含量为81%时其拉伸强度为1.20MPa。

电磁屏蔽；银胶；体积电阻率；拉伸强度

前 言

随着科学技术的不断发展，各种电子电气设备给人们的日常生活和社会生产带来极大的便利，但此类设备产生的电磁辐射和干扰问题也影响了生存环境，直接危害到人类健康。为了减少电磁干扰，屏蔽电磁波，可以在不同的空间域，通过金属物质制成壳、盒、板，对不同空间域的电场、磁场和电磁波进行隔离，防止彼此的扩散、干扰，进而达到电磁屏蔽的目的。屏蔽材料可以对来自电子元件、线路、集成体的电磁波起到吸收、反射作用来减弱电磁波的干扰，是一种有效实现电磁屏蔽的方法[1，2]。

研究用于电磁屏蔽的材料有铁磁材料、铁电材料、导电高分子材料、导电涂料等，其中的导电涂料可按照导电金属粉末填充物的不同，分为银系、铜系、镍系等。银基导电涂料是以球状、片状银粉为导电介质，高分子树脂基体为成膜剂，均匀混合制得，该材料具有可流动成型、一次加工成型、膜厚均一等特点，于被屏蔽材料表面涂膜、喷涂固化后即可使用。由于基体树脂中加入了金属粉末，易于形成彼此接触的通电网络，但不利树脂基体与基板的粘接，影响了银基导电材料的力学性能[3]。本文研究了不同质量分数银基导电材料的电磁屏蔽性能，探讨了电磁屏蔽原理，同时研究了其导电性和力学性能。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

微米级片状银粉（0.5μm），上海合成树脂所；环氧树脂E-51（环氧值0.51），上海树脂厂；改性咪唑类潜伏型固化剂（99%，液态），促进剂（99%，固体粉末）日本四国化学。电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9123A），上海申贤恒温设备厂；扫描电子显微镜（Philips XL-30）；微米千分尺，上海量具刃具厂；涂膜棒(0.1mm)；电磁屏蔽室，上海材料研究所；数显电子万能试验机 (WDS-10)，上海申联试验机厂。

1.2 导电银胶的制备

将环氧树脂（E-51）、固化剂、促进剂按100∶6∶2的比例预混合，使用三辊研磨机，混合得基体树脂，按片状银粉的质量百分含量为75%、81%，与基体树脂用三辊研磨机混合，分别得到银胶1#、2#。用涂膜棒将银胶涂于PET基片上，室温下静置流平，于80℃预固化10min，升至 150℃固化30min，得到102mm×102mm×0.1mm电磁屏蔽薄膜待测性能。

1.3 导电银胶体积电阻率测试

参照国家军用标准GJB 548A-1996进行，测试导电银胶1#和2#的体积电阻率。如图：

图1 体积电阻率测试示意图Fig.1 The schematic of volume resistivity test

1.4 电磁屏蔽性能测试

电磁屏蔽性能测试方法依据的标准为：QJ 2429-1993战术导弹壳体屏蔽效能测量方法。发射设备：AV1487B微波合成扫频信号发射器，AV3866A功率放大器；接收设备：AV4036D频谱分析仪，AV3841A低噪声放大器矩阵。将固化后的导电银胶1#和2#，尺寸为102mm×102mm×0.1mm，牢固固定于钢板中间即阴影部分，分别测试10k～18GHz不同频率下的屏蔽效能。

图2 电磁屏蔽待测样模板(阴影部分为样品区)Fig.2 Template of electromagnetic shielding effectiveness sample

2 结果与讨论

2.1 固化后银胶的电磁屏蔽性能

表1为不同银含量（75%、81%）的银胶，用相同的涂膜工艺即涂膜棒，涂布于PET膜上，两者膜厚均为0.1mm，于固化温度下固化得到被测物。测量电磁屏蔽效能时，首先在不同波段下测试空场效能SE0，然后固定被测物使其与基板紧密贴合，在不同波段下测定样品的电磁屏蔽效能SE1，用ΔSE=SE1-SE0得到该样品在该频率下的电磁屏蔽效能。由表1可知，1#样品全波段屏蔽效能基本在0～5dB，屏蔽效果差；2# 样品，在 10k～10MHz低频波段中屏蔽效能为2～16dB，在15M～18GHz波段中为27～51 dB，电磁波频率值越大，屏蔽效果越佳，这与文献[4,5]是完全一致的；但整个波段的屏蔽效果2#明显优于1#，银含量越高，电磁屏蔽效果越好，且高频率波段表现尤为优异。电磁屏蔽的作用主要表现在材料自身的电磁性与导电性；电磁性材料如铁磁、铁电屏蔽材料能够产生磁场吸收电磁波，达到电磁屏蔽的效果，其主要作用于低频波段。低频磁场的屏蔽主要以吸收损耗为主，铁磁材料利用高的磁导率引导磁力线通过高穿透材料，并在附近空间降低磁通密度而达到电磁屏蔽的目的，而导电银胶的导电率高，相对磁导率较低，所以不适于低频磁场的屏蔽。对于固化后的银胶薄膜，银粉颗粒在树脂中的相互搭接作用，形成了导电通路，使该材料表面具有良好的导电性能，能够将传播来的电磁波反射回原空间，具有良好的电磁屏蔽作用，对高频波段作用尤为明显。

表1 银胶固化后的电磁屏蔽性能Table 1 The electromagnetic shielding effectiveness of silver adhesive after cured

2.2 导电率的测定

为验证电磁屏蔽与材料导电性之间的关系，探讨了银胶中银含量与固化后银胶体积电阻率之间的关系，如图3。当Ag%＝81%时，固化后银胶的体积电阻率为2×10-4Ω·cm，小于Ag%＝75%，其值为1×10-3Ω·cm。结合电磁屏蔽的分析，其体积电阻率越低即导电性越好，电磁屏蔽效果越明显。薄膜表面电磁屏蔽效果取决于薄膜界面与空气阻抗的不连续，阻抗差值越大则屏蔽效果越明显；当薄膜界面体积电阻率越小，即银粉颗粒有效接触并形成导电通路，增大其与空气的阻抗差值，在屏蔽材料表面形成的导电层能够很好地反射电磁波。此外，还测定了不同银含量Ag%＝50%、60%、70%银胶固化后的体积电阻率，成线性变化趋势。

图3 体积电阻率随银含量的变化Fig.3 The volume resistivity change with Ag content

2.3 固化后银胶的扫描电镜

为进一步讨论银粉颗粒分布对材料电磁屏蔽的影响，固化后银胶中银粉在薄层横截面分布的微观形貌用扫描电镜进行了观察，如图4。在图4a中，当Ag%＝75%时，银粉之间存在较大空隙，绝大部分被树脂填充，树脂属绝缘性，不利于提高材料的导电性能，该组分体积电阻率大，较差的导电性能导致电磁屏蔽不佳。当Ag%＝81%时，即图4b，银粉颗粒之间紧密接触，填充树脂成分较少，银颗粒之间能够形成良好的导电通路，有利于反射电磁波。

图4 银含量为75%(a)81%(b)银胶固化后横截面的扫描电镜图Fig.4 The SEM images of the section of Ag adhesive with the content of 75%and 81%after cured

2.4 固化后银胶的拉伸强度

银胶一般用于涂布或修补金属材料的接缝处，不仅要有良好的电磁屏蔽性，对基体的粘接性能尤为重要。纯树脂力学性能较好，如纯双酚A环氧树脂的拉伸强度可达到20.4MPa。当银粉加入其中后，在空间上阻隔了树脂的连续性，同时也影响了树脂与基板的粘接，不能够保持原有良好的力学强度。我们对不同银含量银胶固化后的力学强度进行了讨论，如图5。由图可知，银含量的增大，固化后银胶的拉伸性能出现了明显下降的趋势，当银含量为75%时，拉伸强度为9.38MPa。当银含量为81%时，其值为1.20MPa。

图5 拉伸强度随银含量的变化Fig.5 The tensile strength change with Ag content

3 结论

制备了以片状银粉为导电介质，环氧树脂为基体树脂，可用于电磁屏蔽的银胶。当银含量为81%时，高频率波段的电磁屏蔽效能可达到27～51dB，体积电阻率为2×10-4Ω·cm。，对其力学性能进行研究，当银含量为75%时，拉伸强度为9.38MPa。当银含量为81%时，其值为1.20MPa。

［1］丁世敬,赵跃智,葛德彪.电磁屏蔽材料研究进展［J］.材料导报,2008,22(4)：30～37.

［2］何江川,马榴强.电磁屏蔽涂料制备的新进展［J］.包装工程,2004,25(6)：55～57.

［3］王萍,金石磊,顾哲明.单组分环氧树脂－银导电胶的制备研究［J］.广州化工,2011,39(5)：62～64.

［4］CHENG K B,LEEB K C,UENGC T H，et al.Electrical and impact properties of the hybrid knitted inlaid fabric reinforced polypropylene composites［J］.Composites Part A：Applied Science and Manufacturing,2002,33(9)：1219～1226.

［5］CHENG K B,RAMAKRISHNAB S,LEEB K C.Electromagnetic shielding effectiveness of copper/glass fiber knitted fabric reinforced polypropylene composites［J］.Composites Part A：Applied Science and Manufacturing,2000,31(10)：1039～1045.

Study and Application of Conductive Silver Adhesive in Electromagnetic Shielding Materials

GU Zhe-ming1,WANG Ping1,JIN Shi-lei1,LI Xiao-hui1and LI Ying2
(1.Shanghai Key Laboratory for Engineering Materials Evaluation,Shanghai Research Institute of Material,Shanghai 200437,China;2.The PONY Test Co.,Shanghai 200233,China）

A conductive silver adhesive with good mechanical properties used for electromagnetic shielding was prepared with using silver powder as conductive filler and epoxy resin,curing agent,accelerator as film-forming agent.The electromagnetic shielding properties of silver adhesive after cured with the silver powder contents of 75%and 80%in the frequency range of 100kHz～18GHz was discussed.The result showed that the shielding effectiveness(15MHz～18GHz)of high silver content adhesive could reach 17～51dB.The relationship between the conductive properties and shielding effectiveness of silver adhesive was analyzed by scanning electrical microscopy.The tensile strength of silver adhesive was 1.20MPa when the silver content was 81%.

Electromagnetic shielding;silver adhesive;volume resistivity;tensile strength

TQ 322.95

A

1001-0017（2012）01-0001-03

2011-07-14 *

上海市纳米基金项目(编号：1052nm02500)

顾哲明（1981-），男，汉族，江苏南通人，工程师，博士，主要从事电子浆料的研究与应用。