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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kleben von Substraten
mittels einer ultraviolett-aktivierbaren Klebefolie sowie eine Vorrichtung
zum ultravioletten Bestrahlen, die in dem Verfahren zum Kleben von
Substraten benutzt wird.
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In
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen
dient eine gläserne
Anzeigescheibe als Elektrode, welche mittels einer anisotropisch
leitenden Klebefolie mit einem biegsamen Schaltkreis verbunden ist,
der als bandgestützte
Chipverpackung (Tape carrier package, "TCP")
bezeichnet wird. Auf die TCP ist integrierter Steuerschaltkreis
(IC) montiert, der die Anzeigescheibe betätigt. Üblicherweise wird die leitende
Klebefolie durch Dispersion von leitenden Teilchen in einem isolierend
Klebstoff wie etwa einem Epoxidharz hergestellt. Die Klebefolie
wird zwischen zwei sich gegenüberliegende
Schaltkreise gelegt und dann unter Anwendung von Druck erwärmt, um
die Verbindung abzuschließen.
Das verbundene Produkt umfasst elektrisch leitende Teilchen, die zwischen
den Verbindungsstellen zweier sich gegenüberliegender Schaltkreise in
gebundenem Zustand vorliegen. Da sich in der Klebefolie leitende
Teilchen befinden, kann zwischen den sich gegenüberliegenden Verbindungsstellen
ein elektrischer Strom fließen.
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Um
die Kosten und das Gewicht von Flüssigkristallscheiben zu verringern,
sind Flüssigkristallscheiben entwickelt
worden, bei denen ein Kunststoffsubstrat oder ein biegsamer Schaltkreis
mit einem Substrat aus PET-Folie verwendet werden. Herkömmliche
leitende Klebefolien erforderten hohe Druckverbindungstemperaturen
von 150 bis 200°C.
Flüssigkristallscheiben
oder biegsame Schaltkreise, die bei derart hohen Temperaturen verbunden
werden, können
indes thermische Schäden
erleiden wie etwa eine Verformung der Elektrode oder ein Springen
der Anzeigescheibe mit einem entsprechenden Verbindungsfehler. Hinzu
kommt, dass der Verbindungsabstand zwischen der Anzeigescheibenelektrode
und dem biegsamen Schaltkreis üblicherweise
100 bis 200 μm
beträgt.
Es besteht indes eine zunehmende Nachfrage nach Anzeigevorrichtungen
mit höherer
Präzision,
die eine Verbindungsdichte von 50 μm oder weniger erfordern. Ein
Problem, das mit einer solchen geringeren Verbindungsdichte einhergeht,
ist, dass sich der biegsame Schaltkreis durch die Wärme, die
bei der thermischen Druckverbindung der Klebefolie erzeugt wird,
verformt, wodurch durch die Elektrodenanordnung der Anzeigescheibe
sich verschiebt.
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Um
diese Probleme zu lösen,
wurden innerhalb des Fachgebietes ultraviolett(UV)-aktivierte anisotropisch
leitende Klebefolien, die sich für
eine thermische Druckverbindung bei niedrigeren Temperaturen eignen, sowie
Verfahren zur Verbindung der Schaltkreis mittels dieser Klebefolie
zur Anwendung gebracht.
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Die
ungeprüfte
Japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 11-60899 beschreibt ein Verfahren
zum elektrischen Verbinden der Leiter, wobei die Schaltkreise mittels
einer UV-aktivierten anisotropisch leitenden Klebefolie verbunden
werden, indem die UV-aktivierte anisotropisch leitende Klebefolie
zunächst
auf ein Substrat, das aus einem schnellen Schaltkreises besteht,
aufgebracht wird, die Klebefolie dann mittels einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe
mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird, worauf die Elektrode
eines zweiten Schaltkreissubstrats so angepasst wird, dass sie dem
ersten Schaltkreissubstrat gegenüberliegt,
und schließlich
eine Verbindung unter Wärme
und Druck durchgeführt
wird.
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Die
ungeprüfte
Japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 8-146436 beschreibt ein Verfahren
zum Laminieren einer Flüssigkristallscheibe,
umfassend die Verbindung eines durchsichtigen Substrats mit einem weiteren
durchsichtigen Substrat mittels eines UV-härtbaren Klebstoffs. Der UV-härtbare Klebstoff
wird zwischen die durchsichtigen Substrate gegeben und dann mit
ultravioletten Strahlen bestrahlt, die von der Seite der durchsichtigen
Substrate einwirken, um den Klebstoff zu härten. In diesem Verfahren werden
ultraviolette Strahlen einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger
abgeschirmt, wodurch verhindert wird, dass die durchsichtigen Substrate
Schaden nehmen.
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Die
ungeprüfte
Japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 9-320131 beschreibt ein Verfahren
zum Verbinden zweier Scheiben mittels eines UV-härtbaren Klebstoffs, wobei jede
der Scheiben ein Substrat umfasst, das für ultraviolette Strahlen durchlässig ist.
Der UV-härtbare
Klebstoff wird zwischen die beiden durchlässigen Substrate gegeben, und
dann wird der UV-härtbare
Klebstoff durch die Substrate hindurch mit UV-Strahlung bestrahlt,
um den Klebstoff zu härten.
In diesem Verfahren wird Glas auf Quarzbasis, welches Licht einer
Wellenlänge
von 2 bis 3 μm
und mehr zu absorbieren vermag, als Filter benutzt, um infrarote
Strahlen abzuschwächen.
Alternativ dazu wird gekühlte
Luft durch den Filter und die UV-Lampe geleitet, sodass verhindert
werden kann, dass das Substrat den Auswirkungen der sekundären Strahlungswärme, die
vom Filter ausgeht, ausgesetzt ist.
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Während die
Verwendung eines UV-aktivierten Klebstoff es ermöglicht, die Verbindung im thermischen Druckverfahren
in kurzer Zeit und bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen, hat
darüber
hinaus eine Steigerung der Intensität der ultravioletten Lichtquellen
dafür gesorgt,
dass die Verbindungszeiten sogar noch verkürzt werden konnten. Somit führt eine
UV-Lichtquelle höherer
Intensität
wie etwa eine Hockdruck-Quecksilberdampflampe und/oder eine Halogen-Metalldampflampe
zur einer weiteren Verkürzung
der Verbindungszeiten. In herkömmlichen
Verfahren werden die ultravioletten Strahlen indes zur Anwendung
gebracht, nachdem ein ultraviolett härtbarer Klebstoff auf ein Substrat
aufgebracht wurde, und wenn der Klebstoff unter Verwendung einer
der oben beschriebenen Hochdruck-Quecksilberdampflampen oder Halogen-Metalldampflampen als
Lichtquelle gehärtet
wird, wirken die ultravioletten Strahlen auch auf das durchsichtige
Substrat der Flüssigkristallscheibe
ein. In Abhängigkeit
vom Werkstoff, aus dem das durchsichtige Substrat besteht, kann
das durchsichtige Substrat durch Verfärbung oder Trübung Schaden
nehmen. Im Falle eines aus Harz hergestellten Substrats kann sich
der Werkstoff zersetzen, woraufhin Risse entstehen können.
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Darüber hinaus
wird sich das Substrat unter der Einwirkung von ultravioletten Strahlen
aufgrund der Energie der ultravioletten Strahlen aufheizen. In Abhängigkeit
vom Werkstoff weist das Substrat jedoch einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf, und selbst bei einem geringen Temperaturanstieg dehnt sich
das Substrat unter Wärmeeinwirkung
aus, wodurch im Laufe des Verbin dens und Härtens eine Verschiebung zwischen
den beiden Substraten entsteht, die zu Verbindungsfehlern führen kann.
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat ebenfalls ein Verfahren
zum Kleben von Substraten vorgeschlagen, bei dem eine Beschädigung des
Substrat vermieden wird, indem eine UV-aktivierte Klebefolie benutzt
wird, ohne jedoch das Substrat, und insbesondere ein Substrat eines
Schaltkreises, zu bestrahlen. Gemäß diesem Verfahren werden zwei
Substrate verklebt, indem die UV-aktivierte
Klebefolie erst dann auf ein Substrat übertragen und aufgebracht wird,
wenn sie bereits aktiviert und der UV-Strahlung ausgesetzt wurde. Sobald
sie auf das Substrat aufgebracht ist, wird die Klebstoffverbindung
durch Wärme-
und Druckeinwirkung hergestellt. Da das Substrat keinerlei ultraviolettem
Licht ausgesetzt wird, wird eine Beschädigung des Substrats vermieden.
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Die
ungeprüfte
Japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 10-218470 beschreibt einen
Bandspender zum Schneiden von härtbarem
Klebeband, wobei das Härten
des Klebstoffs durch photokationische Polymerisierung erfolgt, nachdem
das Band auf ein Substrat gegeben wurde. Der Spender ermöglicht es,
das Ausmaß,
in dem das Band dem UV-Licht ausgesetzt ist, derart zu beschränken, dass
das Band zum Beispiel an einem an Arbeitsplatz unter freiem Himmel
verbleiben kann, ohne dass vorzeitige Härtung auftritt. Wenn diese Art
von UV-aktivierten Klebefolien mit ultravioletten Strahlen zu geringer
Intensität
bestrahlt wird, bleibt die Aktivierung des Reaktionssystems aus,
und nach der thermischen Druckverbindung wird die Klebefestigkeit
gering sein, wobei der Klebstoff das Substrat nicht in der erforderlichen Stärke verbinden
kann. Wenn die Intensität
der ultravioletten Strahlen hingegen zu hoch ist, führt die
Wärme,
die aufgrund der Einwirkung von UV-Licht hoher Intensität innerhalb
der Klebefolie und der Trennvorrichtung entsteht, dazu, dass die
Klebefolie ausgehärtet,
noch bevor sie auf das Substrat aufgebracht wird. Auch dies verhindert,
dass die Folie mit der erforderlichen Festigkeit am Substrat klebt.
Wenn die Intensität
der ultravioletten Strahlen nicht einheitlich ist, kann darüber hinaus
das Ausmaß der
Härtung über den
Klebstoff hinweg unterschiedlich sein, wodurch wiederum verhindert
wird, dass der Klebstoff die erforderliche Klebefestigkeit aufweist.
WO 00/00566 betrifft ein bestimmtes Klebeverfahren, bei dem eine
besondere Heißschmelz-Beschichtungsfolie
mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird. WO 02/061010 stellt
ein bestimmtes Verfahren zum Verkleben zweier Substrate bereit,
wobei eine licht-aktivierbare Klebefolie durch Bestrahlen aktiviert
wird.
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Es
ist erstrebenswert, ein Verfahren zum Verkleben von Substraten mittels
eines UV-aktivierten Klebstoffs mit einer relativ langen Nutzbarkeit
bereitzustellen. Es ist ebenfalls erstrebenswert, eine Vorrichtung
zur ultravioletten Bestrahlung bereitzustellen, die dieses Verfahren
zur Anwendung bringt, wobei eine Beschädigung des Substrats vermieden
wird, indem Sorge getragen wird, dass das zu verklebende Substrat
nicht mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird, und wobei eine
vorzeitige Härtung
der Klebefolie durch die Strahlungswärme der ultravioletten Strahlen
vermieden wird, um auf diese Weise eine angemessen lange Nutzbarkeit
des Klebstoffs sicherzustellen.
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zum Kleben zweier Substrate bereit,
welches folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen einer Klebefolie
mit einer ersten Oberfläche
und einer zweiten Oberfläche;
Bestrahlen
der Klebefolie mit ultravioletter Strahlung zum Bereitstellen einer
aktivierten Klebefolie mit einer ersten aktivierten Oberfläche und
einer zweiten aktivierten Oberfläche;
Abkühlen der
aktivierten Klebefolie unmittelbar nach Bestrahlen der Folie durch
eine Kühlplatte
oder ein Kühlgebläse;
Inkontaktbringen
der ersten aktivierten Oberfläche
mit einem ersten Substrat;
Inkontaktbringen der zweiten aktivierten
Oberfläche
mit einem zweiten Substrat; und
Anwenden von Wärme und
Druck auf das erste und das zweite Substrat zum Härten der
aktivierten Klebefolie und Verbinden der Substrate.
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Darüber hinaus
stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur ultravioletten
Bestrahlung bereit, wobei diese Vorrichtung bei dem oben genannten
Substratklebeverfahren benutzt wird und mit einem Ultraviolettbestrahlungskopf
sowie einem Mittel zum Abkühlen
der ultraviolett bestrahlten Klebefolie unmittelbar nach dem Bestrahlen
der Folie versehen ist, wobei das Mittel zum Abkühlen aus einer Kühlplatte
und einem Kühlgebläse gewählt wird.
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Bei
der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
unter Nennung verschiedener Bezugszeichen auf verschiedene Figuren
Bezug genommen, um die beschriebenen Strukturen zu identifizieren,
wobei
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1 ein
Schema des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein
Schema des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur ultravioletten
Bestrahlung zeigt;
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3 einen
Graphen zeigt, der die Temperaturveränderung während des Einwirkens von ultravioletten
Strahlen auf eine Klebefolie darstellt; und
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4 einen
Graphen zeigt, der die Intensität
der ultravioletten Strahlen auf der Oberfläche einer Klebefolie darstellt,
welche unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur ultravioletten
Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt.
Eine ultraviolett-aktivierbarer Klebefolie 5 mit einer
Trennvorrichtung oder Trägerschicht 4 wird
von einer Spule 1 abgewickelt und dann einem Druckverbindungskopf 3 zugeführt. Bevor
er den Druckverbindungskopf 3 erreicht, wird die ultraviolettaktivierbare
Klebefolie 5 auf ein erstes Substrat 7 übertragen.
Danach wird die Trennvorrichtung 4 von einer Spule 2 aufgenommen.
Das Substrat 7 und die Klebefolie 5 werden einem
Druckverbindungskopf 8 zugeführt, wo ein zweites Substrat 9 unter
Einwirkung von Wärme
und Druck mittels des Druckverbindungskopfes 8 mit dem
Substrat 7 verbunden wird.
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In
herkömmlichen
Verfahren erfolgte die Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen mittels
einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe, einer Halogen-Metalldampflampe
oder einer Quecksilber-Xenon-Lampe oder ähnlichem. Wie zuvor erwähnt, ist
es erforderlich, dass diese Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung
in ausreichendem Maße
ultraviolette Strahlen erzeugt, da es nicht möglich ist, eine angemessene
Klebefestigkeit zu erreichen, wenn die Intensität der einwirkenden ultravioletten
Strahlen zu gering ist und somit das Reaktionssystem nicht aktiviert
wird. Im Falle einer direkten Bestrahlung mittels einer Quecksilberdampflampe
usw. bestand indes das Problem der Erzeugung von Strahlungswärme, die
zu einem vorzeitigen Voranschreiten des Härtungsvorgangs führt. Daher
wird in der vorliegenden Erfindung die vorzeitige Härtung durch
Erzeugung von Strahlungswärme
verhindert, indem die ultraviolett bestrahlte Klebefolie gekühlt wird.
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Die
Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung 6 ist, wie zum
Beispiel in 2 gezeigt wird, auf eine Weise
aufgebaut, dass sie ein Mittel zum Abkühlen der Klebefolie dargestellt. 2 ist
eine Aufsicht, die eine Ausführungsform
der Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung 6, die in
der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Die Bezugszeichen 4 stellt
eine Trennvorrichtung dar, 5 die Klebefolie, 10 die
Führungswalzen, 11 einen Ultraviolettbestrahlungskopf, 12 eine
Lichtleitfaser, 13 eine ultraviolette Lichtquelle und 14 eine
rückwärtige Kühlplatte.
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Für die ultraviolette
Lichtquelle 13 können
ultraviolette Lichtquellen verwendet werden, die in herkömmlichen
Vorrichtungen zur ultravioletten Bestrahlung zum Einsatz kommen
und intensives Licht im ultravioletten Bereich mit einer Wellenlänge von
300–400
nm aussenden. Zu den Beispielen für eine solche Lichtquelle gehören Hochdruck-Quecksilberdampflampen,
Halogen-Metalldampflampen und Quecksilber-Xenon-Lampen. Hochdruck-Queck silberdampflampe
und Quecksilber-Xenon-Lampen senden normalerweise ein intensives
Licht mit einer Wellenlänge
von 365 nm aus, während
Halogen-Metalldampflampen verglichen mit Hochdruck-Quecksilberdampflampen
durch eine gute Aussendeleistung über einen breiteren Wellenbereich
hinweg gekennzeichnet sind, was darauf zurückzuführen ist, dass im Lampenkörper ein
Metallhalogenid enthalten ist, welches durch Halogenierung von Quecksilber
oder von einem Metall wie etwa Gallium oder Eisen mit Iod oder Brom
gebildet wird.
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Die
ultravioletten Strahlen aus dieser ultravioletten Lichtquelle 13 werden über die
Lichtleitfaser 12 ein den Ultraviolettbestrahlungskopf 13 geleitet.
Bei dem Werkstoff dieser Lichtleitfaser handelt es sich vorzugsweise
um Quarzglas, um die Abschwächung
im ultravioletten Wellenlängenbereich
möglichst
gering zu halten.
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Die
ultravioletten Strahlen, die mittels dieser Lichtleitfaser von der
ultravioletten Lichtquelle herangeführt wurden, wirken über eine
Bestrahlungsöffnung,
die sich am Ende des Abschnitts zur ultravioletten Bestrahlung befindet,
auf die Klebefolie 5 ein. Diese Bestrahlungsöffnung besteht
aus mehreren gebündelten Lichtleitfasern
und weist vorzugsweise eine rechteckige Form auf, um der ultravioletten
Bestrahlung der Klebefolie, die normalerweise ungefähr 2 mm
breit ist, in eine gleichmäßige Intensität in Längsrichtung
zu verleihen. Die Länge
der Bestrahlungsöffnung
kann zum Beispiel angepasst werden, indem eine Schließvorrichtung oder ähnliches
angebracht wird, um auf der Oberfläche ihrer vorderen Oberfläche die
Bestrahlungslänge
anzupassen. In der Praxis beträgt
die Länge
der Bestrahlungsöffnung
zweckmäßigerweise
zwischen ungefähr 10
cm und 1 m.
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Obgleich
die Breite der Bestrahlungsöffnung
mit der Breite der Klebefolie variiert, ist normalerweise eine Breite,
die ungefähr
zwischen der Breite einer einzelnen Lichtleitfaser (0,2 mm) und
einen Wert von 5 mm liegt, geeignet. An Ende der Bestrahlungsöffnung kann
eine bündelnde
optische Linse angebracht werden, um die ultravioletten Strahlen
in gebündelter
Form auf die bestrahlte Oberfläche
der Klebefolie zu senden.
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Während also
die Klebefolie 5 mit der Trennvorrichtung 4 von
der Spule 1 abgewickelt wurde und von einer Führungswalze
in die Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung 6 befördert und
für eine
vorgeschriebene Zeit mit ultravioletten Strahlen aus dem Ultraviolettbestrahlungskopf 11 bestrahlt
wird, ist unterdessen die Trennvorrichtung 4 mit der rückwärtigen Kühlplatte 14 in
Kontakt. Diese rückwärtige Kühlplatte 14 absorbiert die
Strahlungswärme,
die durch die ultraviolette Bestrahlung in der Klebefolie und in
der Trennvorrichtung erzeugt werden, und hemmt die Erwärmung der
Klebefolie. Daher besteht sie vorzugsweise aus einem Werkstoff mit
hoher Wärmeleitfähigkeit,
wie dies bei einem Metall wie etwa Edelstahl oder Aluminium der
Fall ist. Zusätzlich
dazu kann Kühlwasser
im Inneren oder hinter der rückwärtigen Kühlplatte
zirkulieren.
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Obgleich
dies in 2 nicht dargestellt ist, kann
die Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung darüber hinaus
mit einem Ultraviolettsensor zum Messen der Intensität der ultravioletten
Bestrahlung versehen sein (zum Beispiel mit einem Siliziumphotodioden-Sensor
mit einem ultravioletten Abschwächungsfilter),
sowie mit einem Kühlgebläse zum Abführen von
Wärme,
die sich im Inneren der Bestrahlungsvorrichtung aufstaut, und mit einem
Mittel, welches dazu dient, die rückwärtige Kühlplatte in engen Kontakt mit
der Trennvorrichtung zu bringen (indem zum Beispiel Luft auf die
Klebefolie geblasen wird, um den engen Kontakt durch die Winddruck herzustellen).
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Darüber hinaus
wird vorzugsweise ein Lichtfilter an der Bestrahlungsöffnung angebracht,
der es ermöglicht,
ultraviolette Strahlen mit einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger
in ausreichendem Maße
abzuschwächen,
da Strahlen mit besonders energiereichen Wellenlängen wie etwa solche mit einer
Wellenlänge von
300 nm oder weniger beim Bestrahlen der Folie von letzterer sowie
von der Trennvorrichtung leicht absorbiert und in Wärme ungewandelt
werden. Zusätzlich
dazu können
ein Filter, der sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von
450 bis 600 nm abschwächt,
oder ein Filter, der infrarote mit einer Wellenlänge von 800 bis 4000 nm absorbiert,
an der ultravioletten Lichtquelle oder an der Bestrahlungsöffnung angebracht
werden, um die Wärmeleitung
von der Lichtquelle zur Oberfläche
der Klebefolie zu hemmen.
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Obgleich
die rückwärtige Kühlplatte
in 2 so dargestellt ist, als wäre sie während des UV-Bestrahlungsvorgangs
mit der Klebefolie in Kontakt, werden die ultraviolette Bestrahlung
und das Abkühlen
in getrennten Vorrichtungen durchgeführt, wobei gemäß der Erfindung
das Abkühlen
unmittelbar nach der Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen durchgeführt wird.
Darüber
hinaus beschränken
sich die Mittel zum Abkühlen
nicht notwendigerweise auf eine rückwärtige Kühlplatte, sondern es kann auch
kühle Luft
mit einem Kühlgebläse eingeblasen
werden.
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Auf
diese Weise wird die Klebefolie unmittelbar nach dem Einwirken der
ultravioletten Strahlen auf die Klebefolie gekühlt, wodurch ein Überhitzen
der Klebefolie und somit ein vorzeitiges Härten der Klebefolie verhindert
wird.
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Wenn
in 1 das erste Substrat und das zweite Substrat beide
mit Schaltkreisen versehen sind, kann der Schaltkreis mittels einer
ultraviolett-aktivierbaren anisotropisch leitenden Klebefolie wie
der Klebefolie elektrisch verbunden werden. Im vorliegenden Schriftstück ist unter
dem Begriff "ultraviolett-aktivierbare
anisotropisch leitende Klebefolie" eine Folie zu verstehen, die aus einem
Klebstoff besteht, der dazu befähigt
ist, eine Klebeverbindung zwischen zwei Schaltkreissubstraten herzustellen,
wenn diese Schaltkreissubstrate aufeinander laminiert werden und
die Schaltkreise auf den Schaltkreissubstraten elektrisch leitend
gemacht werden, und die ebenfalls befähigt ist, eine Leitfähigkeit
in Richtung der Dicke aber nicht in Richtung der Substratebene auszuüben, sodass
die angrenzenden Schaltkreise auf den Schaltkreissubstrat nicht
kurzgeschlossen werden, wobei sie, genauer gesagt, beim Herstellen
der Klebeverbindung eine elektrische Leitfähigkeit ausübt. Die anisotropische Leitfähigkeit
ist ein Phänomen,
das auftritt, wenn Substrate durch thermische Druckverbindung mittels
einer Klebefolie miteinander verbunden werden, weil nichtleitende
Klebstoffbestandteile, die frei von leitenden Teilchen sind, durch
die Wärme
und den Druck während
der thermischen Druckverbindung verflüssigt und entfernt werden.
Im Ergebnis wird zwischen den Schaltkreis zweier sich gegenüberliegender
Substrate eine elektrische Verbin dung hergestellt, wobei die Leitfähigkeit
aber aufgrund der Gegenwart nichtleitender Klebstoffbestandteile
nicht in Richtung der Substratebene ausgeübt wird.
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Im
Falle des elektrisch leitenden Klebstoffs, der in der ungeprüften Japanischen
Patentanmeldung Nr. 11-60899
beschrieben ist, wird beispielsweise ein ultraviolett-aktivierbarer
kationischer Polymerisationskatalysator für die Katalyse der Härtung eines
alizyklischen Epoxidharzes verwendet, weshalb seine Nutzbarkeit nach
dem Einwirken ultravioletter Strahlen als sehr kurz gilt. In dem
Verfahren, das in der oben genannten Patentanmeldung beschrieben
ist, wird die thermische Druckverbindung unmittelbar nach dem Einwirken
der ultravioletten Strahlen durchgeführt, weshalb die kurze Nutzbarkeit
unproblematisch ist. Wie oben beschrieben, wird indes in dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung das Substrat einige Zeit nach dem Einwirken
der ultravioletten Strahlen zum Druckverbindungskopf befördert, und
eine Klebefolie mit zu kurzer Nutzbarkeit erwiese sich als unvorteilhaft.
Wenn zudem die Wartungsdauer, die im tatsächlichen Produktablauf während des
Installierens einer Halbleitervorrichtung anfällt, oder zeitweilige Störungen oder ähnliches
in der Produktionsabfolge berücksichtigt
werden, sollte die Nutzbarkeit der ultraviolett-aktivierbaren Klebefolie,
die in der vorliegende Erfindung verwendet wird, vorzugsweise mindestens
10 Minuten betragen. Darüber
hinaus besteht die ultraviolett-aktivierbare Klebefolie zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise aus einem Klebstoff,
der sämtliche
der folgenden Eigenschaften aufweist: (1) Die Lagerstabilität bei Raumtemperatur
ist gut, zum Beispiel kann der nutzbare Zustand mindestens 30 Tage
lang aufrechterhalten werden, (2) der Klebstoff kann vor der Aktivierung
durch ultraviolette Strahlen relativ hohen Temperaturen ausgesetzt
werden, wobei die Trocknung zur Bildung einer Folie innerhalb einer
kurzen Zeit vollendet werden kann und die Klebefolie auf effiziente
Weise gebildet werden kann, (3) der Klebstoff kann nach der Aktivierung
durch ultraviolette Strahlen zum Zeitpunkt der thermischen Druckverbindung
schnell bei niedrigeren Temperaturen gehärtet werden, vorzugsweise kann
er innerhalb 1 Minute gehärtet
werden und insbesondere innerhalb von 30 Sekunden, wobei eine Härtungsdauer
von 10 Sekunden den zuvor genannten Werten wiederum vorzuziehen
ist, und (4) nach der Verbindung der beiden Substrat miteinander
zeigt sich eine ausgezeichnete Verbindungsstabilität.
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Bei
diesem bevorzugten ultraviolett-aktivierbaren Klebstoff kann es
sich, zum Beispiel, um einen Klebstoff handeln, der als hauptsächlichen
Bestandteile ein Epoxidharz, das (1) ein alizyklisches Epoxidharz,
(2) ein Glycidylgruppen-enthaltendes Epoxidharz (3) einen kationischen
Polymerisationskatalysator mit Ultraviolett-Aktivierung und (4)
einen kationischen Polymerisationshemmer enthält, umfasst. Bei Verwendung
dieses Klebstoffs können
die oben beschriebenen Eigenschaften in guter Ausgewogenheit erhalten
werden. Um aus diesem bevorzugten ultraviolett-aktivierbaren anisotropisch
leitenden Klebstoff eine Folie herzustellen, wird ein thermoplastisches
Elastomer oder ein Harz hinzugefügt.
Ein ultraviolett-aktivierbarer anisotropisch leitender Klebstoff
kann erhalten werden, indem dem ultraviolettaktivierbaren Klebstoff
leitende Teilchen zugesetzt werden.
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Wenn
es mit einem ultraviolett-aktivierbaren kationi schen Polymerisationskatalysator
kombiniert wird, ermöglicht
das alizyklische Epoxidharz eine schnelle Härtung bei niedrigen Temperaturen
Gemeinsam mit dem kationischen Polymerisationshemmer bewirkt das
Glycidylgruppen-enthaltende Epoxidharz eine Verlängerung der Nutzbarkeit der
Klebefolie nach der Aktivierung durch ultraviolette Strahlen, wobei
seine Reaktivität
geringer als die des alizyklischen Epoxidharzes ist und im Bereich
geringfügig
höherer
Temperaturen in Erscheinung tritt. Bei dem ultraviolett-aktivierbaren
kationischen Polymerisationshemmer handelt es sich um eine Verbindung,
die unter Einwirkung ultravioletter Strahlen die Bildung einer Lewis-Säure oder
einer ähnlichen
Verbindung verursacht, welche als kationischer Initiator dient und
die Öffnungsreaktion
des Epoxyringes katalysiert. Der kationische Polymerisationshemmer
unterdrückt
oder hemmt die kationische Polymerisationsreaktion, indem er einen
Teil des kationischen Polymerisationskatalysators entzieht und daneben
Lewis-Säuren
oder ähnliche
Verbindungen, die bei der kationischen Polymerisation als Initiator
dienen, einfängt
und dadurch die Nutzbarkeit der Klebefolie verlängert.
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Um
eine gute elektrische Verbindung zwischen einem Substrat und einem
weiteren Substrat mittels einer ultraviolett-aktivierbaren Klebefolie
zu erreichen, ist es notwendig, dass die Klebstoffsubstanz während der
thermischen Druckverbindung vollständig durch Wärme und
Druck verflüssigt
wird und dass der nichtleitende Klebstoffbestandteil zwischen den
leitenden Teilchen um dem Schaltkreis auf dem Schaltkreissubstrat in
zufriedenstellendem Maße
entfernt wird. Die Flüssigkeit
der Klebstoffsubstanz variiert in Abhängigkeit von der intrinsischen
Viskosität
des Harzes im Klebstoff und von der Zunahme der Viskosität, welche
sich im Laufe der wärmeinduzierten
Härtungsreaktion
schrittweise vollzieht. Wenn die Zusammensetzung als Epoxidharz das
alizyklische Epoxidharz und daneben den ultraviolettaktivierbaren
kationischen Polymerisationskatalysator enthält, kann sie vor der Aktivierung
durch ultraviolette Strahlen nicht als Katalysator wirken. Daher
sind eine gute Lagerfähigkeit
bei Raumtemperatur sowie die Fähigkeit
zur Aufrechterhaltung des nutzbaren Zustandes über einen Zeitraum von mindestens
30 Tagen gewährleistet.
Nach der Aktivierung durch ultraviolette Strahlen wird die Zusammensetzung
indes bei niedrigen Temperaturen innerhalb eines kurzen Zeitraumes wärmegehärtet. Da
die Wärmehärtungsreaktion
nach der Aktivierung rasch voranschreitet und die Viskosität aufgrund
der Wärmehärtungsreaktion
innerhalb eines kurzen Zeitraumes zunimmt, muss die thermische Druckverbindung
schnell durchgeführt
werden. Um diese Härtungsreaktion
zu verzögert,
kann es in Betracht gezogen werden, einen kationischen Polymerisationshemmer
hinzuzufügen.
Selbst wenn ein solcher Hemmer hinzugefügt wird, kann jedoch, wenn
zwischen dem Einwirken der ultravioletten Strahlen und der thermischen Druckverbindung
zuviel Zeit verstreicht, was Beispiel durch wechselseitiges Ausrichten
der beiden Schaltkreissubstrate in diesem Verfahrensschritt der
Fall sein könnte,
der Klebstoffbestandteil zwischen den elektrisch leitenden Teilchen
und dem Schaltkreis des Schaltkreissubstrats nicht in zufriedenstellendem
Maße entfernt
werden, was darauf zurückzuführen ist,
dass im Laufe der Wärmehärtungsreaktion,
welche sich schrittweise vollzieht, die Viskosität der Klebstoffsubstanz zunimmt,
so dass die elektrische Verbindung dazu neigt, instabil zu sein.
Wenn die Zusammensetzung als Epoxidharz das Glycidylgruppen enthaltende
Epoxidharz enthält,
läuft die
Wärmehärtungsreaktion
nach dem Einwirken von ultravioletten Strahlen relativ langsam ab.
Wenngleich es ermöglicht
wird, die Nutzbarkeit nach der Aktivierung zu verlängern, ist
es daher notwendig, entweder die Temperatur bei der Druckverbindung
zu erhöhen
oder die Druckverbindungszeit zu verlängern, um eine zufriedenstellende
Härtung
zu erreichen und somit eine gute elektrische Verbindung zu gewährleisten.
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Die
Zunahme der Viskosität
einer anisotropisch leitenden Klebefolie, die aus einem anisotropisch
leitenden Klebstoff hergestellt wird, welcher ein Epoxidharz, das
sowohl ein alizyklisches Epoxidharz als auch ein Glycidylgruppen-enthaltendes
Epoxidharz enthält,
sowie zusätzlich
einen ultraviolett-aktivierbaren kationischen Polymerisationskatalysator
und einen kationischen Polymerisationshemmer umfasst, wird nach
dem Einwirken von ultravioletten Strahlen durch die Wirkung des
Glycidylgruppen-enthaltenden Epoxidharzes und des kationischen Polymerisationshemmers
verringert. Daher ist es möglich,
die Nutzbarkeit nach der Aktivierung zu verlängern und gleichzeitig dank
der hohen Reaktivität
des alizyklischen Epoxidharz, welche auf die Kombination des alizyklischen
Epoxidharzes mit dem ultraviolett-aktivierbaren kationischen Polymerisationskatalysator
zurückzuführen ist,
die Folie selbst bei niedrigen Temperaturen in zufriedenstellendem
Maße zu härten und
dadurch eine stabile elektrische Verbindung zu gewährleisten.
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Somit
ist diese ultraviolett-aktivierbare Klebefolie vorteilhaft indem
(1) die Härtungsreaktion
nicht vor der Aktivierung durch ultraviolette Strahlen abläuft und
die Lagerungsstabilität
bei Raumtemperatur gut ist, (2) vor der Aktivierung eine relativ
hohe Temperatur eingestellt werden kann (da die Härtungsreaktion
selbst bei 80°C
nicht abläuft),
sodass die Trocknung zum Herstellen der Folie innerhalb eines kurzen
Zeitraumes abgeschlossen werden kann, wodurch die Klebefolie, verglichen
mit herkömmlichen
Klebefolien, in hocheffizienter Weise (innerhalb eines kurzen Zeitraumes)
hergestellt werden kann, (3) nach der Aktivierung durch ultraviolette
Strahlen die Nutzbarkeit bei gewöhnlichen
Temperaturen vorzugsweise auf 10 Minuten oder mehr verlängert werden
kann, sodass der Druckverbindungsvorgang in zufriedenstellender
Weise durchgeführt
werden kann, (4) die elektrische Verbindung durch Verkleben eines
Werkstoffs erzielt wird, der durch Wärme leicht verformbar ist,
zum Beispiel durch Verkleben eines Schaltkreissubstrats, das aus
FPC oder TAB auf Basis eines Polymerwerkstoffs wie etwa Polyester
oder Polyimid oder PCB, Polycarbonat oder Polyethersulfon auf Basis von
glasverstärktem
Epoxywerkstoff besteht, wobei die Verformung des Werkstoffs auf
ein Minimum reduziert werden kann, indem die thermische Druckverbindung
des Werkstoffs schnell (vorzugsweise innerhalb 1 Minute, insbesondere
innerhalb von 30 Sekunden, mit besonderem Vorzug innerhalb von 10
Sekunden) bei niedrigen Temperaturen in der Größenordnung von 100 bis 130°C durchgeführt wird,
und (5) sich nach der Verbindung der Substrate miteinander eine
ausgezeichnete Leitungsverbindung zeigt.
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Die
Bestandteile, aus denen die bevorzugte ultraviolett-aktivierbare
Klebefolie besteht, werden unten im Einzelnen beschrieben.
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Alizyklisches
Epoxidharz
-
Wie
oben erwähnt,
verbessert das alizyklische Epoxidharz die Schnellhärtbarkeit
und die Härtbarkeit bei
niedrigen Temperaturen der Klebstoffzusammensetzung. Die Kombination
dieses Bestandteils mit einem ultraviolett-aktivierbaren kationischen
Polymerisationskatalysator ermöglicht
schnelle Härtung
bei niedrigen Temperaturen. Aufgrund seiner geringern Viskosität bewirkt
es ebenfalls einen engeren Kontakt zwischen der Zusammensetzung
und das Substrat. Bei dem alizyklischen Epoxidharz handelt es sich
um ein Epoxidharz mit durchschnittlich mindestens zwei alizyklischen
Epoxygruppen pro Molekül.
Als Beispiele alizyklischer Epoxidharze wären die Folgenden zu nennen,
deren Molekül
zwei Epoxygruppen aufweist: Vinylcyclohexendioxid, 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat,
bis-(3,4-Epoxycyclohexyl)adipat, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl-5,5-spiro-3,4-epoxy)cyclohexan-meta-dioxan
sowie Kombinationen dieser Verbindungen. Polyfunktionale alizyklische
Epoxidharze mit 3, 4 oder mehr Epoxygruppen im Molekül (zum Beispiel
Epolide GT, erhältlich
bei Daicel Chemical Industries, Ltd.) können ebenfalls verwendet werden.
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Die
Anzahl der Epoxidäquivalente
des alizyklischen Epoxidharzes liegt üblicherweise im Bereich von 90–500, und
beträgt
vorzugsweise 100–400,
insbesondere 120–300,
wobei eine Anzahl von 210–235
den zuvor genannten Werten wiederum vorzuziehen ist. Bei weniger
als 90 Epoxidäquivalenten
verringert sich die Härte
nach dem Aushärten,
und die Klebfestigkeit ist geringer, was zu einer geringeren Zuverlässigkeit
der Verbindung führen
kann. Bei mehr als 500 Epoxidäquivalente
ist Viskosität des
Gesamtsystem übermäßig hoch, die
Fließeigenschaften
während
der thermischen Druckverbindung sind schlecht, oder die Reaktivität wird derart
verringert, dass die Zuverlässigkeit
der Verbindung verringert werden kann.
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Glycidylgruppen-enthaltende
Epoxidharz
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Wie
oben erwähnt
hat das Glycidylgruppen-enthaltende Epoxidharz im Zusammenwirken
mit einem kationischen Polymerisationshemmer die Aufgabe, die Nutzbarkeit
der Zusammensetzung nach der Ultraviolettaktivierung zu verlängern, wobei
seine Reaktivität
geringer als die des alizyklischen Epoxidharzes ist und im Bereich
geringfügig
höherer
Temperaturen in Erscheinung tritt. Bei Verwendung einer Klebefolie,
die ausschließlich
das alizyklische Epoxidharz ohne jeglichen Zusatz an Glycidylgruppen-enthaltendem
Epoxidharz enthält,
neigt die Härtungsreaktion
dazu, sogar bei niedrigen Temperaturen nahe der Raumtemperatur abzulaufen,
was als Nachteil eine kürzere
Nutzbarkeit nach der Aktivierung durch ultraviolette Bestrahlung
nach sich zieht. Wenn sich die Zeit bis zur thermischen Druckverbindung
aufgrund der Zeit, die für
das Ausrichten der Schaltkreissubstrate usw. erforderlich ist, verlängert, erhöht sich,
wie oben erklärt,
aufgrund der Härtungsreaktion
die Viskosität
der Zusammensetzung, sodass eine ausreichende Entfernung der Klebstoffbestandteil zwischen
den leitenden Teilchen und dem Leiterelement der jeweiligen Schaltkreissubstrat
verhindert wird, wodurch die elektrische Verbindung instabil wird.
Das Glycidylgruppenenthaltende Epoxidharz gleicht diesen Nachteil
derartiger alizyklischer Epoxidharze aus. Bei dem Glycidylgruppen-enthaltenden
Epoxidharz handelt es sich um ein Epoxidharz mit durchschnittlich
mindestens zwei alizyklischen Epoxygruppen pro Molekül. Als Beispiele
für Glycidylgruppen-enthaltende
Epoxidharze wären
Epoxidharz des Typs Bisphenol-A zu nennen, die aus Bisphenol-A und
Epichlorhydrin hergestellt werden, sowie Epoxidharze niedriger Viskosität des Typs Bisphenol-F,
polyfunktionale Phenol-Novolak-Epoxidharze, ortho-Kresol-Epoxidharz
sowie Kombinationen dieser Verbindungen. Epoxidharze des Typs Glycidylester
wie etwa Glycidylhexahydrophthalatester können ebenfalls verwendet werden.
Sie sind indes auf Epoxidharze beschränkt, die keinerlei kationische
polymerisationshemmende Gruppen wie etwa Amine oder schwefel- oder
phosphorhaltige Gruppen aufweisen.
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Die
Anzahl der Epoxidäquivalente
des Glycidylgruppenenthaltenden Epoxidharzes liegt üblicherweise im
Bereich von 170–5500,
und beträgt
vorzugsweise 170–1000,
insbesondere 170–500,
wobei eine Anzahl von 175–210
den zuvor genannten Werten wiederum vorzuziehen ist. Bei weniger
als 170 Epoxidäquivalenten können sich
die Härte
nach dem Aushärten
sowie die Klebfestigkeit verringern. Bei mehr als 5500 Epoxidäquivalente
ist Viskosität
des Gesamtsystem übermäßig hoch,
die Fließeigenschaften
während
der thermischen Druckverbindung sind schlecht, oder die Reaktivität wird derart
verringert, dass die Zuverlässigkeit
der Verbindung verringert werden kann.
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Mischungsverhältnis zwischen
dem alizyklischen Epoxidharz und dem Glycidylgruppen-enthaltenden
Epoxidharz
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Das
alizyklische Epoxidharz und das Glycidylgruppenenthaltende Epoxidharz
sorgen einen zufriedenstellenden Ausgleich der Eigenschaften der
Zusammensetzung. Ge nauer gesagt ist es möglich, einen Klebstoff bereitzustellen,
der sowohl die schnelle Härtbarkeit
bei niedrigeren Temperaturen des alizyklischen Epoxidharzes als
auch die lange Lagerfähigkeit
bei Raumtemperatur des Glycidylgruppen-enthaltende Epoxidharz in
zufriedenstellendem Maße
aufweist. Das Gewichtsverhältnis
zwischen dem alizyklischen Epoxidharz und dem Glycidylgruppen-enthaltenden
Epoxidharz liegt üblicherweise
zwischen 20:80 und 98:2, vorzugsweise zwischen 40:60 und 94:6, insbesondere
zwischen 50:50 und 90:10, wobei Verhältnissen zwischen von 50:50
und 80:20 den zuvor genannten Verhältnissen wiederum vorzuziehen
sind. Wenn der Anteil des alizyklischen Epoxidharzes weniger als
20% bezogen auf die Gesamtmenge des alizyklischen Epoxidharzes und des
Glycidylgruppen-enthaltende Epoxidharzes beträgt, können sich die Härtungseigenschaften
bei niedrigen Temperatur verschlechtern, und die Klebefestigkeit
sowie die Zuverlässigkeit
der Verbindung können
ungeeignet sein. Wenn die Menge des alizyklischen Epoxidharzes mehr
als 98% beträgt,
kann die Härtungsreaktion sogar
nahe der Raumtemperatur gefördert
werden, wodurch die Nutzbarkeit nach der Ultraviolettbestrahlung verkürzt wird.
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Ultraviolett-aktivierbarer
kationischer Polymerisationskatalysator
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Bei
dem ultraviolett-aktivierbaren kationische Polymerisationskatalysator
handelt es sich um eine Verbindung, die bei ultravioletter Bestrahlung
eine Ringöffnungsreaktion
katalysiert, indem sie die Bildung einer kationisch aktiven Spezies
wie etwa einer Lewis-Säure
verursacht. Als Beispiele für
derartige Polymerisationskatalysatoren wären Aryldiazoniumsalze, Diaryliodo niumsalze,
Triaryldiazoniumsalze, Triarylselensalze, Eisen-Arenkomplexe und ähnliche
Verbindungen zu nennen. Eisen-Arenkomplex genießen aufgrund ihrer thermischen
Stabilität
einen besonderen Vorzug, und insbesondere wären Xylol-cyclopentadienyl-Eisen(II)-hexafluorantimonat,
Cumen-cyclopentadienyl-Eisen(II)-hexafluorphosphat und Xylol-cyclopentadienyl-Eisen-(II)-tris(trifluormethylsulfonyl)methid
zu nennen.
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Bezogen
auf 100 Gewichtsteile des Epoxidharz werden von dem ultraviolett-aktivierbaren
kationischen Polymerisationskatalysator üblicherweise 0,05 bis 10 Gewichtsteile,
vorzugsweise 0,075 bis 7,0 Gewichtsteile und insbesondere 0,1 bis
4,0 Gewichtsteile verwendet, wobei einer Verwendung von 1,0 bis
2,5 Gewichtsteilen den zuvor genannten Werten wiederum vorzuziehen
ist. Wenn die Menge geringer als 0,05 Gewichtsteile ist, können sich
die Härtungseigenschaften
bei niedrigen Temperaturen verschlechtern, und die Klebefestigkeit
sowie die Zuverlässigkeit
der Verbindung können
ungeeignet sein. Wenn die Menge größer als 10,0 Gewichtsteile
ist, kann die Härtungsreaktion
sogar nahe der Raumtemperatur gefördert werden und die Lagerfähigkeit
bei Raumtemperatur kann verringert werden.
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Kationischer
Polymerisationshemmer
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Der
kationische Polymerisationshemmer unterdrückt oder hemmt die kationische
Polymerisationsreaktion, indem er einen Teil des kationischen Polymerisationskatalysators
ersetzt und daneben Lewis-Säuren oder
andere Spezies, die bei der kationischen Polymerisation eine kationische
Aktivität
zeigen, abfängt.
Insbesondere wären
Kronenether wie etwa 15-Krone-5 sowie 1,10-Phenanthro lin und seine
Derivate, Toluidine wie etwa NN-Diethylmeta-toluidin, Phosphine
wie etwa Triphenylphosphin sowie Triazine usw. zu nennen.
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Im
Verhältnis
zum ultraviolett-aktivierbaren kationischen Polymerisationskatalysator
werden von dem kationischen Polymerisationshemmer üblicherweise
0,01 bis 10,0 Äquivalente,
vorzugsweise 0,05 bis 5,0 Äquivalente
und insbesondere 0,1 bis 3,0 Äquivalente
verwendet, wobei eine Verwendung von 0,4 bis 2,0 Äquivalenten
den zuvor genannten Werten wiederum vorzuziehen ist. Wenn von dem
kationischen Polymerisationshemmer mehr als 10,0 Äquivalente
vorhanden sind, können
sich die Härtungseigenschaften
bei niedrigen Temperatur verschlechtern, und die Klebefestigkeit
sowie die Zuverlässigkeit
der Verbindung können
ungeeignet sein, während
bei einer Gegenwart in einer Menge, die weniger als 0,05 Äquivalenten
entspricht, die Härtungsreaktion
sogar nahe der Raumtemperatur gefördert werden und die Lagerfähigkeit
bei Raumtemperatur verringert werden kann.
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Leitende Teilchen
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Bei
den verwendeten leitenden Teilchen kann es sich um leitende Teilchen
wie etwa Kohlenstoffteilchen oder Metallteilchen aus Silber, Kupfer,
Nickel, Gold, Zinn, Zink, Platin, Palladium, Eisen, Wolfram oder Molybdän sowie
aus Lötmetall
derartiger Stoffe oder aber um Teilchen, die hergestellt wurden,
indem ihre Oberfläche
mit einer leitenden Beschichtung aus Metall oder ähnlichem überzogen
wurde, handeln. Es ist ebenfalls möglich, nichtleitende Teilchen
aus einem Polymer wie etwa aus Polyethylen, Polystyrol, Phenolharz, Epoxidharz,
Acrylharz oder Benzoguanaminharz oder aber Glasperlen, Siliziumdioxid,
Graphit oder Keramikteilchen zu verwenden, deren Oberflächen mit
einer leitenden Beschichtung oder Metall oder ähnlichem überzogen wurden.
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Obgleich
es keine besonderen Einschränkungen
hinsichtlich der Form der verwendeten leitenden Teilchen gibt, ist
es üblicherweise
vorzuziehen, dass diese annähernd
kugelförmig
sind, wobei das Vorhandensein eines gewissen Ausmaßes an Unregelmäßigkeiten
oder Spitzen auf der Oberfläche
der Partikel ihrer Verwendung nicht entgegensteht. Ferner können die
leitenden Partikel eine ovale Form oder eine Stabform aufweisen. Die
mittlere Teilchengröße der leitenden
Teilchen kann in Abhängigkeit
von der Elektrodenbreite und vom Abstand zwischen den nebeneinander
liegenden Elektroden, die zur Herstellung einer Verbindung benutzt
werden, variieren. Wenn zum Beispiel die Elektrodenbreite 50 μm und der
Abstand zwischen den nebeneinander liegenden Elektroden ebenfalls
50 μm beträgt (d.h.
die Verbindungsdichte der Elektroden beträgt 100 μm), ist eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 3 bis
20 μm angemessen.
Durch die Verwendung einer anisotropisch leitenden Klebefolie, in
welcher leitende Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße in diesem
Bereich dispergiert sind, ist es möglich, vollkommen zufriedenstellende
Leitungseigenschaften zu erzielen, wobei aber auch in geeigneter
Weise ein Kurzschluss zwischen nebeneinander liegenden Elektroden
vermieden wird. Da in den meisten Fällen der Abstand der Elektroden,
die zur Herstellung einer Verbindung zwischen den beiden Schaltkreissubstraten
verwendet werden, zwischen 50 und 1000 μm betragen wird, liegt die mittlere
Teilchengröße der leitenden
Teilchen vorzugsweise im Bereich von 2 bis 40 μm. Wenn die kleiner als 2 μm sind, könnten sie in
Löcher
in der Elektrodenoberfläche
eindringen und somit ihre Funktion als leitende Teilchen verlieren,
und wenn sie größer als
40 μm sind,
könnten
sie dazu neigen, Kurzschlüsse
zwischen nebeneinander liegende Elektroden zu verursachen.
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Die
zugesetzte Menge an leitenden Teilchen kann in Abhängigkeit
von der Fläche
der verwendeten Elektroden und der mittleren Teilchengröße der leitenden
Teilchen variieren. Üblicherweise
kann eine zufriedenstellende Verbindung mit wenigen (zum Beispiel
mit 2–10)
leitenden Teilchen pro Elektrode erzielt werden. Um den elektrischen
Widerstand weiter zu verringern, können die leitenden Teilchen
der Zusammensetzung in einer Menge von 10–300 pro Elektrode zugesetzt
werden. Falls bei der thermischen Druckverbindung ein hoher Druck
ausgeübt
wird, kann die Anzahl der leitenden Teilchen für jede Elektrode auf 300–1000 erhöht werden,
wobei der Druck gleichmäßig verteilt
werden kann, um eine zufriedenstellende Verbindung zu erzielen.
Bezogen auf das Gesamtvolumen der Zusammensetzung ohne die leitenden
Teilchen liegt die Menge an leitenden Teilchen üblicherweise zwischen 0,1 und
30 Volumen%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 Volumen% und insbesondere
zwischen 1 und 5 Volumen%. Wenn die Menge weniger als 0,1 Volumen%
beträgt, kann
die Wahrscheinlichkeit dafür
zunehmen, dass bei Verbindung der Elektrode keine leitenden Teilchen
vorhanden sind, wodurch die Gefahr einer geringeren Zuverlässigkeit
der Verbindung zunimmt. Wenn die Menge mehr als 30 Volumen% beträgt, kann
es zu Kurzschlüssen
zwischen nebeneinander liegenden Elektroden kommen.
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Thermoplastisches Elastomer
oder Harz
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Wenn
der ultraviolett-aktivierbare Klebstoff als Klebefolie verwendet
werden soll, umfasst er vorzugsweise ein thermoplastisches Elastomer
oder Harz. Das thermoplastische Elastomer oder Harz erleichtert
die Herstellung einer Klebefolie, und verbessert zudem die Widerstandfähigkeit
dieser Klebefolie gegen mechanische Einwirkungen und baut restlichen
Stress ab, der durch die Härtungsreaktion
hervorgerufen wird, um so die Zuverlässigkeit der Verbindung zu
verbessern. Die Art von Polymerverbindungen, die gemeinhin als thermoplastische
Elastomere bekannt sind, bestehen aus einem harten Abschnitt, der
unterhalb einer bestimmten Temperatur eine starre Phase bildet,
und einem weichen Abschnitt, der Gummielastizität zeigt. Zu den derartigen
Elastomeren gehören
thermoplastische Elastomere auf Styrolbasis sowie Elastomere auf
Styrolbasis, die Blockcopolymere sind und, zum Beispiel, eine Styroleinheit
im harten Abschnitt und eine Polybutadieneinheit oder eine Polyisopreneinheit
im weichen Abschnitt umfassen. Als typische Beispiele wären Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere
(SBS), Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymere
(SIS) ebenso wie Styrol-(Ethylen-Butylen)-Styrol-Blockcopolymere
(SEBS), bei denen die Dienkomponente im weichen Abschnitt hydriert ist,
Styrol-(Ethylen-Propylen)-Styrol-Blockcopolymere (SEPS) sowie Kombinationen
dieser Verbindungen zu nennen. Thermoplastische Elastomere auf Styrolbasis,
die über
reaktive Gruppen verfügen,
wie etwa Elastomerarten, die mit Glycidylmethacrylat epoxy-modifiziert
sind, oder Elastomerarten, bei denen die ungesättigte Bindung eines konjugierten
Diens epoxidiert ist, können
ebenfalls verwendet werden. Bei solchen Elastomeren mit reaktiven
Gruppen sorgt die hohe Polarität
der reakti ven Gruppen für
eine erhöhte
Verträglichkeit
mit dem Epoxidharz, sodass die Spannbreite an Formulierungen mit
Epoxidharzen erweitert wird, wobei der Einbau in vernetzte Strukturen
mittels einer Vernetzungsreaktion mit dem Epoxidharz die Zuverlässigkeit
der Verbindung aufgrund der Widerstandsfähigkeit gegen Wärme und
Feuchtigkeit verbessern kann. Ein Beispiel eines epoxidierten Elastomers
auf Styrolbasis ist Epofriend A1020 (Daicel Chemical Industries,
Ltd.). In der vorliegenden Erfindung kann anstelle eines thermoplastischen
Elastomers auch ein thermoplastisches Harz verwendet werden. Da
das thermoplastische Harz durch Verflüssigung während der thermischen Druckverbindung
der Klebefolie entfernt werden muss, eine zufriedenstellende elektrische
Verbindung zwischen des Leiters auf dem verbundenen Substrat zu
gewährleisten,
beschränkt
sich die Auswahl auf ein Harz mit einer Tg, die nicht höher als
die Temperatur bei der thermischen Druckverbindung ist (zum Beispiel
100 bis 130°C).
Zu den Beispielen für
solche Harze gehören
Polystyrolharze, Phenoxyharze sowie Kombinationen dieser Verbindungen.
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Bezogen
auf 100 Gewichtsteile des Epoxidharzes werden üblicherweise 10 bis 900 Gewichtsteile
des thermoplastischen Elastomers oder Harzes verwendet, vorzugsweise
jedoch 20 bis 500 Gewichtsteile, insbesondere 30 bis 200 Gewichtsteile,
wobei eine Verwendung von 40 bis 100 Gewichtsteile den zuvor genannten Werten
wiederum vorzuziehen ist. Wenn weniger als 10 Gewichtsteile zugesetzt
werden, kann die Fähigkeit des
Klebstoffs, eine Folie zu bilden, verringert werden, und wenn mehr
als 900 Gewichtsteile zugesetzt werden, können die Fließeigenschaften
des Klebstoff insgesamt bei niedrigen Temperatur verschlechtert
werden, was zu einem un zureichenden Kontakt führen kann, wenn die leitenden
Teilchen und das Schaltkreissubstrat verbunden werden, wodurch möglicherweise
der elektrische Widerstand steigt oder die Zuverlässigkeit
der Verbindung abnimmt und manchmal auch die Klebeverbindung verschlechtert
wird.
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Andere Zusatzstoffe
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Der
ultraviolett-aktivierbaren Klebefolie, die in der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, kann zusätzlich
zu den oben genannten Bestandteilen ein kationischer Polymerisationsreaktionsbeschleuniger
zugesetzt werden. Der Zusatz eines Reaktionsbeschleunigers kann
die Härtbarkeit
bei niedrigen Temperaturen und die Eigenschaft der schnellen Härtung weiter
verbessern. Ein Beispiel für
einen derartigen Reaktionsbeschleuniger ist di-tert-Butyloxylat.
Bezogen auf 100 Gewichtsteile des alizyklischen Epoxidharzes und
des Glycidylgruppenenthaltenden Epoxidharzes wird von dem Reaktionsbeschleuniger üblicherweise
eine Menge im Bereich von 0,01 bis 5 Gewichtsteilen, vorzugsweise
von 0,05 bis 3 Gewichtsteilen und insbesondere von 0,1 bis 2 Gewichtsteilen
zugesetzt. Um die Verbindung zwischen dem Schaltkreissubstrat und
der Klebstoffzusammensetzung zu verbessern, kann ein Kupplungsmittel,
zum Beispiel ein Silankupplungsmittel wie etwa γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan
oder β-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl
trimethoxysilan enthalten sein.
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Darüber hinaus
können
weitere Zusatzstoffe wie etwa Antioxidantien (zum Beispiel gehinderte
Antioxidantien auf Phenolbasis), Diole (zum Beispiel bis(Phenoxyethanol)fluoren),
Kettenübertragungsmittel, Sensibilisatoren
(zum Beispiel Anthracen), klebrig machende Mittel (Tackifier), thermoplastische
Harze (zum Beispiel Polyvinylacetal-, Polybutyral- oder Acrylharz
sowie Kombinationen dieser Verbindungen), Füllstoffe wie etwa Siliziumdioxid,
Mittel zur Änderung
des Fließverhaltens,
Weichmacher, Schaumverhüter
und Ähnliches zugesetzt
werden, solange dies die Wirksamkeit der Erfindung nicht beeinträchtigt.
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Trennvorrichtung
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Die
ultraviolett-aktivierbare Klebstoffzusammensetzung, welche die oben
beschriebenen Bestandteile enthält,
wird auf eine Trennvorrichtung aufgetragen und getrocknet, um eine
Klebefolie zu bilden. Die so hergestellte ultraviolett-aktivierbare
Klebefolie wird vorzugsweise so weit wie möglich vor dem Einwirken unnötiger ultravioletter
Strahlen geschützt,
bevor die Folie ultraviolett bestrahlt wird. Dementsprechend kann
es sich bei der Trennvorrichtung um eine Folie handelt, die durch
Formgebung aus einem Harz wie etwa aus Nylon, Polyester, Polypropylen,
acrylbasiertem Harz, Polycarbonat, Vinylharz, Polyethylen oder Polyimid
hergestellt wird, wobei diese als Trennvorrichtung benutzte Folie
vorzugsweise mit der Fähigkeit
versehen ist, aufgrund der Einarbeitung eines Ultraviolettabsorptionsmittels
den Durchlassfaktor für
ultraviolette Strahlung zu verringern, und wobei sie auf einer Seite
oder auf beiden Seiten über
eine Trennschicht aus einem Trennmittel auf Basis von Silikon oder
Fluor verfügt.
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Der
Durchlassfaktor für
ultraviolette Strahlung beträgt
vorzugsweise 10% oder weniger bei einer Wellenlänge von 300 bis 400 nm. Zu
den Beispielen für
ein Verfahren zur Verringerung des Durchlassfaktors für ultraviolette
Strahlung der Trennvorrichtung gehören ein Verfahren zum Einarbeiten
eines ultraviolettabsorbierenden Bestandteils wie etwa Kohlenstoff
in die Folie selbst, ein Verfahren zum Aufbringen einer Farbe, die einen
ultraviolettabsorbierenden Bestandteil enthält, auf die Folienoberfläche sowie
ein Verfahren zur Bildung einer Metalldünnschicht aus einem Metall
wie etwa Aluminium oder Nickel auf der Folienoberfläche durch
Metallisierunf oder Ähnliches.
Die Klebefolie kann nicht nur aus einer Seite, sondern auf beiden
Seiten mit der Trennvorrichtung versehen sein.
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Verfahren
zur Herstellung der ultraviolett-aktivierbaren Klebefolie
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Die
ultraviolett-aktivierbare Klebefolie kann erhalten werden, indem
eine Beschichtungslösung
hergestellt wird, welche vorstehend erwähnte ultraviolett-aktivierbare
Klebstoffzusammensetzung in einem geeigneten organischen Lösemittel
wie etwa Tetrahydrofuran (THF) oder Methylethylketon (MEK), wobei
geeignete Beschichtungsmittel wie etwa eine Spachtelanlage oder Ähnliches
benutzt werden, um sie auf eine Trennvorrichtung wie etwa eine Polymerfolie
aufzubringen und die beschichtete Folie anschließend zu trocknen. Das Trocknen
wird bei niedrigen Temperaturen durchgeführt, bei denen das Lösemittel
verdampft. Der Klebstoff bleibt indes selbst bei Temperaturen von
mehr als ungefähr
80°C stabil,
ohne dass eine Härtungsreaktion
abzulaufen würde.
Daher kann das Trocknen, solange die Härtungsreaktion nicht gefördert wird,
bei ansteigender Temperatur durchgeführt werden, und dies kann die
Arbeitseffizienz verbessern. Die Dicke der hergestellten Klebefolie beträgt 5–100 μm, um vermeiden,
dass beim Zusammenkleben der Schaltkreissubstrate mittels thermischer
Druckverbindung Lücken
zwischen der Verbindungen entstehen, und um es zu ermöglichen,
die Klebefolie in der erforderlichen und zweckdienlichen Weise zu
verpacken.
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Wiewohl
die in der oben beschriebenen Art und Weise hergestellte Klebefolie
mittels der Vorrichtung zur Ultraviolettbestrahlung, die in 2 dargestellt
ist, mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird, beträgt die ultraviolette
Bestrahlungsdosis üblicherweise
100 bis 10.000 mJ/cm3, was der Dosis entspricht,
die zur Aktivierung des ultraviolett-aktivierbaren kationischen
Polymerisationskatalysator in der ultraviolett-aktivierbaren Klebefolie
erforderlich ist.
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Wie
in 1 dargestellt, wird die derart aktivierte ultraviolett-aktivierbare
Klebefolie mittels eines Druckverbindungskopfes auf ein erstes Schaltkreissubstrat übertragen,
worauf dann ein zweites Schaltkreissubstrat auf die Klebefolie gegeben
mittels eines Druckverbindungskopfes thermisch druckverbunden wird.
Bei der thermischen Druckverbindung beträgt die Temperatur vorzugsweise
100–130°C, und der
Verbindungsdruck wird zweckmäßiger so
gewählt,
dass nach dem Druckverbinden eine geeignete elektrische Verbindung herstellt
ist. Der angewendete Druck liegt üblicherweise im Bereich von
1 bis 5 MPa. Üblicherweise
ist eine Verbindungszeit von ungefähr 10 Sekunden ausreichend,
wobei aber bei Verbindungszeiten von einer Minute oder länger für gewöhnlich keinerlei
Probleme hinsichtlich der Klebeleistung auftreten.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von nichteinschränkenden
Beispielen ausführlicher
erläutert.
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Beispiele
Messung der Folientemperatur
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Es
wurde eine Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung, die mit einer
Quecksilber-Xenon-Lampe (mittlere Wellenlänge: 365 nm) als ultravioletter
Lichtquelle versehen war, benutzt, welche aus einem Bestrahlungskopf
mit einer Bestrahlungsöffnung,
die 0,75 mm breit und 150 mm lang war und mit der ultravioletten Lichtquelle
mittels einer Quarzfaser verbunden war, bestand. Unter Verwendung
einer Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung wie der in 2 dargestellten
wurde eine 50 mm dicke Polyesterfolie, die Kohlenstoff enthielt,
in einem Abstand von 10 mm von Ende der Bestrahlungsöffnung in
die Vorrichtung gegeben, worauf die Oberflächentemperatur dieser Folie 30 Sekunden
nach dem Beginn der ultravioletten Bestrahlung gemessen wurde, und
zwar sowohl für
den Fall des Fehlens einer rückwärtigen,
hinter die Folie angebrachten, Kühlplatte aus
Edelstahl, als auch für
den Falls des Fehlens einer solchen Kühlplatte. Die entsprechenden
Ergebnisse sind in 3 dargestellt. Während sich
im Falle des Fehlens einer rückwärtigen Kühlplatte
nach 30 Sekunden eine große
Temperaturerhöhung
zeigte, war die erreichbare Temperatur im Falle der Ausstattung
mit einer rückwärtigen Kühlplatte
selbst bei einer Bestrahlungsintensität von 200 mW/cm3 nicht
höher als
30°C, und
die Temperaturerhöhung
kommt gehemmt werden.
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Messung der Gleichförmigkeit
der ultravioletten Bestrahlungsintensität
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Die
Gleichförmigkeit
der ultravioletten Strahlen, die auf die Folie einwirkten, wurde
untersucht, wobei ein Ultraviolett-Dosimeter an eine Stelle gehalten
wurde, die sich in 1 cm Entfernung von der Bestrahlungsöffnung der
oben genannten Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung befand.
Gemäß den entsprechenden
Ergebnissen, war die Intensität
der ultravioletten Strahlen, die auf die gesamte Folie einwirkten,
gleichförmig,
wie in 4 dargestellt ist.
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Herstellung
einer ultraviolett-aktivierbaren anisotropisch leitenden Klebefolie
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Nach
dem Mischen von 4,1 g alizyklischem Epoxidharz (Cylacure UVR6128,
Warenbezeichnung von Union Carbide Japan Ltd., Epoxidäquivalente
= 200), 0,5 g alizyklischem Epoxidharz (Cylacure UVR6105, Warenbezeichnung
von Union Carbide Japan Ltd., Epoxidäquivalente = 133), 1,2 g Phenol-Novolak-Epoxidharz (Epikote
154, Warenbezeichnung von Yuka Shell Epoxy Ltd., Epoxidäquivalente
= 178), 0,20 g bis(Phenoxyethanol)fluoren und 4,0 g Phenoxyharz
(Payfen PKHC, Warenbezeichnung von Phenoxy Associates Ltd.) mit 10
g Tetrahydrofuran wurde die Mischung gerührt, bis sie gleichförmig war.
Die leitenden Teilchen (goldplattiertes Acrylharz mit einer Trägerschicht
aus Nickel, mittlere Teilchengröße = 5 μm) wurde
in einer Menge zugegeben, die 3% des Volumen des am Ende erhaltenen
Feststoffs entsprach, und das Rühren
wurde solange fortgesetzt, bis die leitenden Teilchen so gründlich verteilt
waren, dass eine Dispersion hergestellt war. Getrennt davon wurden
0,060 g Xylol-cyclopentadienyl-Eisen(II)- tris(trifluormethylsulfonyl)methid,
0,016 g N,N-Diethyl-m-toluidin,
0,04 g di-tert-Butyloxalat, 0,2 g Silankupplungsmittel (A187, Warenbezeichnung
von Nippon Unicar Co., Ltd., γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilane)
and 0,6 g Methylethylketon gemischt und bis zur Gleichförmigkeit
gerührt,
worauf diese Mischung zur der vorstehend erwähnten Dispersion gegeben und
gerührt
wurde, um einen ultraviolett-aktivierbaren anisotropisch leitenden
Klebstoff zu erhalten. Dieser Klebstoff wurde mittels einer Spachtelanlage
auf eine silikonbehandelte Polyesterfolie (Trennvorrichtung) aufgetragen und
10 Minuten lang bei 60°C
getrocknet, um eine ultraviolett-aktivierbare anisotropisch leitende
Klebefolie mit einer Dicke von 20 μm erhalten.
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Herstellung
eines Verbindungsteststreifens für
Schaltkreissubstrate
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Eine
2 mm breite ultraviolett-aktivierbare anisotropisch leitende Klebefolie,
die in der oben genannten Art und Weise hergestellt wurde, wurde
mittels einer Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung, die der
oben beschriebenen ähnlich
war, 30 Sekunden lang mit ultraviolettem Licht einer Intensität von 100
mW/cm2 oder 25 mW/cm2 bestrahlt.
Anschließend
wurde die zuvor mit ultraviolettem Licht bestrahlte ultraviolett-aktivierbare anisotropisch
leitende Klebefolie auf ein 0,7 mm dickes Glassubstrat, auf dessen
Oberfläche
sich eine ITO(Indium-Zinnoxid)-Dünnschicht
befand, geklebt, worauf bei 30°C
und 1 MPa 3 Sekunden die thermische Druckverbindung hergestellt
und anschließend
die Trennvorrichtung entfernt wurde (Vorverbindung). Anschließend wurde
ein biegsamer gedruckter Schaltkreis mit goldplattierten Kupferbahnen,
deren Leiterbreite 35 μm und deren
Dicke 12 μm
betrug und die sich mit einer Leiterdichte von 70 μm auf einer
25 μm dicken
Polyimiddünnschicht
befanden, auf die oben genannte vorverbundene ultraviolett-aktivierbare
anisotropisch leitende > Klebefolie
gelegt in zweckdienlicher Lage befestigt. Der Abschnitt der ultraviolett-aktivierbaren
anisotropisch leitenden Klebefolie wurde dann bei 120°C und 1,0
MPa 10 Sekunden lang thermisch druckverbunden, um einen Verbindungsteststreifen
für Schaltkreissubstrate
zu erhalten (Verbindung).
-
Auswertung
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Anhand
der in der oben beschriebenen Art und Weise hergestellten Teststreifen
wurden der Widerstandswert der Verbindung, die 90 Grad-Schälfestigkeit
und die Verformung der leitenden Teilchen untersucht, und zwar sowohl
unmittelbar nach der ultravioletten Bestrahlung und beim Herstellen
der Verbindung nach Ablauf einer zuvor festgelegte Zeit. Die entsprechenden
Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Weiterhin
sind die Beurteilungskriterien, die in Tabelle 1 benutzt werden,
in Tabelle 2 dargestellt. [Tabelle
1]
- EX:
Beispiel der vorliegenden Erfindung
- CE: Vergleichsbeispiel
[Tabelle
2]
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Die
Verbindung der Schaltkreise ist zufriedenstellend, und die Widerstandswerte
auf niedrigem Niveau stabil, wenn die leitenden Teilchen dergestalt
verformt werde, dass sie flachgedrückt werden. Obgleich die Nutzbarkeitsdauer
von 20 Minuten bei einer ultravioletten Bestrahlungsintensität von 25
mW/cm2 bestätigt wurde, wurde bei einer
ultravioletten Bestrahlungsintensität von 100 mW/cm2 eine
Abnahme der Schälfestigkeit und
somit eine Nutzbarkeitsdauer von weniger als 20 Minuten festgestellt,
wenn in der Vorrichtung zur ultravioletten Bestrahlung keine rückwärtige Kühlplatte
benutzt wurde. Wenn hingegen eine rückwärtige Kühlplatte be nutzt wird, bleiben
sowohl der Widerstandswert der Verbindung als auch die Schälfestigkeit über das
breite Spektrum der ultravioletten Bestrahlungsintensitäten von
25 bis 100 mW/cm2 hinweg zufriedenstellend,
und es wurde eine Nutzbarkeitsdauer von mindestens 20 Minuten erzielt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Überhitzung
der Klebefolie und der Trennvorrichtung aufgrund des Einwirkens
ultravioletter Strahlen verhindert werden, und somit wird der anwendbare
Intensitätsbereich
der einwirkenden ultravioletten Strahlen erweitert, wobei stets
eine stabile Klebefestigkeit erzielt wird und die Nutzbarkeitsdauer
der Klebefolie verlängert
werden kann.