CN109651987A - 一种各向异性导电胶黏剂及其导电膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种各向异性导电胶黏剂及其导电膜，其中所述导电胶黏剂采用阳离子固化体系，按质量比包括以下组分：10～40wt％的成膜性树脂、10～40wt％的环氧树脂、阳离子型热固化剂、10～40wt％丙烯酸橡胶、3～15wt％溶剂以及3～20wt％导电球。其中所述阳离子型热固化剂与所述环氧树脂的质量比为(1‑20)：60。本发明提供了一种各向异性导电胶黏剂，其反应速度快，固化时间短。

Description

一种各向异性导电胶黏剂及其导电膜
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是，一种用于半导体电子元器件之间电性连接的导电胶黏剂及其导电膜。
背景技术
已知，半导体电子元器件的发展越来越趋向于微小化、精细化。相应的，小尺寸的半导体器件之间的电性连接，也为用于连接并导通电路的导电胶黏剂带来了巨大的挑战。
这其中不仅要求导电胶黏剂要有高的粘接力和信赖性，还要能够精确导通微观电路，尤其是实现微观电路的各向异性导通，比如纵向导通上下电路，横向保证绝缘，即各向异性导电胶黏剂。
例如在TFT-LCD的应用中，导电胶黏剂用于将液晶面板与外电路连接。其中液晶面板与覆晶薄膜(COF)、印刷电路布线板(PWB)和COF连接时，皆使用各向异性导电膜(ACF)进行信号传输。这种ACF，只允许电流在球连接的点之间导通或只在Z轴方向导通而在X和Y轴方向不导通，各通道可进行不同信号传输，从而保证高清画质的可实现性。
进一步的，目前市场主流的ACF产品，基本组成为树脂、固化剂、导电粒子及助剂。根据固化剂种类可以分为阴离子聚合型、阳离子聚合型和加成聚合型等，其中阳离子聚合型因为在低温下可快速固化的特性，而受到广泛的关注。
其中如中国专利CN 103459453A号所揭示的一种导电膜，其选用β-烷基缩水甘油基型环氧树脂和缩水甘油基醚型环氧树脂为树脂主体，通过阳离子型固化剂进行低温热固化，解决了现有阳离子体系可修复性不充分的问题，但未考虑ACF成膜性问题，而且接着力也有进一步提升空间。
另外，现行ACF产品中使用的导电粒子，大部分都是外层包覆Au/Ni的导电金球。传统的导电金球，一般采用化学镀法在直径为2～100μm的树脂球表面镀金/镍，此法耗能大，生产过程使用的金盐大多是氰化物，毒性非常大，而且金的价格昂贵，不利于成本控制。
因此，确有必要来研发一种新型的各向异性导电胶黏剂，来克服现有技术中的缺陷。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种各向异性导电胶黏剂，其成膜性好、附着力高。
本发明采用的技术方案如下：
一种各向异性导电胶黏剂(ACF)，其采用阳离子固化体系，按质量比包括以下组分：10～40wt％的成膜性树脂、10～40wt％的环氧树脂、阳离子型热固化剂、10～40wt％丙烯酸橡胶、3～15wt％溶剂以及3～20wt％导电球。其中所述阳离子型热固化剂与所述环氧树脂的质量比为(1-20)：60。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述成膜性树脂包括苯氧树脂、尿醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯甲缩醛、二甲苯树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚乙烯丁缩醛中的至少一种，且选择的所述成膜性树脂的分子量在10000-100000范围内。
进一步的，在不同实施方式中，选择的所述成膜性树脂优选含有较多的羟基或者羧基，这有利于提高胶黏剂的附着力；同时，所选成膜性树脂必须具有足够强的耐热性，温度变化时具有较小的体积变化率，这里优先选择分子量在20000-60000范围内的苯氧树脂。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂中的至少一种。其中所述环氧树脂可以单独使用也可以两种或以上搭配使用，这里优先选择脂环族环氧树脂。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述阳离子型热固化剂包括芳香族硫鎓盐、芳香族重氮盐、碘鎓盐、磷鎓盐、硒鎓盐等阳离子型热固化剂中的至少一种。其中所述阳离子型热固化剂与所述环氧树脂的优选搭配为Vicbase TC3632固化剂和Daicel 2021P环氧树脂。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述丙烯酸橡胶为带羧基的丙烯酸橡胶，其性能参数要求是分子量在100000-1000000范围内、玻璃化转变温度Tg<0℃。其中选用的所述橡胶中羧基的含量越多越好，有利于增加附着力；另外，可根据酸价，优先选择酸价>10mgKOH/g的带羧基的丙烯酸橡胶。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述溶剂主要选择原则是要对用到的高分子树脂和橡胶有较好的溶解性，其包括甲乙酮、正丁基缩水甘油醚、甲苯以及二氯甲烷中的至少一种。具体的，其优选带环氧基的正丁基缩水甘油醚，因为其带环氧基，残留的溶剂的还可以跟体系反应做进一步的固化。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述导电球包括碳纳米管修饰的聚苯乙烯小球，其表面被所述碳纳米管均匀的包覆。其中通过调整所述聚苯乙烯小球的粒径，即可制备出不同粒径的导电小球，充分利用了碳纳米管的导电性，同时相对于镀金小球还大大降低了成本。
进一步的，在不同实施方式中，其还包括0.1～5wt％的助剂，其中所述助剂包括防老化剂、硅烷偶联剂等中的至少一种。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述防老化剂包括胺类、酚类、硫化物类以及亚磷酸酯类等防老化剂中的至少一种。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述硅烷系偶联剂包括乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、A151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A171(乙烯基三甲氧基硅烷)、A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)、2,3环氧丙基丙基三甲氧基硅烷、氨基官能团三甲氧基硅烷以及(3-氨丙基)三乙氧基硅烷中的至少一种。
进一步的，本发明的又一方面是提供一种导电膜，其包括离型膜。其中所述离型膜上附着有本发明涉及的所述各向异性导电胶黏剂。
进一步的，本发明的又一方面是提供一种制备本发明涉及的所述导电膜的制备方法，包括以下步骤：
将涉及的除所述导电球之外的全部组分按预定比例进行均匀混合，而后在加入预定比例的所述导电球进行混胶、搅拌和脱泡等工序得到混合胶材；
将所述混合胶材于10-100um厚的离型膜上进行涂布，对其干燥处理后，得到本发明涉及的所述各向异性导电膜。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述离型膜的材质包括PET、PTFT或其复合膜材质中的一种。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述终混胶材的涂布方式包括刮涂、旋涂、丝网印刷等工艺成膜方式中的一种。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述干燥处理方式是在50～100℃下，对其加热3～15min，或是使用红外灯干燥工艺；具体可随实际需要而定，并无限定。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明涉及的一种各向异性导电胶黏剂，其选用阳离子固化体系，搭配脂环族环氧树脂并结合苯氧树脂，解决了现有环氧树脂固化慢的问题，使得固化时间大幅度减少，同时成膜性也得到了较大改善。
进一步的，其通过掺入末端带羧基的丙烯酸橡胶，并通过调节其与所述苯氧树脂之间的比例，增加了粘结界面处的接着力，从而大大提高了粘接强度，使得附着力达到最优，极大的降低了预压时粘结基材掉落的机率，从而提升了产品的直通率。
另外，其采用表面用碳纳米管修饰的聚苯乙烯小球代替现有的导电金球，在满足导电功效的同时，还极大的降低了其整体的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种用于测试本发明涉及的一种各向异性导电胶黏剂的导通阻抗和绝缘阻抗的测试结构的布局示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例，对本发明涉及的一种各向异性导电胶黏剂及其导电膜的技术方案作进一步的详细描述。
本发明的一个实施方式提供了一种各向异性导电胶黏剂，其选用阳离子固化体系，其中至少包括：(A)成膜性树脂、(B)环氧树脂、(C)阳离子型固化剂、(D)带羧基的丙烯酸橡胶、(E)溶剂、(F)碳纳米管修饰的聚苯乙烯小球以及(G)其他助剂。
其中作为(A)成膜性树脂，添加质量比例范围：10～40wt％。其具体可以选用苯氧树脂、尿醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯甲缩醛、二甲苯树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚乙烯丁缩醛，这些树脂的分子量最好位于100000-1000000之间。其中选用的所述树脂如果能够含有较多的羟基或者羧基就更适合了，这有利于提高胶黏剂的附着力，同时，所选树脂必须具有足够强的耐热性，温度变化时具有较小的体积变化率，这里优先选择分子量在20000-60000之间的苯氧树脂。
其中作为(B)环氧树脂，添加质量比例范围：10～40wt％。其具体可以选用缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂以及脂环族环氧树脂。其中所述环氧树脂的选用主要是需要考虑两个因素：第一是环氧树脂的黏度；第二是环氧树脂和固化剂的搭配反应情况，即固化速率；环氧树脂可以单独使用也可以两种或以上搭配使用，这里优先选择脂环族环氧树脂。
其中作为(C)阳离子型热固化剂，其与所述环氧树脂之间的质量比例为(1-20)：60。其具体可以选用芳香族硫鎓盐、芳香族重氮盐、碘鎓盐、磷鎓盐、硒鎓盐等阳离子型热固化剂。其中所述阳离子型热固化剂的选择需要考虑两大问题：第一，固化速率；第二，常温和低温无法引发交联反应，这影响着产品的存储特性。其中所述阳离子型热固化剂与所述环氧树脂的优选搭配为Vicbase TC3632型热固化剂和Daicel 2021P环氧树脂。
其中作为(D)带羧基的丙烯酸橡胶，添加质量比例范围：10～40wt％，其性能参数要求是分子量位于100000-1000000之间、玻璃化转变温度Tg<0℃。其中选用的所述橡胶中的羧基含量越多越好，有利于增加附着力，且可根据酸价，优先选择酸价>10mgKOH/g的丙烯酸橡胶。
其中作为(E)溶剂，添加质量比例范围：3～15wt％。其主要选择原则是要对用到的高分子树脂和橡胶有较好的溶解性，其具体可以选用甲乙酮、丁基缩水甘油醚、甲苯、二氯甲烷等。这里优先选用带环氧基的丁基缩水甘油醚，因为其带环氧基，残留的溶剂的还可以跟体系反应做进一步的固化。其中所述溶剂优选尽可能少量，以减少后制程溶剂处理时间。
其中作为(F)碳纳米管修饰的聚苯乙烯小球，添加质量比例范围：3～20wt％。其中所述聚苯乙烯小球的表面均匀的包覆碳纳米管，然后通过调整所述聚苯乙烯小球的粒径，即可制备出不同粒径的导电小球，从而即充分利用了碳纳米管的导电性，同时又极大的降低了成本。
其中作为(G)助剂，可添加防老化剂、硅烷偶联剂等，具体视需求而定，并无限定。若需要添加，则添加质量比例为0.1-5wt％。其中所述防老化剂可以选用胺类、酚类、硫化物类、亚磷酸酯类等防老化剂中的一种。其中所述硅烷偶联剂可以选用乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、A151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A171(乙烯基三甲氧基硅烷)、A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)、2,3环氧丙基丙基三甲氧基硅烷、氨基官能团三甲氧基硅烷、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷等。
进一步的，本发明的又一方面是提供一种导电膜，其包括离型膜。其中所述离型膜上附着有本发明涉及的所述各向异性导电胶黏剂。
进一步的，本发明的又一实施方式提供了一种制备上述本发明涉及的所述导电膜的制备方法，包括以下步骤：
Step1：先将涉及的除所述导电球之外的全部组分按预定比例进行均匀混合，而后在加入预定比例的所述导电球进行混胶、搅拌和脱泡等工序得到混合胶材。
Step2：将上述Step 1脱泡完成的所述混合胶材，于10-100um厚的离型膜上，进行涂布、干燥处理。其中所述离型膜可以使PET、PTFT或其复合膜材质，可进行加工处理。其中所述涂布方式可采用刮涂、旋涂、丝网印刷等工艺成膜，干燥可在50-100℃加热3min-15min，或是使用红外灯干燥工艺。
Step3：将上述Step2制得的大片ACF膜进行裁切，视需求得到不同宽度的ACF膜，例如1.2mm宽度，但不限于。
进一步的，以下将列举不同的实施例以及其实验结果，对本发明涉及的所述各向异性导电胶黏剂的性能做进一步的说明。
其中，以上涉及的粘结强度的测试方法为，将上述列表中各实施案列中的各向异性导电胶膜贴于PCBA电路板的接线处，导电膜长度为42mm，宽度为2mm，经过预压(压力0.3Mpa，温度120℃，时间2s)后撕去离型膜(PET材质)，将COF粘贴在上面，再经过本压(压力0.3Mpa，温度180℃，时间10s)，即可完成样品的制备，使用拉力机台，垂直于所述PCBA板，90度向上拉COF，测定粘接强度。
其中，以上涉及的导通阻抗和绝缘阻抗的测试方法为采用如图1所示的布局结构(layout)，将上述列表中各实施案列中的所述各向异性导电胶膜贴在上面。具体的，对于绝缘阻抗，直接贴上所述导电胶，经过上述所说的热压制程，四探针法测试绝缘阻抗；而对于导通阻抗，则需要在胶上面再粘上ITO玻璃，已验证上下是否导通，也采用四探针法测试。
本发明涉及的一种各向异性导电胶黏剂，其选用阳离子固化体系，搭配脂环族环氧树脂并结合苯氧树脂，解决了现有环氧树脂固化慢的问题，使得固化时间大幅度减少，同时成膜性也得到了较大改善。
进一步的，其通过掺入末端带羧基的丙烯酸橡胶，并通过调节其与所述苯氧树脂之间的比例，增加了粘结界面处的接着力，从而大大提高了粘接强度，使得附着力达到最优，极大的降低了预压时粘结基材掉落的机率，从而提升了产品的直通率。
另外，其采用表面用碳纳米管修饰的聚苯乙烯小球代替现有的导电金球，在满足导电功效的同时，还极大的降低了其整体的生产成本。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种各向异性导电胶黏剂；其特征在于，其采用阳离子固化体系，按质量比包括以下组分：
10～40wt％的成膜性树脂；
10～40wt％的环氧树脂；
阳离子型热固化剂；
10～40wt％丙烯酸橡胶；
3～15wt％溶剂；以及
3～20wt％导电球；
其中所述阳离子型热固化剂包括芳香族硫鎓盐、芳香族重氮盐、碘鎓盐、磷鎓盐、硒鎓盐等阳离子型热固化剂中的至少一种；其中所述阳离子型热固化剂与所述环氧树脂的质量比为(1-20)：60。
2.根据权利要求1所述的一种各向异性导电胶黏剂，其特征在于，其中所述环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂以及脂环族环氧树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种各向异性导电胶黏剂，其特征在于，其中所述导电球包括碳纳米管修饰的聚苯乙烯小球，其表面被所述碳纳米管均匀的包覆。
4.根据权利要求1所述的一种各向异性导电胶黏剂，其特征在于，其中所述成膜性树脂包括苯氧树脂、尿醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯甲缩醛、二甲苯树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂以及聚乙烯丁缩醛中的至少一种，且所选树脂的分子量位于10000-100000范围内。
5.根据权利要求1所述的一种各向异性导电胶黏剂，其特征在于，其中所述丙烯酸橡胶为带羧基的丙烯酸橡胶，其要求的性能参数包括分子量位于100000-1000000范围内、玻璃化转变温度Tg<0℃以及酸价>10mgKOH/g。
6.根据权利要求1所述的一种各向异性导电胶黏剂，其特征在于，其中所述溶剂包括甲乙酮、正丁基缩水甘油醚、甲苯以及二氯甲烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种各向异性导电胶黏剂，其特征在于，其还包括0.1～5wt％的助剂，其中所述助剂包括防老化剂、硅烷偶联剂等中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的一种各向异性导电胶黏剂，其特征在于，其中所述防老化剂包括胺类、酚类、硫化物类以及亚磷酸酯类防老化剂中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的一种各向异性导电胶黏剂，其特征在于，其中所述硅烷系偶联剂包括乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、A151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A171(乙烯基三甲氧基硅烷)、A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)、2,3环氧丙基丙基三甲氧基硅烷、氨基官能团三甲氧基硅烷以及(3-氨丙基)三乙氧基硅烷中的至少一种。
10.一种导电膜，其包括离型膜；其特征在于，其中所述离型膜上附着有根据权利要求1所述的一种各向异性导电胶黏剂。
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