CN101724361B

CN101724361B - 各向异性导电胶和导电膜以及电连接方法

Info

Publication number: CN101724361B
Application number: CN 200810247524
Authority: CN
Inventors: 卢正险
Original assignee: Sichuan COC Display Devices Co Ltd
Current assignee: Sichuan COC Display Devices Co Ltd
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2028-12-30
Also published as: CN101724361A

Abstract

本发明涉及一种各向异性导电胶以及包含其的一种导电膜，该导电胶由下列成分制备：a)20～40w％的可交联固化树脂，其中，至少部分为光固化树脂，至少部分为热固化树脂；b)5～20w％的活性单体；c)总量为1～8w％的热固化剂和光固化剂；d)10～40w％的热塑性树脂；e)可选的3～15w％的增塑剂；以及f)20～70w％的导电颗粒。该各向异性导电胶和各向异性导电膜可以方便、有效地用于带有不透明电路或导电元件的基板之间的电连接，在电连接过程中不会因为高温、高压问题而损坏基板，也不会因为导电元件的不透明而影响电连接效果。

Description

各向异性导电胶和导电膜以及电连接方法

技术领域

本发明涉及一种各向异性导电胶和各向异性导电膜，以及一种电连接方法。

背景技术

近年来，随着液晶显示(LCD)和等离子体显示(PDP)等平板显示技术的日臻成熟，平板显示器件已逐渐取代传统的阴极射线管(CRT)而应用于生活的各个方面。目前，平板显示器件正在推进高清晰化，其中显示屏基板与挠性线路间的电连接是关键技术之一。这种电连接最早是使用波峰焊接技术，但目前该技术已不能满足超细线路连接的要求。最近发展起来的各向异性导电胶(ACF)连接技术，是将导电的金属颗粒或外壳镀有金属的塑胶空心小球混在有机粘接剂中令其XY方向呈现绝缘，而在受压力的Z方向导通，采用该技术能够实现线路的超精细连接。各向异性导电胶(ACF)已成为封装行业和组装产品中重要的功能材料。

各向异性导电胶一般由以下的主要成份组成：1、可交联固化树脂与固化剂，经加热或紫外光照固化形成交联网状结构，起粘接作用，使固化物耐热；2、热塑性树脂，可通过加热使其形状发生改变，起初粘接作用；3、分布于膜内的导电颗粒，固化时在施加压力的方向相互连接而导电。按照固化方式的不同，各向异性导电胶可分为热固化导电胶和辐射固化导电胶。

目前，研究和应用较广的各向异性导电胶多是采用热固化方式。在连接过程中，其热固化温度一般在160℃～220℃，所加压力为2MPa～8Mpa，固化时间在10s～60s。首先，只有在一定的温度下，导电胶内的固化剂才能分解，并引发热固性树脂交联固化，从而起到连接和固定作用；其次，通常需要较大的压力以保证导电颗粒在受力方向上的相互接触，并通过引起导电颗粒的形变来增大电极与导电颗粒的接触面积，达到提高电连接可靠性的目的。然而，随着显示器件向轻薄化方向发展，需要进行电连接的显示屏基板越来越薄，在较高温度和较大压力下容易受到损伤，影响产品的良品率。另一方面，热压时的热量会使挠性线路基材产生膨胀或收缩，这难以满足高精细连接(线距小于50μm)的要求。

与热固化导电胶相比，辐射固化导电胶具有作业温度低(室温)、固化交联速度快、节约能源等优点。中国专利ZL 02104074.5公开了一种紫外光固化各向异性导电胶，它由光固化树脂、光引发剂、光敏化剂和导电微粒所组成，该各向异性导电胶具有固化温度低，节能环保的特点，适合高密度微电子封装细线连接。但是，该导电胶只能适用于玻璃基板上的透明电极(如，ITO电极)的电连接，而对于不透明电极(如，等离子显示屏ADD和BUS电极)，由于紫外光无法穿透，则不能应用。

发明内容

本发明的一个目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种各向异性导电膜及其电连接方法，采用该各向异性导电膜及其相应的电连接方法能够安全、准确、高效快捷地将挠性线路电极与玻璃基板电极进行电连接，并能很好的保证电连接的可靠性。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种各向异性导电胶，其由下列成分制备：

a)20～40w％的可交联固化树脂其中，至少部分为光固化树脂，至少部分为热固化树脂；

b)5～20w％的活性单体；

c)总量为1～8w％的热固化剂和光固化剂；

d)10～40w％的热塑性树脂；

e)可选的3～15w％的增塑剂；以及

f)20～70w％的导电颗粒。

在本发明的另一方面，提供一种各向异性导电膜，它由一层柔性基材和负载在该基材上的一层各向异性导电胶层构成，其中所述各向异性导电胶具体包含：

b)5～20w％的活性单体；

c)总量为1～8w％的热固化剂和光固化剂；

d)10～40w％的热塑性树脂；

e)可选的3～15w％的增塑剂；以及

f)20～70w％的导电颗粒。

本发明还涉及一种采用上述各向异性导电膜进行电连接的方法，至少包括以下步骤：

步骤1：在40℃～70℃下将所述各向异性导电膜压贴于负载有电路或导电元件的透明基板(4)上，剥离所述保护基材(1)，使得在所述基板(4)上形成的各向异性导电胶层(2)覆盖所述电路或导电元件；

步骤2：将一个挠性线路板(5)与所述基板(4)精确对位，然后进行预压；

步骤3：对连接部进行本压，热压1s～20s后，保持温度和压力，并从所述透明基板面对连接部紫外照射5s～30s。

在上述方法中，本压的温度可以为90℃～130℃，本压压力可以为1MPa～4MPa。

本发明提供的各向异性导电胶和各向异性导电膜可以方便、有效地用于带有不透明电路或导电元件的基板之间的电连接，在电连接过程中不会因为高温、高压问题而损坏基板，也不会因为导电元件的不透明而影响电连接效果。

附图说明

图1是根据本发明的一种各向异性导电膜的横截面图。

图2是本发明中所采用的各向异性导电膜电连接方法的流程图。

具体实施方式

在本发明中，用于形成根据本发明的各向异性导电胶的组合物包括：a)20～40w％可交联固化树脂；b)5～20w％活性单体；c)1～8w％固化剂；d)10～40w％热塑性树脂；e)3～15w％的可选的增塑剂；以及f)20～70w％导电颗粒。

在本发明中使用的可交联固化树脂既包括热固化树脂又包括光固化树脂，该类树脂含有在受热或光照条件下可进一步反应或聚合的基团，例如C＝C双键、环氧基团等等。其中，热固化树脂优选各种环氧树脂，尤其是双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂、环氧树脂丙烯酸酯、三羟基化合物的环氧树脂和双酚F环氧树脂中的一种。光固化树脂包括但不限于：不饱和聚酯、环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂、丙烯酸酯官能化的聚丙烯酸酯树脂、含不饱和双键的聚烯烃树脂、各种环氧树脂、环氧官能化聚硅氧烷树脂、具有乙烯基醚官能基的树脂等。优选地，可以使用既可以热固化又可以光固化的树脂，例如：丙烯酸类树脂，不饱和聚酯，如二元醇(例如，乙二醇、多缩乙二醇、丙二醇、多缩丙二醇、1，4-丁二醇)与不饱和二元羧酸(例如马来羧酸、马来酸酐、富马酸等)的共聚物。可交联固化树脂包括热固化树脂和光固化树脂，树脂的数均分子量Mn约为6000～50000，优选为10000～30000，更优选为14000～25000。在本发明中，可交联固化树脂的总量约占组合物总重量的20～40％，优选24～32％。在热固化树脂和光固化树脂不相同的情况下，所述光固化树脂和热固化树脂的重量比例在1∶0.5～0.5∶1的范围，优选1∶0.8～0.7∶1。

该各向异性导电胶中的活性单体在电连接过程中主要起到交联剂的作用。其在受热和/或光照(通常是紫外光)的条件下，与可交联固化树脂一起，聚合形成立体的交联网络结构，从而最终固定住导电颗粒的位置和形状，保证导电颗粒的连接可靠性。本发明中所采用的活性单体可以是单官能团单体、双官能团单体或多官能团单体。这里所说的单、双、或多官能团(度)分别是指一个单体中具有一个、两个或多个可以发生交联反应的官能团或反应部位。在本发明中，活性单体优选双官能团和三官能团单体，在这种情况下，导电胶在固化速度、本压后形成的交联网络的交联密度、得到的连接部耐溶剂性、耐磨性和连接强度方面都会提高。本发明中所采用的活性单体优选(甲基)丙烯酸酯类单体，其中优选双官能度和三官能度的(甲基)丙烯酸酯类单体，优选的活性单体包括：1，6-己二醇双(甲基)丙烯酸酯、二缩/三缩丙二醇双丙烯酸酯、二缩/三缩乙二醇双(甲基)丙烯酸酯、乙氧化双酚A双(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇双(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二乙氧基/丙氧基双丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰酸酯三丙烯酸酯。活性单体的用量是根据需要的交联度来设定。该用量也随着可交联固化树脂的用量和官能度、以及活性单体本身的分子量而变化。一般而言，活性单体的总量可以占可交联固化树脂的20～50％，优选25～35％。

本发明的一个重要的特征是，所使用的固化剂(引发剂)既包括热固化剂同时又包括光固化剂。热固化剂采用有机过氧化物，如：过氧化二异丙苯、异丙苯过氧化氢、2-乙基过己酸四甲基丁酯中的一种。光固化剂则选自苯偶姻醚衍生物、苯偶酰衍生物、二烷氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、α-胺烷基苯酮、酰基膦氧化物、芳基过氧酯化合物、苯甲酰甲酸酯、二苯甲酮/叔胺、硫杂蒽酮/叔胺、蒽醌/叔胺中的一种或几种复配。热固化剂和光固化剂的总量可以占组合物总量的1～8％，优选2～5％，其中热固化剂与光固化剂的摩尔比约为0.5∶1～1∶0.5，优选0.8∶1～1∶0.7。

可以选择在本发明中使用的热塑性树脂，使其分子量较大，耐热性较好，具有一定的柔性，而且能与可交联固化树脂很好地相容。优选的热塑性树脂包括酚氧树脂、聚乙烯醇缩醛、羧基丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶和聚酯SBS。提供这些热塑性树脂的目的是，提供导电胶在其附着物(例如玻璃基板)上的初步粘力。热塑性树脂的用量可以占组合物总重量的10～40w％，优选15～25％。

作为一种优选方案，本发明所述的各向异性导电胶中还含有增塑剂，其有助于降低高分子树脂的玻璃化转变温度(Tg)，同时它还有助于各向异性导电胶膜能顺利地压贴到基板上。合适的增塑剂包括：乙二醇、三乙二醇二乙酸酯、三乙二醇二丙酸酯、三乙二醇二辛酸酯、三乙二醇二甲基醚、三乙二醇二(2-乙基己酸酯)、四乙二醇二庚酸酯、聚(乙二醇)、聚(乙二醇)甲基醚、异丙基萘、二异丙基萘、聚(丙二醇)、甘油三丁酸酯、己二酸二乙酯、辛二酸二丁酯、磷酸三丁基酯等。增塑剂的用量可以占组合物总重量的3～15w％。

导电颗粒的选择对各向异性导电胶的电连接性有重要影响。其中较为关键的参数是导电材料本身的导电性和颗粒的粒度及分布。本发明中所说的导电颗粒为金属颗粒，如铜、镍、金、银、锡、锌、钯、铁、钨、钼等，或表面镀有金属镀层的非金属(聚合物微球)颗粒中的一种，其具有均一粒径，粒度为2um～40μm。当导电颗粒的粒度小于2μm时，颗粒容易团聚难以在导电胶中均匀分散；而当粒度大于40μm时，则容易造成连接后相邻电极之间的短路。导电颗粒的用量可以占组合物总重量的20～70w％，优选30～50w％。

将上述各成分以本领域所熟知的方法混合，即可得到根据本发明的导电胶。

作为本发明的导电胶的一种优选应用形式，可以将由上述方法获得的各向异性导电胶涂布于一层保护基质上，形成一种导电胶贴膜。用于负载和保护导电胶膜的基质典型地是15μm～125μm厚的PET薄片，当然，其他柔性材料也是可用的。在本发明中，在保护基质上的干膜厚度为20μm～60μm。

图1以截面图形式示出本发明的一种各向异性导电膜，其包括均匀分布着导电颗粒3的各向异性导电胶层2，以及用于负载该导电胶层的PET保护基质层1。

本发明还提供了一种使用上述各向异性导电膜进行电连接的方法，在一个具体的实施方式中，该方法包括以下步骤(参见图2)：

-根据需要剪取一定长度的各向异性导电膜，在40℃～70℃下将其压贴于玻璃基板4的电极端子上，剥离其保护基质层1，在电极端子上形成各向异性导电胶2；

一将需要电连接的挠性线路5电极与玻璃基板4电极进行精确对位，然后进行预压。该预压通常采用绑定机在40℃～60℃、0.5MPa～1.5Mpa的条件下进行；

一对连接部进行本压，本压的温度为90℃～130℃，本压压力为1MPa～4Mpa。热压1s～20s后，保持温度和压力并开启紫外灯从玻璃基板面对连接部照射5s～30s，本压完毕，即获得挠性线路5电极与玻璃基板4电极的电连接。

与现有技术的单独一种固化方式相比，本发明所提供的电连接方法在本压过程中各向异性导电胶2既发生热交联固化又发生光交联固化。本压初期，在相对现有技术较低的温度和压力下热压连接部，使热塑性树脂产生形变，导电颗粒在压力方向上相互连接，同时伴随着热固化剂的分解和热固化树脂与活性单体的聚合交联，由此对导电颗粒的位置和形状进行初步固定；本压后期，继续保持前期的温度和压力，在进行热固化的同时开启紫外灯，使光固化剂分解引发光固化树脂与活性单体的聚合交联，最终固定住导电颗粒的位置和形状，达到使挠性线路5与玻璃基板4对应电极在压力方向上相互导通的目的。在此过程中，热压温度对光固化起到了加速的作用，缩短了作业时间。此外，由于同时采取热固化和光固化方式，因此玻璃基板4的电极端子可为透明电极端子也可为不透明电极端子。

容易理解，本发明提供的各向异性导电胶组合物、导电胶干膜以及电连接方法不仅适用于平板显示器，其适用于所有需要将两个平面电装置层叠在一起的电气和电子装置或设备中。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明的所要求保护的范围。

实施例1

本实施例中制成干膜的各向异性导电胶2所包含的组份及其各自的质量百分比(相对于100w％干膜导电胶)如表1：

表1

将各向异性导电胶2涂布于15μm厚的PET保护基带1上制成干膜，干膜厚度为40μm。

使用本发明中的各向异性导电膜进行电连接：

步骤1：根据需要剪取一定长度的各向异性导电膜，在40℃下将其压贴于玻璃基板4的电极端子上，剥离其保护基带1，在电极端子上形成各向异性导电胶2；

步骤2：将需要电连接的挠性线路5电极与玻璃基板4电极进行精确对位，然后进行预压；

步骤3：对连接部进行本压，本压的温度为110℃，本压压力为2Mpa。热压5s后，保持温度和压力并开启紫外灯从玻璃基板面对连接部照射8s，本压完毕，即获得挠性线路5电极与玻璃基板4电极的电连接。

实施例2

本实施例中制成干膜的各向异性导电胶2所包含的组份及其各自的质量百分比(相对于100w％干膜导电胶)如表2：

表2

各向异性导电胶2涂布于20μm厚的PET保护基带1上制成干膜的，干膜厚度为30μm。

使用本发明中的各向异性导电膜进行电连接：

步骤1：根据需要剪取一定长度的各向异性导电膜，在50℃下将其压贴于玻璃基板4的电极端子上，剥离其保护基带1，在电极端子上形成各向异性导电胶2；

步骤3：对连接部进行本压，本压的温度为120℃，本压压力为2.5Mpa。热压3s后，保持温度和压力并开启紫外灯从玻璃基板面对连接部照射10s，本压完毕，即获得挠性线路5电极与玻璃基板4电极的电连接。

实施例3

本实施例中制成干膜的各向异性导电胶2所包含的组份及其各自的质量百分比(相对于100w％干膜导电胶)如表3：

表3

各向异性导电胶2涂布于25μm厚的PET保护基带1上制成干膜的，干膜厚度为45μm。

使用本发明中的各向异性导电膜进行电连接：

步骤1：根据需要剪取一定长度的各向异性导电膜，在55℃下将其压贴于玻璃基板4的电极端子上，剥离其保护基带1，在电极端子上形成各向异性导电胶2；

步骤3：对连接部进行本压，本压的温度为125℃，本压压力为2.2Mpa。热压4s后，保持温度和压力并开启紫外灯从玻璃基板面对连接部照射12s，本压完毕，即获得挠性线路5电极与玻璃基板4电极的电连接。

Claims

1.一种各向异性导电胶，其由下列成分制备：

a)20～40w％的可交联固化树脂，其中，至少部分为光固化树脂，至少部分为热固化树脂；

b)5～20w％的活性单体；

c)总量为1～8w％的热固化剂和光固化剂；

d)10～40w％的热塑性树脂；

e)可选的3～15w％的增塑剂；以及

f)20～70w％的导电颗粒；

其中，所述光固化树脂和热固化树脂的重量比例在1∶0.5～0.5∶1的范围；

其中，所述可交联固化树脂的数均分子量Mn为6000～50000；

其中，所述热固化剂与光固化剂的摩尔比为1∶0.5～0.5∶1；

其中，所述活性单体为丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类；

其中，所述活性单体为双官能度和三官能度的单体；

其中，所述导电颗粒为选自铜、镍、金、银、锡、锌、钯、铁、钨、钼的金属颗粒，或表面镀有金属镀层的非金属颗粒，

所述导电颗粒的粒度为2μm～40μm。

2.根据权利要求1所述的各向异性导电胶，其中，所述可交联固化树脂既是光固化树脂又是热固化树脂，包括丙烯酸类树脂、不饱和聚酯。

3.一种各向异性导电膜，它由一层柔性基材和负载在该基材上的一层各向异性导电胶层构成，其中所述各向异性导电胶层包含：

a)20～40w％的可交联固化树脂，其中至少部分为光固化树脂，至少部分为热固化树脂；

b)5～20w％的活性单体；

c)总量为1～8w％的热固化剂和光固化剂；

d)10～40w％的热塑性树脂；

e)可选的3～15w％的增塑剂；以及

f)20～70w％的导电颗粒；

其中，所述可交联固化树脂的数均分子量Mn为6000～50000；

其中，所述热固化剂与光固化剂的摩尔比为1∶0.5～0.5∶1；

其中，所述活性单体为丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类；

其中，所述活性单体为双官能度和三官能度的单体；

其中，所述导电颗粒为选自铜、镍、金、银、锡、锌、钯、铁、钨、钼的金属颗粒，或表面镀有金属镀层的非金属颗粒，所述导电颗粒的粒度为2μm～40μm。

4.一种采用权利要求3所述的各向异性导电膜进行电连接的方法，至少包括以下步骤：

步骤1：在40℃～70℃下将所述各向异性导电膜压贴于负载有电路或导电元件的透明基板(4)上，剥离保护基材(1)，使得在所述基板(4)上形成的各向异性导电胶层(2)覆盖所述电路或导电元件；

5.根据权利要求4所述的电连接方法，其特征在于，本压的温度为90℃～130℃，本压压力为1MPa～4MPa。

6.一种电子器件，其包括权利要求3所述的各向异性导电膜。