CN1539179A - 成批式电连接片 - Google Patents

Abstract

公开了一种成批式电连接片，使得能形成机械稳定、热稳定和电稳定的多接触点电连接。该成批式电连接片包括具有多个穿孔的耐热片、插入穿孔中的导电块，该导电块具有包括缺口和凸起的一些脊，该凸起伸出穿孔，导电块比耐热片厚，在耐热片的至少一面上施涂有包含可热固化粘合剂的粘合剂层，覆盖着导电块的凸起。

Description

成批式电连接片

技术领域

本发明涉及一种在连接电路内布线图案时使用的可热固化导电性粘合片，具体涉及一种成批式电连接片，用来以成批方式电连接电路内布线图案的多个接触点。

相关技术的描述

当进行大电流电路的电连接、印刷线路板的接地、电池电极的连接、以及将微波印刷线路板电连接到散热板、外壳等时，需要机械稳定、热稳定和电稳定的连接。

近年来，随着电子设备越小越轻，使用安装有高密度集成电路的电子部件。通常，电子电路使用高频信号来控制电子设备。然而，这些高频信号很容易受到外部细小噪声的影响，这会导致电子设备的操作失灵。为了消除此类噪声的影响，需要将电路屏蔽或接地。这就要求简单而可靠地形成低电阻的电气连接。

提出了数种适合于连接布线图案或其它电路的导电性材料。然而，考虑到要使电子设备越小越轻的趋势，导电性材料的典型例子是导电性粘合剂和金属箔带。

日本专利公开公报No.H1(1989)-113480和日本专利公开公报No.H1(1989)-309206揭示了一种其中分散着导电颗粒的可热固化树脂的导电性粘合剂。在压力下热固化这种可热固化树脂的粘合剂，使可热固化树脂中导电颗粒相互接触，这种粘合剂就有了导电性。导电颗粒之间的接触通常是点接触，即是说，导电颗粒以极小的接触表面积相互电连接。这种情况下，导电性粘合剂的导电性容易受环境改变的影响，从而稳定性差。此外，用简单设备(如普通炉子)对粘合剂进行加压热固化也比较困难。另外，为了在热固化时对接触点施加压力还需要特殊的工具。这些因素使加工过程复杂化。

此外，当输入大电流时，由于存在大的接触电阻可能在接触点部分产生热量。若使用特殊的导电颗粒，即覆有金属的大分子颗粒时，接触表面积在一定程度上可以增加。然而，该导电层非常薄，因此产生热量的问题仍然存在。例如，如果对由这种导电性粘合剂形成的电连接连续施加100瓦或更高的大功率，产生的焦耳热就会使周围的电子部件受到不利的影响。

另一方面，金属箔带是一种导电性压敏粘合片，它基本上由一种金属箔和一种压敏粘合剂层组成。当金属箔带是压花的金属箔带时，通过压花过程在金属箔带上形成一些中空凸起部分，这些中空凸起部分穿破压敏粘合剂层与粘附体直接形成电接触。该中空凸起部分可以变形，因此可以确保较大的接触面积。结果，与上述导电粘合剂相比，此种金属箔带的导电性更加稳定。

然而，如果是金属箔带，压敏粘合剂层通常由丙烯酸类压敏粘合剂制成，其高温粘着性差且耐热性有限。当输入大电流时，产生的焦耳热容易使该层和粘附体剥离。因此，这种连接的热稳定性和机械强度差。

这样，用于输入大电流的电连接不得不依赖于日本专利公报H7(1995)-16090中所述的机械嵌缝法(mechanical caulk)或者焊接。这些工艺操作复杂。而且，若要形成多连接点，则必须对每一个连接点进行一次连接操作，而这需要大量的劳动。

本发明旨在解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种成批式电连接片，它能够通过简单的方法，在多连接点上形成低电阻且机械稳定、热稳定、电稳定的电连接。

发明概述

本发明是一种成批式电连接片，它包括具有多个穿孔的耐热片，插入穿孔中的导电块(conductive blocks)，它具有包括缺口和伸出穿孔的凸起的脊(ridge)。导电块比耐热片厚，在耐热片的至少一面上施涂有包含可热固化粘合剂的粘合剂层，粘合剂层的表面覆盖着导电块的凸起。

术语“成批式电连接片”是指多点式电连接的片。

附图简要说明

图1是本发明成批式电连接片一个实例的透视图。

图2是图1成批式电连接片的AA′剖面图。

图3是本发明成批式电连接片一个实例的剖面图。

图4是由本发明成批式电连接片形成的连接结构的剖面图。

图5a和5b是由本发明成批式电连接片形成电连接的方法的工艺过程图。

图6是由本发明成批式电连接片形成的连接结构的剖面图。

图7是由本发明成批式电连接片形成的连接结构的剖面图。

图8是本发明成批式电连接片用于形成成批式电连接的一个实例的平面图。

附图编号的说明

1...耐热片

2，2′....粘合剂层

3...导电块

4，4′...凸起

5...成批式电连接片

6，6′...导电粘附体(conductive object to be adhered)

发明的详细说明

本发明依照一些优选实施方式加以说明。在附图中，相同的附图编号表示相同部件或者相应部件。

图1是本发明成批式电连接片一个实例的透视图。对应于导电粘附体多个连接点的位置形成了多个导电块3。导电块3的排列可以是规则或不规则的。图2是该成批式电连接片的AA′剖面图。

该成批式电连接片5包括耐热片1、施涂在耐热片1前表面上的粘合剂层2和施涂在耐热片的后表面上的粘合剂层2′。在耐热片中，对应于粘附体连接点的位置形成穿孔。导电块3插入在穿孔中。导电块3比所用的耐热片厚，这样导电块随后夹在粘附体之间再加压与粘附体粘合时，就能连接到粘合体的连接点上。这时，优选是，导电块3具有由缺口和伸出前表面和后表面的凸起4构成的脊，这样导电块就能容易地穿破粘合剂层与粘附体接触。

用来形成耐热片的材料应具有一定强度、挠性和耐热性，该耐热性应能抵抗可热固化粘合剂的固化温度。通常较好的是将耐热性聚合物膜用作耐热片。聚合物特别优选的例子包括聚酰亚胺、聚酯、聚苯醚、聚醚酰亚胺、多芳基化合物、聚醚砜和聚苯硫醚。

耐热片的厚度无特别限制，通常为1-2000微米，较好是10-1000微米，更好是20-100微米。若耐热片的厚度小于约1微米，则绝缘部分的绝缘可靠性差。若耐热片的厚度超过约2000微米，则挠性变差，使得加工不便。

可通过在耐热片中冲孔或者用其它方法(如激光烧蚀)在耐热片中形成穿孔。可在耐热片中形成一个或多个穿孔。穿孔的平面形状通常是圆形，但无特别限制。如有必要，该形状可以是多边形、线形、曲线形等。穿孔的大小可取决于导电粘附体的尺寸，但无特别限制。穿孔的大小通常是穿孔直径为0.01-10mm，较好是0.1-5mm。

插入穿孔内的导电块的材料并无特别限制。然而，考虑到导热性和导电性，导电块优选由铁、不锈钢、银、铝、镍、锡或铜制得。基于成本考虑特别好的是铜、铁、和铝。导电块可以用金、锡、焊剂、银、锌、镍等进行镀敷。

导电块的平面形状通常制成为对应于穿孔的形状。导电块的厚度(包括脊处的凸起部分)约为耐热片厚度的105-200％，较好约为110-150％。若导电块的厚度小于耐热片的104％，则导电块和与粘附体接触点之间的接触变得不完全。若导电块的厚度超过耐热片的300％，则导电块不能很好地插入耐热片中。

导电块在其前表面和后表面上均分别形成有包括凸起4和4′的脊面。这些凸起4和4′的形状并无特别限制。凸起可以是锥形、柱形、台面形、格子形以部分凸出。或者，导电块的前表面和后表面可以是波动起伏的，形成缺口与凸起4和4′。

导电块表面上形成的凸起数目并无特别限制，通常为1-1000/mm²，较好是10-1000/mm²。

凸起的大小，即厚度为1-2000微米，平均直径为10-20000微米。若高度或平均直径低于上述下限，则导电粘附体的表面和凸起之间差别类似，从而接触往往会不稳定。若高度和平均直径超过上述上限，则在连接时需要施加很大压力才能使凸起压出。考虑到常用的导电粘附体使用1吨或更小的压机，优选的高度和平均直径分别为10-200微米和100-5000微米。

特别是若导电粘附体是高频印刷线路板(如微波印刷线路板)，凸起的平均直径较好是设定为不超过上述高频波长的1/2。若凸起之间的间隔超过上述高频的1/2，则非接触部分周围的导电区域会起到天线的作用，从而导致产生噪声的危险。

金属材料通常具有优良的展性和延性，能容易地加工成片状。金属的表面易于通过压花工艺形成脊或波形。因此，将金属用作导电块时，导电块的制法简单，即将金属片冲压成对应于耐热片中有穿孔的形状，然后对其表面进行压花处理。

考虑到要获得足够的粘合强度，同时使耐热片1和导电粘附体(图中未示出)容易接触，粘合剂层2和2′的厚度通常为1-100微米，较好是5-50微米，更好是10-40微米，并位于耐热片1的两个表面上。

粘合剂层用可热固化的粘合剂制得。可热固化的粘合剂层的一个优选例子是由包含以下组分可热固化的树脂组合物形成：

(1)环氧树脂，

(2)用于环氧树脂的固化剂，以及

(3)苯氧基树脂。

该可热固化的粘合剂基本上没有粘性。

环氧树脂和固化剂的反应是在升高温度时进行，也可以在室温下进行，使得能够形成有三维网状结构的固化产物。这种情况下，环氧树脂的固化产物具有优良的耐热性等，且使粘合剂层具有粘合力，使粘附体得以互相粘合。结果，与现有技术中所提到的金属箔带不同，粘合剂层不容易从导电粘附体剥离下来，即使向导电粘附体之间的电连接输入电流而在粘合剂层上产生了焦耳热时。

环氧树脂的类型并无特别限制，只要它具有耐热性、粘合力等性能。有用的环氧树脂的例子包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、可溶可熔酚醛型环氧树脂、甲酚可溶酚醛型环氧树脂、芴环氧树脂、环氧丙基胺树脂、脂族环氧树脂、聚己内酯改性的环氧树脂、溴化环氧树脂和氟化环氧树脂。

环氧树脂通常以5-80重量％的含量存在于组合物中。若环氧树脂的百分含量低于约5重量％，则组合物的耐热性就会降低。而若环氧树脂的含量高于约80重量％，则组合物的粘合力往往会降低，且组合物往往会有较大的流动性。较好是，环氧树脂的含量为10-50重量％。

组合物中还加入了固化剂。在升高温度或室温下，固化剂与环氧树脂反应使组合物热固化。固化剂的类型并无特别限制，只要它能如上所述使组合物热固化。合适的固化剂包括：胺固化剂、酸酐、双氰胺、咪唑、阳离子聚合催化剂、肼化合物等。双氰胺是特别优选的，因为它在室温(30℃)下有热稳定性。

固化剂以0.1-30重量％的含量存在于组合物中。如果组合物中的固化剂少于0.1重量％，所得组合物的硬度变差，如果组合物中的固化剂多于30重量％，则可热固化树脂在热固化后的性能往往会变差。较好是，固化剂的含量为0.5-10重量％。

苯氧基树脂是有链结构的热塑性树脂，其重均分子量通常为2000-2000,000或数均分子量是10000-1000,000，其环氧当量为500-500,000，并具有成膜性。苯氧基树脂具有类似于上述环氧树脂的结构，与环氧树脂相容。该组合物本身可成形为粘合剂膜。特别优选的是使用苯氧基树脂和双酚A型环氧树脂或芴环氧树脂，因为双酚A型环氧树脂或芴环氧树脂与苯氧基树脂之间有非常好的相容性。

本发明中，考虑到不希望树脂流出，粘合剂层的最小储能剪切模量是100,000Pa或更小，较好是10-100,000Pa。这是因为当用60-260℃的温度和10⁴至5×10⁷Pa的压力使导电粘附体互相粘合时，这样的粘合剂层能使凸起穿破该粘合剂层，并较容易地获得与粘附体之间的低电阻电连接。

另一方面，若最小储能剪切模量超过约100,000Pa，为使凸起穿破粘合剂层就需要非常高的压力。因此，加压就困难。本说明书中的储能剪切模量(G′)是指用动态粘弹仪(如Reometrics Co.的＂RDA II＂)在6.28弧度/秒(rad/sec)的角速度(频率为1Hz)、以5℃/分钟将温度由60℃升至260℃的条件下，测量剪切模量时获得的最小值。

粘合剂层可以用包含双马来酰亚胺树脂替代环氧树脂的组合物形成，或者用包含双马来酰亚胺树脂和环氧树脂的组合物形成。或者，可使用各种“超级工程”塑料，例如芴双酚和环氧树脂反应获得的聚羟基醚，或其它热塑性树脂。引入了上述芴主链的聚羟基醚尤其能改进粘合剂树脂层的耐热性，并提供耐水性。

可热固化的树脂层可以由主要包含环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或其混合物的组合物形成，只要不偏离本发明的目的和效果。主要由乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物形成的可热固化树脂吸水性低。因此，该树脂适合于在高湿度条件下使用。由于该树脂还是化学稳定的，因此它适合用于例如镍氢电池或锂电池的电极保护。

导电块之间的间隔并无特别限制，通常是0.1-200mm。若导电块间隔小于上述下限，则可能导致短路。若导电块间隔大于上述上限，则成批式连接的优点不再显著(导电块可以分别加压)。

本发明的成批式电连接片可以用下述方法制得。

首先，准备耐热片。在对应于导电粘附体接触点位置的部分中形成孔，由此形成通孔。接着，准备导电材料片。将该导电材料片冲压成与通孔相对应的形状。这样形成导电材料的小片。在这些小片的前表面和后表面上形成包括缺口和凸起的脊，得到了导电块。若导电材料是金属，凸起可以用压花工艺、使用金属模具等的压机、蚀刻或者类似方法制得。

接着形成粘合剂层。将环氧树脂、苯氧基树脂和固化剂混合制得可热固化的粘合剂。然后，将上述可热固化的粘合剂溶解在溶剂中制备涂覆溶液。溶剂的种类并无特别限制，只要溶剂能溶解该可热固化粘合剂。考虑到低沸点和低毒性，溶剂较好包含例如甲基乙基酮(MEK)且挥发性良好。或者，粘合剂层可通过无溶剂法制得，例如用不含溶剂的粘合剂进行热熔涂覆。

将一给定量的可热固化树脂的涂覆溶液施涂到经过脱模处理的底材的一面上，然后干燥该涂覆溶液得到支承在底材上的一层粘合剂层。将该粘合剂层粘合到耐热片的一面上。这时通常保留底材。结果，耐热片中的通孔在其一面上被粘合剂层封闭。将导电块从耐热片的另一面插入通孔中。然后，在耐热片的另一面上粘附上粘合剂层，将导电块封在其中。由此获得成批式电连接片。

粘合剂层可以是将涂覆溶液直接施涂到耐热片上再干燥该溶液来形成。在同时使用焊剂连接的情况下，可以向粘合剂层的表面上施涂松香或类似物质制成的焊剂，使焊剂连接更容易。在形成粘合剂层之后，成批式电连接片可以切割成数个互相电分离的区域。

在上述成批式电连接片中，缺口和凸起位于导电块的两面上，粘合剂层位于成批式电连接片的两面上。然而，它们也可以只在一个面上。图3示出了这种成批式电连接片的剖面图。

图4是由本发明成批式电连接片形成的连接结构的剖面图。

本发明的连接结构具有耐热片1、插入耐热片部分中的导电块3、位于导电块3的上方和下方的导电粘附体6和6′，以及填充在导电块3和导电粘附体6和6′之间空隙内的粘合剂层2。粘合剂层2和2′与导电粘附体6和6′相粘合，凸起4和4′穿破粘合剂层2与导电粘附体6和6′接触。结果，在导电粘附体具有导电性的情况下，成批式电连接片就形成导电粘附体之间的低电阻电连接。

图5是由本发明成批式电连接片形成电连接的方法的工艺过程图。

如图5(a)所示，先将导电粘附体6和6′放在成批式电连接片5的粘合剂层上。

接着，在导电粘附体之间施加所需的压力，同时使成批式电连接片5的粘合剂层2和2′与导电粘附体6和6′一起加热。结果，粘合剂层2和2′软化，导电块的凸起4和4′穿破粘合剂层与导电粘附体6和6′接触。这时，凸起4和4′的尖端受压变形，使得凸起和导电粘附体之间的接触面积增加(图中未示出变形)。结果，粘合片能够在导电粘附体之间提供低电阻的电连接，且稳定性优良。此后，如有必要可进一步加热粘合剂层，使可热固化粘合剂彻底固化。

此后，向耐热片的凸起和导电粘附体之间输入10-100,000的大电流，以使凸起4和4′与导电粘附体6和6′熔融粘合。若在耐热片的凸起和导电粘附体之间存在钎焊材料(如焊剂、锡、锌、铝或低熔点金属)，则在压力下加热粘合时的温度可适当调整，或者向耐热片的凸起与导电粘附体之间输入合适量的电流，使凸起4和4′与导电粘附体6和6′进行钎焊(焊接等)。这样，凸起4和4′与导电粘附体6和6′之间的连接变得牢固。

导电粘附体的具体例子包括板状导电部件，如汇流条和印刷线路板，棒状或线状的导电部件，如电线。

图6是本发明连接结构的另一个实例的剖面图。在该实例中使用一面具有凸起和粘合剂层的成批式电连接片。在棒状导电部件放在板状导电部件上的情况下，两者间的接触点通常是一根线。结果，两者互相间直接接触的面积很小，电连接就不稳定。而在图6的连接结构中，棒状部件6和板状导电部件6′通过这两者和导电部件3的直接接触确保了电连接。结果可以在棒状导电部件6和板状导电部件6′之间形成可靠的电连接。

图7是本发明连接结构的另一个实例。在导电部件6和导电部件6′之间在成批式电连接片的同一面上通过导电部件3形成电连接。

实施例

实施例1

粘合剂层的形成

通过混合表1所示各组分获得可热固化粘合剂的涂覆溶液。

                                  表1

组分	重量份
		苯氧基树脂，由Tohto Kasei Co.制造的＂YP50S＂，数均分子量＝11,800	30
环氧树脂，Dow Chemical Japan Ltd.制造的＂DER332＂，环氧当量＝174	20
		分散有丙烯酸类聚合物的环氧树脂，Nippon Oil Co.，Ltd.制造的＂ModiverRD102＂，丙烯酰基当量＝40重量％	20
环氧树脂，Daicel chemical Industries.Ltd.制造的＂PCL-G402＂，环氧当量＝1350	30
		二氧化硅的MEK溶胶，Nissan Chemical Industries，Ltd.制造的＂MEK-ST＂，二氧化硅含量＝30重量％	50
双氰胺	2.9
		甲苯双二甲脲(toluene bisdimethylurea)，PTI Japan Co.制造的＂Omicure-24＂	2.0
甲醇	40
		甲基乙基酮	40

将所得涂料组合物施涂到经过脱模处理的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜(厚度：50微米)上，将所得的经涂覆膜经过100-130℃的炉子干燥，得到厚度为50微米的粘合剂膜。

导电块的形成

将厚度为60微米的铜箔(Fukuda Kinzoku Hakufun Co.制造的＂C1020R-H＂)冲切形成直径为3.5mm的圆盘。将该圆盘夹在两片不锈钢网(SUS-304，100目)之间，以156kg/mm²的压力加压，形成经压花的铜箔。

成批式电连接片的形成

将厚度为50微米的聚酰亚胺膜(Ube Industries，Ltd.制造的＂Eupilex＂，厚度：50微米)冲压形成三个直径为3.8mm的通孔。从PET膜上将粘合剂膜剥离下来，将其放在聚酰亚胺膜的一面上。将所得物用100℃的辊子进行热压合。将导电块插入聚酰亚胺膜中制得的通孔中，然后在聚酰亚胺的另一面上层压上一层粘合剂膜，将导电块封在其中。这样制得成批式电连接片。

实施例2

图5是用来进行成批式电连接的本发明成批式电连接片的一个实例的平面图。

成批式电连接结构的形成

将三块尺寸为50×2×0.5mm且经过锡镀敷的铜板7排成一行，间隔为2mm。将上述导电片放在上面，再在上面放上与上述相同的三块铜板7′，铜板7′与下面的铜板7相垂直。这时，将导电片的导电块3放在铜板互相交叉的三个点之间，如图所示。

在120℃加压所得层叠物1秒钟以临时固定之。接着，在200℃和200kgf的条件下加压该层叠物14秒，这样继续加压。使用焊接机用的电源(KabushikiKaisha Yashima制造的＂Studmatic III YS-30＂)向电连接的铜板输入电流1秒钟。此后，在200℃的炉中固化该样品5分钟。

电阻的测量

用数字式微欧姆计(Azirent Technology Co.制造的＂34420A＂)采用四端法测量层叠物的三个接触点的电阻a、b和c。测量结果如下：a＝0.006毫欧姆，b＝0.008毫欧姆，c＝0.006毫欧姆。

由上可知，在本发明的成批式电连接片中，在导电粘附体之间提供了低电阻电连接和优越的稳定性。

根据本发明的成批式电连接片可以形成低电阻且机械稳定、热稳定和电稳定的多接触点电连接。

Claims (7)

1.一种成批式电连接片，它包括具有多个穿孔的耐热片、插入穿孔中的导电块，所述导电块具有包括缺口和穿孔的多个脊，该导电块比导热片厚，使得凸起伸出穿孔之外，在耐热片的至少一面上施涂有包含可热固化粘合剂的粘合剂层覆盖导电块的凸起。

2.如权利要求1所述的成批式电连接片，其特征在于所述导电块由金属材料形成，所述凸起通过压花工艺形成。

3.如权利要求1所述的成批式电连接片，其特征在于所述耐热片的两面上都分别施涂有一层粘合剂层，覆盖导电块的前表面和后表面。

4.一种成批式电连接的方法，包括以下步骤：

在权利要求3所述的成批式电连接片的每一层粘合剂层上放置一个导电粘附体；

加热该成批式电连接片的所述粘合剂层，同时在成批式电连接片和导电粘附体之间加压，使导电块的凸起穿破粘合剂层，在导电块的前表面和后表面上和导电粘附体之间形成连接。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于该方法还包括以下步骤：在导电块和导电粘附体之间施加电流，使导电块的凸起和导电粘附体产生焊接。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于该方法还包括以下步骤：在导电块和导电粘附体之间施加热量，使导电块的凸起和导电粘附体产生焊接。

7.一种连接结构，它包括权利要求1所述的成批式电连接片和放置在该成批式电连接片粘合剂层上的导电粘附体，其中：

粘合剂层与导电粘附体粘合；

导电块的凸起穿破粘合剂层与导电粘附体产生电接触。

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