TWI645975B - 多層異向導電膠膜及其製作方法 - Google Patents

多層異向導電膠膜及其製作方法 Download PDF

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Abstract

一種多層異向導電膠膜及其製作方法，該多層異向導電膠膜包括上導電膠層、50至3000奈米厚之薄金屬層、下導電膠層及貼附於下導電膠層下之離型層；其中，該上導電膠層和下導電膠層包括多種形狀的複數金屬導電粒子，該金屬導電粒子可刺穿薄金屬層，因此可在相同導通能力下減少該金屬導電粒子之使用量，有降低金屬粉末污染及減少生產成本之好處。此外，金屬導電粒子在導電膠膜導通時呈多方向流動，因此，本發明具有高導通性和電磁波遮罩佳之功能。

Description

多層異向導電膠膜及其製作方法
本發明係關於印刷電路用之導電膠，尤係關於一種高導通性和電磁波遮罩性佳的多層異向導電膠膜。
應電子及通訊產品的發展趨勢之要求，電路基板元件朝向輕薄短小及高集成化發展，傳輸信號頻率帶越來越寬，導致電磁干擾越來越嚴重；除此之外，電子電路元件的使用安全性亦列入考量，針對電子產品中電路元件接地可靠度又提出了新要求，目前市面上普及的導電膠產品雖能連通一般印刷線路板中預留的接地孔，但也出現因導電膠將接地孔填充太滿進而影響其他組件的設計安裝，或者因導電膠未填滿接地孔，導致電子元件回流焊時連接觸有空隙存在，致使遮罩效果不佳；另外，由於目前市面上普及的導電膠膜產品皆直接將導電性顆粒分散於導電膠中，且其導電膠層通常偏厚，若固化不充分，壓合條件不均勻，將導致產品於印刷線路板貼合時出現粉體分佈不均，影響導通性能之問題；此外，現有之導電膠所含的金屬導電粒子多為圓球形狀，形狀單一，難以有良好的異向導通效果。
本發明主要解決的技術問題是提供一種多層異向導電膠膜，具良好加工流動性、高導通性、接著強度佳、電磁波遮罩性能高、傳輸損失少、傳輸品質高及信賴度佳等特性，相較於一般的導電膠膜具有更好的導通效果、接著強度及接地效果。
為解決上述技術問題，本發明提供一種多層異向導電膠膜，包括：上導電膠層，其厚度為5至20微米；下導電膠層，其厚度為15至40微米；厚度為50至3000奈米之薄金屬層，係形成於所述上導電膠層與所述下導電膠層之間；以及離型層，係貼附於該下導電膠層下，使該下導電膠層位於該薄金屬層與該離型層之間；其中，該上導電膠層和下導電膠層皆包括粒徑為2至22微米之複數金屬導電粒子，且係具有選自樹枝狀、針狀、片狀和球狀所組成群組之至少兩種形狀。
於一具體實施態樣中，所述上導電膠層和下導電膠層皆復係包括膠黏劑樹脂之熱固性膠層，該上導電膠層和下導電膠層之各層中之該複數金屬導電粒子含量為30至80重量%，且該層之所述複數金屬導電粒子與所述膠黏劑樹脂的重量比為0.9：1至6.67：1。
於一具體實施態樣中，所述下導電層的厚度大於等於所貼合的印刷線路板表面的覆蓋膜的厚度，且該下導電膠層的厚度與所貼合的印刷線路板表面的覆蓋膜的厚度差為0至5微米。
於另一具體實施態樣中，所述複數金屬導電粒子的粒徑為10至18微米。
於一具體實施態樣中，所述複數金屬導電粒子係由複數樹枝狀金屬導電粒子、複數針狀金屬導電粒子及複數片狀金屬導電粒子混合而成，且該複數樹枝狀金屬導電粒子與該複數針狀金屬導電粒子的重量比為1：5至5：1，該複數針狀金屬導電粒子與該複數片狀金屬導電粒子的重量比為1：4至4：1。該複數球狀金屬導電粒子與該複數針狀金屬導電粒子或複數片狀金屬導電粒子的重量比為1：4至4：1。
於一具體實施態樣中，形成該複數金屬導電粒子之材質包括合金導電粒子。
於一具體實施態樣中，所述膠黏劑樹脂係選自環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂及聚醯亞胺樹脂所組成群組之至少一種。
於一具體實施態樣中，所述薄金屬層為剝離載體後的載體金屬層，且該薄金屬層係選自銅箔層、銀箔層及鎳金屬層中所組成群組之其中一種。
於另一具體實施態樣中，所述離型層為25至100微米厚之單面離型膜或雙面離型膜，且該離型層可為氟素塗佈聚酯離型膜層、矽油塗佈聚酯離型膜層、啞光聚酯離型膜層、聚乙烯離型膜層或聚乙烯淋膜紙層。
本發明復提供一種製備多層異向導電膠膜之方法，包括：以0.9：1至6.67：1之重量比混合粒徑為2至22微米 之複數金屬導電粒子及膠黏劑樹脂，以形成混合物，其中，該複數金屬導電粒子係具有選自樹枝狀、針狀、片狀和球狀所組成群組之至少二種形狀；將該混合物塗佈於離型層之指定離型面，即形成下導電膠層；於該下導電膠層貼合厚度為50至3000奈米之薄金屬層；於該薄金屬層之另一面塗佈以0.9：1至6.67：1之重量比混合粒徑為2至22微米之複數金屬導電粒子及膠黏劑樹脂的另一混合物，以形成上導電膠層；以及預固化經塗佈形成之下導電膠層和上導電膠層。
此外，所述製備多層異向導電膠膜之方法復包括冷卻該經預固化之下導電膠層和上導電膠層，接著再進行收卷步驟。
根據本發明之多層異向導電膠膜，至少具有以下優點：
一、本發明的上導電膠層和下導電膠層中包括至少兩種形狀的複數金屬導電粒子，由於該複數金屬導電粒子係為多種形狀，在加工受到熱壓產生形變時會趨向多方向流動，使壓合後複數金屬導電粒子在導電膠層中的分佈具有多方向性和高分散性，進而與軟板上的接地孔形成導通電路，使得上導電膠層和下導電膠層具有良好的異向導通性，大幅提升導電性能，並降低軟板的接地阻抗值；
二、本發明的薄金屬層為奈米級厚度，由於部分複數金屬導電粒子的粒徑大於薄金屬層的厚度，在壓合時，多種形狀的金屬導電粒子會刺穿薄金屬層形成直接導通，大 幅提升導電性能，故能降低軟板的接地阻抗值；此外，由於存在薄金屬層，在同樣導通力的情況下，上導電膠層和下導電膠層中複數金屬導電粒子之使用量可相應降低，有降低粉塵污染，減少成本之好處。
三、經一段時間高溫熟化壓合後，多方向性的複數金屬導電粒子可提升膠黏劑樹脂達到完全交聯固化後的電氣性及機械物性；
四、當使用本發明之導電膠層與鋼片等金屬部件覆貼於印刷電路板上形成加強部件之時，因具有良好的接地穩定性可有效遮蔽外來電磁波干擾；
五、本發明之金屬粒子可包含複數合金導電粒子，其具有極佳的抗氧化性及傳導性，利於存儲搬運，不影響產品物性，使產品具穩定性佳及信賴度高之特性；
六、本發明之下導電膠層之厚度大於等於所貼合的印刷線路板表面之覆蓋膜之厚度，且該下導電膠層的厚度與所貼合的印刷線路板表面的覆蓋膜的厚度差為0至5微米，厚度適宜，加之在該下導電膠層中多種形狀的複數金屬導電粒子分佈均勻，提供壓合時於各方向的良好流動性，使導電膠可以在壓合時恰到好處的填充接地孔，不僅提升外來電磁波之遮罩效果，更利於其他元件的設計和安裝，及避免安全隱患。
上述說明僅是本發明技術之概述，為了能夠更清楚瞭解本發明之技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的具體實施態樣並配合附圖詳細說明如後。
100‧‧‧多層異向導電膠膜
101‧‧‧上導電膠層
102‧‧‧薄金屬層
103‧‧‧下導電膠層
104‧‧‧離型層
200‧‧‧覆蓋膜
1011‧‧‧金屬導電粒子
1012‧‧‧膠黏劑樹脂
透過例示性之參考附圖說明本發明的實施方式：第1圖係本發明之結構示意圖；以及第2圖係本發明之多層異向導電膠膜貼合覆蓋膜後的結構示意圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「一」、「下」及「上」亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。此外，本文所有範圍和值都係包含及可合併的。落在本文中所述的範圍內之任何數值或點，例如任何整數都可以作為最小值或最大值以導出下位範圍等。
請參閱第1圖，一種多層異向導電膠膜100，包括：上導電膠層101，其厚度為5至20微米；下導電膠層103， 其厚度為15至40微米；薄金屬層102，係形成於所述上導電膠層101與所述下導電膠層103之間，且該薄金屬層102的厚度為50至3000奈米；以及離型層104，係貼附於該下導電膠層103下，使該下導電膠層103位於該薄金屬層102與該離型層104之間；其中，該上導電膠層101和下導電膠層103皆包括複數金屬導電粒子1011，該複數金屬導電粒子1011之粒徑為2至22微米，且包括選自樹枝狀、針狀、片狀和球狀所組成群組之至少兩種形狀的金屬導電粒子。
傳統之導電膠層中僅有單一形狀的導電粒子，在分散和壓合流動時皆趨於同一方向流動和分佈，俾使該導電膠層在導通性上趨於同一方向，造成整體導電膠層之導通性不佳，進而影響導電膠層之遮罩效果，本發明採用的多種形狀的複數金屬導電粒子在分散至膠黏劑層時經熱壓產生形變而呈多方向性流動和高分散性分佈，從而使導電膠層具有較好的異向導通性，提升遮罩性能。
所述之薄金屬層102具厚度為50至3000奈米，且厚度適宜，其厚度太厚將導致填孔性不佳，厚度太薄則不利於生產，大幅增加生產成本。此外，由於薄金屬層具有良好的傳導性，可提高信賴度與遮罩性能。由於所述多層異向導電膠膜經下游壓合製程壓合時，該複數金屬導電粒子會將該薄金屬層刺穿，大大增強了該多層異向導電膠膜整體之導通效果，相較於現有導電膠膜，可有效減少該上導電膠層及下導電膠層中該金屬導電粒子之使用量，且達到 相同的導通效果。
所述上導電膠層101和所述下導電膠層103係包括膠黏劑樹脂1012的熱固性膠層，該上導電膠層和下導電膠層之各層中之該複數金屬導電粒子含量為30至80重量%，且該層之所述複數金屬導電粒子與所述膠黏劑樹脂的重量比為0.9：1至6.67：1。此外，本發明之上導電膠層和下導電膠層中復包括一些輔料(例如硬化劑或黏稠劑等)和非金屬導電粒子(例如石墨或導電化合物等)。
於一具體實施態樣中，該膠黏劑樹脂的添加比例為30至60重量%。若膠黏劑樹脂太少，則黏度太低，不利於上線生產；若膠黏劑樹脂太多，生產出的產品黏性較強，且相對地該複數金屬導電粒子之含量降低，致使導通性不佳。
於一具體實施態樣中，該複數金屬導電粒子的混合比例為35至75重量%。若金屬導電粒子含量太多，會導致粉體分散不均勻之問題；若金屬導電粒子含量太少，恐致使導通效果不佳。
所述之下導電膠層103的厚度大於等於所貼合的印刷線路板表面的覆蓋膜200的厚度，且該下導電膠層的厚度與所貼合的印刷線路板表面的覆蓋膜200的厚度差為0至5微米。
所述下導電膠層103的厚度可依據與印刷線路板中所貼合的覆蓋膜的厚度進行選擇，避免其段差對該上導電膠層及下導電膠層之填孔性造成影響，致使導通阻值不佳。如第2圖所示，舉例來說：若覆蓋膜200的厚度為37um， 則下導電膠層的厚度可選擇為40um，若覆蓋膜的厚度為27um，則下導電膠層的厚度可選擇27um，以確保填孔性優異。
於一具體實施態樣中，所述複數金屬導電粒子之粒徑為10至18微米，且該複數金屬導電粒子係由複數樹枝狀金屬導電粒子、複數狀針狀金屬導電粒子及複數片狀金屬導電粒子混合而成，且該複數樹枝狀金屬粉末與該複數針狀金屬導電粒子的重量比為1：5至5：1，該複數針狀金屬導電粒子與複數片狀金屬導電粒子的重量比為1：4至4：1。若複數金屬導電粒子之粒徑太小，則導致在印刷電路基板中導通孔之填充效果不佳，若複數金屬導電粒子之粒徑太大，則會提升塗佈生產難度，不利於生產。
形成所述複數金屬導電粒子之材質包括單一金屬導電粒子和合金導電粒子中之至少一種，又，該複數金屬導電粒子尤以合金導電粒子為佳。其中，該單一金屬導電粒子可選自金粒子、銀粒子、銅粒子和鎳粒子所組成群組中之至少一種，但不限於此；該合金導電粒子係可選自鍍銀銅粒子、鍍銀金粒子、鍍銀鎳粒子、鍍金銅粒子及鍍金鎳粒子所組成群組中之至少一種，但不限於此。合金導電粒子的抗氧化性和傳導性較好，且產品利於存儲搬運，對產品物性不造成影響，使產品具穩定性佳及信賴度高之特性。
所述膠黏劑樹脂係選自環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂及聚醯亞胺 樹脂所組成群組之至少一種，其中尤以丙烯酸系樹脂為佳。
所述薄金屬層為剝離載體後的載體金屬層，且該薄金屬層係可選自銅箔層、銀箔層及鎳金屬層之群組中之其中一種。
所述離型層的厚度為25至100微米，且該離型層可為氟素塗佈聚酯離型膜層、矽油塗佈聚酯離型膜層、啞光聚酯離型膜層、聚乙烯離型膜層或聚乙烯淋膜紙層。該離型層的離型膜顏色為純白色、乳白色或透明色，其中尤以純白色離型膜或乳白色離型膜為佳，由於數控自動化設備雕刻線路時，在紅外線感應下，純白色離型膜或乳白色離型膜無光反射之問題，可以快速精准定位，加工作業，且人工作業時，純白色或乳白色具識別作用，減少人為漏撕之情況。
本發明復提供一種製備多層異向導電膠膜之方法，包括：步驟一：以篩分篩選各形狀的金屬導電粒子的粉體得到所需粒徑後，使各形狀的金屬導電粒子混合均勻，混合時可選擇球磨方式，且球磨轉速不宜過高(轉速尤以200至300轉/分鐘為佳)，否則將破壞金屬粒子之表層合金層，或者選擇使用攪拌方式(轉速以700至2000轉/分鐘為佳)，然而攪拌之轉速高者混合均勻性佳，經混合後得到複數金屬導電粒子混合物；步驟二：按比例於膠黏劑樹脂加入上述的異形金屬粒子混合物並充分混合均勻，混合同時添加複數金屬導電粒 子混合物，其混合條件與步驟一相似；步驟三：將步驟二所得混合物塗佈在離型層的指定離型面，即形成下導電膠層；步驟四：於下導電膠層貼合載體金屬層並預固化，其預固化溫度不宜超過膠黏劑樹脂本身之固化溫度，本發明中所選之預固化溫度位於80至100℃之間，於預固化後剝離載體，即形成薄金屬層；步驟五：於薄金屬層之另一面塗佈上述步驟二之混合物，以形成上導電膠層，或者塗佈複數金屬導電粒子及膠黏劑樹脂的另一混合物，以形成上導電膠層；步驟六：以步驟四的預固化條件固化該上導電膠層後收卷，即得成品。
測試方法1：導通性分析
用高橋測試儀對剝離雙面離型膜後的多層異向導電膠膜進行導通性測試，在上導電膠層和下導電膠層表面分別假貼鍍鎳鋼片與印刷線路板後，經壓合(壓力100公斤重，溫度180℃，預壓10秒，壓合120秒)固化(溫度160℃，時間1小時)後，分別測試樣片過回流焊前與過三次回流焊後導通性阻值，本發明作為實施例，其中該上導電膠層和下導電膠層的導電金屬粒子及膠黏劑樹脂之組成比例相同，以同樣方法測試一般產品的導電性能作為比較例，將測得的導通性結果記錄於表1中。
焊錫耐熱性：在上導電黏著劑層101和下導電黏著劑層103表面分別假貼鍍鎳鋼片200與印刷線路板300，經 壓合(壓力100公斤重，溫度180℃，預壓10秒，壓合120秒)固化(溫度160℃，時間1小時)後，至於高溫焊錫爐中，觀察是否有氣泡、花紋、融熔等現象，參考IPC-TM650 2.4.13之焊錫測試方法。
測試方法2：剝離力分析
用萬能拉力機進行對剝離雙面離型膜後的多層異向導電膠膜剝離力測試，在上導電膠層和下導電膠層表面分別假貼鍍鎳鋼片與單面銅箔基板後，經壓合固化後，取出樣片測試剝離力值，本發明作為實施例，其中該上導電膠層和下導電膠層的複數導電金屬粒子及膠黏劑樹脂之組成比例相同，以同樣方法測試一般產品的剝離力作為比較例，將測得的剝離力結果記錄於表1中。
實施例1：多層異向導電膠膜之製備
以篩分篩選出D90粒徑約12微米之鍍銅球狀、鍍銀鎳針狀的金屬導電粒子的粉體，再以球磨轉速條件為250轉/分鐘攪拌混合上述金屬導電粒子，且該複數球狀金屬粒子與該複數針狀金屬導電粒子的重量比大約為4：1，製得異形金屬粒子混合物。
接著，於丙烯酸系膠黏劑樹脂(RD0351及RD0352，亞洲電材股份有限公司)加入上述的異形金屬粒子混合物並以球磨轉速條件為250轉/分鐘充分混合均勻，且混合同時添加該異形金屬粒子混合物，製得45%丙烯酸系膠黏劑樹脂、45%上述異形金屬粒子混合物及其餘組成為輔助劑(RD0326，亞洲電材股份有限公司)之塗佈混合物。
將該塗佈混合物塗佈在氟素塗佈聚酯離型層之指定面，即形成20微米厚度之下導電膠層，並於該下導電膠層貼合載體銅箔金屬層並預固化，其預固化溫度為80℃，於預固化後剝離載體，即形成2微米厚度之薄金屬層。
於該薄金屬層之另一面以相同塗佈及預固化方式形成與下導電膠層相同組成之20微米厚度之上導電膠層，成型後收卷，即得多層異向導電膠膜成品。
測試其多層異向導電膠膜之物性，並記錄於表1中。
實施例2至7及比較例1至5之多層異向導電膠膜之製備方法同實施例1，惟，僅異動金屬粉及膠黏劑樹脂比例、金屬粉類型、金屬粉體混合重量比及上、下導電膠層之厚度如表1，測試其多層異向導電膠膜之物性，並記錄於表1中。
由上表可知，本發明之多層異向導電膠膜具有良好的刺穿效果、導電效果及電磁波遮罩性，且具有良好的機械強度。
上述實施例僅為例示性說明，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍係由本發明所附之申請專利範圍所定義，只要不影響本發明之效果及實施目的，應涵蓋於此公開技術內容中。

Claims (10)

  1. 一種多層異向導電膠膜，包括：上導電膠層，其厚度為5至20微米；下導電膠層，其厚度為15至40微米；厚度為50至3000奈米之薄金屬層，係形成於所述上導電膠層與所述下導電膠層之間；以及離型層，係貼附於該下導電膠層下，使該下導電膠層位於該薄金屬層與該離型層之間；其中，該上導電膠層和下導電膠層皆包括粒徑為2至22微米之複數金屬導電粒子，且係具有選自樹枝狀、針狀、片狀和球狀所組成群組之至少兩種形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多層異向導電膠膜，其中，該上導電膠層和下導電膠層皆係包括膠黏劑樹脂之熱固性膠層，該上導電膠層和下導電膠層之各層中之該複數金屬導電粒子含量為30至80重量%，且該層之所述複數金屬導電粒子與所述膠黏劑樹脂的重量比為0.9：1至6.67：1。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多層異向導電膠膜，其中，該複數金屬導電粒子的粒徑為10至18微米。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多層異向導電膠膜，其中，該複數金屬導電粒子係由複數樹枝狀金屬導電粒子、複數針狀金屬導電粒子及複數片狀金屬導電粒子混合而成，且該複數樹枝狀金屬導電粒子與該複數針狀金屬導電粒子的重量比為1：5至5：1，該複數針狀金 屬導電粒子與該複數片狀金屬導電粒子的重量比為1：4至4：1。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之多層異向導電膠膜，其中，形成該複數金屬導電粒子之材質包括合金導電粒子。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之多層異向導電膠膜，其中，該膠黏劑樹脂係選自環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂及聚醯亞胺樹脂所組成群組之至少一種。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多層異向導電膠膜，其中，該薄金屬層為剝離載體後的載體金屬層，且該薄金屬層係選自銅箔層、銀箔層及鎳金屬層中所組成群組之其中一種。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之多層異向導電膠膜，其中，該離型層為25至100微米厚之單面離型膜或雙面離型膜，且該離型層可為氟素塗佈聚酯離型膜層、矽油塗佈聚酯離型膜層、啞光聚酯離型膜層、聚乙烯離型膜層或聚乙烯淋膜紙層。
  9. 一種製備如申請專利範圍第1項所述之多層異向導電膠膜之方法，包括：以0.9：1至6.67：1之重量比混合粒徑為2至22微米之複數金屬導電粒子及膠黏劑樹脂，以形成混合物，其中，該複數金屬導電粒子係具有選自樹枝狀、 針狀、片狀和球狀所組成群組之至少二種形狀；將該混合物塗佈於離型層之指定離型面，即形成下導電膠層；於該下導電膠層貼合厚度為50至3000奈米之薄金屬層；於該薄金屬層之另一面塗佈以0.9：1至6.67：1之重量比混合粒徑為2至22微米之複數金屬導電粒子及膠黏劑樹脂的另一混合物，以形成上導電膠層；以及預固化經塗佈形成之下導電膠層和上導電膠層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該混合物和另一混合物係為相同。
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