CN85107931A - 胶粘的电联接件 - Google Patents

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Abstract

一种胶粘联接件由绝缘衬底上一个或多个导体、第一胶层和第二胶层组成，第一胶层是一异向性导电胶，该异向性导电胶涂在导体和衬底上，所说的第二胶层是一种能流动的胶，该胶层涂在异向性导电胶层的上面。第一衬底的导体按重叠导通的关系与第二衬底的导体对齐位置，在对齐位置的面积上施加压力，第二胶层便从对齐位置处流出，并暴露出异向性导电层，使相应的导体在电气上联接，同时把第一衬底剩下的表面与第二衬底的表面粘合在一起。还公布了第一绝缘件上至少一条导电路径和第二绝缘件上至少一个导电件的联接方法。

Description

本发明关系到电的联接件，特别是关系到基于胶粘的电联接件。
电子工业中，联接电路的低剖面和低成本的联接件有着不断增加的需要。传统上，联接件采用接插座、接触端子以及许多情况下采用焊接剂。弹性接头亦有使用，特别是用来联接像液晶显示（LCD）之类的元件。本发明在许多应用中免除了对接插座、接触端子和焊接剂的需要。本发明亦去掉了对弹性接头及其维持压力的附件的需要。
电子工业中要用到大量的印刷电路板、薄膜转换等元件，这里透露的这件发明就是为一块衬底上的导电电路轨道或导电面积与第二衬底上所需导电电路轨道或导电面积在机械上和电气上联接在一起提供出一种联接件。电路可用多种技术设置在衬底上，包括蚀刻技术和印刷技术。联接件就是在导电轨道或导电面积和绝缘衬底的表面上涂上一层各向异性导电胶。各向异性导电胶是在不导电的胶料中混合导电微粒组成。合适的各向异性导电胶的配方已在审理中的我们的美国专利申请串号。No.601，836中透露过，申请日期为1984年4月19日，此件申请可作为一个参考。在各向异性导电胶的表面，特别是在将与另一块衬底导电面积联接的表面，再涂一层热塑绝缘胶或对热敏感的绝缘胶。把两块所需联接的面积按重叠导通关系对齐放好，且这两导电面积之间已涂有热塑胶层，这样才能联接。然后在对齐的面积上加热和压力，使热塑层软化和从对齐面积处流出，于是把各向异性导电胶中的导电粒子暴露出来，从而把所说两块导电面积联接起来。随之发生的是，衬底周围面积也被胶粘合在一起。
利用涂有热塑胶层的各向异性导电胶有许多优点。各向异性导电胶可以分布在整个衬底表面上。导电粒子彼此分得足够远，所以在同一块衬底上，相邻导电面积之间不会有电流流动。各向异性导电胶和热塑胶能够用于各种表面。
在一种实施例中，需要联接的电路是由一长条可弯曲的薄膜组成，薄膜上沉积有若干条平行的导电轨道，联接件便是在所说轨道表面涂一层各向异性导电胶和一层热塑介质胶，于是形成一个可弯曲的电缆接头。这种可弯曲电缆接头能被剪成任意长度，然后在任意长度处粘上第二条衬底，因为联接能力虽然普及到电缆长度上所有各点，但要等待加热和加压后，联接才能生效。
这里透露的这件发明对于点对点矩阵联接特别有用。按照本发明，任何暴露的导电轨道或导电面积能与涂有一层各向异性导电胶和热塑绝缘层的其它导电面积联接在一起。
依据本发明的联接方法，也能在电路路径或异电面积本身内部提供联接，因此可把两个表面直接联起来，不需要借助接插座件。这在玻璃表面或其它不能卷曲的表面上使用特别有利。
此外，这种联接方法特别适用于自动装配过程。依照本发明的联接件具有联接大量离散接点的能力。如果需要，也可把这些电路与标准的接插件联接。在审理中的我们的美国专利申请串号No.657，851“电联接件”内，还透露了另一种两块衬底上导电电路轨道或导电面积的联接方法，其中至少有一衬底上具有网版印刷的电路。
这里透露的联接方法还能应用于装在衬底表面上的元件。本方法特别适用于把没有引线的元件在机械上和电气上联接到可弯曲或不可弯曲的衬底上。
本发明还包括这样的联接方法，第一绝缘件上至少一条导电路径可与第二绝缘件上至少一个导电件相联接。这方法包括的步骤是：选出在其表面上有至少一条导电路径的第一绝缘件;在所说的第一绝缘件和所说的导电路径上涂一层第一胶，所说的第一胶是各项异性导电胶，再在所说第一胶层的表面涂一层第二胶，所说的第二胶是介质胶且在压力下可以流动，把所说的至少一条导电路径按导通关系与所说第二绝缘件上至少一个导电件对齐位置并使所说的第二胶层介于这所说至少一条导电路径与所说至少一个导电件之间;在至少一条导电路径和至少一个导电件位置处施加压力，使所说第二胶层软化、流出和变薄，于是暴露出各向异性导电胶，并使相当的导体完成电气上的联接，同时，使剩下的第一绝缘件的表面和第二绝缘件的表面粘在一起。
参照下列附图，将能理解到这里透露的联接件。
图1是用本发明联接件联接两段电缆的透视图，所说两段之间有一搭接部分。
图2是沿着图1线段2-2所取的该电缆的剖面图。
图2A是图2园圈部分的放大。
图3是沿着图1线段3-3所取的搭接部分的剖面图。
图4是说明依照本发明的点对点矩阵联接的透视图。
图5是沿着图4线段5-5所取的一个矩阵联接点处的剖面图。
图6是图1电缆断片的剖面图，说明它与第二衬底上电路的联接。
图7是一块断片透视图，说明按照本发明的方法把一个没有引线的元件安装到衬底上。
图8是显微镜下所见的图1电缆的一段和其上没有各向异性导电胶的一段在搭接处的剖面。图中的表面被光学显微镜放大200倍。
图9是放大500倍时图8的剖面。
图10的图形表示了从引入导电轨道、用这里透露的发明做出的两导电轨道的搭接、一直到引出导电轨道总长度上的总电阻与这总长度减去搭接长度之间的关系。
图11是图10所述的搭接简图，说明这些测量是如何取的。
图1和图2表示联接件10，它包括由各向异性导电胶14组成的第一层12和由热塑绝缘胶18组成的第二层16，它们都涂在衬底20、22上，衬底20、22的表面具有若干条导电轨道24。各向异性导电胶14是由非导电胶26和许多导电粒子组成，这些粒子形成分散不连续的导电单元28。在图2和图2A中还进一步表明，导电单元28在导电胶层中随机分布。但应控制导电单元28的体积百分比，使相邻导电轨道间不能导通。因此，导电单元28彼此不能靠得太近，应使相邻面积没有电的导通。然而，导电单元28也应有足够数量，使在导电轨道24上能沉积许多导电单元28。
有许多种导电粒子可以采用。这些粒子可以由单种金属做成，或者在一种基本金属上镀以贵金属，例如镀银、金、钯、铂或铼，也能用非金属粒子镀以贵金属，或者采用导电的非金属物质。
粒子的大小很重要。粒子不能太大，不能让它们之中一棵粒子就把同一块衬底上相邻导电面积间的空隙填满。
然而粒子也不能太细，不能使它们细而分散成一种不连续的导电单元，像组成导电墨料那种细粒会变成薄的连续层，因此不适合做各向异性导电胶的成分。通过导电胶的导电性要在胶层厚度接近导电单元的大小时才能显出。根据所用粒子的大小，导电单元可以是单个粒子，或者是一簇粒子。
可使用的胶料也有多种，例如对压力敏感的胶料、热熔胶料以及能聚合的胶料。市场上现有好几种能用的胶料。各向异性导电胶是把一定体积百分比的导电粒子加在胶料内做成。对于任何给定的体积百分比，粒子的大小将决定一定体积内粒子的数目。粒子的数目与所用粒子的大小成反比。
如图2和图2A所示，导电粒子都混合在或部分混合在各向异性导电胶之内。这两图还表明有一层热塑绝缘材料16涂在轨道24和衬底表面20上。
热塑或热敏感胶料亦有许多种，例如杜邦公司（E·I·Dupont    de    Nemours    Co.Wilmington，Delaware）、佳年公司（Goody-ear    Tire    and    Rubber    Co，Chemical    Division，Akron，Ohio）的产品均能使用。所用的胶料还包括聚酯（polyesters）、聚酰胺（polyamides）、丙烯酸树脂（acrylics）和聚烯物质（pol-yolefins），但并不限于这些。所用胶料的选择，主要决定于胶料在什么温度下软化和流动。这个温度必须足够高，使胶料不致在室温条件下流动，但也不能高到加热时将损坏衬底或印刷电路。对压力敏感的胶料也能使用。
胶层的厚度在某种程度上将受各向异性导电胶中导电粒子尺寸的影响。通常胶层厚约12.7至50.8微米。胶层必须足够厚，要包住所有的粒子不让它们突出，这样才能对各导体之间和衬底提供绝缘的性能。
例如，有一种联接件采用25.4微米厚典型的聚酯热塑胶，在温度约130-150℃及压力2.1至3.5kg/cm2条件下，约需10-40秒钟就可使胶料流动并出现联接。
图1和图3表明由两块衬底20和22之间形成的搭接30。如图3所示，衬底20和22上相当的轨道24都按重迭导通关系对齐位置，并有热塑层16涂在衬底20和22之间。对衬底20和22用通常方法23加热和加压，能使绝缘的热塑层16软化并从相当的轨道24之间流出，复盖在所说轨道24上的各向异性导电胶中的导电粒子28就能彼此接触，于是相当位置上的轨道形成电的联接。
这里应理解到，图1至图3画的电缆衬底只是一个代表。本发明能用于可弯曲衬底或硬衬底，或者它们两者结合的衬底。此外，各向异性导电胶和热塑绝缘层可以只涂在一个表面上。
图4和图5表明了点对点的矩阵联接36，其中第一衬底32上的导电轨道24可以有选择地与第二衬底34上所需轨道24联接。对于可弯曲的多层衬底以及至少两层衬底上有一些轨道或导电面积需要有选择的联接时，这种联接件特别有用。只要在所需联接的点处，用通常的方法37加热和压力，就能完成联接。如图5所示，热塑层16软化并且只从予先选定的加热和加压点处流出。但热塑介质层16仍留在这两衬底之间，因此，对于剩下的轨道，虽然它们彼此交叉，但在电气上依旧是绝缘的。
这里也应理解到，图4和图5的例子仅是一个代表。这里说明的技术，对于两块衬底都是可弯曲的，或者一块衬底是可弯曲的另一块是硬的，都能应用。此外，各向异性导电胶和热塑绝缘层可以只涂在一个表面上。点对点矩阵联接能使两块或更多衬底上的导电面积在较短空间内作出各种各样的联接。
图6说明本联接件的另一个实施例。其中衬底40上的导电面积38涂有各向异性导电胶层12和热塑绝缘层16，导电面积38要与第二衬底44上暴露的导体42联接。经过加热和加压，热塑层16软化、流出并变薄，使导电胶层12中的导电单元穿过热塑层16而与暴露的导体42形成电的联接。
图7说明一个没有引线的电元件46安装到衬底50表面的一种方法，电元件46上有导电垫脚48，而衬底50上有导电轨道52。导电轨道52上涂一层各向异性导电胶54和一层热塑绝缘胶56。胶层54和56可以只涂在安装区51上，或者涂在衬底50的整个表面。在安装区51上加热和压力，热塑层56就变软、流出并变薄，使导电胶层中的导电单元65穿过胶层56并和暴露的接触垫脚48形成电的联接。应该理解到，这里没有引线的电元件仅是依据本发明能够安装和联接在表面的各种元件的一个代表。
图8和图9是显微镜下所见搭接处58的图象，各放大200倍和500倍，搭接58和衬底62上的导电轨道60与衬底70上的导电轨道68形成，而衬底62上涂有各向异性导电胶64和热塑胶层66。在这两张照片内，可看到联接轨道60和68处的一簇簇粒子28。
这里透露的联接件曾经试验过，试验是把各向异性导电胶和热塑绝缘胶层涂在一段可弯曲的电缆上，所说的电缆上有若干条长的导电轨道。然后把两段电缆粘在一起，形成2.54厘米宽的一段搭接。
也曾测出搭接的电阻，用以比较各向异性导电胶各种成分的有效性和热塑绝缘胶层的厚度。现在参看图10，曾测过从衬底74轨道72开始的，包括搭接76，一直到第二衬底80的轨道78为止一段长度上的电阻。在不同距离间隔LA、LB及LC上取了三次这种测量。测出的电阻与除搭接外的总轨道长度LT有关（LT等于间隔距离减去搭接长度）。然后采用线性最小二乘法，分析所得的搭接电阻值和单位轨道长度上的电阻值。图11和下列方程表示了这些关系：
LT＝Li-Lj
R＝Rj+RTLT
在LT＝O处，Rj＝R
RT＝R/LT
其中LT是导电轨道长度，i＝A，B或C，Lj是搭接长度，R是电阻，Rj是搭接电阻，RT是轨道电阻。
对于搭接性能的比较，搭接效率被认为是有用的参数。搭接效率定义为搭接电导（即搭接电阻的倒数）除以理论的搭接电导（即理论的搭接电阻的倒数）。理论的搭接电阻只决定于单位导电轨道长度上的电阻和搭接长度。它与搭接中能找到的完全导通的桥接单元的数目无关。
下列例子也说明了本发明。但除了所附的权利要求外，这个例子不能构成对本发明的限制。所有的成分，除特别指出外，都表示体积百分比。
例1
曾经用过一种以聚酯物为基础的导电墨料，其填充物含95%重量的银和5%重量的碳，在0.127毫米厚的聚酯薄膜上五条相距2.54毫米的中心线处，印刷五条1.27毫米宽的轨道。溶剂挥发后，导电轨道厚为20.3微米。我们曾试制过热熔联接轨道的样品，这是在一段2.54厘米长的五条导电轨道上用网版印刷一层溶剂化物的各向异性导电热熔胶。溶剂挥发后产生出一层20.3微米厚含有一簇簇导电粒子的胶层。溶剂化物的各向异性导电热熔胶是由新金属公司（No-vamet    Inc.，Wyckoff，NJ）生产的16.78克镀银镍球粒（含15%重量的银）和100克聚酯树脂溶剂（含35%固体）混合而成。树脂溶剂内含孟山都公司（Monsanto    Corp.，St.Louis，Missouri）生产的0.5%Modaflow流动添加剂。这胶层上再加一层溶剂化物的聚酯树脂，后者的成分类似于各向异性导电热熔胶，但不含导电粒子。溶剂挥发后，这两层的总厚度为40.6微米。这样就制成一条2.54厘米长2.54厘米宽的带有五条用网版印刷的导电轨道的聚酯薄膜搭接样品。搭接的一侧用的是热熔联接轨道样品。另一侧用的是未涂胶料的轨道样品。未涂胶料样品的轨道应与热熔联接轨道样品的轨道对齐位置。对齐位置时须加小心，应使上面样品的导电轨道直接位在下面样品的导电轨道上。然后加热到148.8℃和加压到3.52kg/cm2历时20秒钟，使两样品粘合。还试制过一种控制搭接件，它类似于上述热熔联接轨道的搭接，但用涂有连续两层无填料聚酯树脂的导电轨道样品代替热熔轨道样品。溶剂挥发后，这两层无填料涂层的总厚度为40.6微米。表1列出了这两种搭接样品的导电性质的比较。
表1.搭接电阻性质
Figure 85107931_IMG1
注释：
a）搭接效率＝〔（搭接电导）/（理论搭接电导）〕×100
＝（轨道电阻/厘米）×（搭接长度）×（0.5）/（搭接电阻）
b）搭接电阻＝2.54厘米搭接长度上的电阻。
c）轨道电阻＝导电银墨轨道电阻。
d）对于5条轨道的平均值和对平均值的95%置信限值。
e）对于4条轨道的平均值和对平均值的95%置信限值。
我们认为从以上的说明可以理解到本发明的各向异性导电联接件及其许多附属的优点。另外下述事实也是清楚的，即在不离开本发明的精神或范围情况下，或在不牺牲所有它的材料优点情况下，无论在形式、结构或部件的安排上都能作出许多改变。因此，这里所述的形式仅是本发明的一个推荐或举例性的实施例。
补正    85107931
文件名称    页    行    补正前    补正后
说明书    2    13    ……异电面积……    ……导电面积……
5    倒13    ……相当的……    ……相应的……
7
Figure 85107931_IMG2
LT＝Li-LjLT＝Li-JL
8 Lj是搭接长度， JL是搭接长度

Claims (10)

1、一种胶粘电联接件(10)，它包括其表面上有若干个导体(24)的第一绝缘衬底(20)，这些导体上涂有在压力下能流动的胶，第一衬底上的导体与第二衬底上的导体应按重迭导通关系对齐位置，然后加压力，使第一衬底上的导体与第二衬底上的导体联接，这种联接件的特征如下：
第一衬底的导体(24)及其相邻表面都涂一层第一胶(12)，所说的胶是一种各向异性导电胶，再涂一层扩展在第一胶层(12)表面上的第二胶层(16)，所说的第二胶层(16)是一种在压力下能流动的介质，第一衬底上的导体(24)按重迭导通关系与第二衬底上的导体(24)对齐位置，并在两衬底(20，22)之间要有能流动的胶(14)然后向对齐面积施加压力，胶(14)便从对齐的区域流出，并暴露出各向异性导电胶层(12)，于是把相当的导体在电气上联接起来，同时也把第一衬底(20)剩下的表面与第二衬底(22)的表面粘在一起。
2、权利要求1定义的电联接件（10），其中所说的第二层胶（16）是在加热和压力下可以流动的热塑胶。
3、权利要求1或2定义的电联接件（10），其中所说的联接件包括电联接电缆。
4、权利要求1、2或3定义的电联接件，它进一步的特征是，所说的第一层胶（14）是从包括对压力敏感的胶和热塑胶诸类中选出。
5、权利要求1、2、3或4定义的电联接件（10），其中所说的第二衬底（22）是从有引线的电元件、没有引线的电元件、可弯曲部件、半弯曲部件和硬部件诸类的元部件中选出。
6、一种把第一绝缘件（20）上至少一条导电路径（24）和第二绝缘件（22）上至少一个导电件联接起来的联接法，这种方法包括下列步骤：
选出在其至少一个表面上具有至少一条导电路径（24）的第一绝缘件（20）;
在所说第一绝缘件（20）和所说导电路径（24）上涂一层第一胶（12），所说的第一胶（12）是一种各向异性导电胶（14）;
在所说第一胶层（12）的表面涂一层第二胶（16），所说的第二胶（16）是一种在压力下能流动的介质;
把所说至少一条导电路径（24）按导通关系放在所说第二绝缘件（22）的所说至少一个导电件的位置上，使所说第二胶层（16）处在所说至少一条导电路径（24）和所说至少一个导电件之间;以及
在对齐位置的至少一条导电路径和至少一个导电件上施加压力，使所说第二胶层（16）、软化、流出和变薄，从而暴露出各向异性导电胶层（12），使相当的导体在电气上联接，同时把第一绝缘件剩下的表面与第二绝缘件的表面粘在一起。
7、权利要求6定义的方法，其中所说的第二层胶（16）是一种在热和压力下能流动的热塑胶。
8、权利要求6或7定义的方法，其中所说的第一层胶（14）是从包括对压力敏感的胶和热塑胶一类的胶中选出。
9、权利要求6、7或8定义的方法，其中所说的第二绝缘件（22）是从有引线的电元件、没有引线的电元件、可弯曲部件、半弯曲部件和硬部件诸类的元部件中选出。
10、权利要求6、7或8定义的方法，其中所说的第一绝缘件（20）是一条由绝缘衬底组成的电缆，在衬底的至少一个表面上具有至少一条长的导体。
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