JP6144353B2 - 多段部分的埋込粒子形態を有する改良固定アレイ異方性導電フィルム及びその製造方法 - Google Patents

多段部分的埋込粒子形態を有する改良固定アレイ異方性導電フィルム及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、一般的に多段部分的埋込粒子形態を有する異方性導電フィルム（ＡＣＦ）の構造及び製造方法に関するものである。より具体的には、本発明は、導電粒子の１つ以上の非ランダムアレイが２種類以上の異なる深さでＡＣＦ中に部分的に埋め込まれ、容易に電子装置に結合し易くした、改良された粒子取り込み、接触抵抗及び剥離強度を有するＡＣＦの構造及び製造方法に関するものである。「深さ」は、ＡＣＦ接着剤の上表面より下に位置する粒径の部分を意味する。本発明は、上記の利点が２段構成とすることなくＡＣＦ内よりも低い平均粒子密度で得られるＡＣＦに関するものでもある。
異方性導電フィルム（ＡＣＦ）は、一般にフラットパネルディスプレイドライバ集積回路（ＩＣ）結合に用いられる。典型的なＡＣＦ結合工程には、パネルガラスの電極上にＡＣＦを取り付ける第１ステップと、パネル電極に対してドライバＩＣ結合パッドを整列する第２ステップと、ＡＣＦを溶融及び硬化するために結合パッドを数秒以内加圧及び加熱する第３ステップとが含まれる。ＡＣＦの導電性粒子は、パネル電極とドライバＩＣとの間の異方導電性を提供する。ＡＣＦは、フリップチップボンディングや光起電モジュールアッセンブリのような用途においても広く用いられている。
スマートフォンや電子式タブレットのような電子デバイスにおける高精細ディスプレイの使用が市場動向になってきたため、超微細ピッチＡＣＦに対する要求が劇的に増加する。しかしながら、ピッチサイズの低減に伴って、電極のサイズもより小さくする必要があり、さらに、十分な導電性又はインピーダンスを確保するために接続される電極上において要求される粒子密度を提供するためには、導電性粒子の濃度もより高くする必要がある。
従来のＡＣＦの導電性粒子は、一般的にＡＣＦ中にランダムに分散されている。Ｘ−Ｙ導電性に起因するこのような分散システムの粒子密度には限界がある。従来のＡＣＦを用いた多くの結合工程においては、導電性粒子のごく一部が電極上に捕捉される。粒子のほとんどは、実際電極間の空間に流され、多くの場合、ＡＣＦのＸ−Ｙ面内における望ましくない不足状態を生じる。微細ピッチ結合用途においては、導電性粒子密度は、各結合パッド上に結合された十分な導電性粒子を得るために十分高い必要がある。しかしながら、導電性粒子の高密度及びランダム分散の特性に起因して、２枚の結合パッド間の絶縁領域における短絡又は望ましくない高導電性の確率も増加する。
特許文献１は、ランダムに分散された導電性粒子を有するＡＣＦの欠点を解消する技術を開示している。また、特許文献１は、固定アレイＡＣＦ（ＦＡＣＦ）内で予め決められたアレイパターンに配置された導電性粒子を開示している。このような導電性粒子の非ランダムアレイは、短絡のおそれがなく超微細ピッチ結合が可能である。これに対し、固定アレイＡＣＦの導電性粒子は、接着剤表面に予め配置され、従来のＡＣＦより低い粒子濃度で著しく高い粒子捕捉率を示す。導電性粒子はポリマーコアを有する挟分散されたＡｕ粒子であり、一般的に高コストであるため、固定アレイＡＣＦは、従来のものと比べて良好な性能を有し著しく低いコストの溶液を提供する。
米国特許出願第２０１０／０１０１７００号 米国特許出願第２０１３／１１１３００号 米国特許第４，２４７，２３４号 米国特許第４，８７７，７６１号 米国特許第５，２１６，０６５号 米国特許第６，６３２，５３２号 米国特許第７，２９１，３９３号 米国特許第７，４１０，６９８号 米国特許第７，５６６，４９４号 米国特許第７，８１５，９９９号 米国特許第７，８４６，５４７号 米国特許出願第２００６／０２６３５８１号 米国特許出願第２００７／０２１２５２１号 米国特許出願第２０１０／０３２７２３７号 米国特許出願第２００６／０２８０９１２号 米国特許第６，２７４，５０８号 米国特許第６，２８１，０３８号 米国特許第６，５５５，４０８号 米国特許第６，５６６，７４４号 米国特許第６，６８３，６６３号 米国特許第６，６７２，９２１号 米国特許第６，７５１，００８号 米国特許第６，７８４，９５３号 米国特許第６，７８８，４５２号 米国特許第６，８３３，９４３号 米国特許第５，４３７，７５４号 米国特許第５，８２０，４５０号 米国特許第５，２１９，４６２号
Adv., Colloid Interface Sci., 13, 101 (1980) J. Polym. Sci., 72, 225 (1985) "Future Directions in Polymer Colloids", ed. El-Aasser and Fitch, p. 355 (1987), Martinus Nijhoff Publisher J. Am. Chem.Soc., 105, 4481 (1983) Adsorption of Bifunctional Organic Disulfides on Gold Surfaces J. Materials Sci., Lett., 8 99], 1040 (1989) Langmuir, 9 (11), 2965-2973 (1993) Thin Solid Films, 242 (1-2), 142 (1994) Polymer Composites, 19 (6), 741 (1997) "Silane Coupling Agents", 2nd Ed., by E.P. Plueddemann, Plenum Press, (1991) J. Appl. Polym. Sci., 56, 769 (1995)
本発明は、導電性粒子がＡＣＦ内で２段に配置されたＡＣＦを提供する特許文献１の固定アレイＡＣＦを改良したものである。一方、特許文献２は、粒子の少なくとも一部（例えば直径の約１／３〜３／４）が接着剤により覆われないように接着剤樹脂中に部分的に埋め込まれた導電性粒子を開示しており、開示された多段固定アレイが粒子捕捉率のさらなる改良を提供し、段付き粒子形態を有さない通常の固定アレイＡＣＦと比べて低接触抵抗及び高剥離力を示すことが分かっている。本発明は頻繁に２段アレイに言及するが、本発明は１つ以上の段を有する実施形態にも開放されている。「多段」は、完全に埋め込まれた粒子のランダム分散を含むＡＣＦ表面に導電性粒子の固定非ランダムアレイが部分的に埋め込まれたＡＣＦ同様、２段以上の粒子アレイを有するＡＣＦを含む。
本発明の実施により得られる効果の１つを２段非ランダム固定アレイ粒子形態を用いて下記表１に示した。
Figure 0006144353
２段粒子形態を有するＡＣＦは、僅かに低い粒子密度であっても、他の性能を実質的に同等に維持しつつ、著しく高い粒子捕捉率、良好な（低い）接触抵抗及び高剥離力を示すことが表１から明らかである。試料が通常の保管状態に３ヶ月以上保管された後にも、２段粒子形態は良好に保持される。理論に束縛されることなく、所定の固定アレイＡＣＦ中に存在する粒子よりも接着剤中に埋め込まれた粒子が多い場合、結合時の接着剤の溶融流動により引き起こされる望ましくない乱れが低減され、接触粒子上で生じる局所的な効果的結合圧力が増加する。これらにより僅かな粒子が接続電極から流れ出し、同様に、捕捉率がより高く、接触抵抗がより低く、接着強度がより高くなる。
本発明の一実施形態は、（ａ）実質的に均一な厚さを有する接着剤層と、（ｂ）前記接着剤層に個々に貼着された複数の導電性粒子とを備え、前記導電性粒子は、前記接着剤層中に第１深さで部分的に埋め込まれた粒子の第１非ランダムアレイと、第２深さで埋め込まれた導電性粒子の第２アレイ或いは前記接着剤層中に完全に埋め込まれ又は分散された導電性粒子の分散体のいずれかとを含み、前記第１アレイ及び前記第２アレイ又は分散体が前記接着剤層中に埋め込まれた深さは明確に異なり、例えば２０又は３０％相違する異方性導電フィルム（ＡＣＦ）である。
例えば、一実施形態においては、本発明は、ＡＣＦの接着剤層中に部分的に埋め込まれた第１固定アレイと、完全に埋め込まれた第２固定アレイとを有する２つの固定非ランダムアレイを含むＡＣＦを提供する。
第２実施形態においては、ＡＣＦは、導電性粒子がＡＣＦの接着剤層の表面に異なる程度で部分的に埋め込まれた２つの固定非ランダムアレイを含んでもよい。
第３実施形態においては、１つの固定非ランダムアレイが接着剤層中に部分的に埋め込まれ、及び、粒子の固定アレイが埋め込まれた接着剤層中に導電性粒子のランダム分散体が分散されている。粒子のアレイの追加的段を含む他の実施形態も可能である。
本発明の他の実施形態は、（ａ）実質的に均一な厚さを有する接着剤層と、（ｂ）前記接着剤層に個々に貼着された複数の導電性粒子とを備え、前記導電性粒子は、前記接着剤層中に第１深さで部分的に埋め込まれた粒子の第１非ランダムアレイと、前記接着剤層中に第２深さで部分的に埋め込まれた導電性粒子の第２非ランダムアレイとを含み、前記第１深さ及び前記第２深さは明確に異なる異方性導電フィルム（ＡＣＦ）である。
一実施形態においては、多段ＡＣＦは、
（ａ）粒子の第１固定アレイを接着剤層に転移するステップと、
（ｂ）例えば、加熱処理及び／又は加圧ローラー又はカレンダー処理を用いて所望の部分的埋め込み程度に前記第１アレイを加工するステップと、
（ｃ）粒子の第２固定アレイを前記接着剤に転移するステップと、
（ｄ）前記第２アレイより大きく前記第１アレイが前記接着剤に埋め込まれるように、所望の部分的埋め込み程度に粒子の両アレイを任意に押圧する工程と、
を含む多重転移工程を用いて作製される。
他の実施形態においては、多段ＡＣＦは、
（ａ）導電性粒子の第１固定非ランダムアレイを分散された導電性粒子を有するＡＣＦに転移するステップと、
（ｂ）例えば、加熱処理及び／又は加圧ローラー又はカレンダ加工を用いて所望の部分的埋め込み程度に前記第１アレイを加工するステップと、
を含む多重転移工程を用いて作製される。
ＡＣＦは、多段粒子形態を有し均一に形成されてもよく、多段形態は、導電性粒子が多段領域外側の接着剤中に均一に分散されたＡＣＦの選択領域に用いられてもよい。本発明の一実施形態においては、ＡＣＦは、シート又は連続フィルム又はリール状又はロール状連続フィルムとすることができる。一実施形態においては、ＡＣＦは、プラスチックホルダ間に巻き付けられた約１．０〜２．０ｍｍ（幅）×約２０〜３００ｍ（長さ）のロールとして供給される。他の実施形態においては、ＡＣＦは、選択領域が開示されたような多段形態を有する連続フィルム又はリールであってもよい。
２段粒子形態を有する２つの固定アレイＡＣＦの代表ＳＥＭ顕微鏡写真である。平均粒子密度：（１Ａ）約２４０００ｐｃｓ／ｍｍ２及び（１Ｂ）約１６０００ｐｃｓ／ｍｍ２。粒子全てが接着剤中に部分的に埋め込まれ、粒子のいくつかは接着剤中により深く埋め込まれる。
平均粒子密度約１７０００ｐｃｓ／ｍｍ２の２段粒子形態を有さない従来技術の固定アレイＡＣＦの代表ＳＥＭ（２Ａ）及び光学顕微鏡（２Ｂ）の顕微鏡写真である。
１段粒子形態を有する単一固定アレイＡＣＦ及び粒子埋め込み深さの対応分布の模式図である。
２段粒子形態を有する同じピッチサイズの２段固定アレイＡＣＦ及び粒子埋め込み深さの対応分布の模式図である。
固定アレイ粒子の２段の転移に用いられるマイクロキャビティが異なるピッチサイズを有する２段固定アレイＡＣＦの模式図である。
Liangらによる特許文献１及び２は参照としてここに含まれている。
接着剤層表面への導電性粒子の転移に有用である約６μｍ（直径）×約４μｍ（深さ）×約３μｍ（区画）のマイクロキャビティを含むマイクロキャビティアレイは、マイクロキャビティキャリアを形成するために、レーザー除去により約２〜５ミルの熱安定化ポリイミド（ＰＩ）又はＰＥＴのようなポリエステルフィルム上に調製される。マイクロキャビティアレイウェブは、平滑ロッドを用いて導電性粒子分散体により被覆される。未充填マイクロキャビティを形成させないために、複数の充填剤を用いてもよい。特許文献１及び２参照。
２段（又は多段）ＡＣＦは、二重（多重）転移工程により得てもよい。一実施形態においては、接着剤（好ましくはエポキシ接着剤）が剥離ライナー上に塗工され、特許文献１に記載の方法にしたがって２枚のマイクロキャビティフィルムが調製される。２枚のマイクロキャビティフィルムは同じ又は異なるマイクロキャビティパターン及びピッチを有してもよい。導電性粒子は第１マイクロキャビティフィルム内に充填され、キャビティの外側の過剰粒子は、マイクロキャビティフィルムとワイパー又はローラーとの間で注意深く制御されたギャップを有する例えばゴムワイパー又はゴムローラーを用いて除去される。例えば充填されたマイクロキャビティフィルムをエポキシ接着剤／剥離ライナーに積層することにより、マイクロキャビティフィルム内の導電性粒子はエポキシ接着剤に転移される。積層ステップの一部として又は剥離ステップとして、このように転移された粒子は、例えば加圧又は剪断下でのカレンダー処理、積層処理又は加熱処理により、接着剤表面上に粒径の約０〜８０％のみが露出するように接着剤層中にさらに押圧されてもよい。粒子充填及び転移工程は、図１〜４に示されたように２段粒子形態を形成するために第２マイクロキャビティフィルムで繰り返された。
他の実施形態においては、導電性粒子が導電性接着剤層中にランダムに分散され、完全に埋め込まれたＡＣＦ（非固定アレイ）上に粒子の固定アレイを転移することによりＡＣＦを得てもよい。接着剤中に均一に分散された導電性粒子を有する単層ＡＣＦ上に又は粒子の固定アレイが転移された導電性接着剤の下部に分離非導電層を有する２層ＡＣＦ上に粒子の固定アレイを析出することにより、段付きＡＣＦを調製してもよい。
図３は、導電性粒子１２がＡＣＦ接着剤１４表面にほぼ均一に埋め込まれた１段固定アレイＡＣＦ１０を示す。図３にはめ込まれたグラフは、埋込深さ（ｄ）の機能として粒子のヒストグラム分散を示す。グラフが示すように、分散は単一様式分散である。図４は本発明の一実施形態のＡＣＦを模式的に示す。ＡＣＦ２０は、第１距離（例えばｄ１）でＡＣＦ接着剤２４に埋め込まれた導電性粒子２２の第１アレイと、第１粒子２２より浅い第２距離（例えばｄ２）でＡＣＦに埋め込まれた導電性粒子２６の第２アレイとを含む。
特別なアレイ（すなわち点線六角形２８で示された第１アレイ及び点線六角形２９で示された第２アレイ）中の隣接粒子間のピッチ又は距離は同じピッチである。図４のはめ込みは埋込深さの分布を示すグラフである。このグラフは、分散が明確に異なる埋込深さ（ｄ１及びｄ２）の２つの粒子のアレイを含む二峰性であることを示す。
図５は、ＡＣＦ４０が第１深さでＡＣＦ接着剤４４中に埋め込まれた粒子４２の第１アレイと、より浅い深さでＡＣＦ接着剤中に埋め込まれた粒子４６の第２アレイとを含む
本発明のさらなる実施形態である。図５のＡＣＦ４０は図４に示されたＡＣＦ２０とは異なり、第１及び第２アレイを構成する粒子のピッチが異なる。粒子４６の第２アレイのピッチを示す点線４８は、粒子４２のより深い第１アレイ中で隣接する４２を接続する点線４９よりも短い。
本発明の他の実施形態においては、２段ＡＣＦは、接着剤中に分散された導電性粒子を有するＡＣＦから開始し、粒子の固定非ランダムアレイをＡＣＦの接着剤表面に転移し、所望の埋め込み深さに粒子を埋め込むことにより調製される。
以前開示されたＡＣＦに使用される導電性粒子のいずれもが本発明の実施に使用できる。金被覆粒子は一実施形態に用いられる。一実施形態においては、導電性粒子は、標準偏差１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは３％未満の狭い粒径分布を有する。粒径は、約１〜２５０μｍ、好ましくは約２〜５０μｍ、より好ましくは約２．５〜１０μｍの範囲である。本発明に有用な２種類の市販の導電性粒子は、ニューヨーク州White PlainsのNippon Chemical Industrial Co., Ltd.社製の子会社であるニューヨーク州の販売業者JCI USAを介したNippon Chemical社製のＮｉ／Ａｕ粒子、ニュージャージー州WyckoffのInco Special Products社製のＮｉ粒子である。一実施形態においては、導電性粒子は二峰性又は多峰性の粒径分布を有する。一実施形態においては、マイクロキャビティ及び導電性粒子のサイズは、各マイクロキャビティが１つ導電性粒子のみを含むように限定された空間を有するように選択される。特別な実施形態においては、導電性粒子又はマイクロキャビティは、約１〜１００μｍの範囲の直径又は深さを有する。他の実施形態においては、導電性粒子又はマイクロキャビティは、約２〜１０μｍの範囲の直径又は深さを有する。他の実施形態においては、導電性粒子又はマイクロキャビティは、約１０％未満の標準偏差の直径又は深さを有する。
他の好ましい実施形態においては、導電性粒子又はマイクロキャビティは、約５％未満の標準偏差の直径又は深さを有する。他の好ましい実施形態においては、接着剤層は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又はこれらの前駆体を含む。
一実施形態においては、重合性コア及び金属シェルを含む導電性粒子が用いられる。有用な重合性コアは、特に限定されるものではないが、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリビニル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、フェノール、ポリジエン、ポリオレフィン、メラミンホルムアルデヒド、ウレアホルムアルデヒド、ベンゾグアナミンホルムアルデヒドのようなアミノプラスチック、及び、これらのオリゴマー、コポリマー、混合物又は複合物を含む。複合材料がコアとして用いられる場合、カーボン、シリカ、アルミナ、ＢＮ、ＴｉＯ２及びクレイのナノ粒子又はナノチューブがコア中のフィラーとして好ましい。金属シェルの好適な材料は、特に限定されるものではないが、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ及びこれらの合金を含む。Ｎｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｇ／Ａｕのような相互侵入金属シェルを有する導電性粒子が硬度、導電性及び耐食性の点で有用である。Ｎｉ、カーボン、グラファイトのような硬質突起を有する粒子は、存在する場合に腐食性フィルム中に浸透することにより腐食し易い接続電極における信頼性の改良に有用である。このような粒子は、Sekisui KK（日本）社製の商品名：MICROPEARL、Nippon Chemical Industrial Co., （日本）社製の商品名：BRIGHT、Dyno A.S. （ノルウェイ）社製の商品名：DYNOSPHERESである。
他の実施形態においては、導電性粒子は所謂突起表面を有する。突起は、無電解Ｎｉメッキ及び続くＡｕによるＮｉ層の部分置換のステップの前に、ラテックス粒子上にシリカのような小さな異質の粒子をドープ又は析出することにより形成されてもよい。前記用途についてより詳細に説明された一実施形態においては、導電性粒子は突起を有すように形成される。これらの突起は、限定されることなく、尖らせた突起、結節、切欠、楔又は溝として形成される。他の実施形態においては、導電性粒子は、溶融流動温度付近又は結合温度より低温で薄い絶縁層、好ましくは絶縁ポリマー層で予塗工されてもよい。
挟分散ポリマー粒子は、例えば特許文献３〜５に開示されたシードエマルジョン重合並びに非特許文献１〜３に記載されたUgelstad膨潤粒子法により調製してもよい。一実施形態においては、直径約５μｍの単分散ポリスチレンラテックス粒子が可変弾性コアとして用いられる。過剰界面活性剤を除去し、ポリスチレンラテックス粒子上に微孔性表面を形成するために、まず、穏やかな攪拌状態のメタノール中で粒子を処理する。次いで、処理された粒子をＰｄＣｌ２、ＨＣｌ及びＳｎＣｌ２からなる溶液中で活性化し、Ｓｎ４＋を除去するために水洗し、濾過する。次に、Ｎｉ複合体及び次亜リン酸塩を含む９０℃の非電解Ｎｉメッキ溶液（例えばニュージャージー州TrentonのSurface Technology Inc社製）中に約３０〜５０分間浸漬する。Ｎｉメッキの厚さは、メッキ溶液濃度並びにメッキ温度及び時間により制御される。
接着剤層への導電性粒子の転移を改良するために、マイクロキャビティ上に剥離層を塗工してもよい。剥離層は、フルオロポリマー又はオリゴマー、シリコーンオイル、フルオロシリコーン、ポリオレフィン、ワックス、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、長鎖疎水性ブロック又は側鎖を有する界面活性剤、或いは、これらのコポリマー又は混合物を含むリストから選択される。剥離層は、特に限定されるものではないが、被覆、印刷、スプレイ、真空蒸着、プラズマ重合又は架橋により、マイクロキャビティアレイの表面に塗工される。特許文献２に示されたように、他の実施形態においては、粒子転移ステップの後にマイクロキャビティアレイから残留接着剤又は粒子を除去するために、クリーニング装置を用いるステップがさらに含まれる。異なる実施形態においては、粒子充填ステップ前にマイクロキャビティアレイ上に剥離層を塗工するステップがさらに含まれる。他の実施形態においては、導電性粒子は、特許文献６〜１４に開示されたように、Ｘ−Ｙ面における短絡のリスクをさらに低減するために、熱可塑性又は熱硬化性絶縁層でカプセル化又は被覆されてもよい。一実施形態によれば、導電性粒子はカップリング剤で処理／被覆される。カップリング剤は、電極表面上に金属ＯＨ又は金属酸化物部分を有する電極への導電性粒子の湿潤接着力又は湿潤環境における結合強度とともに導電性粒子の耐食性を促進し、これにより、導電性粒子が接着剤中に部分的にのみ埋め込まれ、電子装置を容易に結合し易くする。より重要なことには、表面処理された導電性粒子は、より良好に分散され、電極間の非接触領域又は間隙領域の接着剤中の凝集のリスクが低減される。その結果、Ｘ−Ｙ面における短絡のリスクは、特に微細ピッチ用途において顕著に低減される。
未処理導電性粒子に有用なカップリング剤の例示としては、チタン酸塩、ジルコン酸塩及びシランカップリング剤（ＳＣＡ）が含まれる。シランカップリング剤としては、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロへキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド及びビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドを含むオルガノトリアルコキシシランが挙げられる。チオール、ジスルフィド及びテトラスルフィド官能基を含むカップリング剤は、緩やかな反応状態でさえＡｕ−Ｓ結合の形成に起因して未処理Ａｕ粒子に対して特に有用である（例えば非特許文献４参照）。カップリング剤は、表面被覆率約５〜１００％、好ましくは約２０〜１００％、さらに好ましくは約５０〜１００％で導電性粒子表面に塗工してもよい。参考までに、非特許文献５〜９参照。
マイクロキャビティアレイは、キャリアウェブ上に又はキャリアウェブ上に予塗工されたキャビティ形成層上に直接形成されてもよい。好適なウェブ用材料としては、特に限定されるものではないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のようなポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリイミド、液晶ポリマー並びにこれらの混合物、複合物、積層物及び挟持フィルムが含まれる。好適なキャビティ形成層用材料としては、特に限定されるものではないが、熱可塑性材料、熱硬化性材料又はその前駆体、ポジ型又はネガ型フォトレジスト或いは無機材料が含まれる。粒子転移の高収率を達成するために、剥離材料の薄層でキャリアウェブを処理し、マイクロキャビティキャリアウェブと接着剤層との間の接着性を低減することが好ましい。マイクロキャビティ形成ステップの前後のいずれかにおいて、被覆、印刷、スプレイ、真空蒸着、熱転写、プラズマ重合／架橋により剥離層を塗工してもよい。好適な剥離層用材料としては、特に限定されるものではないが、フルオロポリマー又はオリゴマー、シリコーンオイル、フルオロシリコーン、ポリオレフィン、ワックス、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、長鎖疎水性ブロック又は分岐を有する界面活性剤、或いは、これらのコポリマー又は混合物が含まれる。
一実施形態においては、粒子析出は、各導電性粒子が１つのマイクロキャビティ内に捕捉される流体化粒子分布及び捕捉工程を適用することによりもたらされる。多くの捕捉工程がは用いられる。例えば特許文献１に開示された一実施形態においては、各マイクロキャビティ内に導電性粒子を１つだけ捕捉するために、ロール−ロール連続流体化粒子分布工程が用いられる。捕捉された粒子は、マイクロキャビティアレイから接着剤層の所定位置に転移される。一般的には、これらの転移された導電性粒子間の距離は、導電性粒子が凝集する密度閾値であるパーコレーション閾値よりも大きい。
マイクロキャビティの様々なパターンサイズ、形状及び間隔が特許文献１及び１５に開示されている。固定アレイパターンは変化してもよい。環状マイクロキャビティの場合、Ｘがキャビティの直径であり、Ｙが隣接キャビティ間のミクロン単位のエッジ−エッジ距離であるＸ−Ｙによってパターンを示してもよい。典型的なマイクロキャビティパターンは、５−３、５−５、５−７及び６−２パターンを含む。選択されたパターンは、各電極で要求される多くの粒子にある程度依存する。電極の最小結合間隔を低減するために、マイクロキャビティパターンを互い違いにしてもよい。
上記例示に記載された粒子充填工程を採用することにより、６μｍ（開口）×２μｍ（間隔）×４μｍ（深さ）のアレイ形態の表面処理ポリイミド（ＰＩ）マイクロキャビティシートが粒子で充填された。エポキシフィルムは約１５μｍの目標厚さで調製された。マイクロキャビティシート及びエポキシフィルムは、スチールプレート上で向かい合わせて固定された。スチールプレートは、Think & Tinker社製のHRL 4200ドライフィルムロールラミネータを通して押圧された。高い埋め込み度を可能とする後カレンダー処理又は加熱処理を任意に行ってこの粒子の第１アレイが高効率（約９０％超、好ましくは約９５％超）及び所望の埋め込み度（例えば約４０〜９０％）でマイクロキャビティキャリアから接着剤フィルムに転移されるように、積層圧力及び積層速度が調整される。次いで、粒子の第２アレイがフィルムに転移され、所望の埋め込み度が得られるように、積層圧力及び積層速度が調整される。粒子の第２固定アレイの転移は、状態に応じて、粒子の第１アレイを接着剤中にさらに埋め込んでもよい。粒子の第１アレイ及び第２アレイでそれぞれ異なる深さで第１及び第２アレイがエポキシ接着剤中に埋め込まれるように、第２アレイ積層の圧力、温度及び速度が調整される。この様式において埋め込み深さを異ならせることにより、改良された耐性及び引っ張り強度が達成される。一実施形態においては、第１アレイは、その粒径の約４０〜９０％、好ましくは約５０〜８０％埋め込まれる。第２アレイは、埋め込み割合が他のアレイよりも１アレイ分大きくなる、その粒径の約１０〜６０％、好ましくは約３０〜６０％埋め込まれる。特に、第２アレイ粒子の埋め込み深さに対して少なくとも約２０％、好ましくは３０％深く第１アレイ粒子が接着剤中に埋め込まれることが望ましい。
ＡＣＦ中に用いられる接着剤は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又はこれらの前駆体であってもよい。有用な接着剤は、特に限定されるものではないが、感圧接着剤、ホットメルト接着剤、熱又は照射硬化型接着剤を含む。接着剤は、例えばエポキシ、フェノール樹脂、アミン−フォルムアルデヒド樹脂、ポリベンゾキサジン、ポリウレタン、シアネートエステル、アクリル、アクリレート、メタクリレート、ビニルポリマー、ポリ（スチレン−コ−ブタジエン）及びこれらのブロックコポリマーのようなゴム、ポリオレフィン、ポリエステル、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、ポリカプロラクタン、ポリエーテル及びポリアミドを含む。エポキサイド、シアネートエステル及び多官能アクリレートが特に有用である。接着剤の硬化速度式を制御するために触媒又は潜在性硬化剤を含む硬化剤を用いてもよい。エポキシ樹脂用の有用な硬化剤は、特に限定されるものではないが、ジシアノジアミド（ＤＩＣＹ）、アジピン酸ジヒドラジド、２−メチルイミダゾール及びAsahi Chemical Industry社製の液体ビスフェノールＡ中のNovacure HX分散体のようなそのカプセル化体、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、ＢＦ３アミン付加体、Ajinomoto Co社製のAmicureのようなアミン、ジアミノジフェニルスルホン、ｐ−ヒドロキシフェニルベンジルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートのようなスルホニウム塩を含む。一実施形態においては、カップリング剤で粒子を被覆してもよい。ＡＣＦの耐久性を改良するために、特に限定されるものではないが、チタン酸塩、ジルコン酸塩、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン及び３−アミノプロピルトリメトキシシランのようなシランカップリング剤を含むカップリング剤も用いられる。エポキシ系ＡＣＦの性能に対する硬化剤及びカップリング剤の効果の議論はS.Asaiらの非特許文献１０に見い出される。その結果、論文全体が参照として内包される。
ディスプレイ材料の基材又はウェブの凹部又は孔内のＩＣチップ又ははんだボールの流体化組立は、例えば特許文献１６〜２０に開示されている。エンボス化ウェブのマイクロカップ内の電気泳動又は液晶流体の充填又はトップシールは、例えば特許文献２１〜２５に開示されている。エンボス化キャリアウェブの凹所への充填により正確な間隔を有する研磨粒子の調製、並びに、硬化型バインダ前駆体中に分散された複数の研磨粒子を含む研磨複合スラリーは、例えば特許文献２６〜２８に開示されている。その結果、前記特許文献は参照として内包される。前記技術においては、凹所、孔又はマイクロカップは、例えばエンボス処理、打ち抜き加工又はリソグラフ加工により基材上に形成された。凹所又は孔内への充填に用いられる様々な装置は、アクティブマトリクス薄膜トランジスタ（ＡＭＴＦＴ）、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、電気泳動及び液晶ディスプレイを含む様々な用途に用いられるものが適用できる。特別な実施形態においては、ＡＣＦは、各マイクロキャビティ又は凹所内に１つの導電性粒子のみを充填することにより形成される。導電性粒子は重合性コア及び金属シェルからなり、金属シェルはカップリング剤で被覆され、粒子はＡＣＦ接着剤中に部分的に埋め込まれる。
付加的なキャビティ形成層を有する又は有しないプラスチックウェブ基材上に直接マイクロキャビティを形成してもよい。エンボス型なしで、例えばレーザ除去により又はフォトレジストを用いたリソグラフ加工、その後、現像及び任意でエッチング又は電鋳ステップにより、マイクロキャビティを形成してもよい。キャビティ形成層用の好適な材料は、特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又はその前駆体、ポジ型又はネガ型フォトレジスト、或いは、無機又は金属材料を含む。レーザー除去については、一実施形態は、約０．１Ｗ／ｃｍ２〜約２００Ｗ／ｃｍ２の範囲の出力を有する除去用励起二量体レーザービームを発生し、約０．１Ｈｚ〜約５００Ｈｚのパルス周波数を用い、約１パルス〜約１００パルスを印加する。好適な実施形態においては、レーザー除去出力は約１Ｗ／ｃｍ２〜約１００Ｗ／ｃｍ２の範囲であり、約１Ｈｚ〜約１００Ｈｚのパルス周波数を用い、約１０パルス〜約５０パルスを用いる。デブリを除くために、真空のキャリアガスを適用することが望ましい。
効率的に転移するためには、導電性粒子の直径及びキャビティの直径は特別な許容誤差を有する。高転移率を達成するためには、キャビティの直径は約５％〜約１０％未満の特別な許容誤差を有することが好ましい。標準偏差要求は特許文献１に記載の理論的根拠に基づく。
一実施形態においては、非ランダムＡＣＦマイクロキャビティアレイ内の粒子は、平均粒径から約１０％未満の標準偏差を有する狭い粒径分布を含む狭い分布を特徴とするほぼ１つの平均粒径値、一般的には約２μｍ〜約６μｍに分散された粒径範囲を有する。狭い分布を特徴とする他の実施形態においては、平均粒径から約５％未満の標準偏差を有するためには、狭い粒径分布を有することが好ましい。一般的には、選択されたキャビティ径のキャビティは、選択されたキャビティ径よりも僅かに小さい選択された粒径を有する粒子を収容するように形成される。ＡＣＦにおける粒子クラスタの形成を避けるために、キャビティ開口の平均直径が粒径よりも僅かに大きく、粒径の２倍よりも小さいことが好ましい。より好ましくは、キャビティ開口の平均直径は粒径の１．５倍よりも大きく、粒径の２倍よりも小さい。
このように、一実施形態においては、非ランダムＡＣＦマイクロキャビティアレイにおけるマイクロキャビティは、平均キャビティサイズから１０％未満の標準偏差を有する狭いキャビティサイズ分布を含む狭い分布を特徴とするほぼ１つの平均キャビティサイズ値、一般的に約２μｍ〜約６μｍに分散されたキャビティサイズ範囲を有する。狭い分布を特徴とする他の実施形態においては、平均キャビティサイズから５％未満の標準偏差を有するためには、狭いキャビティサイズ分布を有することが好ましい。
特別な実施形態においては、本発明は電子装置を製造する方法をさらに開示する。本発明は、カップリング剤又は絶縁層により表面処理又は被覆された導電性シェルと、コア材料とを備える複数の導電粒子を、後に接着剤層をオーバーコート又は積層するマイクロキャビティのアレイ内に位置決めするステップを含む。一実施形態においては、複数の表面処理された導電性粒子をマイクロキャビティのアレイ内に位置決めするステップは、１つのマイクロキャビティ内に導電性粒子のそれぞれを捕捉するために、流体化粒子分散工程を用いるステップを含む。
上記の記載、図面及び例示によれば、本発明は、接着剤層における非ランダム固定アレイとして予め定義された２段非ランダム粒子位置内に分散された、複数の表面処理された導電粒子を含み、非ランダム粒子位置が、導電性粒子を接着剤層にキャリー及び転移するためのマイクロキャビティのアレイの複数の予め定義されたマイクロキャビティ位置に対応する異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を開示する。導電性粒子は、第１及び第２アレイにおいて接着剤層に連続的に転移され、異なる深さで埋め込まれる。
上記実施形態に加えて、本発明は、本発明のＡＣＦに連結された電子部品を備えた電子装置をさらに開示する。特別な実施形態においては、電子装置はディスプレイ装置を含む。他の実施形態においては、電子装置は半導体チップを含む。他の実施形態においては、電子装置はプリント回線を備えたプリント基板を含む。他の好適な実施形態においては、電子装置はプリント回線を備えたフレキシブルプリント基板を含む。
詳細に及び特別な実施形態を参照して本発明を記載したが、下記の請求項により定義されているように、本発明の趣旨を逸脱することがなければ多数の変更及び改良が可能であることは明らかであろう。

Claims (14)

  1. （ａ）実質的に均一な厚さを有する接着剤層と、
    （ｂ）前記接着剤層に個々に貼着された複数の導電性粒子とを備え、
    前記導電性粒子は、前記接着剤層の表面に第１深さで部分的に若しくは完全に埋め込まれた粒子の第１非ランダムアレイと、前記接着剤層の前記と同じ表面に第２深さで部分的に若しくは完全に埋め込まれた導電性粒子の第２非ランダムアレイとを含み、
    前記第１深さは前記第２深さよりも深いことを特徴とする異方性導電性フィルム。
  2. 前記第１深さと前記第２深さとにおいてそれぞれ粒子の個数のピークを有することを特徴とする請求項１に記載の異方性導電性フィルム。
  3. 前記導電性粒子の第１非ランダムアレイは約４０〜９０％埋め込まれ、前記導電性粒子の第２非ランダムアレイは約１０〜６０％埋め込まれることを特徴とする請求項１または２に記載の異方性導電性フィルム。
  4. 前記導電性粒子の分散体を含む前記接着剤層の下に、分離非導電性接着剤層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の異方性導電性フィルム。
  5. （ａ）実質的に均一な厚さを有する接着剤層と、
    （ｂ）前記接着剤層に個々に貼着された複数の導電性粒子とを備え、
    前記導電性粒子は、前記接着剤層の表面に第１深さで部分的に埋め込まれた粒子の第１非ランダムアレイと、前記接着剤層の前記と同じ表面に第２深さで部分的に埋め込まれた導電性粒子の第２非ランダムアレイとを含み、
    前記第１深さは前記第２深さよりも深いことを特徴とする異方性導電性フィルム。
  6. 前記第１深さと前記第２深さとにおいてそれぞれ粒子の個数のピークを有することを特徴とする請求項５に記載の異方性導電性フィルム
  7. 前記第１非ランダムアレイは、前記第２非ランダムアレイの深さに対して、前記粒子の直径の少なくとも約２０％深く埋め込まれることを特徴とする請求項５に記載の異方性導電性フィルム。
  8. 前記第１非ランダムアレイは、前記第２非ランダムアレイの深さに対して、前記粒子の直径の少なくとも約３０％深く埋め込まれることを特徴とする請求項５に記載の異方性導電性フィルム。
  9. 請求項１に記載の硬化又は未硬化異方性導電性フィルムを備えることを特徴とする電子装置又はディスプレイ又は部品。
  10. 前記電子装置は、一体化回路又はプリント回路であることを特徴とする請求項９に記載の電子装置又はディスプレイ又は部品。
  11. （ａ）接着剤層の表面に粒子の第１非ランダムアレイを転移するステップと、
    （ｂ）前記第１非ランダムアレイを第１深さに部分的に埋め込むステップと、
    （ｃ）前記接着剤層の前記表面に粒子の第２非ランダムアレイを転移するステップと、
    （ｄ）前記第２非ランダムアレイを第２深さに部分的に埋め込むステップとを備え、
    前記第１深さを前記第２深さよりも深くすることを特徴とする多段異方性導電性フィルムの製造方法。
  12. 前記第１深さと前記第２深さとにおいてそれぞれ粒子の個数のピークを設けることを特徴とする請求項１１に記載の多段異方性導電性フィルムの製造方法。
  13. 前記異方性導電性フィルムは、連続フィルム又はロールの形状であることを特徴とする請求項１に記載の異方性導電性フィルム。
  14. 前記第１アレイ及び前記第２アレイは、前記連続フィルム又はロールの限定領域内に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の異方性導電性フィルム。
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