CN113963855A

CN113963855A - Z轴导电体和z轴导电膜及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN113963855A
Application number: CN202111102638.2A
Authority: CN
Inventors: 张兴业; 王海燕
Original assignee: Beijing Dahua Boke Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Dahua Boke Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2022-01-21

Abstract

本发明公开了一种Z轴导电体和Z轴导电膜及其制备方法和应用。本发明的方法包括：S1:在特定表面喷墨打印绝缘墨水，制备包含有特定设计孔洞布局结构的绝缘支撑层部分；S2:向上述孔洞内喷墨打印导电墨水，根据导电层厚度需要，可多次打印和烧结固化，制备出柱状导电层；S3:根据Z轴导电膜厚度需要，重复步骤S1和步骤S2，至所需要厚度，得到Z轴导电体。特定表面为离型基板表面时，将Z轴导电体从离型基板表面剥离，得到Z轴导电膜。本发明技术方案基于喷墨打印的工艺，能够在特定位置、实现形状和尺寸可定制化Z轴导电体/Z轴导电膜的制备，而且可以实现全喷墨打印制备Z轴导电体/Z轴导电膜。

Description

Z轴导电体和Z轴导电膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及微电子工艺封装材料制备技术领域，具体涉及基于喷墨打印工艺制备Z轴导电体和Z轴导电膜。

背景技术

Z轴导电体，也称为异方性导电体，在电子工业以“Z轴导电膜”或“Z轴导电胶”的形态存在，用于粘结元器件与基板，并使得两者在垂直方向导通。

Z轴导电体是微电子工艺重要的封装材料，经施工后，Z轴方向导通，并上下导电连接元器件与基板，在X/Y平面方向不导通。X轴导电体主要由树脂粘结剂部分和导电粒子部分。树脂粘结剂功能除了防湿气，接著，耐热及绝缘功能外主要为固定元器件与基板间电极相对位置，并提供压迫力量以维持电极与导电粒子间的接触面积。一般树脂分为热塑性树脂与热固性树脂两大类。热塑性材料主要具有低温接著，组装快速极容易重工之优点，但亦具有高热膨胀性和高吸湿性缺点，使其处于高温下易劣化。而热固性树脂如环氧树脂(Epoxy)、聚酰胺（Polyimide）等，则具有高温安定性且热膨胀性和吸湿性低等优点，但加工温度高且不易重工为其缺点，但其可加工性高的优点仍为目前采用最广泛之材料。

在导电粒子方面，Z轴导电体导电特性主要取决于导电粒子的充填率。虽然Z轴导电体其导电率会随著导电粒子填充率的增加而提高，但同时也会提升导电粒子在XY平面内互相接触造成短路的机率。另外，导电粒子的粒径分布和分布均匀性亦会对异方导电特性有所影响。通常，导电粒子必须具有良好的粒径均一性和圆度，以确保电极与导电粒子间的接触面积一致，维持相同的导通电阻，并同时避免部分电极未接触到导电粒子，导致开路的情形发生。常见使用的金属粉镍(Ni)、金(Au)、镍上镀金、银及锡合金等。

传统采用涂布或涂膜方式制备Z轴导电体，其电学性能的均一性严重依赖于涂布料中金属颗粒分布的均匀性以及涂布工艺的一致性，同时基于该工艺制备的Z轴导电体的货架期短，在一定储存时间内，其金属颗粒不是静止的，而是在逐渐沉淀，导致其存放周期短，超过一定期限由于金属颗粒的沉淀和团聚会失去Z轴导电体的特性，X/Y平面也会导电。采用垂直针式结构Z轴导电体，由于在热压过程中，需要施加压力，对垂直方向金属针有极高要求，金属针刚性太强，在热压过程中容易刺到元器件，有损坏风险，刚性不够，热压过程容易弯曲，影响Z轴导电性能。图1为导电体X, Y, Z维度示意图。其中，Z轴导电体为Z轴方向导通，XY平面内不导通。

在对Z轴导电体的研究和实践过程中，本发明的发明人发现：基于喷墨打印技术可以制备Z轴导电体，喷墨打印绝缘墨水制备具有垂直孔洞的支撑结构，该支撑结构具有热固化粘结特性；然后同样采用喷墨打印导电墨水填充垂直孔洞结构，垂直孔洞的形状、间距、厚度等可控，同时可以按照需要制备图形化的Z轴导电体/Z轴导电膜，最终实现一种数字化工艺制造Z轴导电体/Z轴导电膜。

发明内容

本发明提供一种Z轴导电体和Z轴导电膜及其制备方法，能够按照需要制备图形化的Z轴导电体/Z轴导电膜，最终实现一种数字化工艺制造Z轴导电体/Z轴导电膜。

本发明提供一种喷墨打印制备Z轴导电体的方法，包括如下步骤：

S1:在特定表面喷墨打印绝缘墨水，制备包含有特定设计孔洞布局结构的绝缘支撑层部分；

S2:向上述孔洞内喷墨打印导电墨水，根据导电层厚度需要，可多次打印和烧结固化，制备出柱状导电层；所述烧结固化可以为光烧结固化或热烧结固化。目的是对导电墨水进行干燥和熟化，使得导电墨水中的金属材料形成连续的导电通路。

S3:根据Z轴导电膜厚度需要，重复步骤S1和步骤S2，至所需要厚度，得到Z轴导电体。

步骤S1所述的特定表面为电路板需要进行元器件贴片的位置表面，得到的Z轴导电体用于直接进行元器件热压贴片，热压温度为100℃ ~300℃，热压时间为5s~50s。

步骤S1所述绝缘墨水为一种双固化墨水，即光固化和热固化。基于光固化特点使得打印过程中绝缘墨水能够定型，形成绝缘支撑结构；基于热固化的特点，使得最后形成的Z轴导电体在应用过程中，通过热固化，发挥粘接的作用。

步骤S1所述孔洞，其孔洞边缘X/Y平面方向两点间最大尺寸为 1µm ~ 500µm, 优选为20µm ~ 200µm；孔洞间距为 10µm ~ 1000µm，优选为100µm ~ 500µm。

步骤S2所述导电墨水为纳米金属导电墨水或金属络合物导电墨水，其中起到导电作用的金属成分包括但不限于是金、银、铜、镍中的任意一种。

一种Z轴导电体，根据权利要求上述的制备方法得到，该Z轴导电体由绝缘支撑结构和嵌入其中的柱状导电结构两者共同组成，厚度为5µm ~1000µm。

一种喷墨打印制备Z轴导电膜的方法，步骤S1所述的特定表面为离型基板表面，还可包括步骤S4：将Z轴导电体从离型基板表面剥离，得到Z轴导电膜。所述离型基板为离型膜。

一种Z轴导电膜，上述的制备方法得到。

上述的Z轴导电体或Z轴导电膜的应用领域包括LED灯珠、电阻、电容、半导体芯片的固定贴合。

本发明的有益效果为：基于喷墨打印技术可以制备Z轴导电体，喷墨打印绝缘墨水制备具有垂直孔洞的支撑结构，该支撑结构具有热固化粘结特性；然后同样采用喷墨打印导电墨水填充垂直孔洞结构，垂直孔洞的形状、间距、厚度等可控，同时可以按照需要制备图形化的Z轴导电体/Z轴导电膜，最终实现一种数字化工艺制造Z轴导电体/Z轴导电膜。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。

图1为导电体X, Y, Z维度示意图；

图2为电路板需要进行元器件贴片的位置表面打印制备Z轴导电体及热压贴片示意图；

图3为Z轴导电膜制备过程示意图；

图4 为正六边形柱孔结构的Z轴导电膜。

附图标记说明：

1、电路板需要进行元器件贴片的位置表面；

2、元器件贴片的位置含有圆孔孔洞结构的绝缘支撑层部分；

3、元器件贴片的位置制备的柱状导电层；

4、Z轴导电体进行热压贴片后的元器件；

5、离型膜表面；

6、离型膜表面含有圆孔孔洞结构的绝缘支撑层部分；

7、离型膜表面圆孔孔洞内打印导电墨水制备的柱状导电层；

8、圆柱孔结构的Z轴导电膜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种Z轴导电体和Z轴导电膜及其制备方法和应用，基于喷墨打印技术可以制备Z轴导电体，喷墨打印绝缘墨水制备具有垂直孔洞的支撑结构，该支撑结构具有热固化粘结特性；然后同样采用喷墨打印导电墨水填充垂直孔洞结构，垂直孔洞的形状、间距、厚度等可控，同时可以按照需要制备图形化的Z轴导电体/Z轴导电膜，最终实现一种数字化工艺制造Z轴导电体/Z轴导电膜。图1为导电体X, Y, Z维度示意图。Z轴导电体为Z轴方向导通，XY平面内不导通。以下分别进行详细说明。

实施例1

一种喷墨打印制备Z轴导电体的方法，图2为电路板需要进行元器件贴片的位置表面打印制备Z轴导电体及热压贴片示意图，包括如下步骤：

S1:在电路板需要进行元器件贴片的位置表面1喷墨打印绝缘墨水，制备元器件贴片的位置含有圆孔孔洞结构的绝缘支撑层部分2。

S2:向上述孔洞内喷墨打印纳米银导电墨水，根据导电层厚度需要多次打印和烧结固化，得到元器件贴片的位置制备的柱状导电层3；烧结固化为热烧结固化。

将Z轴导电体用于直接进行元器件热压贴片，热压温度为200℃，热压时间为25s，得到Z轴导电体进行热压贴片后的元器件4。

步骤S1所述孔洞，其孔洞边缘X/Y平面方向两点间最大尺寸为20µm；孔洞间距为100µm。

制备得到的Z轴导电体由绝缘支撑结构和嵌入其中的柱状导电结构两者共同组成，厚度为200µm。

Z轴导电体可用于LED灯珠、电阻、电容、半导体芯片的固定贴合。

实施例2

一种喷墨打印制备Z轴导电膜的方法，图3为Z轴导电膜制备过程示意图，包括如下步骤：

S1:在离型膜表面5喷墨打印绝缘墨水，制备离型膜表面含有圆孔孔洞结构的绝缘支撑层部分6；

S2:向上述圆孔孔洞内喷墨打印纳米银导电墨水，根据导电层厚度需要多次打印和烧结固化，得到离型膜表面圆孔孔洞内打印导电墨水制备的柱状导电层7；烧结固化为光烧结固化。

S3:根据Z轴导电膜厚度需要，重复步骤S1和步骤S2，至所需要厚度，得到Z轴导电体。该Z轴导电体由绝缘支撑结构和嵌入其中的柱状导电结构两者共同组成，厚度为50µm。

S4：将Z轴导电体从离型膜表面剥离，得到圆柱孔结构的Z轴导电膜8。

步骤S1所述圆孔孔洞，其圆孔孔洞边缘X/Y平面方向两点间最大尺寸为 100µm,圆孔孔洞间距为 10µm。

制备得到的Z轴导电膜可用于LED灯珠、电阻、电容、半导体芯片的固定贴合。

实施例3

一种喷墨打印制备Z轴导电体的方法，包括如下步骤：

S1:在电路板需要进行元器件贴片的位置表面喷墨打印绝缘墨水，制备包含有正方形孔洞布局结构的绝缘支撑层部分。

S2:向上述孔洞内喷墨打印纳米金导电墨水，根据导电层厚度需要多次打印和烧结固化，制备出柱状导电层；烧结固化为热烧结固化。

得到的Z轴导电体用于直接进行元器件热压贴片，热压温度为300℃，热压时间为5s。

步骤S1所述孔洞，其孔洞边缘X/Y平面方向两点间最大尺寸为200µm；孔洞间距为1000µm。

制备得到的Z轴导电体由绝缘支撑结构和嵌入其中的柱状导电结构两者共同组成，厚度为5µm。

实施例4

一种喷墨打印制备Z轴导电体的方法，包括如下步骤：

S1:在电路板需要进行元器件贴片的位置表面喷墨打印绝缘墨水，制备包含有正六边形孔洞布局结构的绝缘支撑层部分。

S2:向上述孔洞内喷墨打印纳米铜导电墨水，根据导电层厚度需要多次打印和烧结固化，制备出柱状导电层；烧结固化为热烧结固化。

得到的Z轴导电体用于直接进行元器件热压贴片，热压温度为100℃，热压时间为50s。

步骤S1所述孔洞，其孔洞边缘X/Y平面方向两点间最大尺寸为500µm, 孔洞间距为500µm。

制备得到的Z轴导电体由绝缘支撑结构和嵌入其中的柱状导电结构两者共同组成，厚度为1000µm。

实施例5

将实施例2中的圆孔孔洞替换为正六边形孔洞，得到正六边形柱孔结构的Z轴导电膜。图4为本实施例得到的正六边形柱孔结构的Z轴导电膜。

以上对本发明实施例所提供的Z轴导电体和Z轴导电膜及其制备方法和应用，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种喷墨打印制备Z轴导电体的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2:向上述孔洞内喷墨打印导电墨水，根据导电层厚度需要，可多次打印和烧结固化，制备出柱状导电层，所述烧结固化为光烧结固化或热烧结固化；

2.根据权利要求1所述的喷墨打印制备Z轴导电体的方法，其特征在于，步骤S1所述的特定表面为电路板需要进行元器件贴片的位置表面，得到的Z轴导电体用于直接进行元器件热压贴片，热压温度为100℃ ~300℃，热压时间为5s~50s。

3.根据权利要求1所述的喷墨打印制备Z轴导电体的方法，其特征在于，步骤S1所述绝缘墨水为一种双固化墨水，即光固化和热固化。

4.根据权利要求1所述的喷墨打印制备Z轴导电体的方法，其特征在于，步骤S1所述孔洞，其孔洞边缘X/Y平面方向两点间最大尺寸为 1µm ~ 500µm；孔洞间距为 10µm ~ 1000µm。

5.根据权利要求1所述的喷墨打印制备Z轴导电体的方法，其特征在于，步骤S2所述导电墨水为纳米金属导电墨水或金属络合物导电墨水，其中起到导电作用的金属成分包括但不限于是金、银、铜、镍中的任意一种。

6.一种Z轴导电体，根据权利要求1-5所述的制备方法得到，该Z轴导电体由绝缘支撑结构和嵌入其中的柱状导电结构两者共同组成，厚度为5µm ~1000µm。

7.一种喷墨打印制备Z轴导电膜的方法，其特征在于，权利要求1中，步骤S1所述的特定表面为离型基板表面，还包括步骤S4：将Z轴导电体从离型基板表面剥离，得到Z轴导电膜。

8.根据权利要求7所述的一种喷墨打印制备Z轴导电膜的方法，其特征在于，所述离型基板为离型膜。

9.一种Z轴导电膜，根据权利要求7或8所述的制备方法得到。

10.根据权利要求6或9所述的Z轴导电体或Z轴导电膜的应用，其特征在于，用于LED灯珠、电阻、电容、半导体芯片的固定贴合。