CN101836334A - 各向异性导电膜及使用其的连接结构体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可以得到高的连接可靠性的各向异性导电膜以及使用该各向异性导电膜的连接结构体的制造方法。将在配合有聚丁二烯粒子、阳离子聚合性树脂和阳离子固化剂的绝缘性粘接树脂中分散导电性粒子而成的、最低熔融粘度为300～1000Pa·s的各向异性导电膜(2)配置在玻璃基板(1)的端子电极上，在各向异性导电膜(2)上配置柔性印刷基板(3)的端子电极，从该柔性印刷基板一侧使用加热装置进行按压，将端子电极之间电连接。

Description

各向异性导电膜及使用其的连接结构体的制造方法
技术领域
本发明涉及分散有导电性粒子的各向异性导电膜以及使用该各向异性导电膜的连接结构体的制造方法。
本申请要求在日本2007年8月24日申请的日本专利申请号特愿2007-218863的优先权，通过参照该申请将其引用到本申请中。
背景技术
以往，实施将玻璃基板与柔性印刷基板(FPC：Flexible PrintedCircuits)接合的FOG(Film on Glass)接合(例如参照专利文献1)。该安装方法中，使玻璃基板的连接端子与柔性印刷基板的连接端子夹有各向异性导电膜(ACF：Anisotropic Conductive Film)对置，使用加热装置使各向异性导电膜加热固化的同时按压连接端子，由此将两连接端子电连接。
专利文献1：日本专利第3477367号公报
发明内容
但是，柔性印刷基板由于与玻璃基板相比，线膨胀系数大，难以以高的安装精度接合。例如，柔性印刷基板中通常使用的聚酰亚胺树脂的线膨胀系数(10～40×10-6/℃)比玻璃的线膨胀系数(约8.5×10-6/℃)大，柔性印刷基板的容易扩张性损害连接可靠性。
具体地说，热压接时，若使加热头以快的速度接触、按压到柔性印刷基板上，则在布线图案间隔充分扩张之前就开始进行各向异性导电膜的固化反应，结果以布线图案间隔偏离的状态接合。另一方面，若使加热装置以慢的速度接触、按压到柔性布线基板上，则在各向异性导电膜流动之前固化，结果以连接端子之间分离的状态接合。
此外，热压接时，在各向异性导电膜与玻璃基板的界面部分、或各向异性导电膜与柔性印刷基板的界面部分产生的内部应力使粘接强度降低。
本发明是鉴于这种以往的情况而提出的，其目的在于，提供可以得到高的连接可靠性的各向异性导电膜以及使用该各向异性导电膜的连接结构体的制造方法。
本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，通过添加聚丁二烯粒子作为应力缓和剂、使最低熔融粘度为300～1000Pa·s，得到高的连接可靠性。
即，本发明涉及的各向异性导电膜的特征在于，是在配合有聚丁二烯粒子、阳离子聚合性树脂和阳离子固化剂的绝缘性粘接树脂中分散导电性粒子而成的，其最低熔融粘度为300～1000Pa·s。
此外，本发明涉及的连接结构体的制造方法，是将以规定间隔形成了端子电极的玻璃布线板、和以比该规定间隔窄的间隔形成了端子电极的柔性印刷布线板使用各向异性导电膜连接而成的连接结构体的制造方法，其特征在于，具有将各向异性导电膜配置在玻璃基板的端子电极上的配置步骤，其中所述各向异性导电膜是在配合有聚丁二烯粒子、阳离子聚合性树脂和阳离子固化剂的绝缘性粘接树脂中分散导电性粒子而成的，其最低熔融粘度为300～1000Pa·s；和在上述各向异性导电膜上配置柔性印刷基板的端子电极，从该柔性印刷基板一侧使用加热装置进行按压，将端子电极之间电连接的连接步骤。
此外，本发明涉及的连接结构体是将玻璃布线板的端子电极与柔性印刷布线板的端子电极通过各向异性导电膜接合而成的连接结构体，其特征在于，上述各向异性导电膜的最低熔融粘度为300～1000Pa·s。
附图说明
[图1]图1A和图1B是用于对本发明的一实施方式中的将柔性印刷基板与玻璃基板接合的方法进行说明的平面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
作为本发明的具体例示出的各向异性导电膜是在绝缘性粘接树脂中分散导电性粒子而成的。
导电性粒子例如可以使用镍、金、铜等金属粒子，对树脂粒子实施镀金等而得到的导电性粒子，在对树脂粒子实施镀金而成的粒子的最外层实施绝缘被覆而得到的导电性粒子等。其中，导电性粒子的平均粒径从导通可靠性的观点考虑，优选为1～20μm。此外，导电性粒子在绝缘性粘接树脂中的分散量，从导通可靠性和绝缘可靠性的观点考虑，优选为2～50重量％。
绝缘性粘接树脂是将应力缓和剂、阳离子聚合性树脂和阳离子固化剂溶解在溶剂中而得到的。
作为应力缓和剂，使用作为橡胶类弹性材料的聚丁二烯粒子。由聚丁二烯形成的丁二烯橡胶(BR)由于与丙烯酸橡胶(AGR)、丁腈橡胶(NBR)等相比，回弹性高，可以吸收大量内部应力。此外，由于不会产生固化阻碍，可以赋予高的连接可靠性。
聚丁二烯粒子的弹性模量优选比固化后的绝缘性粘接树脂的弹性模量小。具体地说，优选弹性模量为1×108～1×1010dyn/cm2。若应力吸收粒子的弹性模量小于1×108dyn/cm2，则存在保持力降低的不良问题，若大于1×1010dyn/cm2，则存在不能充分降低绝缘性粘接树脂的内部应力的不良问题。
此外，聚丁二烯粒子在差示扫描量热计(DSC：Differential ScanningCalorimeter)中的放热峰温度优选为80～120℃。若聚丁二烯粒子的放热峰温度低于80℃，则存在各向异性导电膜的制品寿命降低的不良问题，若高于120℃，则存在产生固化不良的不良问题。
此外，为了充分确保导电性粒子与连接电极之间的电连接，聚丁二烯粒子的平均粒径优选比导电性粒子的平均粒径小。具体地说，聚丁二烯粒子的平均粒径优选为0.01～0.5μm。若聚丁二烯粒子的平均粒径小于0.01μm则存在不能完全吸收应力的不良问题，若大于0.5μm则存在导电性粒子与连接电极之间的电连接降低的可能性。
此外，相对于阳离子聚合性树脂70重量份，优选配合聚丁二烯粒子5～35重量份。若该配比小于5重量份则不能充分降低粘合剂中产生的内部应力，若大于35重量份则难以形成膜、此外存在耐热性降低的不良问题。
作为阳离子聚合性树脂，可以使用环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、氧化苯乙烯、苯基缩水甘油基醚、丁基缩水甘油基醚等单官能性环氧化合物，双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、线型酚醛清漆型环氧树脂、脂环式环氧树脂、三缩水甘油基异氰酸酯、乙内酰脲环氧化物等含杂环的环氧树脂，氢化双酚A型环氧树脂、丙二醇二缩水甘油基醚、季戊四醇-聚缩水甘油基醚等脂肪族类环氧树脂，通过芳族、脂肪族或脂环的羧酸与表氯醇反应得到的环氧树脂，含螺环的环氧树脂，作为邻烯丙基线型酚醛清漆化合物与表氯醇的反应产物的缩水甘油基醚型环氧树脂，作为在双酚A型的各羟基的邻位具有烯丙基的二烯丙基双酚化合物与表氯醇的反应产物的缩水甘油基醚型环氧树脂，席夫碱类化合物(シツフ系化合物)、茋化合物和偶氮苯化合物的二缩水甘油基醚型环氧树脂，(1，1，1，3，3，3-六氟-2-羟基异丙基)环己烷与表氯醇的反应产物等含氟脂环、芳环环氧树脂等。其中，特别优选单独或混合使用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯氧基树脂、萘型环氧树脂、线型酚醛清漆型环氧树脂等环氧树脂。
此外，阳离子聚合性树脂优选为将苯氧基树脂与环氧聚合性树脂混合而成的树脂。其中，苯氧基树脂的分子量从形成膜的观点考虑，优选为20000～60000。若苯氧基树脂的分子量小于20000，则流动性增大，膜形成性变差。此外，若大于60000，则出现流动性不充分。
此外，环氧树脂优选含有双酚F型、双酚A型中的至少1种。由此，可以形成具有最适流动性的膜。
对于阳离子固化剂，阳离子种使环氧树脂末端的环氧基开环、使环氧树脂之间自身交联。作为这种阳离子固化剂，可以举出芳族锍盐、芳族重氮盐、碘鎓盐、鏻盐、
Figure GPA00001113529500041
盐等鎓盐。特别是芳族锍盐由于在低温下的反应性优异，有效寿命长，适用作阳离子固化剂。
此外，作为溶剂，可以使用甲苯、乙酸乙酯等。
接着对各向异性导电膜的制造方法进行说明。首先，将规定的阳离子性树脂溶解在溶剂中，向该溶液中加入规定量的聚丁二烯粒子和阳离子固化剂并进行混合。向混合有聚丁二烯粒子等的溶液中加入导电性粒子进行分散，制成粘合剂。将该粘合剂涂布在例如聚酯膜等剥离膜上，干燥后，层压覆盖膜得到各向异性导电膜。
该各向异性导电膜优选最低熔融粘度为300～1000Pa·s。若最低熔融粘度为300Pa·s以下，则作为绝缘性粘接树脂的粘合剂流动而不能保持在连接部分，连接强度变差。此外，若最低熔融粘度为1000Pa·s以上，则粘合剂的流动性差，连接厚度比导电性粒子的直径大，连接可靠性变差。此外，最低熔融粘度优选在90～110℃之间达到。若达到温度低于90℃则流动性过大，若高于110℃则流动性不足。
利用这种各向异性导电膜，可以在150～200℃、4～6秒的热压接条件下，以高的可靠性连接玻璃基板与柔性基板。
接着，对连接结构体的制造方法进行说明。连接结构体是玻璃基板与柔性基板通过上述各向异性导电膜连接而成的。
图1A、图1B是用于说明本发明的一实施方式中将柔性印刷基板与玻璃基板接合的方法的俯视图。如图1A所示，在玻璃基板1上以规定间隔形成端子电极，在柔性印刷基板3上以比玻璃基板1的规定间隔窄的间隔形成端子电极。然后，将上述各向异性导电膜2配置在玻璃基板1的端子电极上，接着在各向异性导电膜2上配置柔性印刷基板3的端子电极，从柔性印刷基板3一侧使用加热装置进行按压，由此将端子电极之间电连接。此时，柔性印刷基板3因热而扩张，如图1B所示，柔性印刷基板3的端子电极的间隔与玻璃基板1的端子电极的间隔大致相等。
在本实施方式中，优选在加热装置的压入速度为1～50mm/sec、150～200℃、4～6sec的连接条件下，在加压方向上将相对峙的电极电连接。若压入速度小于1mm/sec，则不能完全排除粘合剂而产生导通不良。
通过如此使用最低熔融粘度为300～1000Pa·s的各向异性导电膜，热压接时的流动性达到最适。此外，通过配合聚丁二烯粒子，连接界面部分产生的内部应力被吸收，因此可以得到具有高的连接可靠性的连接结构体。
<实施例>
以下，参照比较例对实施例进行具体的说明。首先，如表1所示制造实施例1～7和比较例1～5中的各向异性导电膜的各样品。
[表1]
Figure GPA00001113529500061
(实施例1)
作为阳离子聚合性树脂，将平均分子量30000的Bis-A/Bis-F混合型苯氧基树脂(Japan Epoxy Resins Co.，Ltd生产的jER-4210)40重量份、当量为190的液态Bis-A型环氧树脂(Japan Epoxy Resins Co.，Ltd生产的YL980)20重量份和当量为160的液态Bis-F型环氧树脂(Japan EpoxyResins Co.，Ltd生产的jER806)10重量份混合来使用。此外，作为应力缓和剂，使用由聚丁二烯(Resinous Kasei Co.，Ltd生产的RKB)形成的平均粒径为0.5μm的丁二烯橡胶(BR)粒子5重量份。此外，作为潜在性固化剂，使用锍类阳离子固化剂(三新化学工业社制SI-60L)5重量份。而且，将阳离子聚合性树脂、应力缓和剂和潜在性固化剂溶解在溶剂甲苯中来制备绝缘性粘接树脂溶液。
然后，向该绝缘性粘接树脂溶液80重量份中，加入5重量份的对平均粒径为0.5μm的苯并胍胺粒子实施了镍-金镀敷而得到的粒子作为导电性粒子，制成粘合剂。
进一步地，将该粘合剂涂布在剥离用的PET膜上使干燥后的厚度为25μm，得到各向异性导电膜。将该各向异性导电膜切成宽度2mm的狭缝状，制成实施例1的样品。
(实施例2)
使丁二烯橡胶粒子为10重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例1同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(实施例3)
使丁二烯橡胶粒子为20重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例1同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(实施例4)
使平均分子量为30000的Bis-A/Bis-F混合型苯氧基树脂(JapanEpoxy Resins Co.，Ltd生产的jER-4210)为20重量份、平均分子量为20000的Bis-F型苯氧基树脂(Japan Epoxy Resins Co.，Ltd生产的jER-4007P)为20重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例3同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(实施例5)
使锍类阳离子固化剂(三新化学工业社制SI-60L)为8重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例4同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(实施例6)
使平均分子量为60000的Bis-A/Bis-F混合型苯氧基树脂(东都化成社制YP-50)为30重量份以及平均分子量为20000的Bis-F型苯氧基树脂(Japan Epoxy Resins Co.，Ltd生产的jER-4007P)为10重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例4同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(实施例7)
使丁二烯橡胶粒子为35重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例1同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(比较例1)
使平均分子量为60000的Bis-A/Bis-F混合型苯氧基树脂(东都化成社制YP-50)为40重量份、不添加应力缓和剂来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例1同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(比较例2)
使平均分子量为20000的Bis-F型苯氧基树脂(Japan Epoxy ResinsCo.，Ltd生产的jER-4007P)为40重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例1同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(比较例3)
使锍类阳离子固化剂(三新化学工业社制SI-60L)为2重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例4同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(比较例4)
使平均粒径为0.5μm的丙烯酸橡胶(Nagase ChemteX Corporation生产的SG600LB)为20重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例1同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(比较例5)
使平均粒径为0.5μm的腈橡胶(NBR)粒子(日本Zeon Corporation生产的DN009)为20重量份来制备粘合剂溶液，除此之外通过与实施例1同样的方法制造各向异性导电膜的样品。
(测定结果)
表2为上述样品的最低熔融粘度、达到最低熔融粘度的温度和DSC(Differential Scanning Calorimeter)中的峰温度的测定结果。对于最低熔融粘度和到达最低熔融粘度的温度，是将规定量的上述样品装填到旋转式粘度计中，以规定的升温速度升温的同时测定熔融粘度。此外，对于DSC的峰温度，是称量规定量的上述样品，以10℃/分钟的升温速度由差示扫描量热计(DSC)求得。
[表2]
样品   最低熔融粘度(Pa·s)   达到最低熔融粘度的温度(℃)  DSC的峰温度(℃)
 实施例1   700   100   115
 实施例2   700   100   115
 实施例3   700   100   115
 实施例4   300   100   115
 实施例5   350   97   114
 实施例6   1000   100   115
 实施例7   800   100   115
样品   最低熔融粘度(Pa·s)   达到最低熔融粘度的温度(℃)  DSC的峰温度(℃)
 比较例1   1100   100   115
 比较例2   90   100   115
 比较例3   200   107   121
 比较例4   800   100   115
 比较例5   -   -   -
(评价结果)
接着，将上述样品配置在玻璃基板的端子电极上，然后在样品上配置柔性印刷基板(2层、厚度38μm、铜电路8μm)的端子电极，从柔性印刷基板一侧使用加热装置进行按压，使柔性印刷基板与玻璃基板压接。然后，就加热装置的压入速度的影响，对导通电阻和粘接速度进行评价。此时的热压接条件为170℃、3.5MPa、4sec。
表3表示相对于加热装置的压入速度的导通电阻和粘接速度的评价结果。对于导通电阻，在压接后测定两基板的端子电极之间的电阻。此外，对于粘接强度，在热压接后，测定在90°方向上从玻璃基板剥离柔性印刷基板时的粘接力。
此外，表4表示连接可靠性的评价结果。连接可靠性如下评价：对在170℃、3.5MPa、4sec、加热装置的压入速度为30mm/sec的热压接条件下连接得到的连接结构体在温度85℃、相对湿度85％～温度45℃、相对湿度90％的条件下蚀刻处理1000小时后，测定导通电阻和粘接强度来进行评价。
[表3]
Figure GPA00001113529500101
[表4]
  样品   导通电阻(Ω)   粘接强度(N/cm)
  实施例1   3.3   5
  实施例2   3.2   5
  实施例3   3.3   5
  实施例4   3.5   5
  实施例5   3.2   5
  实施例6   3.2   5
  实施例7   5.2   5
  比较例1   3.8   3以下
  比较例2   30   5
  比较例3   50   3以下
  样品   导通电阻(Ω)   粘接强度(N/cm)
  比较例4   3.5   3以下
  比较例5   50   3以下
(柔性基板的伸缩)
此外，表5表示相对于加热装置的压入速度的柔性印刷基板的收缩率。其中，对于使用实施例3、实施例4的样品将柔性印刷基板(DuPont-TORAY Co.，Ltd生产的Capton EN))与玻璃基板(Corning公司生产的Corning 1737F))接合而成的连接结构体，测定柔性印刷基板的伸缩率。柔性印刷基板的伸缩率使用二维测长机，对热压接之前和之后的柔性印刷基板的长度进行测定来算出。柔性印刷基板和玻璃基板的热膨胀系数分别为16×10-6/℃和3.7×10-6/℃。
[表5]
Figure GPA00001113529500111
由以上结果可知，最低熔融粘度为300～1000Pa·s的各向异性导电膜，在加热装置的压入速度为1～50mm/sec、150～200℃、4～6sec的热压接条件下流动性最适。此外可知，通过配合聚丁二烯粒子，吸收内部应力，具有高的粘接强度。
例如，使用实施例1～7的样品的连接结构体，使用加热装置在170℃、3.5MPa、4sec、压入速度1～50mm/sec的条件下，表现出优异的导通电阻和粘接强度。
另一方面，比较例1～5的样品由于最低熔融粘度不是最适，不能得到表现出高的连接可靠性的结果。

Claims (11)

1.各向异性导电膜，其特征在于，是在配合有聚丁二烯粒子、阳离子聚合性树脂和阳离子固化剂的绝缘性粘接树脂中分散导电性粒子而成的，其最低熔融粘度为300～1000Pa·s。
2.如权利要求1所述的各向异性导电膜，其特征在于，在90～110℃下到达所述最低熔融粘度。
3.如权利要求1或2中任意一项所述的各向异性导电膜，其特征在于，相对于所述阳离子聚合树脂70重量份，配合所述聚丁二烯粒子5～35重量份。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的各向异性导电膜，其特征在于，所述聚丁二烯粒子的弹性模量为1×108～1×1010dyn/cm2。
5.如权利要求1所述的各向异性导电膜，其特征在于，所述聚丁二烯粒子的平均粒径为0.01～0.5μm。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的各向异性导电膜，其特征在于，所述阳离子聚合性树脂是苯氧基树脂与环氧聚合性树脂混合而成的树脂，所述苯氧基树脂的分子量为20000～60000。
7.如权利要求6所述的各向异性导电膜，其特征在于，所述环氧聚合性树脂含有双酚F型、双酚A型中的至少1种。
8.如权利要求1～7中任意一项所述的各向异性导电膜，其特征在于，差示扫描量热计中的放热温度，在升温速度为10℃/min的条件下为110～120℃。
9.连接结构体的制造方法，该方法是将以规定间隔形成了端子电极的玻璃布线板、和以比该规定间隔窄的间隔形成了端子电极的柔性印刷布线板使用各向异性导电膜连接而成的连接结构体的制造方法，其特征在于，具有：
将各向异性导电膜配置在玻璃基板的端子电极上的配置步骤，其中所述各向异性导电膜是在配合有聚丁二烯粒子、阳离子聚合性树脂和阳离子固化剂的绝缘性粘接树脂中分散导电性粒子而成的，其最低熔融粘度为300～1000Pa·s；和
在上述各向异性导电膜上配置柔性印刷基板的端子电极，从该柔性印刷基板一侧使用加热装置进行按压，将端子电极之间电连接的连接步骤。
10.如权利要求9所述的连接结构体的制造方法，其特征在于，所述连接步骤中，在1～50mm/sec的速度、150～200℃、4～6sec的条件下按压加热装置。
11.连接结构体，是将玻璃布线板的端子电极与柔性印刷布线板的端子电极通过各向异性导电膜接合而成的连接结构体，其特征在于，
所述各向异性导电膜的最低熔融粘度为300～1000Pa·s。
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