CN104582946A - 具有多层部分包埋颗粒形态的改进的固定阵列各向异性导电膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种各向异性导电膜(ACF)，它包括：(a)具有基本上均匀厚度的粘合剂层；和(b)单独地粘附到粘合剂层上的多个导电颗粒，其中该导电颗粒包括在粘合剂层内在第一深度处部分包埋的颗粒位置的第一非-随机阵列，和在第二深度处部分包埋的导电颗粒的第二固定的非-随机阵列或分散体，或者充分包埋在粘合剂层内的导电颗粒的分散体，其中第一和第二深度完全不同。ACF可作为片材，连续膜或作为卷材形式供应，和该多层形态可存在于整个产品的长度当中或者存在于选择区域内。

Description

具有多层部分包埋颗粒形态的改进的固定阵列各向异性导电膜及其制造方法
发明背景
本发明的公开内容一般地涉及具有多层(MULTI-TIER)部分包埋颗粒的各向异性导电膜(ACF)的结构和制造方法。更特别地，本发明的公开内容涉及具有改进的颗粒捕获，接触电阻和剥离强度的ACF的结构与制造方法，其中一个或多个导电颗粒的非-随机阵列以两个或更多个明显的深度而部分包埋在ACF内，从而使得它们可容易接近以供粘结到电子器件上。术语“深度”是指在ACF粘合剂的顶表面以下的那部分颗粒直径。本发明的公开内容还涉及ACF，其中在与不具有两层结构的ACF相比，在较低平均颗粒密度下可获得前述优点。
常常在平板显示驱动集成电路(IC)粘结中使用各向异性导电膜(ACF)。典型的ACF粘结工艺包括第一步，其中ACF被附着在平板玻璃的电极上；第二步，其中驱动器IC粘结片对准该面板电极；和第三步，其中施加压力和热到粘结片上，使ACF在数秒内熔融并固化。ACF的导电颗粒在面板电极和驱动器IC之间提供各向异性的导电。ACF还广泛用于诸如倒装片压焊和光伏模件组件之类的应用中。
对超细间距ACF的需求急剧增加，因为在电子器件，例如智能手机和电子平板中使用高清晰度的显示器成为市场的趋势。然而，随着间距尺寸降低，电极的尺寸也必须变得更小且需要较高浓度的导电颗粒，在连接电极上提供所要求的颗粒密度，以确保满意的导电率或阻抗。
常规ACF中的导电颗粒典型地随机分散在ACF中。由于X-Y导电率导致对这种分散体系中的颗粒密度是有限度的。在使用常规ACF的许多粘结工艺中，仅仅小部分导电颗粒被捕获在电极上。大多数颗粒实际上被冲出到电极之间的间隔区域中，和在一些情况下，在ACF的X-Y平面内导致非所需的短路。在微细间距粘结应用中，导电颗粒密度必须足够高，具有粘结到每一粘结片上的充足数量的导电颗粒。然而，在两个粘结片之间的绝缘区域内短路或非所需的高导电率的可能性也增加，这是因为导电颗粒的高密度和随机分散的特性导致的。
Liang等人的美国公布申请2010/0101700("Liang'700")公开了克服具有随机分散的导电颗粒的ACF的一些缺点的技术。Liang公开了导电颗粒在固定阵列的ACF(FACF)中排列在预定的阵列图案内。导电颗粒的这一非-随机阵列能够在不具有短路的相同概率情况下实现超细间距的粘结。相反，固定阵列的ACF中的导电颗粒预排列在粘合剂表面上，且与常规ACF相比，在较低的颗粒浓度下，显示出显著较高的颗粒捕获速率。由于导电颗粒典型地高成本，因此与常规ACF相比，具有聚合物核的固定阵列的ACF的窄分散的Au颗粒提供显著较低的成本解决方案和优异的性能。
发明概述
通过提供其中导电颗粒排列在ACF内部的两层中的ACF，本发明的公开内容扩大了Liang'700的固定阵列的ACF。尽管美国申请13/111,300("Liang'300")公开了导电颗粒可部分包埋在粘合剂树脂内，使得至少一部分颗粒(例如，直径的约1/3到3/4)没有被粘合剂覆盖，但已发现，与不具有成层颗粒形态的标准的固定阵列ACF相比，本文中公开的多层固定阵列提供颗粒捕获速率的进一步的改进，且显示出较低的接触电阻和较高的剥离力。尽管这一公开内容频繁地提到两层阵列，但该公开内容也对其中提供一个或多个额外阶的实施方案开放。术语“多层”包括具有两个或更多层颗粒阵列的ACF以及其中导电颗粒的固定的非-随机阵列部分包埋在含随机分散的充分包埋颗粒的ACF表面内的ACF。
下表1中示出了对于两层非-随机固定阵列的颗粒形态来说，通过实践这一公开内容可获得的效果的一个示意性说明。
表1
从表1可以看出，即使颗粒密度略微较低，但具有两层颗粒形态的ACF显示出显著较高的颗粒捕获速率，和较好(较低)的接触电阻以及较高的剥离力，同时其他性能保持基本上相同。在样品于标准储存条件下老化大于3月之后，两层颗粒形态也非常好地得以维持。在不束缚于理论的情况下，认为在给定的固定阵列ACF中，与其他相比，采用更多地包埋在粘合剂内的一些颗粒，在粘结过程中，因粘合剂的熔体流动诱导的非所需的湍流减少，和在接触颗粒上遇到的局部的有效粘结压力增加。二者导致较少的颗粒冲出连接电极且反过来较高的捕获速率，较低的接触电阻和较高的粘合强度。
本发明的一种表现形式是一种各向异性的导电膜(ACF)，它包括：(a)具有基本上均匀厚度的粘合剂层；和(b)单独地粘附到粘合剂层上的多个导电颗粒，其中导电颗粒包括在粘合剂层内在第一深度处部分包埋的颗粒的第一非-随机阵列，和或者在第二深度处部分包埋的导电颗粒的第二阵列，或者充分包埋且分散在粘合剂层内的导电颗粒的分散体，其中第一阵列和第二阵列或分散体在粘合剂内包埋时的深度完全不同，例如相差20或30％。
例如，在一个实施方案中，本发明的公开内容提供含两个固定的非-随机阵列的ACF，其中第一固定阵列部分包埋在ACF的粘合剂层内和第二固定阵列充分包埋在ACF的粘合剂层内。
在第二实施方案中，ACF可包括两个固定的非-随机阵列，其中导电颗粒部分在ACF的粘合剂层表面内部分包埋到不同的程度。
在第三实施方案中，一个固定的非-随机阵列部分包埋在粘合剂层内，和导电颗粒的随机分散体分散在颗粒的固定阵列包埋在其内的粘合剂层内。包括颗粒阵列的额外层的其他实施方案也是可能的。
本发明的另一表面是各向异性导电膜(ACF)，它包括：(a)具有基本上均匀厚度的粘合剂层；和(b)单独地粘附到粘合剂层上的多个导电颗粒，其中导电颗粒包括在粘合剂层内的第一度出部分包埋的颗粒的第一非-随机阵列，和在粘合剂层内的第二深度处部分包埋的导电颗粒的第二非-随机阵列，其中第一深度和第二深度完全不同。
根据一个实施方案，采用多次转移方法制造多层ACF，该方法包括下述步骤：
(a)将颗粒的第一固定阵列转移到粘合剂层上；
(b)使用例如加热和/或压力辊或压延，加工第一阵列到所需的部分包埋程度；
(c)转移颗粒的第二固定阵列到粘合剂上；和
(d)任选地挤压颗粒的这两个阵列到所需的部分包埋程度，使得第一阵列在粘合剂内的包埋程度大于第二阵列。
根据另一实施方案，采用多次转移方法制造多层ACF，该方法包括下述步骤：
(a)将导电颗粒的第一固定的非-随机阵列转移到具有在其内分散的导电颗粒的ACF；和
(b)使用例如加热和/或压力辊或压延，加工第一阵列到所需的部分包埋程度。
可均匀地形成具有多层颗粒形态的ACF，或者可在ACF的选择区域内使用多层形态，其中导电颗粒均匀地分散在该多层区域外部的粘合剂内。在本发明的一个表现中，ACF可以是片材或连续膜或者盘或卷形式的连续膜。在一个实施方案中，以在塑料保持架之间盘绕的约1.0-2.0mm(宽度)x约20-300m(长度)的卷形式供应ACF。在另一实施方案中，ACF可以是连续膜或卷，其中选择区域具有本文中公开的多层形态。
附图简述
图1是具有两层颗粒形态的两个固定阵列ACF的SEM显微图。平均颗粒密度：(1A)约24000pcs/mm2和(1B)约16,000pcs/mm2。所有颗粒被部分包埋在粘合剂内，所述粘合剂具有在该粘合剂内较深地包埋的一些颗粒。
图2是平均颗粒密度为约17,000pcs/mm2的不具有两层颗粒形态的现有技术的固定阵列ACF的代表性SEM(2A)和光学显微图(2B)。
图3是具有一层颗粒形态的单一固定阵列ACF和颗粒包埋深度的相应分布的示意图。
图4是具有两层颗粒形态的相同间距尺寸的两层固定阵列的ACF和颗粒包埋深度的相应分布的示意图。
图5是两层固定阵列的ACF的示意图，其中转移两层固定阵列颗粒所使用的微腔具有不同的间距尺寸。
详细说明
Liang等人的美国公布申请2010/0101700和2011年5月19日提交的美国申请序列号No.13/111,300在本文中通过参考全文引入。
可通过激光消融，在约2-5mil的热稳定的聚酰亚胺(PI)或聚酯薄膜，例如PET上制备将导电颗粒转移到粘合剂层表面上有用的含有约6μm(直径)×约4μm(深度)×约3μm(间隔)的微腔的微腔阵列，以形成微腔载体。使用光滑棒，用导电颗粒的分散体涂布微腔阵列网。可使用大于一种填料，以确保没有未填充的微腔。参见Liang'300和Liang'700。
可通过两次(或多次)转移方法，获得两层(或多层)ACF。在一个实施方案中，在玻璃衬里上涂布粘合剂(优选环氧粘合剂)，并根据在Liang'700中教导的方法制备两块微腔膜。这两块微腔膜可具有相同或不同的微腔图案和间距。导电颗粒被填充在第一微腔膜内，并使用例如在微腔膜和擦拭器或辊之间具有仔细地控制的间隙的橡胶擦拭器或橡胶辊，除去在该腔室外部的过量颗粒。例如通过层压填充的微腔膜与环氧粘合剂/剥离衬里，将在微腔膜内的导电颗粒转移到环氧粘合剂上。作为层压步骤的一部分或者作为独立的步骤，通过例如压延，层压，或在压力或剪切下加热，如此转移的颗粒被挤压到或者可被进一步挤压到粘合剂膜内，以允许仅仅约0-80％的颗粒直径在粘合剂表面上方暴露。采用第二微腔膜反复颗粒的填充和转移工艺，生产图1和4所示的两层颗粒形态。
在另一实施方案中，可通过转移颗粒的固定阵列到其中导电颗粒被随机分散并充分包埋在导电粘合剂层内的ACF(非-固定阵列)上，获得ACF。可通过在导电颗粒均匀地分散在粘合剂内的单层ACF上，或者在颗粒的固定阵列转移到其上的导电粘合剂层下方的具有单独的非导电层的两层ACF上，沉积颗粒的固定阵列，制备成层的ACF。
图3阐述了单阶固定阵列ACF 10，其中导电颗粒12大致均匀地包埋在ACF粘合剂14的表面内。图3中的插图显示出作为包埋深度(d)的函数，颗粒的直方图分布。正如该图表所示，该分布是单峰分布。图4示意性阐述了根据本发明公开内容的一个实施方案的ACF。ACF 20包括在ACF粘合剂24内包埋第一距离(例如d1)的导电颗粒22的第一阵列，和在ACF内包埋与第一颗粒22相比，第二，但较浅距离(例如d2)的导电颗粒26的第二阵列。在特定的阵列(即，通过虚线六角形28表示的第一阵列和通过虚线六角形29表示的第二阵列)中，间距或相邻颗粒之间的距离具有相同的间距。图4的插图是阐述包埋深度分布的曲线图。这一曲线图示出了该分布是双峰的，其中包括在完全不同包埋深度(d1和d2)处的两个颗粒阵列。
图5阐述了本发明的进一步的实施方案，其中ACF 40包括在ACF粘合剂44内在第一深度处包埋的颗粒42的第一阵列，和在ACF粘合剂内在较浅的深度处包埋的颗粒46的第二阵列。图5中的ACF 40不同于图4中所阐述的ACF 20在于构成第一和第二阵列的颗粒间距不同。阐述颗粒46的第二阵列的间距的虚线48短于在颗粒42的较深的第一阵列内连接相邻颗粒42的虚线49。
根据本发明的另一实施方案，可通过采用导电颗粒在粘合剂内分散的ACF为起始，并将颗粒的固定的非-随机阵列转移到ACF粘合剂的表面上，和包埋这些颗粒到所需的包埋深度，从而制备两层ACF。
可在实践本发明公开内容中使用被事先教导在ACF中使用的任何导电颗粒。在一个实施方案中使用涂布金的颗粒。在一个实施方案中，导电颗粒具有窄的粒度分布，且标准偏差小于10％，优选小于5％，甚至更优选小于3％。粒度范围优选为约1-250μm，更优选约2-50μm，甚至更优选约2.5-10μm。在本发明中有用的两类可商购的导电颗粒是通过其零售商，纽约的JCI USA，即Nippon ChemicalIndustrial Co.,Ltd.,White Plains,N.Y的分公司，获自NipponChemical的Ni/Au颗粒，和获自Inco Special Products,Wyckoff,N.J的Ni颗粒。在一个实施方案中，导电颗粒可具有双峰或多峰粒度分布。在一个实施方案中，选择微腔和导电颗粒的尺寸，使得每一微腔具有有限的空间，以容纳仅仅一个导电颗粒。在具体的实施方案中，导电颗粒或微腔的直径或深度范围为约1-约100μm。在另一实施方案中，导电颗粒或微腔的直径或深度范围为约2-约10μm。在另一实施方案中，导电颗粒或微腔的直径或深度的标准偏差小于约10％。
在另一优选的实施方案中，导电颗粒或微腔的直径或深度的标准偏差小于约5％。在另一优选的实施方案中，粘合剂层包括热塑性，热固性粘合剂或它们的前体。
在一个实施方案中，使用含聚合物核和金属壳的导电颗粒。哟用的聚合物核包括，但不限于，聚苯乙烯，聚丙烯酸酯类，聚甲基丙烯酸酯类，酚类，聚二烯烃类，聚烯烃类，氨基塑料，例如三聚氰胺甲醛，脲甲醛，苯并胍甲醛和它们的低聚物，共聚物，共混物或复合材料。若使用复合材料作为核，则优选碳，氧化硅，氧化铝，BN,Ti 02和粘土的纳米颗粒或纳米管作为核内的填料。合适的金属壳采用包括，但不限于，Au,Pt,Ag,Cu,Fe,Ni,Sn,Al,Mg和它们的合金。具有互穿金属壳的导电颗粒，例如Ni/Au,Ag/Au,Ni/Ag/Au对于硬度，导电率和抗腐蚀性来说是有用的。具有硬质尖状物的颗粒，例如Ni，碳，石墨通过渗透到腐蚀膜(若存在的话)内，可用于改进连接对腐蚀敏感的电极的可靠度。这些颗粒以商品名MICROPEARL获自Sekisui Kk(日本)，以商品名BRIGHT获自Nippon Chemical Industrial Co.,(日本)和以商品名DYNOSPHERES获自Dyno A.S.(挪威)。
在另一实施方案中，导电颗粒可具有所谓的长而尖(spiky)的表面。可在较少电镀Ni，接着用Au部分替代Ni层的步骤之前，通过掺杂或沉积小的外来颗粒，例如氧化硅于胶乳颗粒上，从而形成尖状物。在前述应用中更加详细地描述的一个实施方案中，形成具有尖状物的导电颗粒。这些尖状物可以没有限制地形成为尖锐的尖状物，结节状，凹槽，楔形或沟槽。在另一实施方案中，可用薄的绝缘层，优选熔融温度接近于或低于粘结温度的绝缘聚合物层，预涂布导电颗粒。
可例如通过美国专利Nos.4,247,234,4,877,761,5,216,065中教导的种子乳液聚合，和在Adv.,Colloid Interface Sci.,13,101(1980)；J.Polym.Sci.,72,225(1985)，以及El-Aasser和Fitch编辑，第355页(1987),出版者Martinus Ni jhoff中的"FutureDirections in Polymer Colloids(聚合物胶体的未来方向)"描述的Ugelstad溶胀颗粒方法，制备窄分散的聚合物颗粒。在一个实施方案中，直径约5μm的单分散的聚苯乙烯胶乳颗粒用作可变形的弹性核。在甲醇中，在温和搅拌下首先处理颗粒，除去过量表面活性剂并在聚苯乙烯胶乳颗粒上生成微孔表面。然后在含PdCl2,HCl和SnCl2的溶液中活化如此处理过的颗粒，接着用水洗涤，并过滤，除去Sn4+，然后在90℃下浸渍在含Ni络合物和次磷酸盐的无电Ni电镀溶液(例如来自Surface Technology Inc,Trenton,N.J.)中约30-约50分钟。通过镀敷溶液浓度和镀敷温度与时间，控制Ni电镀的厚度。
可施加剥离层到微腔上，以改进导电颗粒转移到粘合剂层上。剥离层可以选自包括下述的列表：氟聚合物或低聚物，硅油，氟硅酮，聚烯烃，蜡，，聚(环氧乙烷)，聚(环氧丙烷)，具有长链疏水嵌段或支链的表面活性剂，或它们的共聚物或共混物。通过包括，但不限于涂布，印刷，喷涂，蒸汽沉积，等离子体聚合或交联的方法，施加剥离层到微腔阵列的表面上。在另一实施方案中，正如Liang'300的申请中所述的，该方法进一步包括使用微腔阵列的密闭循环的步骤。在另一实施方案中，该方法进一步包括在颗粒转移步骤之后，使用清洁装置，从微腔阵列中除去残留粘合剂或颗粒的步骤。在不同的实施方案中，该方法进一步包括在颗粒填充步骤之前，施加剥离层到微腔阵列上的步骤。在另一实施方案中，导电颗粒可以用热塑性或热固性绝缘层包封或涂布，以进一步降低X-Y平面内短路的风险，正如美国专利6,632,532；7,291,393；7,410,698；7,566,494；7,815,999；7,846,547和美国申请2006/0263581；2007/0212521；和2010/0327237中所公开的。根据一个实施方案，用偶联剂处理/涂布导电颗粒。偶联剂提高导电颗粒的抗腐蚀性以及湿粘合，或者在潮湿条件下颗粒对在电极表面上具有金属-OH或金属氧化物部分的电极的粘结强度，结果导电颗粒可仅仅部分包埋在粘合剂内，使得它们可容易接近以供粘结电子器件。更加重要的是，表面处理过的导电颗粒可以更好地分散，且在电极当中，在非接触区域或间隔区域内粘合剂聚集的风险下降。结果，在X-Y平面内短路的风险显著下降，尤其在微细间距的应用中。
预处理导电颗粒的有用的偶联剂的实例包括钛酸酯，锆酸酯和硅烷偶联剂("SCA")，例如有机基三烷氧基硅烷，其中包括3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三甲氧基硅烷，双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，和双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物。含硫醇，二硫化物和四硫化物官能团的偶联剂尤其可用于预处理Au颗粒，这是因为甚至在温和的反应条件下形成Au-S键(参见例如J.Am.Chem.Soc,105,4481(1983)Adsorption of Bifunctional Organic Disulfides on GoldSurfaces(在金表面上双官能有机二硫化物的吸收))。可施加用量为约5％-100％表面覆盖率，更特别地约20％-100％表面覆盖率，甚至更特别地50％-100％表面覆盖率的偶联剂到导电颗粒的表面上。为了参考，参见J.Materials Sci.,Lett.,899],1040(1989)；Langmuir,9(11),2965-2973(1993)；Thin Solid Films(固体薄膜),242(1-2),142(1994)；Polymer Composites(聚合物复合材料),19(6),741(1997)；和E.P.Plueddemann,Plenum Press的"Silane CouplingAgents(硅烷偶联剂)"，第2版(1991)和其中的参考文献。
可在载体网上或者在载体网上预涂布的腔室形成层上直接形成微腔阵列。用于该网的合适材料包括，但不限于，聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚萘二甲酸乙二酯(PEN)，聚碳酸酯，聚酰胺，聚丙烯酸酯，聚砜，聚醚，聚酰亚胺和液晶聚合物及其共混物，复合材料，层压体，或夹层薄膜。腔室形成层的合适材料可没有限制地包括热塑性材料，热固性材料，或它们的前体，正或负的光致抗蚀剂，或无机材料。为了实现颗粒转移的高收率，载体网可优选用剥离材料的薄层处理，以降低微腔载体网和粘合剂层之间的粘合。可在微腔形成步骤之前或之后，通过涂布，印刷，喷涂，蒸汽沉积，热转移或等离子体聚合/交联，施加剥离层。用于剥离层的合适材料包括，但不限于，氟聚合物或低聚物，硅油，氟硅酮，聚烯烃，蜡，聚(环氧乙烷)，聚(环氧丙烷)，具有长链疏水嵌段或支链的表面活性剂，或它们的共聚物或共混物。
在一个实施方案中，可通过采用流体颗粒分布和捕获工艺，进行颗粒沉积，其中每一导电颗粒被捕获在一个微腔内。可使用许多捕获工艺。例如，在Liang'700中公开的一个实施方案中，可使用卷轴式(rol l-to-rol l)连续流体颗粒分布工艺，捕获仅仅一个导电颗粒在每一微腔内。捕获的颗粒然后可从微腔阵列转移到粘合剂层上的预定位置处。典型地，在这些转移的导电颗粒之间的距离必须大于渗透阈值(percolation threshold)，所述渗透阈值是导电颗粒聚集时的密度阈值。
在美国公布专利申请Liang,US 2006/0280912和Liang'700中公开了微腔的各种图案尺寸，形状和间隔。固定阵列的图案可以变化。在环形微腔的情况下，图案可以用X-Y表示，其中X是腔室的直径，和Y是在相邻腔室之间的边缘到边缘的距离(单位微米)。典型的微腔图案间距包括5-3,5-5,5-7,和6-2的图案。所选图案将部分取决于每一电极所要求的颗粒数量。为了降低电极的最小粘结空间，可交错微腔图案。
采用在上述实例中描述的颗粒填充工序，具有6(开口)x 2(间隔)x4(深度)μm的阵列构造的表面处理过的聚酰亚胺(PI)微腔片材用颗粒填充。制备具有约15μm目标厚度的环氧薄膜。面对面固定微腔片材和环氧薄膜在钢板上。钢板被推挤经过(push through)商购于Think&Tinker的HRL 4200Dry-Film Roll Laminator。调节层压压力和层压速度，使得任选地采用后压延或加热工艺，在良好的效率(大于约90％，优选大于约95％)下，和在所需的包埋(例如，约40-90％)下，颗粒的这一第一阵列从微腔载体转移到粘合剂膜上，以允许较高的包埋程度。然后将颗粒的第二阵列转移到该薄膜上，并调节层压压力和层压速度，以便获得所需的包埋程度。取决于条件，颗粒的第二固定阵列的转移进一步包埋颗粒的第一阵列到粘合剂内。调节第二阵列层压的压力，温度和速度，使得在环氧粘合剂内第一和第二阵列包埋到不同于颗粒的第一阵列和第二阵列的所需的不同深度。通过按照这一方式来阶梯化包埋深度，实现了改进的电阻率和拉拔强度。在一个实施方案中，第一阵列包埋其颗粒直径的约40-90％，和更典型地约50-80％。第二阵列包埋其颗粒直径的约10-60％，和更典型地约30-60％，条件是对于一个阵列来说，包埋％大于其他阵列。特别地，期望相对于第二阵列颗粒的包埋深度，第一阵列颗粒在粘合剂内包埋的深度深至少约20％，优选30％。
在ACF中所使用的粘合剂可以是热塑性材料，热固性或它们的前体。有用的粘合剂包括，但不限于，压敏粘合剂，热敏粘合剂，热或辐射可固化的粘合剂。粘合剂可包括例如环氧化物，酚类树脂，胺-甲醛树脂，聚苯并噁嗪，聚氨酯，氰酸酯，丙烯酸类树脂，丙烯酸酯类，甲基丙烯酸酯类，乙烯基聚合物，橡胶类，例如聚(苯乙烯-共-丁二烯)和它们的嵌段共聚物，聚烯烃，聚酯，不饱和聚酯，乙烯基酯，聚己内酯，聚醚，和聚酰胺。环氧化物，氰酸酯和多官能的丙烯酸酯类是尤其有用的。催化剂或固化剂，其中包括潜固化剂可用于控制粘合剂的固化动力学。用于环氧树脂的有用的固化剂包括，但不限于，双氰胺(DICY)，己二酸二酰肼，2-甲基咪唑和它的包封产品，例如获自Asahi Chemical Industry的在液体双酚A环氧树脂中的NovacureHX分散体，胺，例如乙二胺，二亚乙基三胺，三亚乙基四胺，BF3胺加合物，获自Ajinomoto Co.,Inc的Amicure，锍盐，例如二氨基二苯砜，对羟基苯基苄基甲基锍六氟锑酸盐。在一个实施方案中，颗粒可用偶联剂涂布。也可使用偶联剂，其中包括，但不限于，钛酸酯，锆酸酯和硅烷偶联剂，例如环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷，以改进ACF的耐久性。可在S.Asai等人的J.Appl.Polym.Sci.,56,769(1995)中找到固化剂和偶联剂对环氧-基ACF性能的影响的讨论。整篇论文在本文中通过参考全文引入。
在例如美国专利Nos.6,274,508,6,281,038,6,555,408,6,566,744和6,683,663中公开了IC芯片或焊球流体组装到显示器材料的基底或网状物的凹陷区域或空穴中。在例如美国专利Nos.6,672,921,6,751,008,6,784,953,6,788,452,和6,833,943中公开了填充和顶部密封电泳或液晶流体到压花网状物的微杯内。在例如美国专利Nos.5,437,754,5,820,450和5,219,462中还公开了通过填充到压花载体网的凹陷内，制备具有精确间隔的磨料制品(abrasive article)，含在可硬化的粘合剂前体内分散的多个磨料颗粒的磨料复合浆液。所有前述美国专利在本文中通过参考分别全文引入。在以上提及的现有技术中，通过例如压花，冲压或平版印刷方法，在基底上形成凹陷，空穴，或微杯。然后将各种器件填充到该凹陷或空穴内以供各种应用，其中包括有源(active)矩阵薄膜晶体管(AMTFT)，球栅阵列(BGA)，电泳和液晶显示器。在特别的实施方案中，通过流体填充仅仅一个导电颗粒到每一微腔或凹陷内，形成ACF，并用偶联剂，和更特别地硅烷偶联剂，涂布含聚合物核和金属壳的导电颗粒以及该金属壳，并将该颗粒部分包埋在ACF粘合剂层内。
可通过在塑料网基底上直接形成有或无额外的腔室形成层的微腔。或者，也可不采用压花模具，例如通过激光消融，或者通过平版印刷方法，使用光致抗蚀剂，接着显影，和任选地蚀刻或垫形成步骤，形成微腔。用于腔室形成层的合适材料可没有限制地包括热塑性，热固性材料或它的前体，正或负的光致抗蚀剂，或无机或金属材料。关于激光消融，一个实施方案使用约0.1Hz-约500Hz的脉冲频率和采用约1次脉冲至约100次脉冲，生成功率范围为约0.1W/cm2-约200W/cm2的受激准分子激光束以供消融。在优选的实施方案中，使用约1Hz-约100Hz的脉冲频率和使用约10次脉冲至约50次脉冲，激光消融功率范围为约1W/cm2-约100W/cm2。还期望采用载体气体和真空，以除去碎片(debris)。
为了提高转移效率，导电颗粒的直径和腔室直径具有具体容差(specific tolerance)。为了实现高的转移速率，腔室直径优选具有小于约5％-约10％的具体容差，标准偏差要求以美国专利公布2010/0101700中列出的基本原理为基础。
在一个实施方案中，非-随机的ACF微腔阵列内的颗粒可具有在单一平均颗粒尺寸数值附近分布的粒度范围，典型地约2μm-约6μm，且特征在于窄分布的实施方案包括标准偏差偏离平均粒度小于约10％的窄粒度分布。在特征在于窄分布的其他实施方案中，可优选窄的粒度分布，具有偏离平均粒度小于约5％的标准偏差。典型地，形成选择腔室尺寸的腔室，以容纳具有略小于选择腔室尺寸的选择粒度的颗粒。为了避免在ACF中形成颗粒簇，优选腔室开口的平均直径略大于颗粒直径，但小于颗粒直径的2倍。更优选，腔室开口的平均直径比颗粒直径大1.5倍，但小于颗粒直径的2倍。
因此，在一个实施方案中，在非-随机ACF微腔阵列中的微腔可具有在单一平均腔室数值附近分布的腔室尺寸范围，典型地约2μm-约6μm，且特征在于窄分布的实施方案包括标准偏差偏离平均腔室尺寸小于10％的窄腔室尺寸分布。在特征在于窄分布的其他实施方案中，可优选窄的腔室尺寸分布，具有偏离平均腔室尺寸小于5％的标准偏差。
在具体的实施方案中，本发明进一步公开了制造电子器件的方法。该方法包括下述步骤：在微腔的阵列内放置多个导电颗粒，所述导电颗粒包括用偶联剂或绝缘层表面处理或涂布的导电壳和芯材料，接着在填充的微腔上罩面涂布或层压粘合剂层。在一个实施方案中，在微腔阵列内放置多个表面处理过的导电颗粒的步骤包括使用流体颗粒分布法，捕获每一导电颗粒在单一微腔内的步骤。
根据上述说明，附图和实施例，本发明公开了一种各向异性导电膜(ACF)，它包括置于预定的两层非-随机颗粒位置内的多个导电的表面处理过的颗粒作为在粘合剂层内的非-随机的固定阵列，其中非-随机的颗粒位置对应于微腔阵列中的多个预定的微腔位置以供携带和转移导电颗粒到粘合剂层上。在第一阵列，然后在第二阵列内按序转移导电颗粒到粘合剂层上，在此它们在不同的深度处被包埋。
除了上述实施方案以外，本发明进一步公开了具有与本发明的ACF相连的电子组件的电子器件。在特别的实施方案中，该电子器件包括显示器件。在另一实施方案中，电子器件包括半导体芯片。在另一实施方案中，电子器件包括具有印刷线材的印刷电路板。在另一优选的实施方案中，电子器件包括具有印刷线材的挠性印刷电路板。
由于详细地描述了本发明且通过参考其具体实施方案，因此，显而易见的是在没有脱离下述权利要求定义的本发明范围的情况下，许多变化和改性是可能的。

Claims (23)

1.一种各向异性导电膜(ACF)，它包括：(a)具有基本上均匀厚度的粘合剂层；和(b)单独地粘附到粘合剂层上的多个导电颗粒，其中该导电颗粒包括在粘合剂层内在第一深度处部分包埋的颗粒的第一非-随机的固定阵列，和在第二深度处部分包埋的导电颗粒的第二固定的非-随机阵列，或者充分包埋在粘合剂层内的导电颗粒的分散体，其中第一和第二深度完全不同。
2.权利要求1的ACF，其中ACF包括在粘合剂层内在第一深度处部分包埋的颗粒的第一非-随机阵列，和在第二深度处部分包埋的导电颗粒的第二非-随机阵列，且在第一阵列与第二阵列中约0-80％的颗粒直径在粘合剂层的表面之上，条件是第一和第二阵列的深度完全不同。
3.权利要求1的ACF，其中基于颗粒的直径，在第一或第二阵列内至少约10％的部分包埋的导电颗粒暴露在粘合剂层表面之上。
4.权利要求3的ACF，其中至少约30％的部分包埋的颗粒暴露在粘合剂层的表面之上。
5.权利要求2的ACF，其中导电颗粒的第一阵列被包埋约40-90％，导电颗粒的第二阵列被包埋约10-60％，条件是第一和第二阵列的深度完全不同。
6.权利要求1的ACF，其中ACF包括在粘合剂层内部分包埋的导电颗粒的第一非-随机阵列，和在粘合剂层内作为分散体形式充分包埋的导电颗粒的分散体，且在第一阵列内约0-80％导电颗粒的直径在粘合剂层的表面之上。
7.权利要求6的ACF，其中通过将颗粒的第一固定阵列转移到ACF内的粘合剂层的表面上，在所述ACF内，导电颗粒随机分散且充分包埋在导电粘合剂层内，从而获得ACF。
8.权利要求6的ACF，其中ACF进一步包括在含导电颗粒的分散体的粘合剂层下方的独立的非导电粘合剂层。
9.权利要求1的ACF，其中粘合剂层具有正交的X和Y方向，在固定的非-随机阵列内的颗粒在X和/或Y方向上的间距为约3-30μm。
10.权利要求9的ACF，其中在X和/或Y方向上的间距为约4-12μm的阵列内排列颗粒的位置。
11.权利要求1的ACF，其中粘合剂层的厚度为约5-35μm。
12.权利要求11的ACF，其中粘合剂层的厚度为约10-20μm。
13.一种各向异性导电膜(ACF)，它包括：(a)具有基本上均匀厚度的粘合剂层；和(b)单独地粘附到粘合剂层上的多个导电颗粒，其中该导电颗粒包括在粘合剂层内在第一深度处部分包埋的颗粒的第一非-随机阵列，和在粘合剂层内在第二深度处部分包埋的导电颗粒的第二非-随机阵列，其中第一深度和第二深度完全不同。
14.权利要求13的ACF，其中第一阵列和第二阵列的深度差值为颗粒直径的至少约20％。
15.权利要求14的ACF，其中第一阵列和第二阵列的深度差值为颗粒直径的至少约30％。
16.权利要求14的ACF，其中基于第一和第二阵列中颗粒的直径，至少约10％部分包埋的导电颗粒暴露于粘合剂层的表面之上。
17.权利要求16的ACF，其中至少约30％形成第一阵列的部分包埋的颗粒暴露于粘合剂层的表面之上。
18.一种电子或显示器件或组件，它包括权利要求1的已固化或未固化的ACF。
19.权利要求18的ACF，其中电子器件是集成电路或印刷电路。
20.制造多层ACF的方法，该方法包括下述步骤：
(a)将颗粒的第一固定阵列转移到粘合剂层上；
(b)加工第一阵列到所需的部分包埋程度；
(c)转移颗粒的第二固定阵列到粘合剂上；和
(d)任选地挤压颗粒的这两个阵列到所需的部分包埋程度，使得第一阵列在粘合剂内的包埋程度大于第二阵列。
21.制造多层ACF的方法，该方法包括下述步骤：
(a)将颗粒的第一固定的非-随机阵列转移到含有导电颗粒的ACF的粘合剂层中；和
(b)加工第一阵列到所需的部分包埋程度。
22.权利要求1的ACF，它为连续的膜或卷的形式。
23.权利要求22的ACF，其中第一阵列和第二阵列位于连续的膜或卷的限定区域内。
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