TW201533751A - 非等向性導電膜及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種非等向性導電膜及其製造方法，該非等向性導電膜包括：多個絕緣隔離層，所述多個絕緣隔離層相互平行；多個微腔，每一個所述微腔形成于兩個相鄰的所述多個絕緣隔離層之間；多個導電粒子，填充於每一個所述微腔之中；以及粘結劑，填充於每一個所述微腔之中，其中所述多個導電粒子分散於所述粘結劑之中。本發明的非等向性導電膜同時具有良好的垂直導通性和橫向絕緣性並有利於進一步實現窄距化。此外，本發明的非等向性導電膜製造方法利用絲網印刷方法形成多個隔離層結構，隔離層的間距、高度、厚度易於控制，工藝簡單、成本低廉。

Description

非等向性導電膜及其製造方法
本發明涉及一種非等向性導電膜及其製造方法，特別是涉及一種具有橫向絕緣的同時能够實現進一步窄距化的非等向性導電膜及其製造方法。
隨著電子設備的日益小型化、輕薄化，廣泛涉及到微細電路之間的連接以及微細電路與微細電子部件的連接問題。目前，常採用非等向性導電膜粘接電子部件和電路基板並使兩者之間電導通，非等向性導電膜是同時具有導電、絕緣、粘結三種功能的高分子膜，主要包含導電粒子及絕緣樹脂粘著劑兩部分，導電粒子提供導電性，樹脂粘著劑經加熱壓合處理而固化，從而固定電路基板與電子部件，並具有防濕氣、耐熱及絕緣功能。當非等向性導電膜粘著於電路基板與電子部件之間時，利用導電粒子連接電路基板與電子部件之間的電極實現垂直導通，即在膜厚方向具有導電性，同時利用絕緣樹脂避免相鄰兩電極間導通短路而實現橫向絕緣，即膜面方向具有絕緣性，從而體現其導電性的異向性特徵。
非等向性導電膜的導電特性主要取决於導電粒子的填充率，粘結劑中導電粒子數目越多或粒徑越大，垂直方向的接觸電阻越小，垂直導通效果越好。然而，過多或過大的導電粒子在經受壓合過程中，可能在橫向電極凸塊間相互接觸連接，而造成橫向導通短路。隨著電路基板，特別是集成電路(IC)的脚距持續縮小，大大增加了非等向性導電膜橫向絕緣的難度，非等向性導電膜的橫向絕緣性已逐漸成爲制約窄距化(fine pitch)的關鍵因素。
爲此，中國專利申請CN1938904公開了一種非等向性導電膜，該導電膜包括蜂窩狀高分子多孔膜和填充於孔內的導電粒子與粘合劑，從而由多孔膜限定導電粒子，確保橫向絕緣性。然而，形成多孔膜的工藝較爲複雜，且孔的均勻度以及導電粒子於孔內的填充率均不佳。因而，仍需提供一種同時保證良好的垂直導通和橫向絕緣特性並能够實現進一步窄距化的非等向性導電膜以及工藝簡單、成本低廉的非等向性導電膜製造方法。
爲解决上述問題，本發明提出了一種新的非等向性導電膜結構，首先以絕緣材料形成一定高度的隔離層，利用相鄰隔離層之間的距離限定脚距，然後將導電粒子和粘結劑填充於相鄰隔離層形成的微腔中，從而利用絕緣材料形成的隔離層確保橫向絕緣性並可根據需要限定脚距，有利於實現進一步窄距化。
因此，一方面，本發明提供一種非等向性導電膜，包括：
多個絕緣隔離層，所述多個絕緣隔離層相互平行；
多個微腔，每一個所述微腔形成于兩個相鄰的所述多個絕緣隔離層之間
多個導電粒子，填充於每一個所述微腔之中；以及
粘結劑，填充於每一個所述微腔之中，其中所述多個導電粒子分散於所述粘結劑之中。
在本發明的一種實施方式中，所述絕緣隔離層由有機絕緣材料製成。
在本發明的另一種實施方式中，所述有機絕緣材料爲聚碸、聚醚碸、聚苯硫醚、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺及聚醚醚酮中的一種或多種。
在本發明的另一種實施方式中，所述任兩個相鄰所述絕緣隔離層之間的間距爲2~5 um。
在本發明的另一種實施方式中，所述導電粒子爲金屬粒子或樹脂微球表面鍍覆金屬構成的複合導電粒子。
在本發明的另一種實施方式中，所述金屬粒子爲鎳、金、銀、銅、錫粒子中的一種或多種。
在本發明的另一種實施方式中，所述複合導電粒子由樹脂微球表面鍍覆銅、鎳、金、銀、錫、鋅、鈀、鐵、鎢或鉬構成。
在本發明的另一種實施方式中，所述導電粒子的粒徑爲3-9um。
在本發明的另一種實施方式中，所述導電粒子在所述各微腔中的填充率爲20-60%。
在本發明的另一種實施方式中，所述粘結劑爲熱固性樹脂。
在本發明的另一種實施方式中，所述熱固性樹脂爲環氧樹脂或聚醯亞胺。
另一方面，本發明還提供上述非等向性導電膜的製造方法，包括： (1) 將一有機絕緣材料溶解於一有機溶劑，以制得一有機溶液； (2) 於一基板上以所述有機溶液形成圖案化的多個絕緣隔離層； (3) 將經由所述絕緣隔離層形成的空間定義成多個微腔； (4) 將具有所述多個絕緣隔離層的所述基板浸漬於一含有導電粒子與粘結劑的混合溶液，並使所述導電粒子和所述粘結劑填充於所述多個微腔之中；以及 (5) 將所述基板剝離。
在本發明方法的一種實施方式中，所述有機絕緣材料爲聚碸、聚醚碸、聚苯硫醚、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺及聚醚醚酮中的一種或多種。
在本發明方法的另一種實施方式中，所述有機溶劑爲二甲基乙醯胺。
在本發明方法的另一種實施方式中，所述有機絕緣材料與有機溶劑的體積配比爲1:1.5~1:3。
在本發明方法的另一種實施方式中，任兩個相鄰所述絕緣隔離層之間的間距爲2~5 um。
在本發明方法的另一種實施方式中，所述導電粒子爲金屬粒子或樹脂微球表面鍍覆金屬構成的一複合導電粒子。
在本發明方法的另一種實施方式中，所述金屬粒子為選自鎳、金、銀、銅、錫粒子中的一種或多種。
在本發明方法的另一種實施方式中，所述複合導電粒子由樹脂微球表面鍍覆銅、鎳、金、銀、錫、鋅、鈀、鐵、鎢或鉬構成。
在本發明方法的另一種實施方式中，所述導電粒子的粒徑爲3-9um。
在本發明方法的另一種實施方式中，所述混合溶液還包含1：1(體積比)的甲苯/乙酸乙酯溶劑。
在本發明方法的另一種實施方式中，所述混合溶液還包含添加劑，所述添加劑爲2-十七烷基咪唑改性固化劑。
在本發明方法的另一種實施方式中，在所述混合溶液中，所述導電粒子的含量爲20-60%，所述粘結劑的含量爲1-18%。
本發明的非等向性導電膜具有絕緣隔離層結構，導電粒子和熱固性樹脂填充於相鄰隔離層之間形成的微腔中，從而避免了置於電路基板和電子部件之間進行熱壓接過程中，導電粒子橫向接觸而降低橫向絕緣性。由於隔離層避免了導電粒子的橫向接觸，因而可進一步减小驅動電路的電極脚距，實現窄距化，並可利用隔離層預先設定脚距。並且，與多孔膜隔離結構相比，本發明的絕緣隔離層結構，垂直於膜面縱向延伸，相鄰兩平行隔離層之間形成的微腔空間大，有利於提高導電粒子的填充密度，可在微腔中填充大量導電粒子而不會有橫向導通短路的問題，從而能够進一步提高垂直導通性能。綜上所述，本發明的非等向性導電膜同時具有良好的垂直導通性和橫向絕緣性並有利於進一步實現窄距化。此外，本發明的非等向性導電膜製造方法利用絲網印刷方法形成多個隔離層結構，隔離層的間距、高度、厚度易於控制，工藝簡單、成本低廉。
下面根據具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。本發明的保護範圍不限於以下實施例，列舉這些實例僅出於示例性目的而不以任何方式限制本發明。
參照圖1，本發明的非等向性導電膜包括多個絕緣隔離層1、微腔2以及填充於微腔2中的導電粒子3和粘結劑4。如圖所示，所述多個絕緣隔離層1爲條狀，垂直於非等向性導電膜的表面延伸貫穿整個膜寬，絕緣隔離層的高度相應於膜厚，膜厚取决於膜的機械强度、耐電壓性等要求。各絕緣隔離層相互平行且具有一定的間隔，間隔空間限定構成狹長的矩形微腔，間隔距離可根據諸如IC等驅動電路的電極脚距預先設定，使間隔距離與電極脚距相對應，在本發明的一種實施方式中，各絕緣隔離層之間的間距可爲2~5微米。
由於非等向性導電膜應用時將進行熱壓接處理，因此，絕緣隔離層應選用具有良好耐熱性的有機絕緣材料，優選聚碸、聚醚碸、聚苯硫醚、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺及聚醚醚酮，所述有機絕緣材料可單獨或組合使用。
目前，用於非等向性導電膜的導電粒子主要分爲兩類，一類爲金屬粉末，優選導電性良好的鎳、金、銀、銅或錫，另一類爲樹脂微球表面鍍覆金屬構成的複合導電粒子，鍍覆的金屬優選銅、鎳、金、銀、錫、鋅、鈀、鐵、鎢或鉬。理論上，導電粒子的數量越多即填充率越高以及粒徑越大，垂直方向的接觸電阻越小，垂直導通效果越好。然而，對於現有的非等向性導電膜結構，過多或過大的導電粒子在經受壓合過程中，可能在橫向電極凸塊間相互接觸連接，而造成橫向導通短路，因而考慮到橫向絕緣因素導電粒子的填充率和粒徑均需限定爲較小值，不利於垂直導通性能的進一步提高。本發明的非等向性導電膜具有絕緣隔離層結構，相鄰隔離層限定出的微腔，導電粒子填充於各微腔之中，而相鄰微腔之中的導電粒子由隔離層隔開，隔離層間距對應於電極脚距，確保了橫向絕緣性，相鄰電極不會發生連通短路，從而可使粒徑較大的導電粒子以較高的填充率聚集於微腔之中沿膜厚方向發揮導通作用，獲得更好的垂直導通效果。因而，在本發明的一種實施方式中，導電粒子的粒徑優選爲3-9um，導電粒子的填充率優選爲20-60%。
粘結劑用於固定電路基板和電子部件的相對位置，並提供一壓力以維持電極與導電粒子間的接觸面積，另外還起到防濕氣、接著、耐熱及絕緣功能。用於非等向性導電膜的粘結劑通常爲熱固性樹脂，優選具有高溫穩定性且熱膨脹性和吸濕性低的環氧樹脂和聚醯亞胺。
另外，本發明還提供了上述非等向性導電膜的製造方法，圖2爲本發明的非等向性導電膜的製造方法的一個實施方式的工藝流程圖。採用絲網印刷的方法，定制絲網圖案，使之對應於所需形成的多個條狀隔離層結構，將有機絕緣材料溶於有機溶劑製成的有機溶液印刷於基板表面，經加熱固化後形成相互間隔的多個絕緣隔離層，然後再將該基板浸漬於導電粒子與樹脂粘合劑混合溶液中，使導電粒子與樹脂粘合劑填充於隔離層限定構成的微腔中，最後將基板剝離製成具有隔離層結構的非等向性導電膜。
絲網印刷方法工藝簡單，可通過定制絲網圖案，印製出所需的多個隔離層結構，並可根據電極脚距的需要通過絲網的設計容易地控制隔離層之間的間距，還可根據對導電膜機械强度及耐電壓性的要求，通過調整有機溶液的粘度或通過多次印刷塗布獲得所需的隔離層高度(相應於膜厚)。
配製有機溶液時，對於有機絕緣材料，優選前述耐熱性良好的材料，對於有機溶劑，選用可溶解有機絕緣材料並具有良好疏水性和揮發性有機溶劑，優選甲苯/乙酸乙酯溶劑(1：1)或二甲基乙醯胺。本發明對有機絕緣材料與有機溶劑的配比沒有特殊限定，只要保證所得有機溶液具有適於絲網印刷成膜的粘度和流動性即可。加熱固化的溫度和時間取决於所選用的具體有機絕緣材料，保證有機絕緣材料充分固化，有機溶劑完全排出即可。
配製導電粒子與粘結劑的混合溶液時，首先將粘結劑溶於有機溶劑，粘結劑優選前述熱固性樹脂，有機溶劑優選甲苯/乙酸乙酯(1：1)，爲使導電粒子均勻分散懸浮於粘結劑中，還需加入觸變劑氣相二氧化矽。爲達到良好的垂直導通效果，期望導電粒子具有較高的填充密度，但爲使導電粒子能够在粘結劑之中均勻分散懸浮，導電粒子與粘結劑的配比需限定在合適的範圍。在本發明方法的一種實施方式中，所述混合溶液中，導電粒子的含量優選爲20-60%，粘結劑的含量優選爲1-18%，有機溶劑的含量優選爲15-50%，添加劑的含量優選爲1-10%。將表面形成有多個隔離層的基板浸漬於所述混合溶液中一定的時間，以使導電粒子和粘結劑充分填充於微腔之中。最後，剝離基板，形成最終的非等向性導電膜。
本發明的非等向性導電膜可廣泛應用於在印刷電路板上安裝半導體封裝件或電連接兩個印刷電路板上的導體電路，特別是應用於顯示領域，例如用於液晶面板或有源矩陣有機發光器件的玻璃襯底上直接連接(Chip On Glass:COG)驅動用IC，但並不限於此。
除非另作限定，本發明所用術語均爲本領域技術人員通常理解的含義。
以下通過實施例對本發明作進一步地詳細說明。
實施例1
將50克聚醯亞胺溶於150ml二甲基乙醯胺形成粘度爲0.5Pa·s的溶液。使用具有間距爲2μm的條狀圖案的絲網，採用絲網印刷工藝，將上述溶液印刷塗布於基板，並重複該印刷塗布操作多次，在基板之上形成間距爲2μm的多個隔離膜層。在120°C下加熱固化30min後，在基板之上形成高度爲15μm的完全固化的多個隔離層。
將60克環氧樹脂(JE6110-3)溶於170ml甲苯/乙酸乙酯的有機溶劑，然後加入3ml潛伏性固化劑(2-十七烷基咪唑改性固化劑)，再將120克粒徑爲5μm的導電金球分散於其中，形成包含導電粒子和粘結劑的混合溶液。
將形成有多個隔離層的基板浸漬於上述混合溶液0.5h，最後將基板剝離，制得具有隔離層結構的非等向性導電膜。
在80°C的溫度和0.1MPa的壓力下，對非等向性導電膜進行熱壓處理，使粘結劑固化後，測得所得非等向性導電膜的垂直電阻爲5Ω和橫向電阻爲5*1010Ω。
由此可見，本發明的非等向性導電膜由於採取隔離層結構，確保具有優異的橫向絕緣性，橫向電阻極高，同時由於能够具有更高的導電粒子填充率，而獲得了優異的垂直導通性，垂直電阻極低。特別是通過採取隔離層結構，還可預先設定相應於脚距的隔離層間距並有利於進一步實現窄脚距化。
本領域技術人員應當注意的是，本發明所描述的實施方式僅僅是示範性的，可在本發明的範圍內作出各種其他替換、改變和改進。因而，本發明不限於上述實施方式，而僅由申請專利範圍限定。
1‧‧‧絕緣隔離層
2‧‧‧微腔
3‧‧‧導電粒子
4‧‧‧粘結劑
結合附圖參照下述詳細說明本領域技術人員將更好地理解本發明的上述及諸多其他特徵和優點，其中： 圖1爲根據本發明的非等向性導電膜的結構示意圖； 圖2爲本發明的非等向性導電膜的製造方法的工藝流程圖。
1‧‧‧絕緣隔離層
2‧‧‧微腔
3‧‧‧導電粒子
4‧‧‧粘結劑

Claims (18)

  1. 一種非等向性導電膜，包括： 多個絕緣隔離層，所述多個絕緣隔離層相互平行； 多個微腔，每一個所述微腔形成于兩個相鄰的所述多個絕緣隔離層之間； 多個導電粒子，填充於每一個所述微腔之中；以及 粘結劑，填充於每一個所述微腔之中，其中所述多個導電粒子分散於所述粘結劑之中。
  2. 根據申請專利範圍第1項的非等向性導電膜，其中所述絕緣隔離層由有機絕緣材料製成。
  3. 根據申請專利範圍第2項的非等向性導電膜，其中所述有機絕緣材料爲聚碸、聚醚碸、聚苯硫醚、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺及聚醚醚酮中的一種或多種。
  4. 根據申請專利範圍第1項的非等向性導電膜，其中任兩個相鄰所述絕緣隔離層之間的間距爲2~5微米。
  5. 根據申請專利範圍第1項的非等向性導電膜，其中所述導電粒子爲金屬粒子或樹脂微球表面鍍覆金屬構成的複合導電粒子，所述金屬粒子為鎳、金、銀、銅、錫粒子中的一種或多種，所述複合導電粒子由樹脂微球表面鍍覆銅、鎳、金、銀、錫、鋅、鈀、鐵、鎢或鉬構成。
  6. 根據申請專利範圍第1項的非等向性導電膜，其中所述導電粒子的粒徑爲3-9um。
  7. 根據申請專利範圍第1項的非等向性導電膜，其中所述導電粒子在所述各微腔中的填充率爲20-60%。
  8. 根據申請專利範圍第1項的非等向性導電膜，其中所述粘結劑爲熱固性樹脂。
  9. 一種非等向性導電膜的製造方法，包括： (1) 將一有機絕緣材料溶解於一有機溶劑，以制得一有機溶液； (2) 於一基板上以所述有機溶液形成圖案化的多個絕緣隔離層； (3) 將經由所述絕緣隔離層形成的空間定義成多個微腔； (4) 將具有所述多個絕緣隔離層的所述基板浸漬於一含有導電粒子與粘結劑的混合溶液，並使所述導電粒子和所述粘結劑填充於所述多個微腔之中；以及 (5) 將所述基板剝離。
  10. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中所述有機絕緣材料爲聚碸、聚醚碸、聚苯硫醚、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯亞胺、矽氧烷改性的聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺及聚醚醚酮中的一種或多種。
  11. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中所述有機溶劑爲二甲基乙醯胺。
  12. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中所述有機絕緣材料與有機溶劑的體積配比爲1:1-1:5。
  13. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中任兩個相鄰所述絕緣隔離層之間的間距爲2~5微米。
  14. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中所述導電粒子爲一金屬粒子或樹脂微球表面鍍覆金屬構成的一複合導電粒子，所述金屬粒子為鎳、金、銀、銅、錫粒子中的一種或多種，所述複合導電粒子由樹脂微球表面鍍覆銅、鎳、金、銀、錫、鋅、鈀、鐵、鎢或鉬構成。
  15. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中所述導電粒子的粒徑爲3-9um。
  16. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中所述混合溶液還包含體積比為1：1的甲苯/乙酸乙酯溶劑。
  17. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中所述混合溶液還包含添加劑，所述添加劑爲2-十七烷基咪唑改性固化劑。
  18. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中在所述混合溶液中，所述導電粒子的含量爲20-60%，所述粘結劑的含量爲1-18%。
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