TWI585185B - 具階梯式部分嵌埋粒子型態的經改良固定陣列異方性導電膜及其製造方法 - Google Patents

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Description

具階梯式部分嵌埋粒子型態的經改良固定陣列異方性導電膜及其製造方法
本發明一般係關於具階梯式部分嵌埋粒子之異方性導電膜(ACF)的結構與製造方法。更特別地，本發明係關於用於具有經改良粒子捕獲、接觸電阻與剝離強度之ACF的結構與製造方法，其中一或多個導電粒子非隨機陣列係以兩或複數個明顯的深度而部分地嵌埋於ACF中，因而使它們容易接合到電子裝置。該術語〝深度〞意指在ACF黏著劑之頂部表面以下的粒子直徑部分。該揭露亦相關於ACF，其中前述的優點在比不具有該二階結構之ACF更低的平均粒子密度上有效。
異方性導電膜(ACF)一般使用於平面板顯示驅動器積體電路(IC)接合。典型的ACF接合方法包含第一步驟，其中ACF被附加到該面板玻璃的電極上；第二步驟，其中該驅動器IC接合墊對準該面板電極；以及第三步驟，其中壓力與熱被施加到該接合墊，以在數秒內熔化與固化ACF。ACF的導電粒子提供異方性導電性於該面板電極與該驅動器IC之間。ACF亦廣泛地使用於譬如正反器接合與光伏打模組組件的應用中。
隨著電子裝置中(譬如智慧型手機與電子板)之高解析度顯示器的使用變成市場趨勢，超微細間距ACF的需求會大幅增加。不過，因為該間距尺寸減少，該等電極的尺寸亦必須變得更小，且需要更高濃度的導電粒子，以提供必要的粒子密度於該等連接電極上，以確保令人滿意的導電性或阻抗。
傳統ACF的導電粒子基本上會在ACF中任意地散 佈。由於X-Y導電性，此一散佈系統的粒子密度是有限度的。在使用傳統ACF的許多接合方法中，只有一小部分的導電粒子在電極上被捕獲。大部分的粒子實際上會被沖出到電極之間的間隔區域，而且在一些情形中會導致在ACF之X-Y面中的不良短路。在微細間距接合的應用中，導電粒子密度必須足夠高，以讓足夠數目的導電粒子接合在每一接合墊上。不過，在兩接合墊之間之絕緣區域中短路或者不良高導電性的可能性，其係亦由於導電粒子的高密度與隨機分佈的特徵而增加。
Liang等人(“Liang‘700”)的美國公開申請案 2010/0101700揭露一種克服具有隨機散佈導電粒子之ACF之一些缺點的技術。Liang揭露導電粒子被排列在固定陣列ACF(FACF)中的預定陣列圖案中。此一非隨機導電粒子陣列能夠在不具有短路之相同概度之下超細間距的接合。反之，固定陣列ACF的導電粒子係被事先排列在黏著表面上，其係並且已經顯示比傳統ACF具有更低粒子濃度的明顯更高粒子捕獲率。因為該等導電粒子基本上成本高，所以具有聚合物核心、固定陣列ACF之狹窄分佈的金粒子，其係相較於傳統者，提供具有優良性能的明顯較低成本解法。
本揭露藉由提供ACF來擴大Liang‘700的固定陣列ACF，其中該等導電粒子係被排列在ACF內的二階中。當美國申請案13/111,300(“Liang‘300”)揭露該等導電粒子可被部分嵌埋於黏著劑樹脂中，以致於至少一部份的粒子(例如，大約直徑1/3至3/4)不會被該黏著劑所覆蓋，已發現在此所揭露的階梯式固定陣列在粒子捕獲率中提供一進一步的改良，其係並且相較於不具有複層粒子型態的正常固定陣列ACF，顯示出較低的接觸電阻與較高的剝離力。雖然本揭露經常意指一二階陣列，但是該揭露亦對提供一或多個額外階的實施例開放。術語〝階梯式〞包括具有兩或更多階粒子陣列的ACF，以及其中一固定非隨機導電粒子陣列被部分嵌埋於包含完全嵌埋粒子之隨機分佈之ACF之表面中的ACF。
由實行本揭露而有效之效果的一種顯示，其係展示於下文二階非隨機固定陣列粒子型態的表1中：
從表1明顯看見，就算粒子密度稍微較低，具有二階粒子型態的ACF仍展示明顯更高的粒子捕獲率與較佳(較低)的接觸電阻與較高的剝離力，而其他性能則實質維持相同。在正常儲存情況中，該樣本存放超過3個月以後，該二階粒子型態亦保持地非常好。不受到該理論的限制，一般相信將一些粒子嵌埋入該黏著劑內，多過在已知固定陣列ACF中的其他者，由在接合期間內之黏著劑熔流所誘發的不希望亂流則會減少，且在該等接觸粒子上所經歷的局部有效接合壓力則會增加。兩者造成較少的粒子被沖出該連接電極以及相應地更高的捕獲率、更低的接觸電阻與更高的黏著強度。
本發明的一種表現形式係為異方性導電膜(ACF)，其包含：(a)一黏著層，其具有實質均勻的厚度；以及(b)複數個導電粒子，其係被各別地黏著到該黏著層，其中該等導電粒子包括部分嵌埋在該黏著層內之第一深度的第一非隨機粒子陣列，以及部分嵌埋在第二深度的第二導電粒子陣列，或者被完全嵌埋且散佈在該黏著層內之導電粒子的散佈，其中第一陣列與第二陣列或散佈被嵌埋在黏著層中的該等深度明顯不同，例如，差20至30%。
例如，在一項實施例中，該揭露提供一ACF，其包括兩個固定非隨機陣列，第一個固定陣列被部分嵌埋且第二固定陣列完全嵌埋入ACF的黏著層內。
在第二實施例中，ACF包括兩個固定非隨機陣 列，其中該等導電粒子被部分嵌埋到在ACF之黏著層表面中的不同範圍。
在第三實施例中，一個固定非隨機陣列被部分嵌埋在黏著層中，且導電粒子的隨機散佈係被散佈於其中嵌埋固定粒子陣列的黏著層中。包括額外階粒子陣列的其他實施例亦有可能。
本發明的另一種表現形式係為異方性導電膜(ACF)，包含：(a)一黏著層，具有實質均勻厚度；以及(b)複數個導電粒子，各別黏著到該黏著層，其中該等導電粒子包括部分嵌埋於該黏著層內之第一深度的第一非隨機粒子陣列以及部分嵌埋於該黏著層內之第二深度的第二非隨機導電粒子陣列，其中第一深度與第二深度明顯不同。
根據一項實施例，階梯式ACF係使用包括以下步驟的多傳送方法來製造：(a)將第一固定粒子陣列傳送到一黏著層；(b)使用例如加熱與/或壓力滾輪或壓平，將第一陣列處理成希望程度的部分嵌埋；(c)將第二固定粒子陣列傳送到該黏著劑；以及(d)將兩粒子陣列選擇性地壓成該希望程度的部分嵌埋，以致於第一陣列被嵌埋於該黏著劑中比第二陣列更大的範圍。
根據另一項實施例，階梯式ACF使用包括以下步驟的多傳送方法來製造：(a)將一第一固定非隨機導電粒子陣列傳送到具有導電粒子散佈於其中的ACF；以及(b)使用例如加熱與/或壓力滾輪或壓平，將第一陣列處理成希望程度的部分嵌埋。
ACF係以階梯式粒子型態均勻地形成或者階梯式型態可被使用於ACF的選擇區域中，其中該等導電粒子係被均勻地散佈於在該階梯式區域外面的黏著劑中。在本發明的一項表現形式中，ACF係為一薄片或一連續膜或呈捲盤或滾筒形式的一連續膜。在一項實施例中，ACF係以纏繞在塑膠架之間大約1.0-2.0mm(寬度)×大約 20-300米(長度)的滾筒來供應。在另一項實施例中，ACF係為選擇區域具有在本文中所揭露之階梯式型態的一連續膜或捲盤。
10‧‧‧單階固定陣列ACF(異方性導電膜)
12‧‧‧導電粒子
14‧‧‧ACF(異方性導電膜)黏著劑
20‧‧‧ACF(異方性導電膜)
22‧‧‧第一陣列導電粒子
24‧‧‧ACF(異方性導電膜)黏著劑
26‧‧‧第二陣列導電粒子
28‧‧‧第一陣列
29‧‧‧第二陣列
40‧‧‧異方性導電膜(ACF)
42‧‧‧第一陣列粒子
44‧‧‧異方性導電膜黏著劑
46‧‧‧第二陣列粒子
48‧‧‧節距的虛線
49‧‧‧相鄰粒子的虛線
圖1係為具有二階粒子型態之兩固定陣列ACF的代表性SEM顯微照片。平均粒子密度：(1A)大約24000pcs/mm2與(1B)16,000pcs/mm2。全部的粒子被部分嵌埋在黏著劑中，其中一些粒子被更深地嵌埋在黏著劑中。
圖2係為在沒有具有平均粒子密度大約17,000pcs/mm2之二階粒子型態之下之先前技術固定陣列ACF的代表性SEM(2A)與光學顯微(2B)顯微圖片。
圖3係為具有一階粒子型態與粒子嵌埋深度之對應分佈之單一固定陣列ACF的概略圖。
圖4係為具有二階粒子型態與粒子嵌埋深度之對應分佈之相同節距尺寸之二階固定陣列ACF的概略圖。
圖5係為二階固定陣列ACF的概略圖，其中使用來傳送該兩階固定陣列粒子的微腔具有不同的節距尺寸。
Liang等人於2011年5月19日所申請的美國公開申請案2010/0101700與美國申請案序號13/111,300，其係全部以引用的方式併入本文中。
在傳送該等導電粒子到黏著層表面上有用之包含大約6μm(直徑)乘以大約4μm(深度)乘以大約3μm(間隔)之微腔的一微腔陣列，其係可藉由在大約2至5mil之熱穩定聚醯亞胺(PI)或者聚酯薄膜(譬如PET)上的雷射剝融所準備，以形成該微腔載體。該微腔陣列網以使用平滑桿的導電粒子散佈來塗層。可使用超過一次的充填以確保沒有未填充的微腔。見Liang‘300與Liang‘700。
該二階(或多階)ACF可藉由雙重(或多重)傳送方法來得到。在一項實施例中，黏著劑(較佳地，環氧樹脂黏著劑)會被塗層在一釋放襯墊上，且兩微腔薄膜可根據在Liang‘700中所教導的該等方法來準備。該兩微腔薄膜具有相同或不同的微腔圖案與節 距。導電粒子會被填到第一微腔薄膜內，且在該等腔室以外的過量粒子可例如使用在該微腔薄膜與該刮刷或滾筒之間具有仔細控制間隙的橡膠刮刷或橡膠滾筒來移除。在該微腔薄膜中的導電粒子可藉由例如疊層該被充填的微腔薄膜與該環氧樹脂黏著劑/釋放襯墊而被傳送到該環氧樹脂黏著劑。作為部分的疊層步驟或者作為一隔開步驟，藉由例如在壓力或切變以下的壓平、疊層或加熱，該因此傳送的粒子係或者可能進一步處理成黏著薄膜，以僅僅允許大約0至80%的粒子直徑暴露在該黏著劑表面以上。該粒子充填與傳送方法係以第二微腔薄膜來重複，以產生如圖1與4的二階粒子型態。
在另一項實施例中，ACF可藉由傳送一固定的粒子 陣列到ACF(非固定陣列)上來得到，其中該等導電粒子會隨機散佈且完全地嵌埋於該導電黏著層中。該複層的ACF可藉由將一固定的粒子陣列沈積在具有該等導電粒子均勻散佈於該黏著劑中的一單層ACF上，或者具有分開的非導電層在導電黏著層下面的一兩層ACF上，該固定的粒子陣列則被傳送到該導電黏著層上。
圖3顯示一單階固定陣列ACF10，其中該等導電粒子 12大概均勻地嵌埋於ACF黏著劑14的表面中。在圖3中的插圖顯示該等粒子為嵌埋深度(d)之函數的直方圖分佈。如該圖所示，該分佈係為一單一模態的分佈。圖4概略地顯示根據本發明之一項實施例的ACF。ACF20包括嵌埋在ACF黏著劑24中第一距離(例如，d1)的第一陣列導電粒子22以及嵌埋在ACF中第二但是比第一粒子22更淺距離(例如，d2)的第二陣列導電粒子26。在一特定陣列中之相鄰粒子之間的節距或者距離(亦即，第一陣列由虛線的六角形28所指定且第二陣列由虛線的六角形29所指定)具有相同節距。圖4的插圖係為顯示嵌埋深度之分佈的圖。此圖顯示該分佈係為雙峰，其包括在明顯不同嵌埋深度(d1與d2)的兩陣列粒子。
圖5顯示本發明的進一步實施例，其中ACF40包括以 第一深度被嵌埋在ACF黏著劑44中的第一陣列粒子42以及以更淺的深度被嵌埋在ACF黏著劑中的第二陣列粒子46。在圖5中的ACF40與在圖4中所示ACF20不同的是，組成第一與第二陣列之該等粒子的節 距不同。顯示第二陣列粒子46之節距的虛線48比連接在更深第一陣列粒子42中之相鄰粒子42的虛線49更短。
根據本發明的另一項實施例，二階的ACF可藉由以 具有導電粒子散佈於該黏著劑中的ACF來起始並且將一固定非隨機的粒子陣列傳送到那ACF黏著劑之表面並且將那些粒子嵌埋到該希望的嵌埋深度而來準備。
先前所教導使用於ACF的任一導電粒子可被使用來 實施本發明。在一項實施例中，可使用塗金的粒子。在一項實施例中，該等導電粒子具有一窄的粒子尺寸分佈，其具有小於10%，較佳小於5%，甚至更佳小於3%的標準偏差。該粒子尺寸的範圍較佳地在大約1至250μm，更佳地大約2-50μm，甚至更佳地大約2.5-10μm。在本發明中有效之兩種市場上可買到的導電粒子，其係為來自立邦化學、經由紐約州白原市立邦化學工業有限公司子公司之它在紐約的經銷商JCI USA的Ni/Au粒子，以及來自紐約州之Inco特殊產品Wyckoff的Ni粒子。在一項實施例中，該等導電粒子可具有雙峰或多峰的粒子尺寸分佈。在一項實施例中，該等微腔與該等導電粒子的尺寸係被選擇，以致於每一微腔均具有一有限空間，以包含僅僅一個導電粒子。 在具體實施例中，該導電粒子或微腔具有範圍在大約1至大約100μm的直徑或深度。在另一項實施例中，該導電粒子或微腔具有範圍在大約2至大約10μm之間的直徑或深度。在另一項實施例中，該導電粒子或微腔具有標準偏差小於大約10%的直徑或深度。
在另一項較佳實施例中，該導電粒子或微腔具有標 準偏差小於大約5%的直徑或深度。在另一項較佳實施例中，該黏著層包含一熱塑性塑膠、熱固性塑膠或它們的前驅物。
在一項實施例中，包括聚合物核心與金屬外殼的導電粒子可被使用。有用的聚合物核心包括但不限於聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸鹽、聚乙烯、環氧樹脂、聚氨酯、聚醯胺、酚醛樹脂、聚二烯類、聚烯、胺基塑膠(譬如三聚氰胺甲醛、脲甲醛、苯代三聚氰胺甲醛與它們的寡聚合物、共聚合物、摻合物或複合物)。假如一合成材料被使用當作核心，碳、矽土、氧化鋁、BN、TiO2與黏 土的奈米粒子或奈米管則較佳當作在該核心中的充填物。用於金屬外殼的適當材料包括但不限於Au、Pt、Ag、Cu、Fe、Ni、Sn、Al、Mg與它們的合金。具有互相滲透金屬外殼(譬如Ni/Au、Ag/Au、Ni/Ag/Au)的導電粒子係對硬度、導電性與耐腐蝕性有用。具有硬尖峰的粒子，譬如Ni、碳、石墨，則在改善將易受到滲透入腐蝕性薄膜之腐蝕(如果存在)的電極連接的可靠度上有用。此類粒子可從來自Sekisui KK(日本)的商品名稱MICROPEARL、立邦化學工業公司(日本)的商品名稱BRIGHT與Dyno A.S.(挪威)的商品名稱DYNOSPHERES得到。
在另一項實施例中，該等導電粒子具有所謂的尖表 面。在無電電鍍Ni、接著由Au部分取代Ni層的步驟以前，該尖峰可藉由摻雜或沈積小的雜質粒子(譬如氧化矽)在乳膠粒子上來形成。在一項實施例中，如在前述應用中的更詳細解釋，該等導電粒子形成具有尖峰。在沒有限制之下，這些尖峰係以尖銳尖峰、結節狀、凹槽、楔子或溝渠來形成。在另一項實施例中，該等導電粒子可事先塗以薄的絕緣層，較佳地是具有靠近或低於接合溫度之熔流溫度的絕緣聚合物層。
狹窄散佈的聚合物粒子可藉由例如在美國專利第 4,247,234、4,877,761、5,216,065號中所教導的種子乳化聚合與在Adv.,Colloid Interface Sci.,13,101(1980)；J.Polym.Sci.,72,225(1985)與El-Aasser與Fitch編輯，第355頁(1987)出版者Martinus Nijhoff的〝聚合物膠體中的未來方向(Future Directions in Polymer Colloids)〞中所說明的Ugelstad浮腫粒子方法來準備。在一項實施例中，直徑大約5μm的單一散佈聚苯乙烯乳膠粒子會被使用當作可變形的彈性核心。該粒子首先以溫和攪拌的甲醇來處理，以移除過量的界面活性劑並且產生微孔性表面於聚苯乙烯乳膠粒子上。該因此所處理的粒子隨後可在包含PdCl2、HCl與SnCl2的溶液中被活化，接著以水來沖洗與過濾，以移除Sn4+，並且隨後浸入於在90℃之包含Ni複合物與次磷酸鹽的無電Ni電鍍溶液中(例如，來自N.J.特倫頓的表面科技有限公司)大約30至大約50分鐘。Ni電鍍的厚度係由電鍍溶液濃度與電鍍溫度與 時間來控制。
釋放層可被施加到微腔上，以改善導電粒子之傳送 到黏著層上。該釋放層可從包含氟聚合物或寡聚物、矽油、氟矽酮、聚烯烴、蠟、聚(環氧乙烷)、聚(環氧丙烷)、具有長鏈疏水方塊或分支之界面活性劑或它們的共聚合物或摻合物的清單選出。該釋放層可藉由包括但不限於塗層、印刷、噴霧、蒸汽沈積、電漿聚合或交叉連接的方法被施加到該微腔陣列的表面。如在Liang‘300申請案中所示，在另一項實施例中，該方法進一步包括一種使用微腔陣列之密閉循環的步驟。在另一項實施例中，該方法進一步包括在粒子傳送步驟以後、使用一清潔裝置從該微腔陣列移除殘留黏著劑或粒子的步驟。在不同實施例中，該方法進一步包括在粒子填充步驟以前、將一釋放層施加到該微腔陣列上的步驟。在另一項實施例中，該等導電粒子可被封裝或塗以熱塑性或熱固性絕緣層，以進一步降低在美國專利6,632,532；7,291,393；7,410,698；7,566,494；7,815,999；7,846,547與美國專利申請案2006/0263581；2007/0212521與2010/0327237中所揭露之X-Y面中短路的風險。根據一項實施例，該等導電粒子係以耦合劑來處理/塗佈。該耦合劑增強該導電粒子的抗蝕性以及粒子對具有金屬-OH或金屬氧化物部分於電極表面上之電極的溼黏著性或者在濕情況中的連結力，以致於該等導電粒子僅僅能夠部分嵌埋於該黏著劑中，以致於它們能夠容易接合該電性裝置。更重要地，該表面處理導電粒子可較佳地以降低聚集風險而散佈於在電極之間之非接觸區域或間隔區域的黏著劑中。結果，在X-Y面中短路的風險會明顯降低，特別是在細節距的應用中。
預處理該等導電粒子之有用耦合劑的實例，包括鈦 酸鹽、鋯酸鹽與矽烷耦合劑(〝SCA〞)，譬如包括3-甘油基丙基三甲基矽烷氧、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽、γ-巰丙基三甲氧基矽烷、雙(3-三乙氧基矽丙基)四硫化物與雙(3-三乙氧基矽丙基)二硫化物的有機三烷氧矽烷。包含硫醇、二硫化物與四硫化物官能基的耦合劑對甚至在溫和反應情況中預處理起因於Au-S鍵所形成的Au粒子特別有用(例如見J.Am.Chem.Soc.,105,4481(1983)Adsoption of Bifunctional Organic Disulfides on Gold Surfaces(在金表面上之雙官能有機二硫化物的吸收))。耦合劑係以大約表面覆蓋之5%至100%，更特別地大約表面覆蓋之20%至100%，甚至更特別地表面覆蓋之50%至100%的數量被施加到該導電粒子的表面。請見J.Materials Sci.,Lett.,899】,1040(1989)；Langmuir,9(11),2965-2973(1993)；固體薄膜(Thin Solid Films),242(1-2),142(1994)；聚合物合成物(Polymer Composites),19(6),741(1997)；以及E.P.Plueddemann,Plenum Press“矽烷耦合劑(Silane Coupling Agents)”第二版與其中參考，以供參考。
微腔陣列係直接形成在載體網上或者預塗層在載體 網上的腔形成層上。適合該網的材料包括但不限於聚酯(譬如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)與聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))、聚碳酸酯、聚醯胺、聚丙烯酸酯、聚碸、聚醚、聚醯亞胺與液晶聚合物與它們的共混物、合成物、疊層物或夾層薄膜。適合該腔形成層的材料包括，不限於熱塑性材料、熱固定材料或它的前驅物、正或負光阻、或無機材料。 為了得到高良率的粒子傳送，該載體網較佳地以釋放材料薄層來處理，以減少該微腔載體網與該黏著層之間的黏著。在該微腔形成步驟以前或以後，該釋放層可藉由塗層、印刷、噴霧、蒸汽沈積、熱傳送、或電漿聚合/交叉連結被施加。適合該釋放層的材料包括但不限於氟聚合物或寡聚物、矽油、氟矽酮、聚烯烴、蠟、聚(環氧乙烷)、聚(環氧丙烷)、具有長鏈疏水方塊或分支之界面活性劑或它們的共聚合物或摻合物。
在一項實施例中，粒子沈積可藉由施加一射流粒子 分佈與捕獲方法而產生作用，其中每一導電粒子會被捕獲到一個微腔內。可使用許多捕獲方法。例如，在Liang‘700所揭露的一項實施例中，捲軸式連續射流粒子分佈方法可被使用以捕獲僅僅一個導電粒子到每一微腔內。該捕獲的粒子隨後可從該微腔陣列傳送到一黏著層上的預定位置。基本上，這些傳送導電粒子之間的距離必須大於展透閾值，其係為該等導電粒子聚集的密度閾值。
該等微腔的各種圖案尺寸、形狀與間隔係被揭露於 美國公開專利申請案Liang、US 2006/0280912與Liang‘700中。該固定陣列圖案可改變。在圓形微腔的情形中，該圖案可由X-Y代表，在此X係為該腔室的尺寸，且Y係為在相鄰腔室之間、以微米為單位的邊對邊距離。典型的微腔圖案節距包括5-3、5-5、5-7與6-2的圖案。 所選擇的圖案將部分取決於每一電極所需要的粒子數目。為了減少電極的最小接合空間，該微腔圖案可被交錯。
採取在上文實例中所說明的粒子充填程序，具有6 (開口)×2(間隔)×4(深度)μm陣列架構之一表面處理的聚醯亞胺(PI)微腔薄片係填滿粒子。一環氧薄膜係以大約15μm的目標厚度來準備。該微腔薄片與環氧薄膜係面對面地貼在鋼板上。該鋼板係被推經過HRL 4200乾膜滾筒貼合機，其係在商業上可從Think & Tinker得到。該疊層壓力與疊層速度可被調整，以致於以良好的效率(大於大約90%，較佳地大於大約95%)並且以任選地用後壓平或加熱方法來允許更高程度嵌埋的希望嵌埋(例如大約40至90%)，此第一粒子陣列能夠從該微腔載體傳送到該黏著薄膜。第二粒子陣列隨後可傳送到該薄膜，且該疊層壓力與疊層速度可被調整，以便得到希望程度的嵌埋。第二固定粒子陣列的傳送，取決於情況，其係進一步將第一粒子陣列嵌埋入該黏著劑內。第二陣列疊層的壓力、溫度與速度可被調整，以致於第一與第二陣列能夠被嵌埋於環氧黏著劑中之與第一粒子陣列以及第二粒子陣列所不同的希望不同深度。藉由以此方式來階梯化該嵌埋深度，可得到改善的電阻與脫出拉力。在一項實施例中，第一陣列嵌埋它的粒子直徑的大約40至90%，且更典型地大約50至80%。第二陣列嵌埋它的粒子直徑的大約10至60%，且更典型地大約30至60%，倘若該嵌埋百分會一個陣列比另一個陣列更大的話。特別地，假如第一陣列粒子被嵌埋至少大約20%，較佳地30%，相關於第二陣列粒子之嵌埋深度還更深到該黏著劑中則是理想的。
在ACF中所使用的黏著劑係為熱塑性、熱固性或它 們的前驅物。有用的黏著劑包括但不限於壓力感應黏著劑、熱熔黏著劑、熱或輻射固化黏著劑。該等黏著劑例如包含環氧化物、酚樹脂、胺-甲醛樹脂、聚氧代氮代苯并環己烷、聚氨酯、氰酸酯、丙烯酸、 丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯系聚合物、橡膠(譬如聚苯乙烯丁二烯共聚物與它們的段共聚物)、聚烯烴、聚酯纖維、不飽和聚酯纖維、乙烯酯、聚己內酯、聚醚與聚醯胺。環氧化物、氰酸酯與多功能丙烯酸則特別有用。包括潛伏固化劑的觸媒或固化劑可被使用來控制該黏著劑的固化動力。環氧樹酯的有用固化劑包括但不限於氰胍(DICY)、己二酸二酰肼、2-甲咪唑與它的封裝產品(譬如來自旭化成工業(Asahi Chemical Industry)之液體雙酚A環氧中的Novacure HX散佈)、胺類(譬如乙二胺、二伸乙三胺、三乙烯四胺)、BF3胺加成物、來自味之素有限公司的Amicure、鋶鹽(譬如二氨基二苯碸、p-羥苯苄基甲基六氟銻酸鋶)。在一項實施例中，該等粒子可塗以耦合劑。包括但不限於鈦酸鹽、鋯酸鹽與矽烷耦合劑(譬如環氧丙醇三甲氧基矽烷與3-胺丙基三甲氧矽烷)的耦合劑亦可被使用來改善ACF的耐久性。在環氧基ACF之性能上固化劑與耦合劑之效果的討論可在S.Asai等人的J.Appl.Polym.Sci.,56,769(1995)中發現。全部的論文在此以引用的方式併入。
IC晶片或焊球之射流組裝入基板或顯示器材料網的 凹處區域或孔洞內，其係已經在例如美國專利第6,274,508、6,281,038、6,555,408、6,566,744與6,683,663號中被揭露。將電泳或液晶流體充填與頂部密封到壓花網的微杯內，其係例如揭露於美國專利第6,672,921、6,751,008、6,784,953、6,788,452與6,833,943號中。藉由充填入壓花載體網之凹處內來準備具有精確間隔的研磨物品，包含複數個研磨粒子散佈於可硬化黏合劑前驅物中的一研磨複合漿體，其係亦例如被揭露於美國專利第5,437,754、5,820,450與5,219,462號中。上述的全部美國專利它們因此各自整體性地以引用的方式併入。在上述的技術中，凹處、孔洞、或微杯藉由例如壓花、打印或平版印刷方法而形成在基板上。許多裝置隨後被充填入凹處或孔洞內，以用於各種應用，包括活性矩陣薄膜電晶體(AM TFT)、球柵陣列(BGA)、電泳與液晶顯示器。在特定實施例中，ACF係藉由射流充填僅僅一個導電粒子於每一微腔或凹處中所形成，且包含聚合物核心與金屬殼的該等導電粒子與該金屬殼係塗以耦合劑以及更特別地矽烷耦合劑，且 該粒子特別被嵌埋於ACF黏著層中。
該等微腔可直接形成在具有或不具有額外腔室形成層的塑膠網基板上。或者，該微腔亦可不以壓花模組來形成，其係例如藉由雷射剝蝕或者使用光阻的平版印刷方法，接著顯影，以及任選地，蝕刻或電鑄步驟。適合腔室形成層的材料包括不限於熱塑性、熱固性或它的前驅物、正或負光阻、或無機或金屬材料。至於雷射剝蝕，一項實施例產生一用於剝蝕的準分子雷射光束，其具有功率範圍在大約0.1W/cm2至大約200W/cm2之間，其使用在大約0.1Hz至大約500Hz之間的脈衝頻率；並且施加大約1脈衝至大約100脈衝之間。在較佳實施例中，雷射剝蝕功率在大約1W/cm2至大約100W/cm2之間的範圍、使用在大約1Hz至大約100Hz之間的脈衝頻率、並且使用大約10脈衝至大約50脈衝之間。亦令人希望的是施加一具有真空的載體氣體，以移除碎片。
為了加強傳送效率，該等導電粒子的直徑與該腔室的直徑具有具體容差。為了得到高的傳送率，該等腔室的直徑較佳具有小於大約5%至大約10%的具體容差，標準偏差需求條件則依據在美國專利公開案2010/0101700中所陳述的原理。
在一實施例中，在非隨機ACF微腔陣列中的粒子所具有的粒子尺寸範圍分佈在大約單一粒子尺寸平均值，基本上在大約2μm至大約6μm之間，實施例的特徵係為一窄分佈，其包括具有自該平均粒子尺寸小於大約10%之標準偏壓的窄粒子尺寸分佈。在具有窄分佈特徵的其他實施例中，窄粒子尺寸分佈較佳地具有自該平均粒子尺寸之小於大約5%的標準偏差。基本上，一選擇腔室尺寸的腔室係被形成以容納具有比該選擇腔室尺寸稍微更小之一選出粒子尺寸的粒子。為了避免粒子群形成在ACF中，較佳地，該腔室開口的平均直徑會比該粒子直徑稍微更大，但卻比兩倍的粒子直徑更小。更佳地，該腔室開口的平均直徑比該粒子直徑的1.5倍更大，但卻比該粒子直徑的兩倍更小。
因此，在一項實施例中，在非隨機ACF微腔陣列中的微腔所具有的腔室尺寸範圍分佈在大約單一腔室尺寸平均值，基本 上在大約2μm至大約6μm之間，實施例的特徵係為一窄分佈，包括具有自該平均腔室尺寸小於10%之標準偏壓的窄腔室尺寸分佈。在具有窄分佈特徵的其他實施例中，窄腔室尺寸分佈較佳地具有自該平均腔室尺寸之小於5%的標準偏差。
在具體實施例中，本發明進一步揭露一種製造電子裝置的方法。該方法包括一種將包括用耦合劑或絕緣層來進行表面處理或塗層之導電外殼的複數個導電粒子與核心材料放置入一微腔陣列、接著將一黏著層保護塗層或疊層在該填滿微腔上之步驟。在一項實施例中，將複數個表面處理之導電粒子放置入微腔陣列內的步驟，包含一種使用射流粒子分佈方法來捕獲各個導電粒子到單一微腔內的步驟。
根據本發明的另一項實施例，ACF之黏著層具有正交X與Y方向且在一固定非隨機陣列中的該等粒子具有在X與/或Y方向中大約3至30μm的節距。根據本發明的另一項實施例，該粒子位置係被排列在X與/或Y方向中具有節距大約4至12μm的陣列中。
根據上文的說明、圖式與實例，本發明揭露一種異方性導電膜(ACF)，其包括配置在黏著層中之當作非隨機固定陣列之預定二階非隨機粒子位置中的複數個導電表面處理粒子，其中該非隨機粒子位置對應微腔陣列的複數個預定微腔位置，以用來攜帶與傳送該等導電粒子到該黏著層。該等導電粒子係相繼地在第一與隨後第二陣列中被傳送到該黏著層，在此它們被嵌埋在不同的深度。
除了上文的實施例，本發明進一步揭露一種具有與本發明之ACF連接之電子元件的電子裝置。在特定實施例中，該電子裝置包含一顯示裝置。在另一項實施例中，該電子裝置包含一半導體晶片。在另一項實施例中，該電子裝置包含具有印刷電線的印刷電路板。在另一項較佳實施例中，該電子裝置包含具有印刷電線的彈性印刷電路板。
已經詳細並且參考其具體實施例來說明本發明，將明瞭的是，在不背離接下來申請專利範圍所定義之發明範圍下，各種變化與修改是可能的。
40‧‧‧異方性導電膜(ACF)
42‧‧‧第一陣列粒子
44‧‧‧異方性導電膜黏著劑
46‧‧‧第二陣列粒子
48‧‧‧節距的虛線
49‧‧‧相鄰粒子的虛線

Claims (22)

  1. 一種異方性導電膜(ACF)，其包含：(a)一黏著層，其具有實質均勻的厚度和一表面；以及(b)複數個導電粒子，其被各別地黏著到該黏著層，其中該等導電粒子包括一第一非隨機固定粒子陣列部分或完全嵌埋在該黏著層之該表面內之一第一深度，以及一第二固定非隨機導電粒子陣列部分或完全嵌埋在其中嵌埋該第一非隨機固定粒子陣列的該黏著層之該表面內之一第二深度，其中該第一深度與該第二深度明顯不同，在該第一非隨機固定陣列與第二非隨機固定陣列中之該等導電粒子之一直徑的大約0至80%係在該黏著層的表面以上，其中該第一深度與該第二深度的差是該等導電粒子直徑的至少大約20%。
  2. 如申請專利範圍第1項之異方性導電膜，其中以該等粒子的直徑為基礎，在第一或第二陣列中之該部分嵌埋導電粒子的至少大約10%係暴露在該黏著層的該表面之上。
  3. 如申請專利範圍第2項之異方性導電膜，其中該部分嵌埋粒子的至少大約30%係暴露在該黏著層的該表面之上。
  4. 如申請專利範圍第1項之異方性導電膜，其中倘若該第一與第二陣列的深度明顯不同，該第一導電粒子陣列係被嵌埋大約40至90%且該第二導電粒子陣列被嵌埋大約10至60%。
  5. 如申請專利範圍第1項之異方性導電膜，其中該異方性導電膜係藉由將該第一固定粒子陣列傳送到在異方性導電膜中之該黏著層的表面上來得到，其中該等導電粒子係被隨機散佈且完全嵌埋在該導電黏著層內。
  6. 如申請專利範圍第1項之異方性導電膜，其中該異方性導電膜進 一步包含一分開的非導電黏著層，其係在包含該導電粒子散佈的該黏著層之下。
  7. 如申請專利範圍第1項之異方性導電膜，其中黏著層具有正交X與Y方向且在一固定非隨機陣列中的該等粒子具有在X與/或Y方向中大約3至30μm的節距。
  8. 如申請專利範圍第7項之異方性導電膜，其中該粒子位置係被排列在X與/或Y方向中具有節距大約4至12μm的陣列中。
  9. 如申請專利範圍第1項之異方性導電膜，其中該黏著層大約5至35μm厚。
  10. 如申請專利範圍第9項之異方性導電膜，其中該黏著層大約10至20μm厚。
  11. 一種異方性導電膜(ACF)，其包含：(a)一黏著層，其具有實質均勻厚度；以及(b)複數個導電粒子，其被各別地黏著到該黏著層，其中該導電粒子包括部分嵌埋在該黏著層內之一第一深度的一第一非隨機粒子陣列，以及部分嵌埋在該黏著層內之一第二深度的一第二非隨機導電粒子陣列，第一深度與第二深度明顯不同。
  12. 如申請專利範圍第11項之異方性導電膜，其中在該第一陣列與該第二陣列之深度的差是該粒子直徑的至少大約20%。
  13. 如申請專利範圍第12項之異方性導電膜，其中在該第一陣列與該第二陣列之深度的差是該粒子直徑的至少大約30%。
  14. 如申請專利範圍第12項之異方性導電膜，其中以在該第一與該 第二陣列中之粒子直徑為基礎之部分嵌埋導電粒子的至少大約10%係在該黏著層表面以上暴露。
  15. 如申請專利範圍第14項之異方性導電膜，其中形成該第一陣列之部分嵌埋粒子的至少大約30%係在該黏著層表面以上暴露。
  16. 一種電子裝置，包含如申請專利範圍第1項之固化或非固化異方性導電膜。
  17. 如申請專利範圍第16項之電子裝置，其中該電子裝置係為積體電路或印刷電路。
  18. 一種製造階梯式異方性導電膜的方法，包含以下步驟：(a)將一第一固定粒子陣列傳送到一黏著層；(b)將該第一陣列處理為該希望程度的部分嵌埋；(c)將一第二固定粒子陣列傳送到該黏著劑；以及(d)將兩粒子陣列任意地壓到該希望程度的部分嵌埋，以致於該第一陣列被嵌埋於該黏著劑中到比該第二陣列更大的範圍。
  19. 一種製造階梯式異方性導電膜的方法，包含以下步驟：(a)將一第一固定非隨機粒子陣列傳送到包含導電粒子之一異方性導電膜的一黏著層；以及(b)將該第一陣列處理成希望程度的部分嵌埋。
  20. 如申請專利範圍第1項之異方性導電膜，其係呈連續膜或滾筒的形式。
  21. 如申請專利範圍第20項之異方性導電膜，其中該第一陣列與第二陣列被放置在連續膜或滾筒的有限區域中。
  22. 一種異方性導電膜(ACF)，其包含：(a)一黏著層，其具有實質均勻的厚度；以及(b)複數個導電粒子，其被各別地黏著到該黏著層，其中該等導電粒子包括部分嵌埋或被完全嵌埋(0至80%係在該黏著層的表面以上)在該黏著層內之一第一深度的一第一非隨機固定粒子陣列，以及部分嵌埋或被完全嵌埋(0至80%係在該黏著層的表面以上)在一第二深度的一第二階固定非隨機導電粒子陣列，及一黏著保護塗層嵌埋該等導電粒子在該異方性導電膜(ACF)之該黏著層內，其中第一深度與第二深度明顯不同。
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