CN102559091A - 各向异性导电胶、导电膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种各向异性导电胶、导电膜及其制备方法，按照重量百分含量计包括：20％～40％的光固化树脂、10％～40％的热塑性树脂、5％～20％的活性单体、20％～50％的磁性复合导电颗粒、1％～8％的光固化剂、5％～15％的增塑剂。该各向异性导电胶通过采用光固化树脂，避免了各向异性导电膜使用过程中因高温和高压所导致的基板或连接件易受损伤，影响产品的良品率的不足。同时通过采用磁性复合导电颗粒，使得所制备的各向异性导电膜能够安全、准确、高效快捷地实现导体图案的超精细电连接，并能很好的保证导体图案间的连接强度和电连接的可靠性。

Description

各向异性导电胶、导电膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电膜领域，具体而言涉及一种各向异性导电胶、导电膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子设备的多功能化、小型轻量化发展，在半导体领域，配线电路的图案趋向在高集成化的同时采用多引线、窄间距的精细图案。与这样的电路精细图案对应，人们开发出了各向异性导电膜(ACF)连接技术，用于将在基板上形成的多个导体图案和需要与其连接的导体图案进行连接或与IC、LSI连接。所谓各向异性导电膜是将导电颗粒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导体图案的超精细连接。各向异性导电膜已成为封装行业和组装产品中重要的功能材料。

各向异性导电膜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，各向异性导电膜可分为热固化导电膜和光固化导电膜。

目前，研究和应用较广的各向异性导电膜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。采用这种热固化方式，需要控制温度，使导电膜内的固化剂分解，以引发热固性树脂交联固化，从而起到连接和固定作用。采用加压的方法才能有效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，在现有的这种制备方法中，较高的温度和较大的压力容易导致基板或连接件受到损伤，影响产品的良品率。另一方面，热压时的热量会使连接件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。

与热固化导电膜相比，光固化导电膜具有作业温度低(室温)、固化交联速度快、节约能源等优点。中国专利CN 1367219A公开了一种紫外光固化各向异性导电膜，它由光固化树脂、光引发剂、光敏化剂和导电颗粒所组成。这种各向异性导电膜具有固化温度低，节能环保的特点，适合高密度微电子封装细线连接。但是，这种导电膜在紫外光对导电膜进行交联固化时，由于采用球形导电颗粒，不可避免地会对光线的传播起到阻碍和散射作用，从而影响到导电膜的最终固化强度和连接可靠性。而且，为了使受压力的膜厚方向上连接电阻足够低，需要保证一定的导电颗粒填充量，但导电颗粒的填充量过大会导致膜的面方向绝缘电阻降低，因此容易造成导电图案电连接的短路。

发明内容

本发明旨在提供一种各向异性导电膜及其制备方法，以提高导体图案间的连接强度和电连接可靠性。

为此，在本发明的一个方面提供了一种各向异性导电胶，按照重量百分含量计包括：20％～40％的光固化树脂、10％～40％的热塑性树脂、5％～20％的活性单体、20％～50％的磁性复合导电颗粒、1％～8％的光固化剂、5％～15％的增塑剂。

进一步地，上述磁性复合导电颗粒包括：芯部，具有针状结构，由具有磁性的材料制备而成；镀层部，包裹在芯部的外周，由金属材料制备而成。

进一步地，上述具有磁性的材料为γ-Fe₂O₃，金属材料为铜、镍、金、银、锡、锌、钯、铁、钨或钼中的至少一种。

进一步地，上述镀层部的厚度为10nm～200nm。

进一步地，上述磁性复合导电颗粒的长度小于进行电连接的导体图案的间距，且各磁性复合导电颗粒长度均匀为1μm～10μm。

进一步地，上述活性单体为双官能度或三官能度的(甲基)丙烯酸酯类单体。

同时，在本发明的另一个方面，提供了一种各向异性导电膜，包括柔性基材和负载在柔性基材上的各向异性导电胶层，其特征在于，各向异性导电胶层由上述各向异性导电胶制备而成。

同时，在本发明的另一个方面，提供了一种各向异性导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将上述用于制备各向异性导电胶的原料配制为胶体溶液；将胶体溶液涂敷于柔性基材上，同时在与柔性基材所在平面相垂直的方向上对胶体溶液施加磁场，使胶体溶液中磁性复合导电颗粒位于垂直于柔性基材所在平面的方向上定向排列；磁性复合导电颗粒在胶体溶液中定向后，加热胶体溶液，形成各向异性导电胶干膜。

进一步地，上述制备方法中配制胶体溶液的步骤包括：将光固化树脂、活性单体、光固化剂、热塑性树脂、增塑剂溶解在溶剂中，形成混合溶液A；将磁性复合导电颗粒加入到混合溶液A中，搅拌、超声分散0.5～2h，得胶体溶液。

进一步地，上述制备方法各向异性导电胶干膜的厚度为20μm～60μm。

本发明的有益效果：本发明所提供的各向异性导电胶通过采用光固化树脂，避免了各向异性导电膜使用过程中因高温和高压所导致的基板或连接件易受损伤，影响产品的良品率的不足。同时通过采用磁性复合导电颗粒，使得所制备的各向异性导电膜能够安全、准确、高效快捷地实现导体图案的超精细电连接，并能很好的保证导体图案间的连接强度和电连接的可靠性。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的各向异性导电胶中磁性复合导电颗粒的结构示意图；以及

图2示出了根据本发明实施例的各向异性导电膜制备过程中磁性复合导电颗粒随外加磁场变化的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

在本发明的一种典型的实施方式中，一种各向异性导电胶，按照重量百分含量计包括：20％～40％的光固化树脂、10％～40％的热塑性树脂、5％～20％的活性单体、20％～50％的磁性复合导电颗粒、1％～8％的光固化剂、5％～15％的增塑剂。

这种各向异性导电胶通过采用光固化树脂，避免了各向异性导电膜使用过程中因高温和高压所导致的基板或连接件易受损伤，影响产品的良品率的不足。同时通过采用磁性复合导电颗粒，使得所制备的各向异性导电膜能够安全、准确、高效快捷地实现导体图案的超精细电连接，并能很好的保证导体图案间的连接强度和电连接的可靠性。另外，这种各向异性导电胶通过合理地配置各种原料的使用量，使得由其所制备的各向异性导电膜膜厚方向上连接电阻降低，且保证各向异性导电膜面延伸方向上绝缘电阻足够高，因此避免了导电图案电连接的短路。

如图1所示，优选地，上述磁性复合导电颗粒包括：芯部1和镀层部2。芯部1具有针状结构，且由具有磁性的材料制备而成。镀层部2包裹在芯部的外周，由金属材料制备而成。

上述磁性复合导电颗粒同时包括有具有磁性的部分和金属材料部分，具有磁性的部分在外加磁场的作用下能够带动磁性复合导电颗粒进行定向排列，而金属材料部分能够起到电连接导体图案的作用。同时，这种磁性复合导电颗粒通过采用的这种针状结构，降低了光固化过程中对光线传播的阻碍和散射作用，进而增强了所制备的各向异性导电膜的最终固化强度和连接可靠性。

优选地，上述磁性复合导电颗粒中具有磁性的材料为γ-Fe₂O₃，这种γ-Fe₂O₃磁性材料具有针状结构，其在磁场的作用下会沿磁场方向定向排列，包含其的磁性复合导电颗粒亦具有这种特性。在各向异性导电膜制备过程中，磁性复合导电颗粒在磁场作用下垂直于膜面方向上进行定向排列，在进行电连接时这种结构将有利于保证导体图案间的连接强度和电连接的可靠性。

优选地，上述磁性复合导电颗粒中金属材料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。本发明中所说的金属材料包括但不限于铜、镍、金、银、锡、锌、钯、铁、钨、钼中的至少一种。

优选地，上述磁性复合导电颗粒中镀层部的厚度为10nm～200nm。镀层部的厚度太小，容易降低磁性复合导电颗粒的导电性，而镀层部的厚度太大，一方面容易使得磁性复合导电颗粒无法保持针状结构，影响其定向排列，另一方面导电颗粒体积太大，也会影响各向异性导电膜的电连接可靠性。

上述磁性复合导电颗粒的长度小于进行电连接的导体图案的间距，以有效避免因导电颗粒取向被破坏而造成的膜面方向上的短路。上述磁性复合导电颗粒长度均匀为1μm～10μm。粒度长度太小，颗粒容易团聚难以在导电胶中均匀分散；粒度长度太大，则容易造成连接后相邻电极之间的短路。同时，由于磁性复合导电颗粒具有较均一的长度，且其远小于需要进行电连接的导体图案的间距，这样即使为保证膜厚方向上连接电阻足够低而增大导电颗粒的填充量，也不会导致膜面方向上导体图案的短路。

在本发明的一种优选地实施方式中，上述各向异性导电胶中活性单体需要在紫外光照射下，能够与光固化树脂一起聚合形成交联网络结构，从而最终固定住导电颗粒的位置和形状，以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。

在本发明中所使用的光固化树脂是一类含有在光照条件下可进一步反应或聚合的基团的树脂，在光照条件下可进一步反应或聚合的基团包括C＝C双键、环氧基团等。可选的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、或具有乙烯基醚官能基的树脂等。这种光固化树脂的分子量优选为2000～10000，分子量太低将降低导电胶的连接强度，太高则会增大导电胶胶体溶液的配制难度。

在本发明中所使用的热塑性树脂为耐热性较好，具有一定的柔性，能与光固化树脂很好的相容的热塑性树脂。具有这种特性的热塑性树脂通常分子量较大，优选在5000～20000范围内。可选的热塑性树脂包括但不限于酚氧树脂、聚乙烯醇缩醛、羧基丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、或聚酯SBS。

为了降低高分子树脂的玻璃化转变温度(Tg)，在本发明各向异性导电胶中还含有增塑剂。可选的增塑剂包括但不限于乙二醇、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、聚(丙二醇)、甘油三丁酸酯、己二酸二乙酯、辛二酸二丁酯、或磷酸三丁基酯。这种增塑剂的增加还能够有利于将各向异性导电胶所制备的干膜能顺利地压贴到基板上。

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柔性基质上，形成一种各向异性导电胶。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。本发明所提供的各向异性导电胶通过采用了沿膜厚方向取向的针状磁性复合导电颗粒，使其在进行紫外光交联固化时，减少了因导电颗粒而造成的对光线的阻碍和散射，提高了紫外光的穿透能力，从而使导电膜的最终固化强度和连接可靠性提高。

在本发明的一种典型的实施方式中，一种各向异性导电膜的制备方法，包括以下步骤：将上述用于制备各向异性导电胶的原料配制为胶体溶液；将胶体溶液涂敷于柔性基材上，同时在与柔性基材所在平面相垂直的方向上对胶体溶液施加磁场，使胶体溶液中磁性复合导电颗粒位于垂直于柔性基材所在平面的方向定向排列；磁性复合导电颗粒在胶体溶液中定向后，加热胶体溶液，形成各向异性导电胶干膜。优选地，所制备的各向异性导电胶干膜的厚度为20μm～60μm。

如图2所示，在图2中显示了一种在上述各向异性导电膜的制备过程中磁性复合导电颗粒随外加磁场变化。在未施加外加磁场的时，磁性复合导电颗粒3在胶体溶液4中是随意排布的，当在对胶体溶液施加磁场后，磁性复合导电颗粒中具有磁性的材料在外加磁场的作用下进行定向排列，且磁性复合导电颗粒3在胶体溶液4中形成朝向垂直于柔性基材所在平面的方向上延伸的结构。

在上述各向异性导电膜的制备过程中，配制胶体溶液的步骤包括：将光固化树脂、活性单体、光固化剂、热塑性树脂、增塑剂溶解在溶剂中，形成混合溶液A；将磁性复合导电颗粒加入到混合溶液A中，搅拌、超声分散0.5～2h，得胶体溶液。超声分散的实施能够使得磁性复合导电颗粒在胶体溶液中分散的更加均匀，进而保证所制备的各向异性导电膜的导电性。

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：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的电极端子上，剥离其保护基带，在电极端子上形成各向异性导电胶；将需要电连接的挠性线路电极与玻璃基板电极进行精确对位，然后进行预压；对连接部进行本压，并开启紫外灯从玻璃基板面对连接部照射5s～30s，本压完毕，即获得挠性线路电极与玻璃基板电极的电连接。

在上述制备过程中所使用的溶剂只要在一定的温度下能够挥发就可以，可选的溶剂包括但不限于甲醇、乙醇、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、丙酮、醋酸甲酯、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、环己烷、乙二醇单丁醚、乙腈、甲苯。

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1-4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4所包含的组份及其各自的质量百分比(相对于100％干膜导电胶)如表1：

表1

使用本发明中提供的方法制作上述各向异性导电膜，它包括以下步骤：

步骤1：将光固化树脂、活性单体、光固化剂、热塑性树脂、增塑剂在甲醇中溶解，形成混合溶液A，将磁性复合导电颗粒3加入到混合溶液A中，搅拌、超声分散1小时，得到均

一、稳定分散的胶体溶液；

步骤2：将胶体溶液涂敷于PET保护基带5上，同时在与保护基带垂直的方向上对组合物施加强度为4000高斯的磁场，使胶体溶液中磁性复合导电颗粒3位于垂直于柔性基材所在平面的方向上定向排列；

步骤3：加热磁性复合导电颗粒在胶体溶液中定向后，加热胶体溶液，形成各向异性导电胶干膜，干膜厚度为25μm。

实施例2

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

表2

制备方法：同实施例1，其中超声分散时间为1h，磁场强度为7000高斯，所制备的干膜的厚度为40μm。

实施例3

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

表3

制备方法：同实施例1，其中超声分散时间为2h，磁场强度为5000高斯，所制备的干膜的厚度为60μm。

实施例4

本实施例中制成干膜的各向异性导电胶所包含的组份及其各自的质量百分比(相对于100％干膜导电胶)如表4：

表4

制备方法：同实施例1，其中超声分散时间为2h，磁场强度为5500高斯，所制备的干膜的厚度为20μm。

对比例1

原料：63wt.％环氧树脂、31wt.％丙烯酸化合物、1wt.％二甲基苄胺、1.5wt.％对二苯酚、2wt.％硫代苯基-对氧氮环丙酮、1.2wt.％二苯甲酮、Cu填料。

制备方法：将环氧树脂加热至75℃，搅拌下缓慢加入丙烯酸化合物，并加入1wt.％二甲基苄胺和1.5wt.％对二苯酚添加剂，反应3h，树脂∶丙烯酸＝2∶1；将上述反应物冷却至室温，加入重量比为2％的光引发剂硫代苯基-对氧氮环丙酮和1.2％的光敏剂二苯甲酮，混合均匀，避光储存，即可制得基体胶；基体胶中加入体积比10％的2微米Cu填料，分散均匀，将其涂布在基带上制成各向异性导电膜。

将实施例1-4中所制备的各向异性导电膜以及由对比例1所制备的各向异性导电膜分别用于同一型号的平面显示器中，并对各向异性导电膜的性能进行测试。

所使用的平面显示器为等离子显示屏。

将各向异性导电膜贴覆在平面显示器上进行电连接的步骤包括：根据需要剪取一定长度的各向异性导电膜，在50℃下将其压贴于显示器玻璃基板的电极端子上，剥离其保护基带，在电极端子上形成各向异性导电胶；将需要电连接的挠性线路电极与玻璃基板电极进行精确对位，然后进行预压；对连接部进行本压，并开启紫外灯从玻璃基板面对连接部照射20s，本压完毕，即获得挠性线路电极与玻璃基板电极的电连接。

对上述平面显示器中，实施例1-4和对比例1所制备的各向异性导电膜的性能进行测试，测试结果如表4所示。

表5

由表5中数据可知，本发明的各向异性导电胶通过采用光固化树脂，避免了各向异性导电膜使用过程中因高温和高压所导致的基板或连接件易受损伤，影响产品的良品率的不足。同时与对比例1相比，由于采用了沿膜厚方向定向排列的磁性复合导电颗粒，使得所制备的各向异性导电膜在使用时减少了对紫外线的阻挡和散射，进而能够更加有效的保证导体图案间的连接强度和电连接的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种各向异性导电胶，其特征在于，按照重量百分含量计包括：

20％～40％的光固化树脂、10％～40％的热塑性树脂、5％～20％的活性单体、20％～50％的磁性复合导电颗粒、1％～8％的光固化剂、5％～15％的增塑剂。

2.根据权利要求1所述的各向异性导电胶，其特征在于，所述磁性复合导电颗粒包括：芯部，具有针状结构，由具有磁性的材料制备而成；

镀层部，包裹在所述芯部的外周，由金属材料制备而成。

3.根据权利要求2所述的各向异性导电胶，其特征在于，所述具有磁性的材料为γ-Fe₂O₃，所述金属材料为铜、镍、金、银、锡、锌、钯、铁、钨或钼中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的各向异性导电胶，其特征在于，所述镀层部的厚度为10nm～200nm。

5.根据权利要求2所述的各向异性导电胶，其特征在于，所述磁性复合导电颗粒为针状颗粒，且各所述磁性复合导电颗粒长度为1μm～10μm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的各向异性导电胶，其特征在于，所述活性单体为双官能度或三官能度的(甲基)丙烯酸酯类单体。

7.一种各向异性导电膜，包括柔性基材和负载在所述柔性基材上的各向异性导电胶层，其特征在于，所述各向异性导电胶层由上述权利要求1-6中任一项所述的各向异性导电胶制备而成。

8.一种各向异性导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将用于制备权利要求1-6中任一项所述的各向异性导电胶的原料配制为胶体溶液；

将所述胶体溶液涂敷于柔性基材上，同时在与所述柔性基材所在平面相垂直的方向上对所述胶体溶液施加磁场，使胶体溶液中所述磁性复合导电颗粒位于垂直于所述柔性基材所在平面的方向上定向排列；

所述磁性复合导电颗粒在所述胶体溶液中定向后，加热所述胶体溶液，形成各向异性导电胶干膜。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，配制所述胶体溶液的步骤包括：

将光固化树脂、活性单体、光固化剂、热塑性树脂、增塑剂溶解在溶剂中，形成混合溶液A；

将磁性复合导电颗粒加入到所述混合溶液A中，搅拌、超声分散0.5～2h，得所述胶体溶液。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述各向异性导电胶干膜的厚度为20μm～60μm。

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