低温固化银浆材料体系与性能优化研究进展

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低温固化银浆材料体系与性能优化研究进展

张正甫 高继强 李江辉 陈开茶 李俊鹏

(贵研电子材料(云南)有限公司 云南贵金属实验室有限公司 云南省贵金属新材料控股集团股份有限公司 贵金属功能材料全国重点实验室 昆明贵金属研究所)

摘要: 

导电银浆作为电子信息产业链的关键材料，是支撑芯片封装互连、柔性电子及新能源光伏电池等战略性新兴产业发展的核心支柱；上承高纯银粉、有机树脂等原材料，下接电子线路板制造、柔性电子器件组装互连，是连接基础材料体系与高端电子终端的“关键桥梁”。在导电银浆中，低温固化银浆凭借其环境友好、工艺温度低、线分辨率高等优势脱颖而出。本文聚焦低温固化银浆料的研究现状与发展趋势，从材料体系研发、性能优化策略及应用前景等方面展开分析，阐述了低温固化银浆料的基本组成与分类体系，包括导电功能相、有机粘结相、溶剂及助剂的协同作用机制；通过剖析渗流理论、隧道效应和场致发射等导电机制，以及声子传输在热传导过程中的关键作用，本文系统总结了低温固化银浆的导电填料优化、树脂基体改性、生物界面及工艺创新适配等性能提升策略，探讨了其在柔性可穿戴电子领域的应用，为可穿戴式低温固化导电浆料的工程化应用提供材料设计依据。

随着信息技术及相关应用领域的迅速发展，电子器件在高集成度、高功率密度以及微型方面的需求不断加剧。电子封装材料的设计与应用有了更严苛的性能要求：为适应高载荷量和高集成化器件的运行条件，封装连接材料需要具备稳定可靠的界面结合能力，还要在导电、导热方面表现优异，并能在长期服役及复杂工况下维持足够的可靠性[1-3]。在众多材料中，低温固化导电浆料作为一种以聚合物为基体、导电填料为功能相的复合材料，因其低加工温度、良好的粘接性能及工艺兼容性而在电子封装领域得到广泛应用。研究表明，银的体电阻率约为 1.59×10-8 Ω·m，在常见金属中具有最高导电性，同时银的氧化物仍具有一定导电能力[4, 5]，这使得银基导电浆料具有优异的电导率、良好的化学稳定性以及相对稳定的接触电阻，已成为目前应用最为广泛的导电互连材料之一。近年来，随着电子器件向柔性化和高密度互连方向发展，传统需要较高固化温度的导电银浆已难以满足新型电子器件的加工需求。相较于传统高温烧结型银浆，低温固化银浆通常在 60–120 ℃甚至更低温度条件下即可实现固化，并通过聚合物交联形成粘接结构，同时依赖银颗粒之间的接触或隧穿效应构建导电通路[6, 7]。另外，低温固化银浆还具有独特的性能，比如可规避铅元素及助焊剂的使用，对生态环境友好；同时具有温和的加工工艺与简化的生产流程，能够适配不同类型的基材界面[8]。重要的是，导电银浆料拥有优异的导电性能、耐弯折性、印刷性以及附着力等性能，可实现较高的线分辨率，适用于构筑微型尺寸、超窄间距的互连结构，因而已被广泛应用在柔性电路、5G 射频器件、电磁屏蔽和异质结太阳能电池等领域[9]。

国内导电胶产品研制技术起步晚，技术路线长期依赖传统环氧聚合物树脂体系。国内产能主要集中于贵研铂业股份有限公司及部分科研院所，而全球高端市场则由汉高、3M、日立化成(Hitachi)、Three-Bond及 TeamChem 等跨国企业主导。在高端应用领域，高性能导电胶高度依赖进口：汉高与 3M 凭借技术优势基本垄断集成电路与 LED 封装市场；日本住友电木亦占据重要份额；Three-Bond 深度绑定石英晶体谐振器领域；TeamChem 等产品则广泛覆盖 COB、PCBA、光伏电池及分立器件等多元封装场景。相比之下，国产导电胶目前主要集中于中低端消费电子市场，高端市场占有率极低。受限于国外企业长期构筑的专利壁垒与工艺锁定，国产新材料难以切入主流电子器件的设计、工艺实施与可靠性验证体系。这种“应用端排斥”导致国产材料在“成分‑结构‑性能‑服役环境”的闭环验证中缺乏充分的数据积累与迭代反馈，严重迟滞了技术追赶进程。此外，进口导电胶价格高昂、供应链波动频繁，且核心电子封装材料面临地缘政治下的断供风险。当前，随着先进封装、柔性电子及新能源产业的快速发展，国内导电胶年需求量已突破千吨量级并呈持续爆发态势。然而，国产低温固化银浆在导电稳定性、环境可靠性及工艺适配性等方面与国际先进水平仍存在显著差距，产品自给率偏低。高端材料的“卡脖子”现状已成为制约我国电子信息产业自主可控与战略升级的关键瓶颈，突破高性能低温固化银浆的国产化替代技术，已成为当前电子封装领域亟待攻克的核心课题。

尽管低温固化银浆在电子封装领域具有广阔的应用前景，但其性能优化仍面临多方面挑战。例如，降低固化温度通常会降低聚合物交联度，从而影响材料的力学性能及耐环境稳定性；低温固化温度(60–120℃)远低于环氧树脂完全交联所需活化能，导致聚合物交联度不足(<70%)，无法有效锚定导电填料；而导电网络致密化又依赖填料在固化过程中的重排与接触——二者形成“低交联度与高致密性”的内在冲突[10-12]。这一矛盾直接导致界面孔隙率高，电子隧穿距离增大、界面结合强度弱，易在热循环中脱粘、以及自由体积大，加速银离子迁移[13, 14]。因此，低温银浆的优化本质是在交联动力学受限条件下，通过填料设计与界面工程补偿网络致密性。高填料含量虽有利于形成导电网络，却可能导致浆料流变性能下降及加工困难[15, 16]。此外，银颗粒之间的界面接触电阻、填料分散性以及界面结合状态等因素也会对导电性能产生重要影响。通过调控导电填料结构、优化聚合物基体体系以及构建稳定导电网络结构来实现导电性能与力学性能之间的协同优化，已成为当前低温固化银浆研究的核心问题[3, 16]。

基于上述研究背景，本文围绕低温固化银浆材料体系的组成特点及其导电导热机理，对近年来相关研究工作进行了综述，重点分析了银填料结构调控、树脂基体设计及界面工程工艺对材料导电性能和可靠性的影响，并对未来低温导电浆料的发展趋势进行了展望，为高性能电子封装导电材料的设计与应用提供参考。

1 浆料材料体系及机理

导电浆料主要由四个部分组成：导电功能相(金粉、银粉、铜粉、碳材料等)、树脂粘结相(环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯、酚醛树脂等)、溶剂体系(松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯等)和助剂(触变剂、分散剂、偶联剂、流平剂等)[17]。导电填料作为体系中的功能核心，通过构建电子传输网络实现电荷的高效传递，直接决定了材料的电学特性；有机树脂基体在热固化过程中形成三维交联网络，将导电网络牢固地锚定于基板表面，赋予材料优异的粘结力、抗冲击性及机械性能；有机溶剂体系则通过调控体系流变学行为，优化浆料的加工性能与存储稳定性[2]。为满足特定应用场景下的工艺操作，可引入功能性助剂剂(如触变剂、分散剂、流变调节剂、防沉降剂等)，精准调控浆料的印刷适性、储存寿命及成膜质量，从而实现材料性能与应用需求的最佳匹配[3]。根据不同的分类标准，导电浆料可分为多种类型[9]：按填料类型分为无机银浆(金属粉/非金属粉)、有机银浆(导电聚合物)、复合银浆(金属+碳材料)；按固化温度分为室温固化型(25 ℃)、低温固化型(100 ℃)、中温固化型(150 ℃)、高温固化型(200 ℃)；按功能特性分为各向同性导电胶(ICA)、各向异性导电胶(ACA)、非导电胶(NCA)。其中低温无压固化银浆因其无需外部压力、低温成形等特点在功率器件封装中具有独特优势，而柔性生物电极用银/氯化银浆料则在生物医学传感领域有着广泛应用，其电位稳定性优异，生物相容性好，通过丝网印刷工艺可设计灵活、成本低廉，适合工业化生产，已成功应用于心电监测、电化学传感器、可穿戴生物电极等领域[9]。

1.1 导电机理

浆料的导电性主要通过三种机理解释：渗流理论、隧道效应和场致发射[3]。渗流理论认为当导电填料含量超过临界值时形成连续导电网络，当填料比例达到渗流阈值，电导率急剧上升；隧道效应解释为电子通过量子隧穿方式跨越 < 10 nm 的绝缘间隙，在较低填料含量下占主导地位；场致发射则是在高电场强度下，电子跃迁穿过间隙势垒。Guo 等[18]研究了V2CT2/Ag/rGO/MWCNTs 复合填料对导电胶性能的影响，发现 MXene 的独特片层结构能够桥接分散的导电颗粒，将隧道电阻转变为接触电阻，从而有效降低导电胶的电阻率。实际上，浆料的导电行为通常是这三种机制共同作用的结果，不同条件下各自占主导地位[19]。低温固化过程中，树脂交联动力学直接决定了导电填料的空间重构窗口与主导导电机理。在固化初期，体系粘度低，银颗粒受范德华力与毛细作用驱动发生重排，此时颗粒间距多>10 nm，隧道效应主导电子传输[20, 21]；随交联反应进行，体系粘度呈指数上升，填料运动逐渐被“冻结”[22, 23]。若交联速率适中，颗粒可被锁定于紧密接触状态，接触传导取代隧道效应成为主导，渗流网络趋于完善；若交联过快(如高活性固化剂或局部过热)，填料未来得及重排即被固定，导致界面间距过大，渗流网络不连续，电阻率呈非线性跃升[24-26]。因此，低温固化的核心在于通过调控交联速率延长填料重排时间窗，实现“隧道到接触”导电机理的有利转变，这也是低温体系区别于中高温烧结体系的本质特征。片状银因面-面接触降低渗流阈值，但低温下树脂流动不足，片间仍存>20 nm 间隙，隧道效应主导[27, 28]；而原位生成的纳米银可填充微米间隙，使间距<3 nm，接触电阻成为主导[29, 30]。这表明低温固化下，填料设计的核心目标是将主导机理从“隧道效应”转向“接触电阻”。Ruschau 等[31]提出导电粘合剂的总电阻，即测试得出的体积电阻，等于填料自身电阻、填料与粘接相之间的结合电阻和导电填料与界面之间的接触电阻的总和。

隧道效应理论的提出源于对渗流理论局限性的深入认识。当导电填料的体积分数超过渗流阈值时，体系内并非所有导电粒子均能形成直接的物理接触以构成连续的导电通路。事实上，固化后的复合材料中仍存在大量孤立的、未与其他导电粒子建立直接接触的填料颗粒。然而，电学测试证实，此类孤立颗粒仍具备电子传输能力。这一现象被归因于量子隧穿效应：当相邻导电颗粒间的间距减小至纳米尺度时，电子可在电场驱动下穿越其间绝缘势垒，从而实现非接触状态下的电荷输运[32]。Liang 等[33]通过精确控制银纳米颗粒的生长过程，成功合成了具有多层次分支结构的 3D 银分形花，其独特的树枝状结构和高比表面积显著降低了导电胶的渗流阈值。在银总含量为80 wt%时实现了极低的体电阻率(1.15 × 10-4 Ω·cm)和高粘接强度(12.88 MPa)，并且表现出优异的长期稳定性(210 天内电阻波动< 3%)、良好的热稳定性(150 ℃下无氧化)以及与 3D 打印工艺的兼容性，这一研究证实了通过设计特殊形貌的导电填料可以实现更低的渗流阈值和更优异的导电性能，但如何在大尺度生产中控制这种复杂形貌的均一性仍是工程化难题。

1.2 导热机理

浆料的热传导主要依靠声子传输，包括导热通路理论、导热渗透理论和热弹系数理论[2]。导热通路理论认为导热填料形成连续热传导路径，降低热阻；导热渗透理论认为当填料超过渗流阈值时，热导率急剧上升；热弹系数理论则强调高导热和低导热组分复合强化，提高声子传输效率[34]。导电胶热量的传递主要依靠电子与声子两种载流子。由于导电填料与聚合物基体间存在介电常数差异及界面不连续性，作为主要热载流子的电子在穿越界面时会发生显著散射，导致界面热阻大幅提高，严重制约了整体的热传输效率[35]。夏泽众等[36]用聚多巴胺修饰的碳纳米管负载银纳米粒子去改善碳纳米管在浆料中的分散性，且让银纳米颗粒与微米级银粉复合体系在低温条件下原位固化，形成相互连接的立体网络构架。该结构显著优化了热传输路径，有效削弱了不同材料接触界面的热阻效应，从而大幅增强体系的导热性能。如图 1 所示，片状银结构通过面-面接触形成连续导热网络，有效降低界面热阻，提供多通道高效热传导路径，而颗粒银结构仅能通过点-点接触导热，接触面积极小，界面热阻大，热散逸效率较低[37]。Chen 等[38]发现将 MXene 表面负载银纳米粒子的复合填料添加到环氧树脂/银片体系中，当 MXene@Ag 含量仅为 3 wt%时，导热系数达到 40.80 W/(m·K)，比纯银片体系提高了 9 倍。机理研究表明，银纳米粒子在固化过程中连接高导热 MXene 和银片，形成高效的热传导网络，大幅降低了界面热阻。这种复合体系在LED 散热测试中表现优异，相比商用导热胶，LED 芯片表面温度降低了 12 ℃，冷却效率提高了 20%[39]。这表明构建“填料-填料”的直接导热通路比单纯增加填料含量更为有效。然而，高导热填料往往会导致浆料粘度急剧上升，影响印刷性能，这是高性能材料设计需要解决的问题。

2 性能优化与应用

2.1 导电填料多尺度设计

银粉作为核心功能相，决定了银浆的导电性能[3]。根据几何特征差异，银粉划分为两大类别：形态维度(包括片层状、球状、絮凝状、枝晶状及纤维状等)和尺度维度(涵盖常规银粉、亚微米级银粉、超细级银粉以及纳米级银粉)，表 1 列举了几种银复合材料的导电性[9]，数据表明银填料的导电性能并非仅取决于银含量或单一形貌，而是由“形貌-尺寸-界面”三维耦合效应共同决定。单一形态或单一尺寸的银粉体系难以兼顾导电网络构建的完整性与高效性。当前工业界普遍采用多尺度、多形态银颗粒协同策略，通过精确调控不同粒径分布与几何形态颗粒的比例，构建出三维互连的高效电子传输通道，这一策略已成为现代低温固化导电银浆配方设计的基础方法[40]。如图 2 所示，片状银粉之间为面接触，接触面积大电阻率小；而球状银粉能够填充在片状银粉间，使得导电网络体系更加紧密，这种协同作用增强了导电通路的完整性与连贯性，进而大幅提升材料的整体电导率[41]。在纳米尺度效应方面，10 nm 级银颗粒因表面原子比例剧增，熔点可降至常规银粉的 1/3-1/2，在 150-200 ℃低温条件下即可触发表面熔融现象[42]。这一物理特性使纳米银在固化过程中可充当“冶金桥梁”，有效弥合微米级颗粒间隙，构建三维互连导电骨架。值得注意的是，混合填料体系虽能显著降低接触电阻，但导电性与机械强度呈现此消彼长的关系，需通过精确调控填料比例实现性能平衡[2, 3]。研究显示，通过表面工程在微米银颗粒表面原位生长纳米银结构，可形成梯度固化效应，使复合体系热导率提升近一个数量级，为导电浆料的性能优化提供了新思路[37]。作者认为，相较于物理混合，化学原位生长形成的核壳结构或梯度结构具有更稳定的界面结合，是未来高性能银粉制备的主要方向。

碳纳米材料作为新型导电填料，在提升导电浆料性能方面表现出独特优势[51, 52]。碳纳米管(CNTs)因其优异的物理、化学、力学性能而备受关注，其抗拉强度可达 100 GPa [53]。当作为功能性填料引入导电浆料体系时，碳纳米管因其独特的结构特征，能够在聚合物基体中构建连续的三维导电通路，显著改善体系的电荷传输效率，有效抑制界面阻抗的剧烈波动，为电子设备提供更稳定可靠的电气连接。研究表明，单壁碳纳米管的电导率数值可达 10⁸ S/m 量级；在电流承载能力方面，该纳米材料可承受高达 10⁹A/cm²的电流密度，在持续高负荷电气环境中依然保持结构完整性而不发生性能退化；热传输性能方面，碳纳米管沿轴向方向的热导率可达到 3500 W/(m·K)的超高值[54]。如图 3 所示，Cao 等[55]研究发现，当碳纳米管与碳黑比例为 3:2 时，复合材料在拉伸变形过程中展现出优异的导电稳定性，在 60%应变下电阻变化率低于 15%，为柔性可拉伸电子提供了更可靠的材料选择，解决了柔性导电材料在变形过程中电阻波动大的问题，对可穿戴设备和柔性传感器应用具有重要意义。除了碳纳米材料，最近报道的 MXene 纳米材料在导电浆料中也展现出巨大潜力[56]。Li 等[57]通过 3D 打印技术制备了 MXene 封装的聚氨酯弹性体复合材料，该材料在应变超过 50%时仍保持稳定的导电性能。MXene 独特的二维结构提供了连续的电子传输通道，而聚氨酯基体则赋予材料优异的柔韧性和可恢复性。这种复合体系为柔性电子和可穿戴设备提供了新的材料选择，特别是在需要高拉伸性和稳定导电性的应用场景中。通过在环氧树脂/银片体系中添加 3 wt% MXene@Ag 复合材料，成功实现了 40.80 W/(m·K)的超高导热系数[38]。机理研究表明，银纳米粒子在固化过程中形成连接 MXene 和银片的导热桥梁，大幅降低了界面热阻。相比商用导热胶，LED 芯片表面温度降低了 12 ℃，冷却效率提高了 20%[39]。但其制备成本高、环境稳定性差是制约其大规模应用的主要障碍。作者认为，短期内碳纳米材料更适合作为“功能性添加剂”(<5 wt%)用于改善界面接触或赋予特殊功能(如导热、电磁屏蔽)，而非作为主导电填料替代银粉。

2.2 树脂基体设计

除了改变导电相，优化银粉与体系的相互作用也是提升性能的有效策略[3]。研究表明，戊二酸可有效去除微米银片表面的有机润滑剂(如油酸和硬脂酸)，通过原位置换反应，将银片表面的疏水性有机层转变为有利于环氧树脂浸润的亲水表面[58, 59]。经过戊二酸处理的银片制备的导电胶，体电阻率可降至 1.52× 10-4 Ω·cm，剪切强度达24.6 MPa，显著高于未处理银片制备的导电胶。XPS 分析证实戊二酸通过单齿配位方式与银片表面结合，增强了填料与基体的界面相互作用[59]。另外，在导电胶配方中引入适量硅烷界面改性剂或者在填料表面修饰特定的硫醇基SAMs，可有效强化金属导电粒子与有机聚合物基体间的界面结合能力，优化两相协同效应，使复合体系粘接强度获得显著提升，同时显著降低导电胶的体积电阻率[60]。Li 等[61]通过向导电胶中添加 KI 或 KBr，使其与银片表面的润滑剂和氧化银层反应，形成光敏卤化银。经光照后，卤化银分解为银纳米粒子，这些纳米粒子在固化过程中形成银片之间的金属键，显著降低接触电阻。这种方法无需额外添加纳米银，即可在原位生成导电网络，从而降低导电胶的体电阻率[62, 63]。近期，Deng 等人在研究有机粘结剂和无机添加剂对浆料性能的影响时，发现浆料的配方策略也会影响导电性能[64]。如图 4 所示，他们发现传统的乙基纤维素体系在退火过程中易产生裂纹，导致电阻率升高；而采用环氧树脂搭配脂肪族硬化剂(如 DEAPA)的配方，利用其交联结构有效抑制了裂纹形成，同时较低的热分解温度促进了有机物的去除。更为关键的是，该研究引入了铅双硅酸盐作为无机粘结剂，成功实现了与硅基底的良好接触形成。最终制备的浆料在减少约 36 wt% 银用量的前提下，其电导率(~6.0×106 S/m − 16.0×106 S/m)和光学反射性能均达到了商业银浆的水平。

低温固化银浆的树脂改性路线可概括为“单一环氧体系、柔性改性体系、以及多功能杂化体系”。早期体系高度依赖双酚 A 型环氧树脂，需>150℃固化且交联后脆性大，难以适配柔性基材[65, 66]；通过引入聚醚/有机硅链段进行增韧改性，实现 100–120℃低温固化，但牺牲了部分模量与耐湿热性[67]；近期则发展为“环氧-动态共价网络-功能填料”杂化体系，通过引入苯并三氮唑、自修复基团及 MXene/CNTs 等低维材料，在 60–120℃下同步实现高导电、高柔韧与环境稳定性[38]。这一演进标志着材料设计从“被动粘接”向“主动功能调控”转变，核心驱动力在于通过分子级杂化打破传统单一树脂的性能天花板。

有机树脂粘接相的选择对导电浆料性能至关重要。树脂分子量对导电银浆性能呈现非线性影响规律。低分子量树脂链段运动能力强，交联反应速率快，但交联点密度低，体系在凝胶化前粘度增长缓慢，导致高密度银粉易发生重力沉降与团聚，破坏导电网络均匀性。随分子量增大，聚合物链上可与导电填料形成相互作用的活性位点数量增加，促进导电网络的构建；Chen 等[38]制备了 MXene 表面负载银纳米粒子的复合填料，添加到环氧树脂/银片体系中。当 MXene@Ag 含量仅为 3 wt%时，导热系数达到 40.80W/(m·K)，比纯银片体系提高了 9 倍。机理表明，银纳米粒子在固化过程中连接高导热 MXene 和银片，形成高效的热传导网络，大幅降低了界面热阻。研究发现，引入四功能聚氨酯丙烯酸酯寡聚物作为主要成分的银填充单组分导电胶，可在 150 ℃下 30 min 固化后实现低体积电阻率(1.02 × 10⁻⁷Ω·cm)和高拉伸剪切强度(8.995 MPa)的优异平衡。这是因为四功能结构提供了足够的交联点，增强了与银填料的相互作用，同时保持了足够的柔韧性[68]。高分子量树脂虽提供丰富反应位点，但过高的分子量会导致聚合物链立体构型庞大，空间位阻效应显著增强，阻碍银颗粒的有效聚集，导致电子传输路径延长，电阻非线性升高，最终削弱体系的导电特性[69]。基于此，导电银浆体系中应选用具有适宜分子量的树脂，可在低温下实现“适中交联速率”与“合理自由体积”的平衡：既保证填料在凝胶前有充足时间完成空间重排，又通过适度交联密度锁定三维导电网络，从而在低温下实现导电性与分散稳定性的协同最优。环氧树脂是导电胶最常用基体，但其脆性大、交联密度高，需进行改性[70]。Liu 等[71]开发的 PANI-EO 基导电胶的电阻率低至 1.5 × 10-5 Ω·cm，同时展现出良好的分散性和稳定性，在 85℃和 85%相对湿度下存放 21 天其导电性基本不变。聚醚改性环氧树脂是通过引入柔性聚醚链段，降低交联密度，提升热导率；有机硅改性可提高耐热性和柔韧性；聚苯胺修饰环氧树脂可形成导电网络，提升导电导热性能[70]。Yang 等[72]开发了一种基于 PEDOT/PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸))改性的环氧导电胶，使得体积电阻率从 7.3× 10⁻⁴Ω·cm降低至 3.80 × 10−4 Ω·cm，环氧基体与金属之间的附着性能从 6.85 MPa 提升至 8.08 MPa。研究发现与没有 PEDOT/PSS 的导电胶相比，加入 6 wt% PEDOT/PSS 的电导率和热导率分别提升了 73.1%和 166.3%[73]。如图 5 所示，PEDOT/PSS 的引入不仅通过形成纳米纤维结构提供了额外的电子传输通道，还促进了环氧树脂的交联密度，使储能模量提高了 2 倍。可以发现，单一树脂体系难以同时满足低温固化、高粘接强度和高柔韧性的要求。未来应发展杂化树脂体系(如环氧-有机硅杂化)，利用不同链段的协同效应实现性能互补。

2.3 银迁移与界面工程

银迁移是影响导电浆料长期稳定性的重要问题，而低温固化体系固有的“交联度不足(通常<70%)与界面缺陷密集”特性，会加剧银迁移行为[74, 75]。交联网络不完善导致自由体积分数升高，为环境水汽渗透与离子扩散提供了连续通道；同时，填料-树脂界面因固化收缩应力易产生微孔隙(尺寸 0.5–2 μm)，银离子在阳极溶解后，沿水膜/孔隙通道向阴极迁移，并在缺陷处优先成核生长，随着银颗粒堆积最终引发短路[76-81]。传统的抑制方法包括添加抑制剂、提高固化程度、表面涂层等[82]，但效果有限。如图 6 所示，Guo等[14]证明了硫醇-银相互作用是一种有效的银迁移抑制策略。通过在 1,4-环己烷二甲醇二缩水甘油醚(CHDMGE)环氧树脂中引入四功能硫代季戊四醇四硫代乙酸酯(PERTMA)作为固化剂，利用硫醇与银之间的强相互作用(包括配位键和共价键)，实现了对银迁移的有效抑制。研究表明，硫醇基团与银表面的紧密结合不仅可以提高填料-基体界面相容性，还能显著降低银离子在潮湿环境中的迁移倾向，延长导电胶的使用寿命。另外，在电子封装过程中去除水分能够抑制银迁移，多芯片组件在密封前烘烤时可提高稳定性。疏水性基团的引入减少了水分对体系的渗透，进一步提高了环境稳定性[83]。Kim 等[84, 85]也证实了通过对聚酰亚胺基板进行疏水处理，能有效延缓银迁移现象的发生，这为解决银迁移问题提供了另一种思路。这也启示我们，通过化学键合强化填料-基体界面，比物理包覆更能从根本上抑制离子迁移。

银/铜复合填料因其成本优势和性能平衡，已成为导电浆料研究的热点[86-90]。但铜性质不稳定，容易被氧化，导致其导电性能变差[91, 92]，因此需要对其表面进行修饰处理[92-95]。如图 7 所示，采用化学镀银工艺在铜粉表面形成均匀银层[96]，有效提高了铜粉的抗氧化性能[97-101]。研究发现，表面处理后的铜粉在大气环境中 24 h 后仍保持良好的导电性能，而未经处理的铜粉氧化后电阻率急剧增加。Zhao 等[102]将片状银包覆铜粉作为导电填料加入环氧基体中，制备的导电胶体积电阻率可达8.46 × 10-5 Ω·cm，在 85 ℃/85% RH 环境下1000 h 后性能衰减小于 10%，显示出良好的环境稳定性。此外，银/铜复合填料与环氧树脂基体的界面结合力也显著提高，增强了导电胶的力学性能和稳定性[99, 103, 104]。Wang 等[60]发现在铜填料表面修饰特定的硫醇基 SAMs 可有效抑制氧化，同时改善与聚合物基体的界面结合。含有巯基丙酸(MPA)SAMs修饰的铜粉在环氧树脂基体中形成了更稳定的界面，降低了导电胶的体积电阻率，为解决铜填料易氧化问题提供了新的解决方案，有望降低导电浆料成本，推动无银化技术发展。

2.4 工艺调控

除了浆料体系会影响其性能，工艺参数对浆料的性能也有着显著影响。如图 8 所示，随着固化温度从 180 ℃升至 300 ℃(固定时间 30 min)，断裂形貌从韧性撕裂逐渐转变为脆性解理(图 8A)，表明树脂交联密度与填料-基体界面结合状态发生显著变化；而在 250 ℃下延长固化时间，可观察到微观孔隙率逐步降低、颗粒嵌入深度增加(图 8B)，证实充分固化对构建致密导电网络的关键作用[89]。另外，预热处理(60 ℃预保温 1 h)可减少气孔，提高固化质量；赵健岚等[105]通过对固化工艺的系统研究，成功确定出适合两款高性能环氧树脂基导电银胶的最优固化工艺方法：将银膏通过丝网印刷技术精确涂覆于基板表面后，样品置于真空干燥箱中进行抽真空处理以完全排除界面气泡。随后先在 60 ℃下预固化 1 h，以促进溶剂挥发和有机物分解产物的逸出；然后 200 ℃下再固化 1 h，使导电填料充分烧结并形成稳定的导电网络。这一 工 艺 优 化 不 仅 提 高 了 导 电 胶 的 力 学 性 能 ， 还 显 著 提 升 了 其 稳 定 性 。Zhang 等 [73] 发现 通 过 将PEDOT/PSS 水溶液加入预先混合均匀的环氧树脂和固化剂体系中，再加入银微片填料，实现了一步法合成高性能导电胶。通过在搅拌速度 1200 rpm 混合 5 min，确保 PEDOT/PSS 在基体中均匀分散。随后在60 ℃下干燥 2 h、155 ℃下固化 2 h，制备出的导电胶展现出优异的电学、热学和力学性能。测试结果表明，该材料在 GHz 频率范围内具有良好的射频性能，适用于 5G 通信和高频电子封装应用。如图 9 所示，Tseng 等[106]研究了固化工艺对 ECA 导热性的影响，发现热导率随固化温度呈现非单调变化，其中 180℃条件下的热处理效果最为理想，此时材料热导率达到峰值 4.7 W/(m·K)。研究团队还发现二次热处理工艺可进一步优化材料热学性能，经 200℃退火后，体系热导率较初始状态提升约三分之一，这归因于退火过程中银粉界面接触状态的改善及聚合物分子链重排导致的热传输路径优化。这提示我们，工艺优化不仅仅是温度曲线的调整，更应结合前驱体化学性质的匹配，实现原位烧结与树脂固化的动力学同步。

2.5 应用研究

低温固化银浆在电子封装与互连领域、柔性电子与可穿戴设备应用广泛[9]。可穿戴生物电极对银浆材料体系提出严格的生物相容性约束，直接制约传统配方设计。生物安全性要求彻底排除游离胺类固化剂与高沸点有机溶剂，迫使体系转向水性/生物基交联网络(如 PEG 改性环氧)，但这往往导致低温下交联速率下降与模量不足；另外，为防止 Ag+在汗液/组织液中过量释放引发细胞毒性，必须引入 Ag/AgCl 转化层或巯基/羧基封端技术，牺牲部分体电导率以换取界面稳定性。在生物界面适配性方面，人体皮肤具有动态形变(应变>30%)、微粗糙度及汗液离子环境，浆料固化膜若模量过高会产生界面应力集中，导致贴附剥离与接触阻抗骤升；而引入柔性链段(聚氨酯、有机硅)或动态氢键网络，可使材料模量匹配表皮，通过“共形贴合”维持稳定的电子-离子转导界面，从而在动态工况下实现导电稳定性与粘接强度的同步保障。

芯片与基板连接中，其替代传统锡铅焊料，无铅环保；功率器件封装中，满足 SiC、GaN 等高温工作环境需求；三维封装中，精细化线路制作适合 2.5D/3D IC 结构；光伏电池中，要具有更小的串联电阻和更高的光电转换效率[17]。这说明试图开发一种“万能浆料”是不切实际的。未来的发展趋势应是“应用场景导向的材料定制”，即针对特定基底(如 PI、PET、陶瓷)和特定工况(高温、高湿、动态弯曲)设计专用的浆料体系。例如，柔性电路在 PET、PI、PP 等柔性基材上印刷；可穿戴传感器采用硅胶基体银/碳纳米管复合填料，50%应变下拉伸3000 次导电性稳定[53]。Chen 等[107]开发的银薄片/弹性体复合材料可实时监测人体各种运动，包括大幅度动作(如肘部弯曲)和精细动作(如吞咽)。该材料在 10%应变下响应时间仅为0.2 s，为实时健康监测提供了技术支持。Ko 等[53]在有机硅基体中，通过引入 MWCNTs 作为辅助填料实现协同增效。该复合材料初始电导率高(6450 S cm-1)，在 100%应变下电导率仍保持 70%以上(4485 Scm-1)。同时，它对 PDMS 等可拉伸基底具有强粘附性。基于该胶体制备的无凝胶、干燥式心电图电极，在人体运动、反复贴附甚至机洗后，仍能输出稳定的心电信号，证实了其在可穿戴健康监测和耐洗涤电子纺织品中的巨大应用潜力。生物传感器利用 Ag/Au 纳米颗粒修饰石墨烯电极，实现超灵敏检测生物标志物；柔性生物电极采用银/氯化银浆料电极，适用于心电、脑电监测；植入式器件需要生物相容性低温连接材料，减少组织损伤。如聚多巴胺包覆的碳纳米管负载银纳米粒子后，既保持了生物相容性，又提升了导热性能，为生物医学应用提供了新材料选择[36]。针对可穿戴设备需求，新型柔性电子浆料不断涌现[108-113]。碳纳米管/弹性体复合将 MWCNTs 嵌入聚合物网络，形成稳定导电网络[53, 55]；可拉伸银浆通过优化银粉形貌和树脂体系，实现 140%以上应变下良好稳定性；自修复电子浆料基于氢键作用，实现损伤部位自动修复，延长使用寿命[114]；具有自愈合能力的各向异性导电水凝胶可在受损后恢复其导电性能[18]。Chen 等[107]开发了一种以天然虫胶为模板制备微米银薄片的绿色方法，以其为填料制得的柔性复合材料在极低银含量(37.7-49.1 wt%)下实现了超高电导率(最高 9353.1 S cm-1)，相较于同类研究在降低 37%填料用量的同时电导率提升 21%。该材料兼具高应变敏感性(规范因子在 0-50%应变内为 6.5，50-100%应变内升至 11.9)与快速响应(响应时间0.21-0.41 s)，能有效监测人体多种生理信号。图 10 展示了一种高速和本征可拉伸集成电路，能够在 50%应变下保持性能稳定[115]。Pozarycki等[116]开发了一种用于柔性混合电子集成的导电胶黏剂。该材料以柔性环氧树脂为基体，通过协同分散液态金属(EGaIn)液滴和银片构建导电通路，其电导率最高可达 3.25 × 10⁵ S m-1，并展现出优异的柔韧性和强粘附性(断裂能高达 700 J m-2)。与需要高温烧结的传统材料不同，它可在室温下加工(如直写打印或丝网印刷)并低温固化，从而实现刚性电子元件在柔性/可拉伸基底上的稳固机械与电气连接，为可穿戴设备、软体机器人等应用提供了新型集成方案。液态金属复合材料 EGaln 具有自主修复能力[117]，在 EGaIn 含量为 ≥ 40 vol.%时，所得复合弹性体的电导率为 1.3 × 104 S m-1，自愈合时间为 8 h，固化 2 h 后湿粘附强度可达670 kPa。应用到导电胶里面，即使拉伸到 50%，也能轻易附着在金属电极上，从而点亮 LED 灯。

3 结语与展望

低温固化银浆料作为电子封装与互连领域的重要功能材料，近年来在材料体系设计、性能调控及应用拓展等方面取得了显著进展。本文系统梳理了低温固化银浆料的基本组成、导电与导热机理、性能优化策略以及前沿应用领域。综合已有研究成果可以看出，低温电子浆料性能的提升主要依赖于三个关键方面：导电填料微观结构的精准设计、树脂基体分子结构的优化调控以及多组分材料之间的协同增强效应。通过构建多尺度导电网络(如微米银片与纳米银线或碳纳米材料的复合结构)，可以有效降低导电网络的渗流阈值并提高导电稳定性；而通过优化树脂基体的分子结构和交联体系，可在降低固化温度的同时保持良好的粘接性能和力学稳定性。此外，碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料与金属导电填料之间的协同作用也为提升导电性能、抑制银迁移以及增强导热性能提供了新的技术路径。

随着电子器件向高集成度、小型化及柔性化方向发展，低温固化银浆料正逐渐呈现出多功能化与精细化的发展趋势。材料性能不断向高导电、高导热及高可靠性方向提升，并逐步实现多功能集成，例如在保持优异导电性能的同时兼具导热、电磁屏蔽、自修复及柔性形变等功能；随着先进封装和微纳制造技术的发展，浆料在超精细加工方面也提出了更高要求，例如实现亚 10 μm 甚至更小线宽的高分辨率印刷与互连结构构筑。在制备工艺方面，低温无压固化、光/脉冲闪光固化等新型加工技术的出现，为构建致密导电网络并进一步降低加工温度提供了新的思路。尽管该领域取得了快速发展，但仍面临诸多挑战。例如，高导电性能与长期可靠性之间的平衡仍是导电浆料研究中的关键问题，特别是在冷热循环、湿热环境等复杂服役条件下，导电网络结构的稳定性仍有待进一步提升。在产业化层面，部分高性能原材料和关键制备技术仍依赖进口，国产化替代尚未形成完整产业链体系，在一定程度上制约了相关技术的规模化应用。此外，贵金属填料成本较高，使得银基浆料在大规模应用时经济性优势仍然有限。加之目前该领域的测试标准与评价体系尚不统一，不同研究工作之间缺乏统一的性能评价标准，也在一定程度上影响了研究成果的对比与产业转化。

展望未来，低温固化银浆料的发展将更加依赖于多学科交叉与技术融合。面向柔性可穿戴与高功率封装的下一代需求，低温固化银浆可以聚焦以下科学问题：(1)低温交联动力学与导电网络重构的时空耦合机制：60–120℃下树脂凝胶化时间远短于银颗粒重排所需时间，如何量化“粘度-填料沉降-接触概率”的动态演化？建议引入相场模型结合分子动力学，模拟不同分子量树脂在固化窗口内的链段扩散与填料空间分布，建立渗流阈值与界面间距的定量映射关系。(2)多物理场耦合下的界面失效与银迁移原位抑制机理：湿热、偏置电场、机械应变协同作用下，界面缺陷如何演变为离子迁移通道？需发展原位监测技术，解析界面键能(Ag-S, Ag-O-Si)与迁移活化能的构效关系，指导抗迁移分子设计。(3)AI 驱动的低成本配方逆向设计：传统试错法效率低下，应构建涵盖“填料形貌/尺寸分布-树脂官能度-固化曲线-方阻/敷着力”的多维数据库。采用图神经网络与贝叶斯优化替代经验拟合，优先筛选低银含量(<40 wt%)下的高性能窗口，并引入可解释性 AI 揭示各参数贡献度，缩短研发周期 60%以上。(4)绿色低碳工艺的工程化适配：水性/生物基树脂体系虽环保，但表面张力高、成膜易开裂。需开发微流控连续分散+脉冲闪光烧结组合工艺，实现溶剂零排放与 60℃以下瞬时致密化；同时建立基于生命周期评估的碳足迹核算模型，量化不同工艺路线的减排效益与经济性边界。综上，低温固化银浆的未来发展将从“经验配方”迈向“机制驱动+数据赋能”的新范式。通过材料化学-界面物理-计算科学-柔性电子的深度交叉，彻底打破高端电子封装材料的进口依赖。