CN112562886A - 异方性导电膜及其制备方法、邦定结构和超声波生物识别装置 - Google Patents

异方性导电膜及其制备方法、邦定结构和超声波生物识别装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种异方性导电膜及其制备方法、邦定结构和超声波生物识别装置。该异方性导电膜包括第一导电粒子和第二导电粒子，所述第一导电粒子的粒径小于所述第二导电粒子的粒径，所述第一导电粒子与所述第二导电粒子的数量比为(3～8)：1。该异方性导电膜能够适用于不同材质的引脚，尤其是适用于较硬材质引脚和较疏松材质引脚同时存在的邦定结构，确保异方性导电膜在这两类材质上均具有较低的导通阻抗和优异的导通稳定性。

Description

异方性导电膜及其制备方法、邦定结构和超声波生物识别 装置
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种异方性导电膜及其制备方法、邦定结构和超声波生物识别装置。
背景技术
触控面板通常包括用于感测使用者触摸信息的感测基板、用于将触摸信息传递至控制设备的柔性电路板(Flexible Printed Circuit Board，FPC)及用于将感测基板上的引脚与柔性电路板的各引脚实现电气连接的异方性导电膜(Anisotropic ConductiveFilm，ACF)。在邦定工艺条件下，ACF导电粒子发生变形和破裂从而实现电气连接。根据引脚材质的不同，通常需要选择相适宜的ACF以实现良好的导通稳定性。然而，当邦定结构中存在多种材质的引脚时，传统的ACF难以适配，容易导致线路接触不良或出现短路风险。
发明内容
基于此，有必要提供一种适用于多种材质引脚的异方性导电膜及其制备方法。
此外，还提供一种采用上述异方性导电膜制备的邦定结构和超声波生物识别装置。
一种异方性导电膜，包括主体树脂、第一导电粒子和第二导电粒子，所述第一导电粒子和所述第二导电粒子分散于所述主体树脂中，所述第一导电粒子的粒径小于所述第二导电粒子的粒径，所述第一导电粒子与所述第二导电粒子的数量比为(3～8)：1。
通过选用粒径不同的两种导电粒子，并按照特定比例将二者进行组合，使得异方性导电膜能够适用于不同材质的引脚，且在不同材质的引脚上均具有较低的导通阻抗和优异的导通稳定性。
在其中一个实施例中，所述第一导电粒子的粒径为2μm～4μm，所述第二导电粒子的粒径为7μm～9μm。进一步地，所述第一导电粒子的粒径为3μm，所述第二导电粒子的粒径为8μm。采用上述粒径的两种导电粒子所得到的异方性导电膜特别适用于较硬材质引脚和较疏松材质引脚同时存在的邦定结构。
在其中一个实施例中，所述主体树脂中，所述第一导电粒子的密度为3000个/mm2～5000个/mm2，所述第二导电粒子的密度为600个/mm2～1000个/mm2。
主体树脂中，第一导电粒子和第二导电粒子的密度在上述范围内时，异方性导电膜的整体均匀性更好。
在其中一个实施例中，所述第一导电粒子和所述第二导电粒子的材质各自独立地为选自碳、金属和金属/树脂复合材料中的至少一种。上述种类的导电粒子具有良好的导电性。进一步地，所述金属为镍、铜和钯中的至少一种。镍、铜和钯的导电性优异且导通稳定，特别适用于制备异方性导电膜。所述金属/树脂复合材料中的树脂为环氧树脂和丙烯酸树脂中的至少一种。采用上述种类的树脂与金属复合制备得到的导电粒子具有较低的导通阻抗和良好的导通稳定性。
在其中一个实施例中，所述第一导电粒子的材质为镍，所述第二导电粒子的材质为镍/树脂复合材料。采用上述材质的第一导电粒子和第二导电粒子制备得到的异方性导电膜特别适用于较硬材质引脚和较疏松材质引脚同时存在的邦定结构，可确保具有较小的阻抗和优异的导通稳定性。
在其中一个实施例中，所述主体树脂选自丙烯酸树脂和环氧树脂中的至少一种。上述种类的主体树脂具有较好的粘结稳定性，特别适用于制备异方性导电膜。
一种异方性导电膜的制备方法，该方法包括：
将第一导电粒子、第二导电粒子和主体树脂混合均匀，然后固化，得到异方性导电膜，其中，所述第一导电粒子的粒径小于所述第二导电粒子的粒径，所述第一导电粒子与所述第二导电粒子的数量比为(3～8)：1。
通过选用粒径不同的两种导电粒子，并按照特定比例将二者与主体树脂混合均匀，固化后所制备的异方性导电膜能够适用于不同材质的引脚。
在其中一个实施例中，所述第一导电粒子的粒径为2μm～4μm，所述第二导电粒子的粒径为7μm～9μm。进一步地，所述第一导电粒子的粒径为3μm，所述第二导电粒子的粒径为8μm。采用上述粒径的两种导电粒子制备得到的异方性导电膜特别适用于较硬材质引脚和较疏松材质引脚同时存在的邦定结构。
在其中一个实施例中，所述异方性导电膜中，所述第一导电粒子的密度为3000个/mm2～5000个/mm2，所述第二导电粒子的密度为600个/mm2～1000个/mm2。
异方性导电膜中，第一导电粒子和第二导电粒子的密度在上述范围内时，所制备的异方性导电膜的整体均匀性更好。
一种邦定结构，包括基板和柔性电路板，所述基板上连接有第一引脚和第二引脚，所述第一引脚和所述第二引脚通过异方性导电膜与所述柔性电路板邦定，其中，所述异方性导电膜为上述异方性导电膜，或者，所述异方性导电膜为由上述方法制备得到的异方性导电膜。
由于上述异方性导电膜在两种材质的引脚上均具有较低的导通阻抗和优异的导通稳定性，能够实现两种材质的引脚与柔性电路板之间稳定的电气连接，不会引起线路接触不良或短路现象，邦定结构产品的整体性能优异。
在其中一个实施例中，所述第一引脚为ITO-金属引脚，所述第二引脚为银浆引脚。
邦定结构中，由于采用上述异方性导电膜，在ITO-金属引脚邦定区域和银浆引脚邦定区域的两种粒径的导电粒子均能达到良好的变形和破裂效果，使得邦定结构的电气连接稳定。采用上述两种材质的引脚制备的邦定结构特别适用于超声波生物识别设备。
一种超声波生物识别装置，包括上述邦定结构。其中，基板1可以为TFT玻璃板。由上述邦定结构制备的超声波生物识别装置稳定性好，识别功能精准，使用寿命长。
附图说明
图1为一实施方式的邦定结构的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一实施方式的异方性导电膜，包括主体树脂、第一导电粒子和第二导电粒子，第一导电粒子和第二导电粒子分散于所述主体树脂中，第一导电粒子的粒径小于第二导电粒子的粒径，第一导电粒子与第二导电粒子的数量比为(3～8)：1。
通过选用粒径不同的两种导电粒子，并按照特定比例将二者进行组合，使得异方性导电膜能够适用于不同材质的引脚，且在不同材质的引脚上均具有较低的导通阻抗和优异的导通稳定性。
进一步地，第一导电粒子的粒径为2μm～4μm，所述第二导电粒子的粒径为7μm～9μm。更进一步地，所述第一导电粒子的粒径为3μm，所述第二导电粒子的粒径为8μm。当采用上述粒径的两种导电粒子时，所得到的异方性导电膜特别适用于较硬材质引脚和较疏松材质引脚同时存在的邦定结构，确保异方性导电膜在这两类材质上均具有较低的导通阻抗和优异的导通稳定性。
在一个具体实施例中，第一导电粒子与第二导电粒子的数量比为5：1。第一导电粒子与第二导电粒子在该比例下得到的异方性导电膜特别适用于较硬材质引脚和较疏松材质引脚同时存在的邦定结构，两种粒径的导电粒子在较硬材质引脚邦定区域和较疏松材质引脚邦定区域均能达到良好的变形和破裂效果，确保异方性导电膜在这两类材质上均具有较低的导通阻抗和优异的导通稳定性。
进一步地，主体树脂中，第一导电粒子的密度为3000个/mm2～5000个/mm2，第二导电粒子的密度为600个/mm2～1000个/mm2。第一导电粒子和第二导电粒子的密度在上述范围内时，异方性导电膜的整体均匀性更好。
第一导电粒子和第二导电粒子的材质可以为本领域常规的。在一个实施例中，第一导电粒子和第二导电粒子的材质分别独立地选自碳、金属和金属/树脂复合材料中的至少一种，上述种类的导电粒子具有良好的导电性。其中，金属可以为镍、铜和钯中的至少一种，镍、铜和钯的导电性优异且导通稳定，特别适用于制备异方性导电膜。金属/树脂复合材料中的树脂可以为环氧树脂和丙烯酸树脂中的至少一种，采用上述种类的树脂与金属复合制备得到的导电粒子具有较低的导通阻抗和良好的导通稳定性。第一导电粒子和第二导电粒子的形状一般均为球形。当第一导电粒子或第二导电粒子为金属材质时，可以是一种金属形成的，也可以是多种，例如直接是镍球，或者是在镍球外包裹铜层得到的粒子。当第一导电粒子或第二导电粒子的材质为金属/树脂复合材料时，该金属/树脂复合材料进一步可以为镍/树脂复合材料、镍-铜/树脂复合材料和镍-钯/树脂复合材料中的至少一种。当第一导电粒子或第二导电粒子的材质为金属/树脂复合材料时，其结构可以是以树脂为核，在树脂的表面包裹金属层，并可选的在金属层外再包裹树脂层，形成树脂核/金属壳结构或树脂核/金属壳/树脂壳结构的导电粒子，其中“/”指层状结构。
更进一步地，第一导电粒子的材质为镍，第二导电粒子的材质为镍/树脂复合材料。采用上述材质的第一导电粒子和第二导电粒子制备得到的异方性导电膜特别适用于较硬材质引脚和较疏松材质引脚同时存在的邦定结构，可确保具有较小的阻抗和优异的导通稳定性。
主体树脂的种类可以为本领域常规的。在一个实施例中，主体树脂可以选自丙烯酸树脂和环氧树脂中的至少一种。上述种类的主体树脂具有较好的粘结稳定性，特别适用于制备异方性导电膜。
在其中一个实施例中，为了进一步改善异方性导电膜的整体性能，异方性导电膜还可以包括添加剂。添加剂可以为能够实现上述目的的各种常规种类，本发明没有特殊的限制。添加剂的用量可以根据需要进行调整。
一实施方式的异方性导电膜的制备方法，该方法包括：
将第一导电粒子、第二导电粒子和主体树脂混合均匀，然后固化，得到异方性导电膜，其中，第一导电粒子的粒径小于第二导电粒子的粒径，第一导电粒子与第二导电粒子的数量比为(3～8)：1。
通过选用粒径不同的两种导电粒子，并按照特定比例将二者与主体树脂混合均匀，固化后所制备的异方性导电膜能够适用于不同材质的引脚。
进一步地，第一导电粒子的粒径为2μm～4μm，所述第二导电粒子的粒径为7μm～9μm。更进一步地，所述第一导电粒子的粒径为3μm，所述第二导电粒子的粒径为8μm。当采用上述粒径的两种导电粒子时，所得到的异方性导电膜特别适用于较硬材质引脚和较疏松材质引脚同时存在的邦定结构，确保异方性导电膜在这两类材质上均具有较低的导通阻抗和优异的导通稳定性。
在一个具体实施例中，第一导电粒子与第二导电粒子的数量比为5：1。第一导电粒子与第二导电粒子在该比例下得到的异方性导电膜特别适用于较硬材质引脚和较疏松材质引脚同时存在的邦定结构，两种粒径的导电粒子在较硬材质引脚邦定区域和较疏松材质引脚邦定区域均能达到良好的变形和破裂效果，确保异方性导电膜在这两类材质上均具有较低的导通阻抗和优异的导通稳定性。
第一导电粒子和第二导电粒子的材质参照上文的描述，此处不再赘述。进一步地，所制备的异方性导电膜中，第一导电粒子的密度为3000个/mm2～5000个/mm2，第二导电粒子的密度为600个/mm2～1000个/mm2。第一导电粒子和第二导电粒子的密度在上述范围内时，所制备的异方性导电膜的整体均匀性更好。主体树脂的种类参照上文的描述，此处不再赘述。
在其中一个实施例中，在进行固化之前，还加入添加剂，即，将第一导电粒子、第二导电粒子、主体树脂和添加剂混合均匀，然后固化，得到异方性导电膜。通过加入添加剂能够进一步改善异方性导电膜的整体性能。添加剂可以为能够实现上述目的的各种常规种类，本发明没有特殊的限制。添加剂的用量可以根据需要进行调整。
进一步地，固化的条件可以包括：温度为150℃～180℃，压力为3MPa～10MPa，时间为2～10s。
通过上述方法，将特定数量比的第一导电粒子、第二导电粒子与主体树脂混合均匀，然后进行固化，即可得到异方性导电膜。固化后，可对所得产品进行检测，确保第一导电粒子和第二导电粒子的数量比、密度在上述范围内，从而达到适用于不同材质引脚的目的。
一实施方式的邦定结构，参考图1，包括基板1和柔性电路板2，基板1上连接有第一引脚3和第二引脚4，第一引脚3和第二引脚4通过异方性导电膜5与柔性电路板邦定，其中，异方性导电膜5为上述异方性导电膜。
第一引脚3和第二引脚4的材质不同，可以分别为较硬的材质和较疏松的材质。上述异方性导电膜能够在这两类材质上均具有较低的导通阻抗和优异的导通稳定性，实现两种材质的引脚与柔性电路板之间具有稳定的电气连接，不会引起线路接触不良或短路现象，邦定结构产品的整体性能优异。
在一种具体实施例中，第一引脚3为ITO-金属引脚，第二引脚4为银浆引脚。邦定结构中，由于采用上述异方性导电膜，在ITO-金属引脚邦定区域和银浆引脚邦定区域的两种粒径的导电粒子均能达到良好的变形和破裂效果，使得邦定结构的电气连接稳定。采用上述两种材质的引脚制备的邦定结构特别适用于超声波生物识别设备。进一步地，ITO-金属引脚中的金属可以为钼铝钼复合金属。
第一引脚3和第二引脚4的数量没有特殊的限制，可以根据需要进行调整。基板1和柔性电路板2各自的结构和种类没有特殊的限制，可以为本领域任意常用的基板和柔性电路板。
一实施方式的超声波生物识别装置，包括上述邦定结构。其中，基板1可以为TFT玻璃板。
由上述邦定结构制备的超声波生物识别装置稳定性好，识别功能精准，使用寿命长。
以下通过实施例进一步说明本发明，但不用于限定本发明。
实施例中所用原材料均为商购。
实施例1
本实施例的异方性导电膜中，第一导电粒子为金属Ni球(粒径为3μm)，第二导电粒子为外层镀Ni的树脂球(粒径为8μm)，主体树脂为环氧树脂。
将第一导电粒子与第二导电粒子按照数量比为5:1与环氧树脂混合，搅拌均匀，在160℃，5MPa下进行固化5s，得到异方性导电膜。采用显微镜检测得到第一导电粒子的密度为4020个/mm2，第二导电粒子的密度为810个/mm2，异方性导电膜的整体均匀性较好。
实施例2
本实施例的异方性导电膜制备过程与实施例1大致相同，区别在于，第一导电粒子的粒径为5μm，第二导电粒子的粒径为6μm。采用显微镜检测得到第一导电粒子的密度为3980个/mm2，第二导电粒子的密度为825个/mm2，异方性导电膜的整体均匀性较好。
实施例3
本实施例的异方性导电膜制备过程与实施例1大致相同，区别在于，第一导电粒子与第二导电粒子的数量比为4:1，第一导电粒子的密度为2150个/mm2，第二导电粒子的密度为560个/mm2，异方性导电膜的整体均匀性较好。
对比例1
本对比例的异方性导电膜中，导电粒子为外层镀Ni的树脂球(粒径为8μm)，主体树脂为环氧树脂。
将导电粒子与环氧树脂混合，搅拌均匀，在160℃，5MPa下进行固化5s，得到异方性导电膜。采用显微镜检测得到导电粒子的密度为4025个/mm2。
对比例2
本对比例的异方性导电膜制备过程与实施例1大致相同，区别在于，第一导电粒子与第二导电粒子的数量比为2:1。采用显微镜检测得到第一导电粒子的密度为1635个/mm2，第二导电粒子的密度为820个/mm2。
对比例3
本对比例的异方性导电膜制备过程与实施例1大致相同，区别在于，第一导电粒子与第二导电粒子的数量比为9:1。采用显微镜检测得到第一导电粒子的密度为4490个/mm2，第二导电粒子的密度为490个/mm2。
实施例4
本实施例的邦定结构参考图1，其中，基板1为TFT基板，第一引脚3为ITO-钼/铝/钼引脚，第二引脚4为银浆引脚，异方性导电膜为实施例1制备的异方性导电膜。准备好TFT基板和柔性电路板(FPC)，将异方性导电膜在TFT基板上，与ITO-钼/铝/钼引脚进行一段邦定，再与银浆引脚进行二段邦定。所制备的邦定结构无气泡，正反面溢胶良好。
实施例5～6
本实施例的邦定结构制备过程与实施例4大致相同，区别在于，分别采用实施例2～3制备的异方性导电膜替换实施例1的异方性导电膜。所制备的邦定结构中异方性导电膜无气泡，正反面溢胶良好。
对比例4～6
按照实施例4的方法制备邦定结构，区别在于，分别采用对比例1～3制备的异方性导电膜替换实施例1的异方性导电膜。
测试例1
将实施例4～6和对比例4～6制备的邦定结构切片后在SEM电镜下观察粒子高度，导电粒子的破裂状况、压痕、邦定间隙及导电粒子变形率的测试结果列于表1。
表1
Figure BDA0002197195680000111
由表1可见，采用本发明的异方性导电膜制备的邦定结构的第一引脚区域和第二引脚区域的导电粒子破裂状况均为良好，且压痕非常明显，邦定间隙不超过3μm，可确保第一导电粒子、第二导电粒子都可与柔性电路板和引脚接触，第一导电粒子、第二导电粒子的变形率较高。
测试例2
对实施例4～6和对比例4～6制备的邦定结构在高温高湿环境下(温度85℃、湿度85％RH)进行导电阻抗测试，采用万能拉力机进行拉拔力测试，结果列于表2。
表2
Figure BDA0002197195680000121
由表2可见，采用本发明的异方性导电膜制备的邦定结构的具有较低的导电阻抗，长时使用后导电阻抗的变化不大，导通稳定性较好，同时拉拔力较高，粘结稳定性较好，产品整体性能优异。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种异方性导电膜，其特征在于，包括主体树脂、第一导电粒子和第二导电粒子，所述第一导电粒子和所述第二导电粒子分散于所述主体树脂中，所述第一导电粒子的粒径小于所述第二导电粒子的粒径，所述第一导电粒子与所述第二导电粒子的数量比为(3～8)：1。
2.根据权利要求1所述的异方性导电膜，其特征在于，所述第一导电粒子的粒径为2μm～4μm，所述第二导电粒子的粒径为7μm～9μm。
3.根据权利要求1所述的异方性导电膜，其特征在于，所述主体树脂中，所述第一导电粒子的密度为3000个/mm2～5000个/mm2，所述第二导电粒子的密度为600个/mm2～1000个/mm2。
4.根据权利要求1所述的异方性导电膜，其特征在于，所述第一导电粒子和所述第二导电粒子的材质分别独立地选自碳、金属和金属/树脂复合材料中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的异方性导电膜，其特征在于，所述第一导电粒子的材质为镍，所述第二导电粒子的材质为镍/树脂复合材料。
6.根据权利要求1所述的异方性导电膜，其特征在于，所述主体树脂选自丙烯酸树脂和环氧树脂中的至少一种。
7.一种异方性导电膜的制备方法，其特征在于，该方法包括：
将第一导电粒子、第二导电粒子和主体树脂混合均匀，然后固化，得到异方性导电膜，其中，所述第一导电粒子的粒径小于所述第二导电粒子的粒径，所述第一导电粒子与所述第二导电粒子的数量比为(3～8)：1。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一导电粒子的粒径为2μm～4μm，所述第二导电粒子的粒径为7μm～9μm。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述异方性导电膜中，所述第一导电粒子的密度为3000个/mm2～5000个/mm2，所述第二导电粒子的密度为600个/mm2～1000个/mm2。
10.一种邦定结构，其特征在于，包括基板和柔性电路板，所述基板上连接有第一引脚和第二引脚，所述第一引脚和所述第二引脚通过异方性导电膜与所述柔性电路板邦定，其中，所述异方性导电膜为权利要求1～6任意一项所述的异方性导电膜，或者，所述异方性导电膜为由权利要求7～9任意一项所述的方法制备得到的异方性导电膜。
11.根据权利要求10所述的邦定结构，其特征在于，所述第一引脚为ITO-金属引脚，所述第二引脚为银浆引脚。
12.一种超声波生物识别装置，其特征在于，包括权利要求10或11所述的邦定结构。
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