DE3543924A1 - Flexibles schaltungssubstrat mit elektrisch leitfaehiger klebeschicht und seine herstellung - Google Patents

Flexibles schaltungssubstrat mit elektrisch leitfaehiger klebeschicht und seine herstellung

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DE3543924A1 DE19853543924 DE3543924A DE3543924A1 DE 3543924 A1 DE3543924 A1 DE 3543924A1 DE 19853543924 DE19853543924 DE 19853543924 DE 3543924 A DE3543924 A DE 3543924A DE 3543924 A1 DE3543924 A1 DE 3543924A1
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Description

PATENTANWALT DR. HANS-GÜNTHER EGGERT1 DIPLOMCHEMIKER
RADERSCHEIDTSTRASSE I1 D-5000 KÖLN 41
Köln, den 9. Dezember 1985 Nr. 94
Shinto Paint Co., Ltd., 10-73, Minami-Tsukaguchicho 6-chome, Amagasaki (Japan)
Flexibles Schaltungssubstrat mit elektrisch leitfähiger Klebeschicht und seine Herstellung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Schaltungssubstrat für die elektrisch leitende Verbindung eines Substrats mit feinen elektrischen Leitern und seine Herstellung.
Insbesondere betrifft die Erfindung flexible Schaltungssubstrate zur Erzielung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen feinen elektrischen Leitern, die in elektronischen Geräten verwendet werden, und ihre Herstellung.
In den bisher verwendeten Anzeigeelementen in elektronischen Apparaten wie flüssigen Kristallen und elektrochromen und Elektrolumineszenzelementen wird gleichzeitig eine elektrisch leitende Verbindund zu den feinen Multikontaktleitern am Ende der Elemente hergestellt.
Hierzu sollen elektrisch leitende Verbindungen nur zwischen den gewünschten Leitungsbahnen hergestellt werden, ohne eine leitende Verbindung zwischen nicht erwünschten benachbarten Leitern zu verursachen. Ein Mittel hierzu ist eine elektrisch leitende Verbindung mit einer leitenden anisotropen Membran, die ein filmförmiges Produkt von elektrisch leitenden Klebstoffen ist.
Derzeit verwendete elektrisch leitfähige anisotrope Membranen werden durch Dispersion eines elektrisch leitfähigen partikelförmigen oder faserigen Materials in einem Klebestoff und Filmbildung aus der erhaltenen Dispersion hergestellt.
Um eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Leitungsbahnen mit dieser Membran herzustellen, wird ein Streifen dieser Membran zwischen zwei Leitersubstrate, die miteinander verbunden werden sollen, eingefügt, und das ganze wird unter Erwärmen gepresst, um elektrische Leitfähigkeit zu erzielen. Ein alternatives Verfahren ist, eine elektrisch leitfähige Elastomerverbindung (im allgemeinen als zebra gum bezeichnet) zwischen zwei Leitersubstrate, die miteinander verbunden werden sollen, einzufügen, die durch Laminierung elektrisch leitfähiger Schichten und Isolierung gegeneinander hergestellt wird, und das ganze miteinander unter Druck verbindet, um eine leitfähige Verbindung zu bewirken. Einzelheiten dieser Verfahren sind beispielsweise in Electronic Material, Bd.22, Nr.10, 50-54, 1983 und Technical bulletin on elastic connector, Nr.199, Toray Industries, Inc., beschrieben.
Bei dem Verfahren mit der elektrisch leitfähigen anisotropen Membran darf jedoch das elektrisch leitfähige partikelförmige oder faserförmige Material, das in dem Klebstoff dispergiert ist, nur in Richtung des Leiters elektrische Leitfähigkeit erzeugen, d.h. in Richtung lediglich der Druckverbindung, nicht in die Richtung senkrecht zu der Druckverbindung, d.h. in seitliche Richtung. Bei elektrisch leitenden Verbindungen von Schaltungssubstraten, die aus einer großen Zahl von sehr feinen Kontaktschaltungen aufgebaut sind, wird die Vermeidung elektrischer Leitfähigkeit in seitlicher Richtung umso schwieriger, je feiner der Aufbau der Schaltungen wird, wodurch es bisweilen zu unerwünschter elektrischer Leitung in seitlicher Richtung kam.
Auch hat das Verfahren mit "zebra gum" den Nachteil, daß die Herstellung des zebra gums selbst mit einem sehr feinen Aufbau schwierig ist, da die Feinheit des Aufbaus begrenzt ist.
5
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen zum Verkleben und zum Elektrisch-leitfähig-Machen eines Substrates mit feinen Schaltungen, um eine elektrisch leitfähige Verbindung des genannten Substrates zu anderen Leitersubstraten zu erzielen, wodurch es unnötig wird, ein elektrisch leitfähiges Klebematerial wie die elektrisch leitfähige anisotrope Membran oder zebra gum zwischen die Leiterbahnen oder Schaltungen einzubringen.
Bei den der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen wurde ausführlich ein Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger Verbindung zwischen einer feinen elektrischen Leiterbahn und nur der gewünschten benachbarten Leiterbahn, ohne daß eine leitende Verbindung zu dem nicht erwünschten benachbarten Leiter hergestellt wird, untersucht, und es wurde gefunden, daß, wenn eine elektrisch leitende Klebeschicht auf der Leiterbahn eines flexiblen Leitersubstrats durch elektrische Abscheidung von hochmolekularen Harzen erzeugt wird, die gewünschte elektrisch leitende Verbindung sehr sicher erhalten werden kann, indem man die genannte Schaltung mit der eines anderen Schaltungssubstrats durch die genannte Klebeschicht hindurch durch Pressen unter Druck verbindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden flexible Schaltungssubstrate mit einer elektrisch leitenden Klebeschicht, die auf ihren elektrischen Leiterbahnen durch elektrische Abscheidung einer Beschichtung von hochmolekularen Harzen gebildet ist, und ein Verfahren zur Herstellung solcher flexibler Schaltungssubstrate bereitgestellt.
Als hochmolekulare Harze, die die elektrisch leitende Klebeschicht bilden können, können für die Zwecke der vorliegenden Erfindung alle Klebeharze verwendet werden, die elektrisch auf elektrisch leitenden Substraten (im folgenden bezeichnet als elektrische Leiterbahn) als überzug von hochmolekularen Harzen, die später beschrieben werden, abgeschieden werden können. Es können beispielsweise wasserlösliche oder wasserdispergierbare anionische oder kationische Harze, die die Form eines Latex haben können, verwendet werden. Diese Harze umfassen die bekannten Harze, wie Epoxy-, Urethan-, Acryl-, Polyester-, Polybutadien-, und synthetische Elastomerharze, usw. und sie können erforderlichenfalls in Kombination mit Vernetzungsmitteln verwendet werden.
Wenn diese Harze anionischer Natur sind, wird bevorzugt eine Carboxylgruppe eingeführt, so daß das System eine negative Ladung erhält, oder sie werden in Wasser mit Hilfe von anionischen oberflächenaktiven Mitteln dispergiert.
Wenn die Harze kationischer Natur sind, wird bevorzugt eine Aminogruppe eingeführt oder sie werden in Wasser mit unter Zusatz eines kationischen Tensids dispergiert.
-X-
Um die vorgenannten hochmolekularen Harze elektrisch leitfähig zu machen, werden elektrisch leitfähige feine Partikel in das Harz eingearbeitet, übliche elektrisch leitfähige feine Partikel umfassen Graphit, Ruß; verschiedene elektrisch leitende metallische feine Partikel (beispielsweise Gold, Silber, Kupfer, Nickel); und keramische elektrisch leitende feine Partikel (Titannitrid, Titancarbid). Diese feinen Partikel können alleine oder in Mischung von zweien oder mehreren von ihnen verwendet werden.
Die Menge der elektrisch leitenden feinen Partikel liegt im Bereich von 20 bis 90 Gew.% des gesamten Feststoffgehalts der Klebeschicht. Diese Menge kann wahlweise in Abhängigkeit des gewünschten Leitfähigkeitsgrades für die zu bildende Klebeschicht verändert werden. Von diesen elektrisch leitfähigen feinen Partikeln sind die feinen keramischen Partikel wie Titannitrid, Titancarbid etc. besonders bevorzugt wegen ihrer chemischen Stabilität und ihrer physikalischen Eigenschaften wie spezifisches Gewicht etc.
Bei der Herstellung des elektrisch leitfähigen Klebe-Stoffs werden die elektrisch leitfähigen feinen Partikel unter Verwendung der bekannten Geräte wie Walzenmühlen, Kugelmühlen, Sandmühlen etc. in das leitende hochmolekulare Harz eingearbeitet, das zuvor mit Wasser und in einigen Fällen einem Lösungsmittel auf eine geeignete Viskosität eingestellt wurde, unter Verwendung der bekannten Geräte wie Walzenmühlen, Kugelmühlen, Sandmühlen etc. In diesem Fall können der anionische oder kationische Charakter des hochmolekularen verwendeten Harzes vor oder nach der Einarbeitung neutralisiert werden.
Als Film für die flexiblen Leitersubstrate gemäß der vorliegenden Erfindung können die üblicherweise verwendeten, wie beispielsweise Polyesterfilme, PoIyimidfilme etc., verwendet werden.
Die feine Leiterbahn auf dem flexiblen Schaltungssubstrat kann mit den üblichen konventionellen Methoden, wie Photolithographie, Ätzen oder Filmdruck, hergestellt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die elektrisch leitende Klebeschicht auf dem Leiterkreis des flexiblen Leitersubstrats durch elektrische Abscheidung des genannten elektrisch leitenden Klebers gebildet, der durch Einarbeitung der elektrisch leitenden feinen Partikel in das hochmolekulare Kleberharz hergestellt wurde. Für solch eine elektrische Abscheidung kann eine konventionelle Methode, die als Beschichtung durch elektrische Abscheidung bekannt ist, verwendet werden.
Zur Anwendung der genannten Elektroabscheidung wird zunächst ein Bad zur Elektroabscheidung hergestellt durch Zugabe des elektrisch abscheidbaren hochmolekularen Kleberharzes, das die elektrisch leitenden feinen Partikel enthält, zu einer wässrigen Lösung, die Wasser und erforderlichenfalls etwas organisches Lösungsmittel enthält, und erforderlichenfalls durch Zugabe von Additiven; das flexible Schaltungssubstrat mit einer Schaltung, auf dem die elektrisch leitende Klebeschicht gebildet werden soll, und eine Gegenelektrode, werden in dem genannten Bad zur Elektroabscheidung plaziert; eine Gleichspannung wird an beide Elektroden angelegt.
AO
Im Falle, daß das hochmolekulare Klebeharz anionischen Charakter besitzt, wird die Gleichspannung an das zu beschichtende Leitersubstrat als positive Elektrode und die Gegenelektrode als negative Elektrode angelegt. Wenn das hochmolekulare Klebeharz anionischen Charakter besitzt, werden die Vorzeichen der Elektroden vertauscht.
Als Bedingung für die Elektroabscheidung ist es allgemein vorteilhaft, einen Gleichstrom von 5 bis 300 V für 1 bis 60 see zur Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht einer Dicke im trockenen Zustand von etwa 1 bis 20 μ zu verwenden. Die Dicke dieser Schicht wird in geeigneter Weise in Abhänigkeit von dem Feinheitsgrad der zu überziehenden Schaltung, der Präzision der Dicke, usw. bestimmt, die durch Kontrolle der Bedingungen der oben genannten elektrischen Abscheidung erreicht werden kann. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, die Dicke der zu bildenden elektrisch leitenden Klebeschicht umso geringer zu machen, je feiner die Konstitution der Schaltung ist. Grund hierfür ist, daß verhindert werden soll, daß die elektrisch leitende Klebeschicht seitlich herausgedrückt wird, wenn das andere Leitersubstrat dagegen gepresst wird.
Das flexible Schaltungssubstrat, auf dem die elektrisch leitende Klebeschicht elektrisch abgeschieden wurde - wie oben beschrieben -, wird dann aus dem Bad genommen und mit reinem Wasser gespült, um die überschüssige Lösung des Bades, die an dem Substrat
ΑΛ
anhaftet, abzuwaschen. Anschließend wird die elektrisch abgeschiedene Klebeschicht getrocknet. Das Trocknen wird so durchgeführt, daß die Klebeschicht nicht gehärtet, aber Wasser und organisches Lösungsmittel, die in der Schicht enthalten sind, entfernt werden können. Im allgemeinen wird eine Trockentemperatur unter 800C unter atmosphärischem oder vermindertem Druck empfohlen.
Nach der Methode der vorliegenden Erfindung, elektrisch leitende Klebschichten aus elektrisch leitenden hochmolekularen Harzen abzuscheiden, können sehr einheitliche Uberzugsfilme genau auf lediglich der gewünschten Leiterbahn gebildet werden. Aus diesem Grund kann die Klebeschicht umso effektiver auf der Leiterbahn gebildet werden, je feiner das Leitungsmuster wird, d.h. Weite der Leiterbahn und die Abstände zwischen den Leiterbahnen kleiner werden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist insbesondere geeignet zur Herstellung einer elektrischen Verbindung von Multikontaktschaltungen mit vielen Leiterbahnen von 0,1 mm oder geringer Weite und Abständen von 0,2 mm oder weniger zwischen den Leiterbahnen, was nach den bisher bekannten Methoden unmöglich oder zumindest schwierig gewesen ist.
Allgemein wird, wenn eine andere Leiterbahn mit der Leiterbahn unter Druck verbunden wird, um Leitfähigkeit zu erzielen, mit zunehmender Feinheit der Weite der Leiterbahn und der Abstände zwischen den Kreisen, das Problem zunehmend ernsthafter, daß die Klebeschicht aus dem Teil zwischen den Leiterbahnen gedrückt wird, bedeutender. Um zu verhindern, daß die Klebeschicht herausgedrückt wird, wird die Dicke der
Al
— Sf —
Schicht vorzugsweise so gering wie möglich gewählt, sofern die Grenze nicht unterschritten wird. Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Leiterbahnen durch Verbindung unter Druck miteinander durch die möglichst dünne Klebeschicht hindurch, ist das mit der elektrisch leitenden Klebeschicht elektrisch zu beschichtende Leitersubstrat vorzugsweise ein flexibles Substrat.
Um das flexible Leitersubstrat, dessen Leiterbahn mit der elektrisch leitenden Klebeschicht durch elektrische Ablagerung einer Beschichtung von hochmolekularen Harzen gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet wurde, mit einem anderen Leitersubstrat zu verbinden und dadurch zwischen beiden Schaltungen eine elektrische Leitung herzustellen, werden die beiden Schaltungen in eine entsprechende Position gebracht und miteinander durch Pressen unter Erhitzen verbunden. Dadurch wird mit einer sehr hohen Zuverlässigkeit eine Verbindung der Schaltungen erzielt, die eine elektrische Leitfähigkeit nur in der Richtung des Pressens ergibt. Wenn die Klebeschicht ein hochmolekulares thermoplastisches Harz ist, wird die Verbindung bei einer Temperatur ausgeführt, bei der das Harz weich wird oder zu schmelzen beginnt, um eine Verbindung brauchbarer Stärke zu erzielen, wenn das Harz ein Duroplast ist, wird die Verbindung unter den Aushärtebedingungen für das Harz ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden durch Beispiele veranschaulicht:
Beispiel 1
(1) 20 Kupferschaltungen einer Weite von 80 μ wurden auf einem Polyesterfilmsubstrat durch Ätzen in Intervallen von 80 μ gebildet.
(2) Ein Bad zur elektrischen Abscheidung, das ein elektrisch leitfähiges hochmolekulares Klebeharz enthält, wurde mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt:
Anionische Polyesterharzlösung (Produkt von Shinto Paint Co., Ltd.; Ethylcellosolve/sekundär-Butanol-Lösung mit einem Feststoffgehalt von 75 Gew.%)
Melaminharz (MX-40; Produkt der Firma Sanwa
15 Chemical Co.)
Titannitrid (Produkt der Firma Nihon Shinkinzoku Co.; durchschnittlicher Teilchendurchmesser 1 μ)
Graphit
20 Ethylcellosolve Triethylamin entionisiertes Wasser
Gew.-Teile 64
12
120
20
80
701
Gesamt
1000
Zur Herstellung des genannten Bades zur elektrischen Abscheidung wurden die Harzlösung, Melaminharz, Titannitrid und Graphit gemischt und die Viskosität der Mischung wurde durch Zugabe eines Teils von Ethylcellosolve eingestellt. Um die elektrisch leitenden Pulver in der Harzlösung zu dispergieren, wurde die Mischung 8 Stunden mit einer Kugelmühle geknetet. Anschließend wurde
Triethylamin und die restliche Ethylcellosolve zugegeben und gründlich gemischt, um das Harz zu neutralisieren, und entionisiertes Wasser zugesetzt zur Herstellung des Bads mit einem Feststoffgehalt von 20 Gew.%.
(3) Die Klebeschicht wurde wie folgt gebildet: Das in (2) hergestellte Bad zur elektrischen Abscheidung wurde in einen Glasbecher gegeben und unter Rühren bei 250C gehalten. Bevor der in (1) hergestellte Schaltungsfilm in das Bad zur elektrischen Abscheidung eingetaucht wurde, wurde der Film mit einem Band so maskiert, daß der Teil jeder Schaltung bis 5 mm vom Rand des Schaltungsfilms frei blieb, während die übrigen Teile jeder Leiterbahn gegen elektrische Beschichtung geschützt wurden.
Dieser Schaltungsfilm und eine Gegenelektrode aus rostfreiem Stahl mit der gleichen Fläche wie der Film wurden in das Bad zur elektrischen Abscheidung so eingetaucht, daß sie einander im Abstand von 5 cm gegenüberstanden. Mit jeder Kupferschaltung auf dem Schaltungsfilm als positiver Elektrode und der anderen als negativer Elektrode wurde ein Gleichstrom von 60 V für 10 see durch die Elektroden geleitet, um die Klebestoffe auf den elektrisch leitenden Schaltungen abzuscheiden.
Nach Beendigung der Beschichtung durch elektrische Abscheidung wurde der Film aus dem Bad genommen, die Maske entfernt und mit entionisiertem Wasser zum Abwaschen der Badlösung, die noch anhaftete, gewaschen. Die Klebeschicht wurde anschließend
-JA-
bei 800C für 5 Minuten unter reduziertem Druck getrocknet. Die Dicke der gebildeten Klebeschicht betrug etwa 10 μ.
(4) Das flexible Schaltungssubstrat mit der elektrisch leitenden Klebeschicht, das, wie oben beschrieben, gebildet wurde, wurde mit dem anderen Leitersubstrat wie folgt verbunden:
Dieser Leiterfilm und die gleiche Art Leiterfilm ohne Klebeschicht wurden so aufeinander plaziert, daß die Leiterbahnen der Filme in Position gebracht wurden und miteinander bei 1900C für 5 Minuten unter einem Druck von 20 kg/cm verbunden. Die Verbindung der beiden Schaltungsfilme war gut ohne elektrischen Kurzschluß zwischen den benachbarten Kreisen und es wurde eine sehr gute Leitung zwischen den gewünschten Leiterbahnen erzielt.
Beispiel 2
(1) 10 Kupferschaltungen einer Weite von 50 μ wurden auf einem Polyimidfilmsubstrat in Abständen von
50 μ durch Ätzen gebildet.
(2) Ein Bad zur elektrischen Abscheidung, das ein elektrisch leitfähiges hochmolekulares Klebeharz enthielt, wurde in der folgenden Zusammensetzung hergestellt:
Lösung eines kationischen urethan-modifizierten Epoxyharzes (Produkt der Firma
Shinto Paint Co., Ltd.; Ethylcellosolve/ Gew.-Teile Toluol-Lösung mit einem Feststoffgehalt
von 75 Gew.%) 93.4 Titancarbid (Produkt der Firma Nihon
Shinkinzoku Co.; durchschnittlicher
Teilchendurchmesser 1 μ) 120
Ruß 10
Ethylcellosolve 90
Essigsäure (50 %ig)
entionisiertes Wasser 682
Gesamt 1000
Zur Herstellung des genannten Bades zur elektrischen Abscheidung wurde die Harzlösung, Titancarbid und Ruß gemischt und die Viskosität der Mischung durch Zugabe eines Teils von Ethylcellosolve
eingestellt. Die Mischung wurde zur Dispersion der elektrisch leitfähigen Pulver in der Harzlösung
8 Stunden in einer Sandmühle geknetet. Anschliessend wurden Essigsäure und die restliche Ethylcellosolve zugegeben, zur Neutralisation des Harzes gut gemischt und das entionisierte Wasser zugegeben zur Herstellung des Bades mit einem Feststoffgehalt von 20 Gew.%.
(3) Die Klebeschicht wurde wie folgt gebildet:
Die Klebeschicht wurde entsprechend dem unter (3) des Beispiels 1 beschriebenen Verfahren gebildet.
In diesem Beispiel wurde jedoch der in (1) hergestellte Leiterfilm als negative Elektrode geschaltet; die Gegenelektrode war eine positive
Elektrode. Der Abstand zwischen den Elektroden
betrug 5 cm; ein Gleichstrom von 50 V wurde während 20 see angewandt.
Al-
Die Klebeschicht wurde 5 Minuten bei 8O0C unter reduziertem Druck getrocknet; die Dicke der Schicht betrug etwa 5 μ.
(4) "In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde der flexible Leiterfilm mit der elektrisch leitfähigen Klebeschicht, der, wie oben beschrieben, gebildet wurde, und ein anderer Leiterfilm mit derselben Schaltung so aufeinander plaziert, daß die Leiterbahnen der Filme in Position zueinander waren, und miteinander 5 Minuten bei 2000C unter einem Druck
2
von 10 kg/cm verbunden. Die Verbindung der beiden Leiterfilme war gut ohne elektrischen Kurzschluß zwischen den benachbarten Schaltungen, und mit einer sehr guten Leitfähigkeit zwischen den gewünschten Schaltungen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die elektrisch leitfähige Klebeschicht präzise und genau auf der feinen Leiterbahn gebildet werden und die Verbindung zwischen den gewünschten Kreisen kann sicher mit einer sehr guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt werden.

Claims (8)

Patentansprüche
1. Flexibles Schaltungssubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitfähige Klebeschicht durch Beschichtung durch elektrische Abscheidung mit hochmolekularen Harzen auf einer Leiterbahn des genannten Substrats gebildet wird.
2. Flexibles Schaltungssubstrat nach Anspruch 1, bei dem die Weite der Leiterbahn 0,1 mm oder geringer ist.
3. Flexibles Schaltungssubstrat nach Anspruch 1, bei dem ein Abstand zwischen den Leiterbahnen von 0,2 mm oder weniger besteht.
4. Flexibles Schaltungssubstrat nach Anspruch 1, bei dem die elektrisch leitfähige Klebeschicht feine Teilchen von Titancarbid oder Titannitrid als elektrisch leitfähige Teile enthält.
5. Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Schaltungssubstrats, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitfähige Klebeschicht auf der Leiterbahn des genannten Substrats durch Beschichtung mit hochmolekularen Harzen durch elektrische Abscheidung gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Weite der Leiterbahn 0,1 mm oder weniger beträgt.
ORIGINAL INSPECTED
7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein Abstand
5 zwischen den Leiterbahnen von 0,2 ram oder weniger besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die elektrisch leitende Klebeschicht als elektrisch
10 leitende Teilchen feine Partikel von Titancarbid Titannitrid enthält.
DE19853543924 1984-12-20 1985-12-12 Flexibles schaltungssubstrat mit elektrisch leitfaehiger klebeschicht und seine herstellung Withdrawn DE3543924A1 (de)

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