CN101371317B - 使用各向异性导电膜的pcb的连接结构及粘附方法、及使用其评价连接状况的方法 - Google Patents

使用各向异性导电膜的pcb的连接结构及粘附方法、及使用其评价连接状况的方法 Download PDF

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Abstract

一种依据本发明的使用各向异性导电膜的PCB的连接结构，该连接结构具有利用各向异性导电膜通过热挤压而相互连接的部件，该各向异性导电膜包括作为基底材料的绝缘粘附剂和散布在绝缘粘附剂中的导电颗粒，其中至少任一个部件具有柔性性能，以及由于热挤压而形成的凹痕，而使具有柔性性能的部件的表面粗糙度值(Ra)为0.1至5D。

Description

使用各向异性导电膜的PCB的连接结构及粘附方法、及使用其评价连接状况的方法
技术领域
本发明涉及一种使用各向异性导电膜(ACF)的PCB(印刷电路板)的连接结构，具体地，涉及这样一种使用PCB(印刷电路板)的连接结构，其能够在粘附至部件时容易检查部件的电极之间连接状态的各向异性导电膜(ACF)。
背景技术
通常，ACF为一种连接材料，其被应用到在部件由特殊材料制造或具有细微节距信号布线时通过焊接方法不能将部件互相连接在一起的情况中。
ACF典型地被用于封装LCD模块中的LCD板、印刷电路板(PCB)、驱动IC电路等等。
例如，LCD模块具有多个安装在其上的用于驱动薄膜晶体管(TFT)图案的驱动IC。用于将驱动IC安装在LCD模块上的方法主要包括：玻璃上芯片(COG)安装方法，用于在无附加结构下，将驱动IC安装在LCD板的栅极区域和数据区域；和卷带自动接合(TAB)安装方法，用于通过带载封装(TCP)间接地将驱动IC安装在LCD板的栅极区域和数据区域，其中该带载封装具有安装于其上的驱动IC。
然而，以细微的间距排列驱动IC的电极和LCD板的电极，因此，任何安装方法对于使用例如焊接的手段来说都是有难度的。因此，通常使用ACF来将驱动IC的电极电连接至LCD板的电极。
图1为使用通常的TAB方法的LCD模块的平面图，图2为沿图1中的线II-II′所取的横截面图。参考图1和2，将PCB 10定位在LCD板20的行方向中，作为给LCD板20传输外部信号的信号源，并且具有安装在其上的驱动IC 31的TCP 30将LCD板20电连接至PCB 10。同时，使用ACF 40将LCD板20电连接至TCP 30以及将TCP 30电连接至PCB 10。
ACF 40包括绝缘粘附剂和散布在绝缘粘附剂中的导电颗粒，并且当ACF40插入在部件之间以及受热挤压时，相对端之间的导电颗粒互相接触，从而使相对端互相电连接。此时，在x-y平面上维持绝缘，以及在z轴方向中建立电连接。更具体地，参考沿图1中的线II-II′截取的图2，ACF 40插入在TCP 30和PCB 10之间，其包括绝缘粘附剂成分41和散布在绝缘粘附剂成分41中的多个导电颗粒42。随后，在使用预定温度和压力挤压各向异性导电膜40时，插入在TCP 30的电极32和PCB 10的电极14之间的导电颗粒42使相对的电极32和14电连接。这种连接方法还以同样方式被应用到TCP30和LCD板20之间的电连接。
同时，通常使用显微镜观察导电颗粒42的裂纹和挤压状态，以检查通过各向异性导电膜40所连接的部件的电连接状态。
然而，这种方法要求分离的检查步骤，从而拖延了工艺，并且具有仅仅对样本的受限制部分进行检查的局限。以及，因为至少一个极板应当具有透明属性以观察到导电颗粒的受挤压状态，所以该方法在广泛使用中受到限制。
发明内容
技术问题
设计本发明以解决上面提及的问题，因此，本发明的目的是提供一种使用各向异性导电膜的PCB的连接结构及其制造方法和连接状态评估方法，其中在无需单独检测步骤下，该连接结构可以容易地评估具有细微节距的电极的部件的连接状态。
技术方案
为了实现上面提及的目的，依据本发明的PCB连接结构具有利用各向异性导电膜而相互粘附的第一部件及第二部件，所述各向异性导电膜插入在第一部件及第二部件之间，并包括作为基底材料的绝缘粘附剂和散布在绝缘粘附剂中的导电颗粒，其中第一部件相对于第二部件而具有柔性性能(flexibility property)，在通过热挤压使第一部件和第二部件相互粘附后，形成在第一部件表面上的凹痕的表面粗糙度值(Ra)为0.1μm至5μm。
优选地，至少任意一个部件为FPC(柔性印刷电路)。
同时，依据本发明的用于粘附一对部件的方法包括：(a)在第一部件的一个表面上设置各向异性导电膜，该各向异性导电膜包括作为基底材料的绝缘粘附剂和散布在绝缘粘附剂中的导电颗粒；(b)施加预定的热和压力，以将各向异性导电膜热挤压至第一部件；(c)在各向异性导电膜的与粘附所述第一部件的表面相对的表面上，设置具有柔性性能的第二部件；和(d)施加预定的热和压力，以将各向异性导电膜热挤压至第二部件，以及步骤(d)包括控制挤压压力、温度和时间，以使形成在第二部件的表面上的凹痕的表面粗糙度值为0.1μm至5μm。
另外，依据本发明的用于评估部件间连接状态的方法包括：(a)在第一部件的一个表面上设置各向异性导电膜，该各向异性导电膜包括作为基底材料的绝缘粘附剂和散布在绝缘粘附剂中的导电颗粒；(b)施加预定的热和压力，以将各向异性导电膜热挤压至第一部件；(c)在各向异性导电膜的与粘附所述第一部件的表面相对的表面上，设置具有柔性性能的第二部件；(d)施加预定的热和压力，以将各向异性导电膜热挤压至第二部件；以及(e)测量形成在第二部件表面上的凹痕的表面粗糙度值，
其中在表面粗糙度值为0.1μm至5μm时，确定部件间的连接状态为正常。
附图说明
在下面详细说明书中将结合附图非常详细充分描述本发明，然而这里所提出的描述仅仅为用于说明目的的优选示例，不用于限制本发明的范围。附图中：
图1是传统的LCD模块的平面图。
图2是沿图1中II-II′截取的横截面图。
图3是依据本发明优选实施例的使用各向异性导电膜的PCB连接结构的横截面图。
图4是用于制造依据本发明优选实施例的使用各向异性导电膜的PCB连接结构的方法示意图。
图5是示出带有凹痕(dent)的部件的表面粗糙度值的图表。
具体实施方式
此后，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在说明之前，应当清楚：说明书和所附权利要求书中所使用的术语不应当理解为一般和书面含义的限制，而是基于允许发明人为了获得最佳解释而适当地定义术语的原则，基于与本发明的技术方案相对应的含义和概念来解释。因此，这里所提出的说明仅仅是用于说明目的的优选示例，而不用于限制本发明的范围，因此应当理解在不脱离本发明的精神和范围可以对此进行其它等效和改变。
图3是示意示出依据本发明优选实施例的使用各向异性导电膜的PCB连接结构的横截面图。
参考图3，依据本发明的使用各向异性导电膜的PCB连接结构包括部件100、200及插入在部件100、200之间的各向异性导电膜300。
各向异性导电膜300包括作为基底材料的绝缘粘附剂310和散布在绝缘粘附剂310中的导电颗粒320。
绝缘粘附剂310牢固地粘附和固定部件100、200。并且绝缘粘附剂310在各向异性导电膜300的x-y平面上保持绝缘。也就是，绝缘粘附剂310将相邻的导电颗粒320相互分离，从而防止相邻的导电颗粒320相互接触，因此阻止了在具有细微布线的部件100、200中在x-y平面上建立电连接。
绝缘粘附剂310包括热固树脂，例如环氧树脂和酚醛树脂(penol resin)，或热塑树脂，例如聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯、它们的组合聚合树脂等。然而，本发明不限于这一点，在本发明的目的内可以使用各种变型实施例。
导电颗粒320电连接至部件100、200中的电极110、210。优选地，导电颗粒320由从金、银、铜、镍或其合金中所选择的至少任意一种金属制造。
同时，优选地，导电颗粒320具有1至15μm的直径，足以电连接至具有细微布线的部件100、200。然而，本发明不限于具体的数值，其可以依据部件特征而作出各种改变。
以预定间隔排列部件100、200中的电极110、210，并且通过包含在各向异性导电膜300中的导电颗粒320使其互相连接。
此时，优选地，部件100、200中的任意一个具有柔性特性。例如，如果下部件100为PCB(印刷电路板)，则上部件200使用FPC(柔性印刷电路，Flexible Printed Circuit)。然而，本发明不限于这一点，部件的位置和数量可以依据本发明的目的而作出各种改变。为了方便阐述，假定上部件200具有柔性特性，此后进行描述。
在对部件100、200实施热挤压时，由于热挤压工艺而在上部件200的上表面上产生凹凸结构(称之为所谓凹痕)。
具体地，在挤压过程中，凹凸结构由于压力而形成在上部件200的与电极形成表面相对的表面上。优选地，通过测量凹痕高度所计算的表面粗糙度值为0.1至5.0μm。更具体地，表面粗糙度值为0.3至5.0μm。更进一步优选地，表面粗糙度至为0.8至2.0μm。
形成在上部件200上的凹痕用作检查部件100、200中的电极110、210是否精确对齐和挤压的标准。因此，容易检查到包含在各向异性导电膜300中、用于电连接至部件100、200中的电极110、210的导电颗粒320的挤压状态，以及部件100、200的连接状态。如果上部件200的表面粗糙度值小于0.1μm，则挤压压力、挤压温度和挤压时间则是不合适的，造成部件100、200之间的连接差并且接触电阻增加。并且，如果上部件200的表面粗糙度值大于5.0μm，则导电颗粒被破坏或者上部件被损坏。下面通过实验的例子来作出说明。
此后，描述了依据本发明的使用各向异性导电膜制造PCB的连接结构的方法。
图4是依据本发明的制造方法的示意图。
参照图4，首先，将各向异性导电膜300粘附至第一部件100的一个表面，所述第一部件100具有以规则间隔排列的电极。以及，施加热量和压力给各向异性导电膜300，以暂时挤压第一部件100和各向异性导电膜300(参见图4中的“a”)。随后，去除形成在与和第一部件100接触的表面相对的各向异性导电膜300的表面上的覆盖膜(未显示)，然后将第二部件200附着到去除了覆盖膜的表面处(参见图4中的“b”)。接下来，通过第二部件200对各向异性导电膜300施加热量和压力，从而充分挤压第一部件100和第二部件200(参见图4中的“c”)。此时，第二部件200为具有柔性特性的柔性印刷电路，从而在挤压过程中相对应电极210的图案产生凹痕。也就是，通过压力使FPC 200相对应于电极210的部分形成凸起部分220，以及在相邻电极210之间的部分形成比凸起部分220相对凹陷的凹陷部分230。
这样，在固化各向异性导电膜300期间施加给部件100、200的压力保持为应力，从而在第二部件200的表面上产生凹痕。因此，使用单独的表面粗糙度测试仪来测量形成在第二部件200表面上的凸起部分220和凹陷部分230之间的高度差(参见图5)，因此间接的检查部件100、200的连接状态。通过肉眼以及使用表面粗糙度测试仪可以测量表面粗糙度值。
<表面粗糙度和挤压压力之间关系>
如果在挤压过程中挤压压力小于2MPa，则在对应于电极210形成的凸起部分220和形成在相邻电极210之间的凹陷部分230的高度上有小的差别。以及，如果在挤压过程中挤压压力大于2MPa，则电极210被高压力损坏，从而对应于电极210形成的凹陷部分220被破坏，进而不规则地形成凹痕。因此，假定挤压温度和挤压时间是正常的，如果挤压压力十分小，则可以确定：在使用各向异性导电膜300将部件100、200相互连接时，导电颗粒320没有完全被挤压，从而连接是不稳定的，以及如果挤压压力十分大，则可以确定：导电颗粒320被压碎，从而连接出现故障。
<表面粗糙度和挤压温度之间的关系>
如果在挤压过程中挤压温度小于120℃，则没有完全固化各向异性导电膜300，从而在去除压力后，各向异性导电膜300恢复到原始形状以及凹痕消失。以及如果挤压温度大于220℃，由于热分解在各向异性导电膜300中产生空洞(void)，从而导致不规则凹痕。因此，假定挤压压力和挤压时间是正常的，如果没有产生凹痕，则可以确定：挤压温度是低的，从而导致部件100、200的电极110和210之间的不完全连接，以及如果凹痕是不规则地形成的，则可以确定挤压温度过高，从而产生空洞，导致部件100、200中的电极110、210之间连接故障。
<表面粗糙度和挤压时间之间的关系>
如果在挤压过程中挤压时间小于3秒，则FPC 200在相邻电极210之间的部分被不完全改变，从而凸起部分220和凹陷部分230之间高度差是小的。以及如果挤压时间长于30秒，则FPC 200在相邻电极210之间的部分被过度改变，从而凸起部分220和凹陷部分230之间高度差异变大。因此，假定挤压压力和挤压温度是正常的，如果没有产生凹痕，则可以确定挤压时间是短的，从而导致部件100、200中的电极110、210之间的不完全连接，以及如果凹痕不规则地形成，则可以确定挤压时间是长的，从而导致部件100、200中的电极110、210之间的连接故障。
此后，通过参考本发明的更具体的实验示例详细描述了本发明。然而，本发明不限于下面的实验示例，可以将各种实施例结合在所附权利要求书内。
实验示例将包括导电颗粒各向异性导电膜插入在PCB和FPC之间，该导电颗粒含有直径为5μm的镍粉，在各种条件下施加温度和压力来执行热挤压处理，以及使用表面粗糙度测试仪来测量形成在FPC上的凹痕，从而具体地表示对应于良好连接状态的凹痕的粗糙范围。
[实验示例1]
在将由环氧树脂制造的各向异性导电膜附着到电极宽度为200μm、相邻电极之间间隔为150μm和电极之间节距为350μm的PCB之后，在80℃施加1.5Mpa的压力2秒用于临时挤压。然后，在去除各向异性导电膜的覆盖膜之后，将FPC设置为使PCB的电极与FPC的电极对齐。接下来，在180℃施加3Mpa的压力20秒用于充分挤压。随之，使用表面粗糙度测试仪来测量FPC的一个表面的表面粗糙度值，并且测量PCB和FPC的电极之间的接触阻抗。
[实验示例2]
在将丙烯树脂(acryl resin)制造的各向异性导电膜附着到电极宽度为200μm、相邻电极之间间隔为150μm和电极之间节距为350μm的PCB之后，在80℃施加1.5Mpa的压力2秒用于临时挤压。然后，在去除各向异性导电膜的覆盖膜之后，将FPC设置为使PCB的电极与FPC的电极对齐。接下来，在180℃施加3Mpa的压力10秒用于充分挤压。随之，使用表面粗糙度测试仪来测量FPC的一个表面的表面粗糙度值，并且测量PCB和FPC的电极之间的接触阻抗。
[实验示例3]
在将环氧树脂制造的各向异性导电膜附着到电极宽度为230μm、相邻电极之间间隔为220μm和电极之间节距为450μm的PCB之后，在80℃施加1.5Mpa的压力2秒用于临时挤压。然后，在去除各向异性导电膜的覆盖膜之后，将FPC设置为使PCB的电极与FPC的电极对齐。接下来，在180℃施加3Mpa的压力20秒用于充分挤压。随之，使用表面粗糙度测试仪来测量FPC的一个表面的表面粗糙度值，并且测量PCB和FPC的电极之间的接触阻抗。
[实验示例4]
在将丙烯树脂制造的各向异性导电膜附着到电极宽度为230μm、相邻电极之间间隔为220μm和电极之间节距为450μm的PCB之后，在80℃施加1.5Mpa的压力2秒用于临时挤压。然后，在去除各向异性导电膜的覆盖膜之后，将FPC设置为使PCB的电极与FPC的电极对齐。接下来，在180℃施加3Mpa的压力10秒用于充分挤压。随之，使用表面粗糙度测试仪来测量FPC的一个表面的表面粗糙度值，并且测量PCB和FPC的电极之间的接触阻抗。
[实验示例5]
在将环氧树脂制造的各向异性导电膜附着到电极宽度为200μm、相邻电极之间间隔为150μm和电极之间节距为350μm的PCB之后，在80℃施加1.5Mpa的压力2秒用于临时挤压。然后，在去除各向异性导电膜的覆盖膜之后，将FPC设置为使PCB的电极与FPC的电极对齐。接下来，在180℃施加2Mpa的压力20秒用于充分挤压。随之，使用表面粗糙度测试仪来测量FPC的一个表面的表面粗糙度值，并且测量PCB和FPC的电极之间的接触阻抗。
[实验示例6]
在将丙烯树脂制造的各向异性导电膜附着到电极宽度为200μm、相邻电极之间间隔为150μm和电极之间节距为350μm的PCB之后，在80℃施加1.5Mpa的压力2秒用于临时挤压。然后，在去除各向异性导电膜的覆盖膜之后，将FPC设置为使PCB的电极与FPC的电极对齐。接下来，在180℃施加2Mpa的压力10秒用于充分挤压。随之，使用表面粗糙度测试仪来测量FPC的一个表面的表面粗糙度值，进而测量PCB和FPC的电极之间的接触阻抗。
下面的表1显示依据上面实验示例测量得到的FPC的表面粗糙度值以及PCB和FPC的电极之间的接触阻抗值。
表1
Figure S2007800026851D00091
参考表1，比较实验示例1和实验示例2、实验示例3和实验示例4、以及实验示例5和实验示例6，在使用丙烯树脂作为各向异性导电膜的绝缘粘附剂时，丙烯树脂具有比环氧树脂快的固化速率，因此丙烯树脂往往在导电颗粒被充分挤压之前固化，从而凸起-凹陷结构的高度差不大(也就是，表面粗糙度值相对小)，以及PCB和FPC的电极间接触阻抗比环氧树脂中的相对大些。
并且，比较实验示例1和实验示例5，在充分挤压过程中分别施加3MPa和2MPa的压力时，表面粗糙度值分别为0.8μm和0.3μm，因此在低压下实施的实验示例5的情况中，导电颗粒没有被完全挤压，从而FPC中的电极间的阻抗相对较大。
并且，比较实验示例1和实验示例3，在电极节距分别为350μm和450μm时，表面粗糙度值分别为0.8μm和1.5μm，因此在电极节距相对较大的情况中，如果导电颗粒被过度挤压，则表面粗糙度不均匀并且PCB和FPC的电极间的接触电阻是大的。
通过实验结果，注意到，凹痕的表面粗糙度与部件的电连接状态紧密相关，在凹痕的表面粗糙度满足本发明的数值范围时，部件的电连接状态是良好的。
此上，参考所附附图已经详细地描述了本发明的优选实施例。然而，应当理解的是，尽管阐明了本发明中的优选实施例，但详细的说明和具体的示例仅仅用于说明目的，因为根据详细说明，本发明的精神和范围中的各种改变和变型对于本领域技术人员而言是显而易见的。
工业实用性
依据本发明的使用各向异性导电膜的PCB的连接结构可以容易检查部件之间的互连状态，而无需另外检查步骤。因此，本发明可以向部件连接工艺提供稳定性，以及改善产品的可靠性。

Claims (7)

1.一种PCB(印刷电路板)的连接结构体，所述连接结构具有利用各向异性导电膜而相互粘附的第一部件和第二部件，所述各向异性导电膜插入在所述第一部件和所述第二部件之间，并包括绝缘粘附剂和散布在所述绝缘粘附剂中的导电颗粒，
其中以预定间隔排列所述第一部件和所述第二部件中的电极，并且通过包含在所述各向异性导电膜中的所述导电颗粒使其互相连接，
其中，所述第一部件相对于所述第二部件而具有柔性性能，
其中，在通过热挤压使所述第一部件和所述第二部件相互粘附之后，形成在所述第一部件的表面上的凹痕的表面粗糙度值(Ra)为0.1μm至5μm。
2.如权利要求1所述的PCB的连接结构体，其中第一部件为FPC(柔性印刷电路)。
3.一种用于粘附一对部件的方法，该方法包括：
(a)在第一部件的一个表面上设置各向异性导电膜，所述各向异性导电膜包括绝缘粘附剂和散布在所述绝缘粘附剂中的导电颗粒；
(b)施加预定的热量和压力，以将所述各向异性导电膜热挤压至所述第一部件；
(c)在各向异性导电膜的与粘附所述第一部件的表面相对的表面上，设置具有柔性性能的第二部件；以及
(d)施加预定的热量和压力，以将所述各向异性导电膜热挤压至所述第二部件，
其中步骤(d)包括控制挤压压力、温度和时间，以使形成在所述第二部件的表面上的凹痕的表面粗糙度值为0.1μm至5μm，以及
其中以预定间隔排列所述第一部件和所述第二部件中的电极，并且通过包含在所述各向异性导电膜中的所述导电颗粒使其互相连接。
4.如权利要求3所述的用于粘附一对部件的方法，其中，在所述步骤(d)中，所述挤压压力为2MPa至12MPa。
5.如权利要求3所述的用于粘附一对部件的方法，其中，在所述步骤(d)中，所述挤压温度为120℃至220℃。
6.如权利要求3所述的用于粘附一对部件的方法，其中，在所述步骤(d)中，所述挤压时间为3秒至30秒。
7.一种用于评价部件间的连接状态的方法，该方法包括：
(a)在第一部件的一个表面上设置各向异性导电膜，该各向异性导电膜包括绝缘粘附剂和散布在所述绝缘粘附剂中的导电颗粒；
(b)施加预定的热和压力，以将所述各向异性导电膜热挤压至所述第一部件；
(c)在所述各向异性导电膜的与粘附所述第一部件的表面相对的表面上，设置具有柔性性能的第二部件；
(d)施加预定的热和压力，以将所述各向异性导电膜热挤压至所述第二部件；以及
(e)测量形成在所述第二部件的表面上的凹痕的表面粗糙度值，
其中，在表面粗糙度值为0.1μm至5μm时，确定所述部件间的连接状态为正常，以及
其中以预定间隔排列所述第一部件和所述第二部件中的电极，并且通过包含在所述各向异性导电膜中的所述导电颗粒使其互相连接。
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