电动工具开关用高耐磨导电银浆的研制

2021-07-10朱庆明王德龙

科技与创新 2021年12期

朱庆明，王德龙

（核工业第八研究所，上海 201800；上海宝银电子材料有限公司，上海 201800）

近年来，随着电子技术的广泛应用，人们对电动工具的质量要求越来越高，尤其对产品的寿命、效率、质量等技术指标非常关注[1]。电动工具开关的寿命也获得了极大的提升，使用寿命超30万次，国外有些客户的要求超100万次。本文对电动工具开关用高耐磨导电银浆进行了研制，银浆的附着力、硬度、耐丙酮等性能都满足技术要求，耐磨性测试也达到了100万次的水平。系统研究了树脂体系、耐磨材料、银粉性能及含量和溶剂体系对导电银浆性能的影响。

1 实验部分

1.1 原材料

原材料主要有片状银粉、球形银粉、改性酚醛树脂、改性环氧树脂、超细玻璃粉、导电石墨、二硫化钼、润湿分散剂、消泡剂等。

1.2 导电银浆的制备

将改性树脂的载体、导电银粉、各种耐磨材料以及其他助剂等按特定比例通过高速分散剂搅拌均匀，然后再利用三辊轧机研磨分散均匀，即导电银浆。

1.3 银层固化膜的制备

采用丝网印刷的工艺，将制备好的导电银浆印刷在CCL（覆铜板）板/PCB（印刷线路板）板上的金属铜箔或者PET薄膜，并在（205±5）℃的温度条件下固化10～20 min，制得表面均匀且致密的银层。印刷在CCL板上的银层固化膜主要用来模拟PCB板，并进行银浆性能测试。印刷在PCB板上的银层固化膜，后续直接组装成工具开关，并进行电动工具开关的耐磨性测试。印刷在PET薄膜上的银层固化膜能用来测试银浆的导电性能。

1.4 导电银浆的性能测试

附着力测试：百格测试，用划格器在银层上切出十字格子图形，切口直至金属铜箔；用包刷对角线方向各刷5次，用胶带贴在切口上再拉开；观察格子区域的情况，银层没有任何剥落。

硬度测试：按照国家标准GB/T 6739—1996《涂膜硬度铅笔测定法》进行测试。手持铅笔约成45°角，以铅笔芯不折断为度，在银层固化膜推压，向试验者前方以均匀的、约1 cm/s的速度推压，在银层上刮划，判断银层表面是否出现划痕。

耐丙酮测试：将银层固化膜浸泡在丙酮溶液中5 min，然后用无尘布进行擦拭，观察银层表面没有任何脱落。

耐磨性测试：按照机械行业标准JB/T 7087—1997《电动工具开关》进行测试。将印刷好银层的PCB板，继续组装成工具开关，在电动工具开关寿命测试机上进行耐磨性测试。

导电性能测试：将导电银浆印刷在PET薄膜上，图形为长5 000 mm、宽0.4 mm的串联线路。

2 实验结果与讨论

2.1 树脂体系对附着力的影响

导电银浆中树脂体系作为浆料的骨架和导电银粉、耐磨材料的载体，其主要作用是提供了银浆基本的流动性、附着力，使浆料具有一定的成膜性、附着力、耐溶剂性和耐磨性[2]。鉴于导电银浆是丝网印刷在CCL板/PCB板上的金属铜箔，导电银浆与铜箔的附着力是首先要解决的，也是最难的。酚醛树脂本身具有黏结力强，工艺性好，耐磨及耐热性高等优点，但是因其固化后脆性大，剥离强度差[3]。环氧树脂对绝大数的金属都有优良的黏结性，使用范围非常广。本文选择了改性酚醛树脂、改性环氧树脂、改性酚醛树脂+改性环氧树脂3种树脂体系，结果如表1所示。

表1 树脂体系对银浆性能的影响

从表1可看出，纯改性酚醛树脂制成的导电银浆与金属铜箔的附着力非常差，全部剥离。添加改性环氧树脂可显著改善导电银浆与金属铜箔之间的附着力，比改性酚醛树脂好很多，主要原为改性环氧树脂结构中具有羟基、醚键和活性极大的环氧基，与金属铜箔界面产生电磁吸附或化学键[4]。纯改性环氧树脂制成的导电银浆浆料黏度较高，容易导致工艺性差、干网快、高膜厚等问题。究其原因主要是，纯环氧树脂制成的导电胶一般都是无溶剂型的，其黏度较溶剂型高。

2.2 耐磨材料对耐磨性的影响

导电银浆的耐磨性，一方面受树脂体系的影响，改性酚醛树脂的耐磨性优于改性环氧树脂，主要原因是酚醛树脂的硬度大、压缩强度高，并具有良好的耐热性、抗蠕变性等。另一方面，受各种耐磨材料的影响，超细玻璃粉可以提高银层的硬度；二硫化钼和导电石墨属于固体润滑剂，可以隔离相对运动的摩擦面从而达到减摩和耐磨的目的。3种耐磨材料对导电银浆性能的影响如表2所示。

表2 耐磨材料对银浆性能的影响

从表2中可以看出，玻璃粉和二硫化钼在增强银浆耐磨性的同时，还会增加银浆的电阻和稳定性；石墨既可以增强银浆的耐磨性，又可以导电，效果最佳。本文中，3种耐磨材料的添加相对比例为石墨∶玻璃粉∶二硫化钼=8∶1∶1，以导电石墨为主。

2.3 银粉性能及其含量对电阻的影响

银粉的形貌与银浆的导电性也有影响。相同的银含量，片状银粉主要形成面与面之间的接触，球形银粉主要形成点与点之间的接触，球形银粉添加到片状银粉当中可以起到良好的补充和衔接作用，进一步降低电阻[5]。本文中，片状银粉与球形银粉的相对比例为8∶1，以片状银粉为主。银粉性能及含量对电阻的影响如表3所示，从表3中可知，随着银粉粒径的减小，片状银粉的比表面积增加，银浆的润湿性会变差，电阻会变高；随着银粉含量的增加，银粉的润湿性也会变差，电阻会降低。本文中，银粉的含量控制在（50±2）%为好。