CN1250663C - 具有增强粘度的各向异性导电粘合剂及使用它的粘接方法和集成电路封装件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含有用于调节粘合剂组合物流动性的各向异性导电粘合剂，使用该各向异性导电粘合剂的粘接方法，和使用该方法的集成电路封装件。各向异性导电粘合剂含有：包括环氧基基础树脂、硬化剂和导电颗粒的粘合剂组合物；和用于调节粘合剂组合物流动性的粘度增强剂。粘度增强剂包括：无机物质，可自由基固化树脂和自由基引发剂，或可UV固化树脂和UV引发剂。

Description

具有增强粘度的各向异性导电粘合剂及 使用它的粘接方法和集成电路封装件
技术领域
本发明涉及一种各向异性导电粘合剂，使用该粘合剂的粘接方法和使用该粘合剂的集成电路封装件(package)，并且更具体而言，涉及一种可以用于制造平板显示模块如液晶显示板(LCD)、等离子体显示板(PDP)、电致发光显示器(ELD)等，并且可以用于粘接微型电路与半导体封装件的各向异性导电粘合剂，一种使用该各向异性导电粘合剂的粘接方法和使用该粘接方法得到的集成电路封装件。更具体而言，本发明直接涉及半导体的倒装芯片粘接(flip-chip)和芯片级封装的方法。
背景技术
作为一种涉及各向异性导电粘合剂的现有技术，日本专利公开8-20629公开了一种通过下面的方法制备的环氧树脂组合物：将树脂混合物与环氧树脂的尿素基硬化剂和于40℃是稳定的并且于80℃或更低是活化的催化剂相混合，该树脂混合物包括含有非交联的、热塑性高弹体组分的环氧树脂，含有交联橡胶组分的环氧树脂和软化点为50℃或更高的固体环氧树脂。美国专利6,020,059公开了一种各向异性导电粘合剂，其含有成膜树脂和导电颗粒，并且其于150℃的熔融粘度大于100泊。美国专利5,543,486公开了一种环氧树脂组合物，其含有在一个分子中具有多于两个环氧基的环氧树脂，固体-分散、胺加成型的潜硬化剂和金属醇盐作为基本组分。
至今建议的大多数常规各向异性导电粘合剂单独使用可热固化的环氧树脂或改性的环氧树脂，或使用各种类型的热塑性树脂作为聚合树脂。对于用于常规各向异性导电粘合剂的导电颗粒，主要使用镍或金和涂有镍的复合物质。此外，使用各种添加剂，其包括用于可热固化树脂的硬化剂，粘性赋予剂，抗氧化剂，偶联剂等。
图1A和1B为举例说明在制备用于通用平板显示用的的模块或在封装半导体中，使用各向异性导电粘合剂粘接电路方法的剖视图。具体而言，图1A是在向具有在其上表面的下电路50的衬底(substrate)60涂布各向异性导电粘合剂之后，并且在粘接IC电路10与衬底60之前的横断面视图。图1B是通过加热和挤压，在连接IC在芯片10上的上电路20与在衬底60上的下电路50之后的横断面视图。
如图1B所示，通过加热和挤压，在上电路20和下电路50之间，固定在各向异性导电粘合剂中含有的导电颗粒30。由导电颗粒30电学连接上电路20和下电路50，并且由组成各向异性导电粘合剂的粘合剂树脂40相互隔离和粘接。
使用各向异性导电粘合剂对上电路20和下电路50进行粘接是一种在150-250℃进行的高温方法。因此，从加热粘合剂树脂40的时间点至完全固化粘合剂树脂40的时间点，粘合剂树脂40流动性的变化显著地影响上电路20和下电路50的连接可靠性。
图2是于高温使用常规的各向异性导电粘合剂粘接电路时，粘合剂树脂对于加热时间的粘度变化模式图。在图2中，在加热后即刻出现的状态A区间，粘度增加。由于在各向异性导电粘合剂中含有的粘合剂树脂的温度在粘接初始阶段升高，开始固化反应，并且粘度随着加热时间的增加而逐渐增加。在状态B区间，组成各向异性导电粘合剂的粘合剂树脂的固化反应变得活泼，并且粘度相对于加热时间以比在状态A区间更快的速度增加。在状态C区间，组成各向异性导电粘合剂的粘合剂树脂的固化反应被加速，并且，粘度相对于加热时间倾向于突然地增加。
图3所示为使用常规的各向异性导电粘合剂70粘接在一起的电路80状态的光学显微照片。如图3所示，作为使用常规的各向异性导电粘合剂70粘接电路80的结果，将如图2所示的状态A保持很长时间，其对应于在各向异性导电粘合剂含有的粘合剂树脂具有巨大流动性的粘接初始状态，所以在待连接的电路80之间不保留各向异性导电粘合剂70的粘合剂树脂，并且流下来形成空隙90，这是由在电路80之间区域存在的气泡未被粘合剂树脂填充所造成的。由于空隙90在连接电路80之间的存在，降低了电路80之间的绝缘电阻，联结电阻和粘附力，由此降低了设备的可靠性。
发明内容
为了解决上面所述的问题，本发明的第一个目的是提供一种具有组合物的各向异性导电粘合剂，该组合物可以在粘接微型电路初始阶段调节粘合剂组合物流动性，以防止在待连接的微型电路之间形成空隙。
本发明的第二个目的是提供一种使用各向异性导电粘合剂制备的集成电路封装件，其中抑制了空隙的形成，以在微型电路之间提供满意的导电率和粘附力。
本发明的第三个目的是提供一种在制备平板显示的模块或在半导体的封装中使用各向异性导电粘合剂来粘接微型电路的方法，其中抑制空隙的形成，以在连接微型电路之间提供满意的导电率和粘附力。
为了达到本发明的第一个目的，提供有一种各向异性导电粘合剂，其包含：包括环氧基基础树脂、硬化剂和导电颗粒的粘合剂组合物；和基于各向异性导电粘合剂的总量的5-95重量％的用于调节粘合剂组合物流动性的粘度增强剂。
优选地，各向异性导电粘合剂包含无机物质。这里，无机物质可以选自氧化铝，碳化硅，氧化硅，氧化铜，二氧化钛和这些物质至少两种的混合物。优选地，无机物质是微粒的形式，其平均粒径为0.1-5微米，并且其含量是基于各向异性导电粘合剂的总量的5-60重量％。
在各向异性导电粘合剂中，优选粘度增强剂包含：可自由基固化树脂和自由基引发剂。在此情况下，可自由基固化树脂可以包含：具有C1-C20主链的丙烯酸单体或甲基丙烯酸单体，具有C21-C100主链的丙烯酸低聚物或甲基丙烯酸低聚物，包括反应性丙烯酸或甲基丙烯酸单元的可热固化树脂，包括反应性丙烯酸或甲基丙烯酸单元的热塑性树脂，或这些物质的混合物，并且自由基引发剂包含：过氧化物引发剂，偶氮引发剂，或这些物质的混合物。优选自由基引发剂包含：过氧化辛酸枯基(cumil)酯，过氧化乙酰，过氧化苯甲酸叔丁酯，过氧化二枯基(dicumil)，偶氧二异丁腈(azobisisobutyronitril)，或这些物质的混合物。
在各向异性导电粘合剂中，备选地，粘度增强剂可以包含：可UV固化树脂和UV引发剂。在此情况下，可UV固化树脂可以包含：选自二季戊四醇六丙烯酸酯、二丙烯酸亚甲基二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯和季戊四醇三丙烯酸酯的多官能团单体，选自环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯的多官能团低聚物，反应性丙烯酸酯聚合物，或这些物质的混合物。
优选UV引发剂是由对200-400nm的UV波长敏感的物质形成的。例如，UV引发剂可以包含：2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，1-羟基-环己基-二苯甲酮，对-苯基二苯甲酮，苄基二甲醛缩苯乙酮，或这些物质的混合物。
根据本发明的各向异性导电粘合剂可以再包含：1-100ppm的导电杂质离子。在此情况下，导电杂质离子可以选自：Na+，K+和Cl-。
在根据本发明的各向异性导电粘合剂中，基础树脂可以选自：双酚-A型环氧树脂，双酚-F型环氧树脂，苯酚酚醛清漆(nobolak)型环氧树脂，甲酚酚醛清漆型环氧树脂，二聚改性的环氧树脂，橡胶改性的环氧树脂，聚氨酯改性的环氧树脂，溴化的环氧树脂，三聚氰胺树脂，聚氨酯树脂，聚酰亚胺树脂，聚酰胺树脂，聚乙烯树脂，聚丙烯树脂，苯乙烯树脂，苯乙烯-丁二烯树脂，酚树脂，甲醛树脂，硅树脂，丙烯酸树脂，或这些树脂的混合物。
优选地，硬化剂选自咪唑衍生物，胺衍生物，酰胺衍生物，酸酐，酚衍生物，和这些物质至少两种的混合物。
优选地，导电颗粒包括：纯镍颗粒或通过依次用镍和金涂布聚合珠粒而得到的复合颗粒。
优选地，粘合剂组合物还包含：选自松香树脂，萜烯树脂和苯并呋喃-茚树脂的粘性赋予剂。优选地，粘合剂组合物还包含：用于分散和稳定导电颗粒的偶联剂。在此情况下，偶联剂可以包含硅烷衍生物。
为了达到本发明的第二个目的，提供一种集成电路封装件，其包含：第一衬底，在其上实现包括第一电极的第一电路；第二衬底，在其上实现包括面对第一电极安置的第二电极的第二电路；和各向异性导电粘合剂，其涂布在第一和第二衬底之间，以将其粘接在一起，同时第一和第二电极接触以获得电学连接，其中所述的各向异性导电粘合剂包含：树脂、硬化剂，在树脂中分散的导电颗粒；和用于增加树脂粘度的粘度增强剂。
优选地，粘度增强剂包含一种选自氧化硅，碳化硅，氧化铝和这些物质至少两种的混合物中的无机物质，并且其含量是基于各向异性导电粘合剂的总量的5-60重量％。优选地，第一衬底是液晶显示器(LCD)的组分，例如玻璃衬底或挠性印刷电路板(FPC)。
为了达到本发明的第三个目的，提供一种粘接具有第一电路的第一衬底与具有第二电路的第二衬底的方法，所述的第一电路具有第一电极，所述的第二电路具有第二电极，该方法包含：向第一衬底涂布各向异性导电粘合剂。接着，于60-100℃对着第一衬底预压涂布的各向异性导电粘合剂。将第一和第二衬底定位(align)，以便第一和第二电路相互面对。通过相互对着挤压第一和第二衬底而将第一和第二衬底粘接在一起，以便电学连接第一和第二电极。
在对着第一衬底预压涂布的各向异性导电粘合剂中，可以施加0.1-1MPa的压力，在粘接第一和第二衬底中，可以于130-250℃的温度施加1-5MPa的压力，以粘接第一和第二衬底。
优选地，根据本发明的粘接方法还包含：在对着预压过各向异性导电粘合剂的第一衬底上定位第三衬底；和通过于60-100℃的温度施加0.1-1MPa的压力，对着第一衬底预压第三衬底。
根据本发明的各向异性导电粘合剂包括一种调节粘合剂组合物流动性的粘度增强剂。因此，即使在高温粘接条件下，也可以在要连接的微型电路之间保留各向异性导电粘合剂，由此防止在在微型电路之间产生空隙。此外，保证了强粘附力和满意的粘接可靠性，绝缘电阻和联结电阻。
附图简述
图1A是在制备常规平板显示器的模块和在半导体的封装中，在向衬底粘接IC电路之前，向衬底涂布各向异性导电粘合剂的横断面视图；
图1B是通过加热和挤压在将IC芯片上的上电路与衬底上的下电路连接之后的横断面视图；
图2是于高温使用常规的各向异性导电粘合剂粘合电路时，粘合剂树脂在整个加热时间粘度变化的模式图；
图3所示为使用常规的各向异性导电粘合剂粘接在一起的电路状态的光学显微照片；
图4为举例说明根据本发明制备各向异性导电粘合剂的方法的第一
实施方案的流程图；
图5为举例说明根据本发明制备各向异性导电粘合剂的方法的第二
实施方案的流程图；
图6为举例说明根据本发明制备各向异性导电粘合剂的方法的第三
实施方案的流程图；
图7所示为使用根据本发明的各向异性导电粘合剂于高温粘接微型电路时，粘合剂树脂与加热时间的粘度变化的模式图；
图8所示为在涂布根据本发明的各向异性导电粘合剂的一个实例时，电路连接状态的光学显微照片；
图9所示为在涂布根据本发明的各向异性导电粘合剂的另一个实例时，电路连接状态的光学显微照片；
图10所示为在涂布根据本发明的各向异性导电粘合剂的再一个实例时，电路连接状态的光学显微照片；
图11所示为当涂布常规的各向异性导电粘合剂和根据本发明由不同方法的具有不同组合物的各种各向异性导电粘合剂以粘接电路时，联结电阻随着时间变化的比较图；和
图12为举例说明使用根据本发明各向异性导电粘合剂的粘接方法的优选实施方案的流程图。
实施本发明的最佳方式
用下面三个特征概述本发明的技术精神。
第一，加入无机粘度增强剂作为各向异性导电粘合剂的组分，以调节粘合剂树脂的流动性。
第二，加入由可自由基固化树脂和自由基引发剂组成的粘度增强剂作为各向异性导电粘合剂的组分，以调节粘合剂树脂的流动性。在约100-150℃相对低的温度具有高度活性的自由基引发剂用来提高固化反应速率。
第三，加入由可UV固化树脂和UV引发剂组成的粘度增强剂作为各向异性导电粘合剂的组分，以调节粘合剂树脂的流动性。在此情况下，在制备各向异性导电粘合剂中照射固化用适宜波长的UV，以部分或完全地固化可UV固化树脂。备选地，在UV照射的同时，可以进行加热，以诱导固化反应。
由于上面所列的三个特征，在相对高温度进行的初始附着阶段，可以降低粘合剂组合物的流动性，由此在得到的构成最终电路中，防止连接电路之间空隙的形成，以保证连接电路的可靠性。
具体而言，根据本发明的各向异性导电粘合剂包含下面的基础组分：(a)包括环氧基基础树脂、硬化剂和导电颗粒的粘合剂组合物；和(b)用于调节粘合剂组合物流动性的粘度增强剂。
用于根据本发明的各向异性导电粘合剂的适宜基础树脂包括：例如双酚-A型环氧树脂，双酚-F型环氧树脂，苯酚酚醛清漆型环氧树脂，甲酚酚醛清漆型环氧树脂，二聚改性的环氧树脂，橡胶改性的环氧树脂，聚氨酯改性的环氧树脂，溴化的环氧树脂，三聚氰胺树脂，聚氨酯树脂，聚酰亚胺树脂，聚酰胺树脂，聚乙烯树脂，聚丙烯树脂，苯乙烯树脂，苯乙烯-丁二烯树脂，酚树脂，甲醛树脂，硅树脂，丙烯酸树脂，或这些树脂的混合物。
用于根据本发明的各向异性导电粘合剂的适宜硬化剂包括：例如咪唑衍生物如2-甲基咪唑，2-乙基咪唑和1-氰乙基-2-甲基咪唑，酰胺衍生物如二氰胺，胺衍生物，酸酐或酚衍生物。为了改善各向异性导电粘合剂的胶粘特性，可以单独使用选自上面所列的硬化剂中的一种化合物，或者可以以混合的形式使用在这些硬化剂中的至少两种化合物。为了改善在室温下的贮存性能，可以用可热固化树脂或热塑性树脂将硬化剂包封成为微胶囊。
用于根据本发明的各向异性导电粘合剂的适宜导电颗粒包括：纯镍颗粒或通过依次用镍和金涂布聚合珠粒而得到的复合颗粒，其各自的厚度为约500。
复合颗粒的比重为1-3。此水平的比重类似于根据本发明的各向异性导电粘合剂的粘合剂组合物的比重，并且因此其分散稳定性比使用纯镍颗粒为好。此外有利地是，由于它们几乎均匀的的颗粒尺寸，导电率在相互连接的单个电路之间没有偏差。
对于根据本发明的各向异性导电粘合剂用的粘度增强剂，其是用来调节粘合剂组合物流动性的，可以使用无机物质，可自由基固化树脂和自由基引发剂，或可UV固化树脂和UV引发剂。优选地，基于各向异性导电粘合剂的总量，以5-95重量％的量含有粘度增强剂。
可以将具有触变行为的无机物质用作粘度增强剂。用于根据本发明的各向异性导电粘合剂的适宜的无机物质包括：例如氧化铝(Al2O3)，碳化硅(SiC)，氧化硅(SiO2)，氧化铜(CuO)或二氧化钛(TiO2)。可以单独使用选自所列物质中的一种物质。备选地，可以以混合的形式使用这些物质中的至少两种。优选地，无机物质是平均颗粒尺寸为0.1-5微米的粒状形式。优选地，对于无机物质，基于各向异性导电粘合剂的总量，以5-60重量％的量使用氧化硅。在此情况下，预期增加各向异性导电粘合剂粘度和热膨胀系数和玻璃化转变温度的特征方面得到改善。
当将可自由基固化树脂和自由基引发剂用作粘度增强剂时，适宜的可自由基固化树脂包含：例如具有C1-C20主链的丙烯酸单体或甲基丙烯酸单体，具有C21-C100主链的丙烯酸低聚物或甲基丙烯酸低聚物，包括反应性丙烯酸或甲基丙烯酸单元的可热固化树脂，包括反应性丙烯酸或甲基丙烯酸单元的热塑性树脂，或这些物质的混合物。可以将任何可以产生自由基的有机化合物用作自由基引发剂。适宜的自由基引发剂包含：过氧化物引发剂，偶氮引发剂，或这些物质的混合物，并且更具体地，过氧化辛酸枯基酯，过氧化乙酰，过氧化苯甲酸叔丁酯，过氧化二枯基，偶氧二异丁腈，或这些物质的混合物。
当将可UV固化树脂和UV引发剂用作粘度增强剂，适宜的可UV固化树脂包括：选自二季戊四醇六丙烯酸酯、二丙烯酸亚甲基二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯和季戊四醇三丙烯酸酯的多官能团单体，选自环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯的多官能团低聚物，反应性丙烯酸酯聚合物，或这些物质的混合物。可以使用用UV波长，优选200-400nm的UV波长可以诱导光反应的任何UV引发剂。适宜的UV引发剂包括：例如2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，1-羟基-环己基-二苯甲酮，对-苯基二苯甲酮，苄基二甲醛缩苯乙酮，或这些物质的混合物。当使用对于不同的波长具有反应性的至少两种光引发剂的混合物时，可以降低在取决于不同的制备条件的各向异性导电粘合剂特性方面的偏差。为了改善可UV固化树脂的特性，可以额外使用苯甲酮光敏剂，或抗聚合剂如氢醌单乙醚。
如果需要，根据本发明的各向异性导电粘合剂可以再包括导电杂质离子。加入导电杂质离子可以防止连接电路受到腐蚀。对于导电杂质离子，可以使用阳离子或阴离子，例如Na+，K+和Cl-。优选以1-100ppm并且更优选以少于10ppm的量含有导电杂质离子。考虑到导电杂质离子的量，调整各向异性导电粘合剂的组分和组成。
如果需要，根据本发明的各向异性导电粘合剂可以再包括粘性赋予剂，如松香树脂，萜烯树脂和或苯并呋喃-茚树脂。用于粘性赋予剂的适宜的树脂具有低于或等于室温的玻璃化转变温度。
根据本发明的各向异性导电粘合剂可以进一步包括用于分散和稳定导电颗粒的偶联剂。适宜的偶联剂包括各种硅烷衍生物，例如3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷，或3-缩水甘油基氧基丙基甲基-二乙氧基硅烷。
为了改善根据本发明的各向异性导电粘合剂的物理性能，可以使用除上面所述的组分外的各种添加剂。例如，可以使用丙烯酸或硅基分散剂，硅基防沫剂，抗氧化剂等。当将根据本发明的各向异性导电粘合剂加工成为薄膜时，为了薄膜容易成形，可以使用光滑剂。
可以将根据本发明的各向异性导电粘合剂制备成为薄膜或糊剂。
图4为举例说明根据本发明制备各向异性导电粘合剂的方法的第一实施方案的流程图。参考图4，制备各向异性导电粘合剂的方法的第一实施方案包含：制备含有基础树脂的粘合剂组合物(步骤S10)。如上所述，粘合剂组合物包括：含有环氧树脂作为基础物质的基础树脂，硬化剂和导电颗粒。为了在步骤S10中制备粘合剂组合物，制备单独含有可热固化树脂或添加有热塑性树脂的可热固化树脂的基础树脂(步骤S12)。接着，将导电颗粒与基础树脂混合(步骤S14)，和向混合物中加入硬化剂(步骤S16)。接着，向在步骤S10中制备的粘合剂组合物中加入粘度增强剂，以调节粘合剂组合物的流动性(步骤S20)。如上所述，粘度增强剂可以包含具有触变行为的无机物质。接着，如果需要，可以将添加剂如偶联剂与混合物混合(步骤S30)。在根据本发明第一实施方案制备各向异性导电粘合剂中，可以改变步骤的次序而没有超出本发明的技术范围。
图5为举例说明根据本发明制备各向异性导电粘合剂的方法的第二实施方案的流程图。根据本发明第二实施方案制备各向异性导电粘合剂的方法包含：以如参考图4所述相同的方式，制备含有基础树脂的粘合剂组合物(步骤S110)。通过制备基础树脂(步骤S112)、混合导电颗粒(步骤S114)和加入硬化剂(步骤S116)来制备粘合剂组合物。接着，向在步骤S110中制备的粘合剂组合物中加入用于调节粘合剂组合物流动性的粘度增强剂(步骤S120)。可以由可自由基固化树脂和自由基引发剂组成粘度增强剂。在此将省略这些用于粘度增强剂的物质的详细描述，因为在上面已经描述了。如果需要，可以进一步加入添加剂如偶联剂(步骤S130)。通过加热混合物来调节粘合剂组合物的流动性(步骤S140)。在流动性调节的步骤S140中，将混合物加热至100-150℃的温度。通过加热增加了各向异性导电粘合剂的初始粘度。这里，进行加热，直到至少部分，优选1-70％的可自由基固化树脂被固化时为止。在根据本发明第二实施方案制备各向异性导电粘合剂中，可以改变步骤的次序而没有超出本发明的技术范围。
图6为举例说明根据本发明制备各向异性导电粘合剂的方法的第三实施方案的流程图。根据本发明第三实施方案制备各向异性导电粘合剂的方法包含：以如参考图4所述相同的方式制备含有基础树脂的粘合剂组合物(步骤S210)。通过制备基础树脂(步骤S212)、混合导电颗粒(步骤S214)和加入硬化剂(步骤S216)来制备粘合剂组合物。接着，向在步骤S210中制备的粘合剂组合物中加入用于调节粘合剂组合物流动性的粘度增强剂(步骤S220)。可以由可UV固化树脂和UV引发剂组成粘度增强剂。在此将省略这些用于粘度增强剂的物质的详细描述，因为在上面已经描述了。如果需要，可以进一步加入添加剂如偶联剂(步骤S230)。通过混合物的UV照射来调节粘合剂树脂的流动性(步骤S240)。在流动性调节的步骤S240中，UV照射的详细条件与上面所述的相同。通过UV照射增加了各向异性导电粘合剂的初始粘度。这里，继续照射直到至少部分，优选1-70％的可UV固化树脂被固化时为止。在制备根据本发明第二实施方案的各向异性导电粘合剂中，可以改变步骤的次序而没有超出本发明的技术范围。
图7所示为使用根据本发明的各向异性导电粘合剂于高温粘接微型电路时，粘合剂树脂与加热时间的粘度变化模式图。如图7所示，由于根据本发明的各向异性导电粘合剂包括用于增加粘度和降低粘合剂组合物流动性的粘度增强剂，所以用于粘接微型电路的各向异性导电粘合剂不会经历如图2所示的状态A区间。因此，在使用根据本发明的各向异性导电粘合剂粘接微型电路中，减少了通过状态A区间的时间消耗，并且在状态B区间的粘度变化模式出现在粘接的初始阶段。换言之，当使用根据本发明的各向异性导电粘合剂粘接微型电路时，在粘接的初始、高温阶段，将粘合剂树脂的流动性降低至这样一种程度，即在待连接的微型电路之间将粘合剂树脂保留到对于固化足够长的一段时间。因此，在微型电路之间没有由于缺乏足够的粘合剂树脂而引起空隙的产生。
为了使用根据本发明的各向异性导电粘合剂来粘接电路，将粘接温度设置为100-300℃且施加约0.5-5MPa的压力5-60秒。此方法导致在电路间可靠的粘接。优选地，在150-250℃的粘接温度施加2-5MPa的压力10-30秒。当在这些条件下粘接电路时，保证了最优异的粘附力和联结电阻和绝缘电阻特性。
通过参考下面的实施例，将更详细地描述根据本发明的各向异性导电粘合剂的制备和对于得到的各向异性导电粘合剂测量的各种特性。
实施例1
以薄膜的形式制备具有表1组成的各向异性导电粘合剂，并且测量各向异性导电粘合剂的特性。
表1
  组分   量(重量％)
  可热固化树脂   双酚A型环氧树脂(200g/当量)   15
  热塑性树脂   聚氨酯树脂(Mw＝20,000)   15
  溶剂   甲苯   20
  四氢呋哺(THF)   20
  导电颗粒   镍(平均粒子尺寸＝5微米)   4
  硬化剂   2-甲基咪唑衍生物   5
  偶联剂   3-缩水甘油基氧基丙基甲基二乙氧基硅烷   1
  粘度增强剂(无机物质)   氧化硅(SiO2，平均粒子尺寸＝1微米)   20
                    总计   100
通过于180℃施加3MPa的压力粘接80-微间距的电路，并且使用光学显微镜观察电路连接状态。
图8所示为在涂布根据本发明具有表1组成的各向异性导电粘合剂170时，电路180连接状态的光学显微照片。如从图8的照片可以清楚地看出，相对于图3所示的使用常规各向异性导电粘合剂70的情况而言，对于根据本发明含有无机粘度增强剂的各向异性导电粘合剂170，显著地减少了未填充粘合剂树脂的空隙190的数目。
对于通过根据本发明具有表1组成的各向异性导电粘合剂粘接在一起的电路，使用4-探针方法于25℃测量联结电阻，并且在50mm/min的速率和25℃测量90脱层力。作为结果，电路间的粘合力为850g/cm，且联结电阻为0.8Ω。对于可靠性测试，于85℃，和85％-湿度下，在温湿恒定器(thermohydrostat)中观察连接电路联结电阻的改变2000小时。结果示于图11中。相对于不含粘度增强剂的常规各向异性导电粘合剂而言，实施例1制备的各向异性导电粘合剂显示优异的特性。
实施例2
以薄膜的形式制备具有表2组成的各向异性导电粘合剂，并且测量各向异性导电粘合剂的特性。
                                        表2
  组分   量(重量％)
  可热固化树脂   双酚A型环氧树脂(200g/当量)   15
  粘度增强剂   可自由基固化树脂   丙烯酸乙基己酯   5
  自由基引发剂   过氧化二枯基   2
  热塑性树脂   聚氨酯树脂(Mw＝20,000)   20
  溶剂   甲苯   25
  四氢呋喃(THF)   25
  导电颗粒   镍(平均粒子尺寸＝5微米)   4
  硬化剂   2-甲基咪唑衍生物   3
  偶联剂   3-缩水甘油基氧基丙基三甲基二乙氧基硅烷   1
                               总计   100
在没有另外进行热处理的条件下，将具有上面所述组成的各向异性导电粘合剂加工成为薄膜，对电路接线进行涂布，并且确定各向异性导电粘合剂的特性。
图9所示为在涂布根据本发明具有表2组成的各向异性导电粘合剂270时，电路280连接状态的光学显微照片。如从图9的照片可以清楚地看出，由于在此实施例中制备的各向异性导电粘合剂270含有可自由基固化树脂和自由基引发剂作为根据本发明的粘度增强剂，几乎没有产生空隙。
对于由根据本发明具有表2组成的各向异性导电粘合剂粘接在一起的电路，以与实施例1中所用的相同方法测量粘合力和联结电阻。作为结果，电路间的粘合力为910g/cm，且联结电阻为0.7Ω。在与实施例1所采用的相同条件下，在温湿恒定器中观察联结电阻对于时间的改变。结果示于图11中。相对于不含粘度增强剂的常规各向异性导电粘合剂而言，实施例2制备的各向异性导电粘合剂显示优异的特性。
实施例3
用表2的组成制备各向异性导电粘合剂。在制备各向异性导电粘合剂中，考虑到自由基引发剂的引发温度，于120℃进行另外的热处理，并且将各向异性导电粘合剂加工成为薄膜。
以与实施例1中所用的相同的方法测量粘合力和联结电阻。作为结果，电路间的粘合力为1023g/cm，且联结电阻为0.8Ω。在与实施例1所采用的相同条件下，在温湿恒定器中观察联结电阻对于时间的改变。结果示于图11中。相对于不含粘度增强剂的常规各向异性导电粘合剂而言，实施例3制备的各向异性导电粘合剂显示优异的特性。
实施例4
以薄膜制备具有表3组成的各向异性导电粘合剂，并且测量各向异性导电粘合剂的特性。
                                 表3
  组分   量(重量％)
  可热固化树脂   双酚A型环氧树脂(200g/当量)   15
  粘度增强剂   可UV固化树脂   丙烯酸乙基己酯   5
  UV引发剂   2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮   2
  热塑性树脂   聚氨酯树脂(Mw＝20,000)   20
  溶剂   甲苯   25
  四氢呋喃(THF)   25
  导电颗粒   镍(平均粒子尺寸＝5微米)   4
  硬化剂   2-甲基咪唑衍生物   3
  偶联剂   3-缩水甘油基氧基丙基三甲基二乙氧基硅烷   1
                           总计   100
在制备具有表3组成的各向异性导电粘合剂中，照射200-400nm范围内的适宜波长的UV光，然后将各向异性导电粘合剂加工成为薄膜。这里，考虑到UV引发剂的吸收波长范围来确定固化用的适宜波长的UV。
图10所示为在涂布根据本发明具有表3组成的各向异性导电粘合剂370时，电路380连接状态的光学显微照片。如从图10的照片可以清楚地看出，由于在此实施例中制备的各向异性导电粘合剂370含有可UV固化树脂和UV引发剂作为根据本发明的粘度增强剂，没有空隙产生。
对于由根据本发明具有表3组成的各向异性导电粘合剂粘接在一起的电路，以与实施例1中所用的相同的方法测量粘合力和联结电阻。作为结果，电路间的粘合力为955g/cm，且联结电阻为0.7Ω。在与实施例1所采用的相同条件下，在温湿恒定器中观察联结电阻对于时间的改变。结果示于图11中。相对于不含粘度增强剂的常规各向异性导电粘合剂而言，实施例2制备的各向异性导电粘合剂显示优异的特性。
实施例5
制备具有表4组成的各向异性导电粘合剂，并且测量各向异性导电粘合剂的特性。
                           表4
 组分   量(重量％)
  液体可热固化树脂  双酚A型环氧树脂(180g/当量)   40
  导电颗粒  镍(平均粒子尺寸＝5微米)   8
  硬化剂  2-甲基咪唑衍生物   10
  偶联剂  3-缩水甘油基氧基丙基三甲基二乙氧基硅烷   2
  粘度增强剂(无机物质)  氧化硅(SiO2，平均粒子尺寸＝1微米)   40
                         总计   100
在制备具有表4组成的各向异性导电粘合剂中，以糊料的形式加工各向异性导电粘合剂。对于由得到的各向异性导电粘合剂粘接在一起的电路，以与实施例1中所用的相同的方法测量粘合力和联结电阻。作为结果，电路间的粘合力为972g/cm，且联结电阻为0.9Ω。在与实施例1所采用的相同条件下，在温湿恒定器中观察联结电阻对于时间的改变。结果示于图11中。相对于不含粘度增强剂的常规各向异性导电粘合剂而言，实施例5制备的各向异性导电粘合剂显示优异的特性。
图12为举例说明使用根据本发明各向异性导电粘合剂的粘接方法的优选实施方案的流程图。参考图12，制备：将要被粘接在一起的具有第一电路的衬底和具有第二电路的芯片，和各向异性导电粘合剂，该第一电路具有第一电极，第二电路具有第二电极。作为各向异性导电粘合剂，制备根据本发明如上所述的具有不同组成的任何各向异性导电粘合剂(步骤510)。
向制备的衬底涂布各向异性导电粘合剂(步骤520)。这里，可以以薄膜或糊料的形式使用各向异性导电粘合剂。当使用薄膜型各向异性导电粘合剂时，在衬底上涂布各向异性导电粘合剂，该各向异性导电粘合剂具有附着在其上表面的如由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的非粘合剂防粘膜。当使用糊料型各向异性导电粘合剂时，向衬底上理想的位置直接涂布各向异性导电粘合剂。
接着，对着衬底预压涂布的各向异性导电粘合剂(步骤530)。当涂布的是薄膜型各向异性导电粘合剂时，此预压步骤更有效。具体而言，于约60-100℃的温度和约0.1-1MPa的压力下，使用热泵热源向具有防粘膜在其上表面的衬底上涂布各向异性导电粘合剂约0.5-5秒。接着，除去附着于各向异性导电粘合剂表面的防粘膜。
接着，这样定位衬底和芯片，以便第一电路和第二电路相互面对(步骤540)。接着，通过施加压力将衬底和芯片粘接在一起，以便电学连接第一和第二电极(步骤550)。在此主要的粘接方法中，于约130-250℃的温度和约1-5MPa的压力下，使用热泵热源挤压衬底和芯片约10-120秒。这里，考虑到相互的独立性，可以适宜地调节用于主要粘接的温度和压力。
在根据本发明的粘接方法中，可以用印刷电路板(PCB)或液晶显示板的元件如玻璃衬底和挠性印刷电路板(FPC)实现衬底。
在制备TFT-LCD中，在一块玻璃衬底上粘接若干FPCs。在此情况下，如在图12的流程图中所举例说明的一样，在对着衬底预压涂布的各向异性导电粘合剂的步骤530之后，可以还包括：在预压的衬底上定位新的FPC和预压该新FPC的步骤。可以采用与图12步骤530相同的条件。但是，如果需要，可以减少预压的持续时间。
虽然参考本发明优选的实施方案，描述了根据本发明的各向异性导电粘合剂及其制备方法，但是，可以在其中做出各种形式和内容的改变而没有离开本发明的精神和范围。上面所述的优选实施方案和附图是用于举例说明的目的并且并不意欲限制本发明的范围。本领域的技术人员应当理解的是：以各种通过替代和修改的方式改变上面所述的本发明，并没有离开如后附权利要求所定义的本发明的精神和范围或在其等同的范围内。
工业适用性
根据本发明的各向异性导电粘合剂包括用于调节粘合剂组合物的流动性的粘度增强剂。因此，当使用根据本发明的各向异性导电粘合剂粘接微型电路时，在加热和挤压过程的初始阶段，降低了各向异性导电粘合剂的流动性。作为结果，即使在高温粘接条件下，也可以在微型电路之间保留各向异性导电粘合剂，由此防止在微型电路之间产生空隙。此外，保证了强的粘合力和满意的粘接可靠性、绝缘电阻和联结电阻。

Claims (24)

1.一种各向异性导电粘合剂，其包含：
粘合剂组合物，其包括环氧基基础树脂、硬化剂和导电颗粒；
基于各向异性导电粘合剂的总量的5-95重量％的用于调节粘合剂组合物流动性的粘度增强剂；和
1-100ppm的导电杂质离子。
2.根据权利要求1所述的各向异性导电粘合剂，其中所述粘度增强剂包含：选自氧化铝，碳化硅，氧化硅，氧化铜，二氧化钛和这些物质至少两种的混合物中的无机物质。
3.根据权利要求2所述的各向异性导电粘合剂，其中所述无机物质是平均粒径为0.1-5微米的微粒的形式，并且其含量是基于各向异性导电粘合剂的总量的5-60重量％。
4.根据权利要求1所述的各向异性导电粘合剂，其中所述粘度增强剂包含：可自由基固化树脂和自由基引发剂。
5.根据权利要求4所述的各向异性导电粘合剂，其中所述可自由基固化树脂包含：具有C1-C20主链的丙烯酸单体或甲基丙烯酸单体，具有C21-C100主链的丙烯酸低聚物或甲基丙烯酸低聚物，包括反应性丙烯酸或甲基丙烯酸单元的可热固化树脂，包括反应性丙烯酸或甲基丙烯酸单元的热塑性树脂，或这些物质的混合物，并且所述自由基引发剂包含：过氧化物引发剂，偶氮引发剂，或这些物质的混合物。
6.根据权利要求4所述的各向异性导电粘合剂，其中所述自由基引发剂包括：过氧化辛酸枯基酯，过氧化乙酰，过氧化苯甲酸叔丁酯，过氧化二枯基，偶氧二异丁腈，或这些物质的混合物。
7.根据权利要求1所述的各向异性导电粘合剂，其中所述粘度增强剂包含：可UV固化树脂和UV引发剂。
8.根据权利要求7所述的各向异性导电粘合剂，其中所述可UV固化树脂包含：选自二季戊四醇六丙烯酸酯、二丙烯酸亚甲基二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯和季戊四醇三丙烯酸酯的多官能团单体，选自环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯的多官能团低聚物，反应性丙烯酸酯聚合物，或这些物质的混合物。
9.根据权利要求7所述的各向异性导电粘合剂，其中所述UV引发剂包含：2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，1-羟基-环己基-二苯甲酮，对-苯基二苯甲酮，苄基二甲醛缩苯乙酮，或这些物质的混合物。
10.根据权利要求1所述的各向异性导电粘合剂，其中所述的导电杂质离子选自：Na+，K+和Cl-。
11.根据权利要求1所述的各向异性导电粘合剂，其中所述的基础树脂选自：双酚-A型环氧树脂，双酚-F型环氧树脂，苯酚酚醛清漆型环氧树脂，甲酚酚醛清漆型环氧树脂，二聚改性的环氧树脂，橡胶改性的环氧树脂，聚氨酯改性的环氧树脂，溴化的环氧树脂，或这些树脂的混合物。
12.根据权利要求1所述的各向异性导电粘合剂，其中所述的硬化剂选自：咪唑衍生物，胺衍生物，酰胺衍生物，酸酐，酚衍生物，和这些物质至少两种的混合物。
13.根据权利要求1所述的各向异性导电粘合剂，其中所述的导电颗粒包含：纯镍颗粒或通过依次用镍和金涂布聚合珠粒而得到的复合颗粒。
14.根据权利要求1所述的各向异性导电粘合剂，其中所述的粘合剂组合物还包含一种选自松香树脂，萜烯树脂和苯并呋喃-茚树脂的粘性赋予剂。
15.根据权利要求1所述的各向异性导电粘合剂，其中所述的粘合剂组合物还包含一种用于分散和稳定导电颗粒的偶联剂。
16.根据权利要求15所述的各向异性导电粘合剂，其中所述的偶联剂包含硅烷衍生物。
17.一种集成电路封装件，其包含：
第一衬底，在其上实现包括第一电极的第一电路；
第二衬底，在其上实现包括面对第一电极安置的第二电极的第二电路；和
各向异性导电粘合剂，其涂布在第一和第二衬底之间以将其粘接在一起，同时第一和第二电极接触以获得电学连接，
其中所述的各向异性导电粘合剂包含一种粘合剂组合物，所述的粘合剂组合物包括环氧基基础树脂、硬化剂和导电颗粒；基于各向异性导电粘合剂的总量的5-95重量％的用于调节粘合剂组合物流动性的粘度增强剂；和1-100ppm的导电杂质离子。
18.根据权利要求17所述的集成电路封装件，其中所述的树脂是一种环氧基可热固化树脂，并且粘度增强剂包含：选自氧化硅，碳化硅，氧化铝和这些物质至少两种的混合物的无机物质，并且其含量是基于各向异性导电粘合剂的总量的5-60重量％。
19.根据权利要求17所述的集成电路封装件，其中所述的第一衬底是玻璃衬底或挠性印刷电路板(FPC)。
20.一种粘接具有第一电路的第一衬底与具有第二电路的第二衬底的方法，所述的第一电路具有第一电极，所述的第二电路具有第二电极，该方法包含：
向第一衬底涂布各向异性导电粘合剂，所述的各向异性导电粘合剂包含一种粘合剂组合物，所述的粘合剂组合物包括环氧基基础树脂、硬化剂和导电颗粒；基于各向异性导电粘合剂的总量的5-95重量％的用于调节粘合剂组合物流动性的粘度增强剂；和1-100ppm的导电杂质离子；
对着第一衬底预压涂布的各向异性导电粘合剂；
将第一和第二衬底定位，以便第一和第二电路相互面对；
通过相互对着挤压第一和第二衬底而将第一和第二衬底粘接在一起，以便电学连接第一和第二电极。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述的各向异性导电粘合剂包含环氧基可热固化树脂、硬化剂和分散在树脂中的导电颗粒；和基于各向异性导电粘合剂的总量的5-60重量％的用于提高树脂粘度的粘度增强剂，所述的粘度增强剂选自氧化硅，碳化硅，氧化铝和这些物质至少两种的混合物。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，在所述对着第一衬底预压涂布的各向异性导电粘合剂中，施加0.1-1Mpa的压力，并且在粘接第一和第二衬底中，于130-250℃施加1-5Mpa的压力以粘接第一和第二衬底。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述的第一衬底是玻璃衬底或挠性印刷电路板(FPC)。
24.根据权利要求20所述的方法，该方法还包含：在对着预压过各向异性导电粘合剂的第一衬底上定位第三衬底；和
通过于60-100℃施加0.1-1MPa的压力，对着第一衬底预压第三衬底。
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