TWI683844B - 共晶式異方性導電膜及製作方法 - Google Patents

Abstract

一種共晶式異方性導電膜及製作方法，包括：備製具有電氣絕緣性的電氣絕緣基材；備製多個包含核體以及合金披覆層的共晶式導電球；加入該等共晶式導電球至電氣絕緣基材而混合成初步混合體；利用攪拌裝置攪拌初步混合體形成均勻混合體；利用刮刀裝置將均勻混合體在基板上塗佈成具特定厚度的薄膜體；以及進行加熱烘乾處理以形成薄膜體，並經冷卻後形成共晶式異方性導電膜。本發明的共晶式異方性導電膜可在加熱加壓下與上層本體及下層本體形成共晶結合，不僅改善表面接觸貼合性，還能增強結合強度，大幅降低界面電阻值，提高電氣特性。

Description

共晶式異方性導電膜及製作方法

本發明係有關於一種共晶式異方性導電膜及製作方法，尤其是利用共晶式導電球的合金披覆層在加熱加壓下形成共晶結合效應，使得相互接觸的共晶式導電球是以共晶方式結合，而非單純的表面接觸，同時共晶式導電球的合金披覆層可與上層本體及下層本體形成共晶結合，不僅改善表面接觸、貼合性，還能增強結合機械強度，並大幅降低界面電阻值，提高電氣特性。

在電子工業領域中，需要將不同的電子元件電氣連接至電路板上的電子線路，而最常用的方式是使用焊料以達成焊接，比如具低溫熔化特性且具有較佳導電度的鉛錫合金焊料，可先藉加熱處理而使焊料熔化而同時接觸電子元件及電子線路，接著在冷卻後固化焊料而穩固的連接電子元件及電子線路。隨著終端產品對輕、薄、短、小之需求並為達到省電的特性，尤其是積體電路(Integrated Circuit， IC)的電子元件，需要進一步縮小，而對於表面黏著元件(Surface Mount Device，SMD)，一般可使用高溫錫爐以加速焊接處理，提高產量。

對於產品日益精進的LCD/LED顯示器領域，不僅顯示面板的尺寸不斷增加，而且解析度也不斷提高，使得連接至面板以提供驅動信號而驅動每個像素的驅動IC (Driver IC)需要更多緊密排列的電子元件接腳，藉以滿足顯示面板的微細間距(Fine Pitch)之需求。

在習用技術中，通常是使用異方性導電膜( Anisotropic Conductive Film, ACF)以電氣連接驅動IC至面板，其中ACF本身兼具單向導電及膠合固定的功能，具有上下(Z 軸)電氣導通而左右平面(X,Y 軸)絕緣的特性，並且有優良的防濕、接著、導電及絕緣功用。具體而言，ACF 的組成主要包含導電粒子及黏性膠材兩部分，上下再各有一層保護膜(PET Film)來保護運送時與外界接觸，而其製作是將導電粒子與黏性膠材混合之後透過高精度的塗怖技術塗佈在保護膜上而形成。在使用時，電子元件的接腳是接觸ACF，同時ACF貼附到電子線路上，經加熱後由電子元件適當擠壓ACF以使得 ACF中的導電粒子在擠壓方向上相互接觸而電性導通，其餘未被擠壓到的導電粒子則維持原有分離而不接觸的狀態，亦即不導通，因而達成特定位置的電路導通，滿足微細間距之需求。

然而，上述習用技術的缺點在於ACF中導電粒子是利用單純的表面接觸方式達到電氣連接功能，ACF時常因環境測試過後，材料本身熱膨脹係數差異，導致粒子與導線發生分離的現象，使得表面接觸所形成的電氣連接具有較高的界面電阻，降低電氣信號的品質。

雖然在加熱下可改善界面的接觸特性，但是導電粒子的金層及鎳層的熔點分別高達1064℃及1455℃，遠高於一般ACF的操作溫度。具體而言，一般較高溫的ACF貼合操作可在250℃下進行，不過為顧及產品的穩定度及品質，實務上會儘量避免在高溫下以防止材料變質，所以通常是使用低熱壓溫度壓合，其溫度為250℃以下。顯而易見的是，根本無法熔化金層及鎳層成熔融態，只能達到增加可撓曲性的程度，不過效果相當有限。

因此，很需要一種創新的共晶式異方性導電膜及製作方法，藉以解決上述習用技術的問題。

本發明之主要目的在提供一種共晶式異方性導電膜，且可用以藉共晶方式而結合位於共晶式異方性導電膜之上表面的上層本體以及位於共晶式異方性導電膜之下表面的下層本體，其中本發明的共晶式異方性導電膜是包括具有電氣絕緣性及可撓性的電氣絕緣基材以及均勻分佈在電氣絕緣基材中的多個共晶式導電球，且該等共晶式導電球佔共晶式異方性導電膜的重量比為0.1至25%。

具體而言，每個共晶式導電球包含核體以及合金披覆層，且合金披覆層是披覆在核體的外表面上並具導電性，其中合金披覆層是由銅銦錫合金材料或錫銀鉍合金材料構成。銅銦錫合金材料包含銅、銦及錫，其中銅佔該銅銦錫合金材料的1至5%莫耳比，銦佔5至10%莫耳比，而錫佔95至85%莫耳比。此外，錫銀鉍合金材料包含錫、銀及鉍，其中錫佔該錫銀鉍合金材料的30至70%莫耳比，銀佔1至5%莫耳比，鉍佔20至70%莫耳比。尤其，合金披覆層的熔點為150至200℃之間。再者，核體的直徑為2至50微米之間，而合金披覆層的直徑為0.01至0.15微米之間。

此外，共晶式異方性導電膜可進一步包含上部保護層及下部保護層，皆具電氣絕緣性，且用以分別覆蓋共晶式異方性導電膜的上表面及下表面，藉以提供隔絕保護，避免儲存時受到外界環境污染，並可在剝除後貼合至上層本體以及下層本體。

本發明之另一目的在提供一種共晶式異方性導電膜的製作方法，用以製作共晶式異方性導電膜，包括：備製具有電氣絕緣性的電氣絕緣基材；備製多個包含核體以及合金披覆層的共晶式導電球；加入該等共晶式導電球至電氣絕緣基材而混合成初步混合體；利用攪拌裝置攪拌初步混合體形成均勻混合體，其中該等共晶式導電球是均勻分佈在電氣絕緣基材中；利用刮刀裝置將均勻混合體在基板上塗佈成具特定厚度的薄膜體；以及對薄膜體進行加熱烘乾處理以形成薄膜體，並經冷卻後形成所需的共晶式異方性導電膜。

進一步而言，該等共晶式導電球是佔初步混合體的重量比為0.1至25%，而且共晶式異方性導電膜的特定厚度為1至500微米之間，此外，加熱烘乾處理的加熱烘乾的溫度是設定為70-150℃之間，而加熱烘乾處理的處理時間為30秒至30分鐘之間。

更加具體而言，共晶式異方性導電膜係用以設置於上層本體及下層本體之間，並在高於銅銦錫合金材料的熔點的加熱處理下，藉外力的加壓以壓合上層本體、共晶式異方性導電膜及下層本體，進而以共晶方式結合成一體，其中加熱處理的加熱溫度為高出該銅銦錫合金材料的熔點至少10-50℃之間。

再者，該等共晶式導電球是在電氣絕緣基材中順著外力的加壓方向而相互靠近並接觸，同時，相互接觸的相對應之合金披覆層是在加熱處理下藉共晶方式而結合，而且與上層本體及下層本體接觸的共晶式導電球之相對應合金披覆層也是在加熱處理下藉共晶方式而結合。因此，上層本體是經由共晶式異方性導電膜而電氣連接至下層本體，換言之，共晶式異方性導電膜是提供上層本體及下層本體之間形成電氣連接的媒介。

此外，在該等共晶式導電球加入至電氣絕緣基材之前，還可先經過前處理，比如加熱處理，可去除該等共晶式導電球所包含的水分，有利於改善共晶式異方性導電膜的電氣特性。或者，可在加入該等共晶式導電球至電氣絕緣基材時，同時添加至少一溶劑，用以對初步混合體提供適當的濕潤效應，而溶劑可包含甲苯或二甲苯，並能在加熱烘乾處理時完全揮發掉。

上述的共晶式異方性導電膜可應用於不同上層本體及下層本體的組合。舉例而言，上層本體可為面板驅動IC，而下層本體可為鍍在玻璃基板上的氧化銦錫(ITO)層，共晶式異方性導電膜能實現玻璃上晶片(Chip-on-Glass，COG)封裝的壓合連接；或者，上層本體為面板驅動IC，而下層本體為軟性電路板，則共晶式異方性導電膜可實現軟性電路上晶片(Chip-on-FPC，COF)封裝的壓合連接；如果上層本體為位於軟性電路板上的面板驅動IC，而下層本體為印刷電路板，共晶式異方性導電膜可實現印刷電路板上軟性電路板(FPC-on-PCB，FOB)封裝的壓合連接；如果上層本體為位於軟性電路板上的面板驅動IC，而下層本體為玻璃基板，共晶式異方性導電膜能實現玻璃上軟性電路板(FPC-on-Glass，FOG)封裝的壓合連接。

由於本發明的共晶式異方性導電膜整體結構簡單且其製作方法很容易利用現有的設備而實現，能確實達成微小間距(Fine Pitch)的精密封裝之要求，滿足目前及未來的產業需求。

以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

請參閱第一圖，顯示本發明第一實施例共晶式異方性導電膜的示意圖。如第一圖所示，本發明第一實施例的共晶式異方性導電膜(Anisotropic Conductive Film，ACF)，具薄膜狀，包括電氣絕緣基材10及多個共晶式導電球20，其中電氣絕緣基材10具有電氣絕緣性及可撓性，且該等共晶式導電球20是分佈於電氣絕緣基材10中。此外，該等共晶式導電球佔整個共晶式異方性導電膜的重量比為0.1至25%。

具體而言，每個共晶式導電球20是包含核體21以及合金披覆層22，且合金披覆層22是披覆在核體21的外表面上，藉以提供導電性，而合金披覆層22是由銅銦錫合金材料或錫銀鉍合金材料構成。銅銦錫合金材料包含銅、銦及錫，其中銅佔該銅銦錫合金材料的1至5%莫耳比，銦佔該銅銦錫合金材料的5至10%莫耳比，而錫佔該銅銦錫合金材料的95至85%莫耳比。此外，錫銀鉍合金材料包含錫、銀及鉍，其中錫佔該錫銀鉍合金材料的30至70%莫耳比，銀佔該錫銀鉍合金材料的1至5%莫耳比，而佔該錫銀鉍合金材料的20至70%莫耳比。尤其，合金披覆層的熔點為150至200℃之間。

此外，核體21的直徑為2至50微米之間，而合金披覆層22為0.01至0.15微米之間。

舉例而言，上述的核體21是由金屬材料或樹脂材料構成，比如金屬材料可包含鎳，而樹脂材料可包含環氧樹脂或壓克力樹脂。

另外，為提供保護功能以避免外界環境對共晶式異方性導電膜的污染，可在共晶式異方性導電膜的上表面覆蓋具電氣絕緣性的上部保護層L1，並在共晶式異方性導電膜的下表面覆蓋具電氣絕緣性的下部保護層L2。

要注意的是，雖然共晶式導電球20的合金披覆層22本身具導電性，但是所有共晶式導電球20都被電氣絕緣性的電氣絕緣基材10包覆住，所以從外觀上，共晶式異方性導電膜在未被加熱加壓下是保持電氣絕緣性而不導電，相當於電氣絕緣膜。

不過，如第二圖的應用實例所示，共晶式異方性導電膜在一般實務應用上是設置於上層本體30及下層本體40之間而結合成一體，比如上層本體30可為驅動積體電路(Integrated Circuit，IC)，而下層本體40可為液晶面板，其中上層本體30及下層本體40分別包含上層連接部31及下層連接部41，比如上層連接部31可為驅動積體電路的連接墊(Bump Pad)或接腳(Pin)，而下層連接部41可為液晶面板的氧化銦錫(ITO)透明導電層，不過並非以此為限。

此外，在外力的加壓下，或同時在加熱下，上層本體30及下層本體40可相互靠近而擠壓共晶式異方性導電膜，造成共晶式導電球20順著加壓的方向而適當移動並相互接觸，形成共晶接合區(圖中未顯示)，而且被擠壓到共晶式異方性導電膜之上表面及下表面的共晶式導電球20也會分別接觸到上層本體30及下層本體40，形成共晶接合區B，因而達到電氣連接的目的。換言之，本發明的共晶式異方性導電膜實質上是當作上層本體30及下層本體40的電氣連接媒介。要注意的是，第二圖顯示單顆的共晶式導電球20被包夾在上層本體30及下層本體40之間，亦即，合金披覆層22的上部接觸到上層連接部31，而，合金披覆層22的下部接觸到下層連接部41。

尤其是，只有被加壓的區域才具有電氣連接特性，亦即，未被擠壓到的共晶式導電球20是不會移動，因而該區域仍為電氣絕緣而不導通。

更加要注意的是，本發明的共晶式導電球20具有合金披覆層22，使得相互接觸的共晶式導電球20是藉相對應合金披覆層22之間熔接的共晶作用而連接，有別於習用技術只是利用表面接觸而達到電氣連接的方式。

進一步，本發明的共晶式異方性導電膜很適合應用於需要達到細間距(Fine Pitch)的製程，並可應用於不同上層本體30及下層本體40的組合。舉例而言，上層本體30可為面板驅動IC，而下層本體40可為鍍在玻璃基板上的氧化銦錫(ITO)層，共晶式異方性導電膜能實現玻璃上晶片(Chip-on-Glass，COG)封裝的壓合連接；或者，上層本體30為面板驅動IC，而下層本體40為軟性電路板，則共晶式異方性導電膜可實現軟性電路上晶片(Chip-on-FPC，COF)封裝的壓合連接；如果上層本體30為位於軟性電路板上的面板驅動IC，而下層本體40為印刷電路板，共晶式異方性導電膜可實現印刷電路板上軟性電路板(FPC-on-PCB，FOB)封裝的壓合連接；如果上層本體30為位於軟性電路板上的面板驅動IC，而下層本體40為玻璃基板，共晶式異方性導電膜能實現玻璃上軟性電路板(FPC-on-Glass，FOG)封裝的壓合連接。

接著參考第三圖，本發明第二實施例共晶式異方性導電膜的製作方法的操作流程圖。如第三圖所示，本發明第二實施例共晶式異方性導電膜的製作方法是包括依序進行的步驟S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70，用以製作共晶式異方性導電膜。

首先，本發明的製作方法是由步驟S10開始，備製具有電氣絕緣性的電氣絕緣基材，接著在步驟S20中，備製多個共晶式導電球，其中每個共晶式導電球包含核體以及披覆在核體的外表面上的合金披覆層。由於共晶式導電球的特徵如同第一實施例，因而不再贅述。

然後進入步驟S30，加入該等共晶式導電球至電氣絕緣基材，混合成初步混合體，其中該等共晶式導電球佔初步混合體的重量比為0.1至25%。在步驟S40中，利用攪拌裝置對初步混合體進行攪拌以形成均勻混合體，而該等共晶式導電球是均勻分佈在電氣絕緣基材中。例如，攪拌裝置包含行星式攪拌機或超音波攪拌機。

接著執行步驟S50，利用刮刀裝置將均勻混合體塗佈在基板上，並形成具有特定厚度的薄膜體，其中特定厚度可為1至500微米之間。最後，在步驟S60、S70中，分別對薄膜體進行加熱烘乾處理以固化該薄膜體，以及進行冷卻，之後形成所需的共晶式異方性導電膜，其中加熱烘乾處理的加熱烘乾的溫度為70-150℃之間，而加熱烘乾處理的處理時間為30秒至30分鐘之間。

此外，本發明的製作方法可進一步包括前處理，是在該等共晶式導電球加入至電氣絕緣基材之前進行，比如前處理可包含加熱處理，用以去除該等共晶式導電球所包含的水分，藉以改善整體的電氣特性。

再者，本發明的製作方法可包括在加入該等共晶式導電球至電氣絕緣基材時，同時添加至少一溶劑，用以對初步混合體提供濕潤效應，其中溶劑可包含甲苯或二甲苯。或者，可額外包括在取下共晶式異方性導電膜後，利用上部保護層覆蓋共晶式異方性導電膜的上表面，並將下部保護層覆蓋共晶式異方性導電膜的下表面，且上部保護層及下部保護層具電氣絕緣性。

綜上所述，本發明的主要特點在於利用共晶式導電球的合金披覆層在加熱加壓下形成共晶結合效應，使得相互接觸的共晶式導電球是以共晶方式結合，而非單純的表面接觸，同時共晶式導電球的合金披覆層可與上層本體及下層本體形成共晶結合，不僅改善表面接觸、貼合性，還能增強結合機械強度，並大幅降低界面電阻值，提高電氣特性，所以能確實達成微小間距(Fine Pitch)的精密封裝之要求。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10‧‧‧電氣絕緣基材20‧‧‧共晶式導電球21‧‧‧核體22‧‧‧合金披覆層30‧‧‧上層本體31‧‧‧上層連接部40‧‧‧下層本體41‧‧‧下層連接部B‧‧‧共晶接合區L1‧‧‧上部保護層L2‧‧‧下部保護層P‧‧‧加壓方向S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70‧‧‧步驟

第一圖顯示依據本發明第一實施例共晶式異方性導電膜的示意圖。 第二圖顯示依據本發明第一實施例共晶式異方性導電膜的應用實例示意圖。 第三圖顯示依據本發明第二實施例共晶式異方性導電膜的製作方法的操作流程圖。

S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70‧‧‧步驟

Claims (6)

1. 一種共晶式異方性導電膜的製作方法，包括：備製具有電氣絕緣性的一電氣絕緣基材；備製多個共晶式導電球，且每個該共晶式導電球包含一核體以及一合金披覆層，該合金披覆層是披覆在該核體的一外表面上，該合金披覆層具導電性，且是由一銅鋼錫合金材料或一錫銀鉍合金材料構成，該銅鋼錫合金材料包含銅、銦及錫，且該銅銦錫合金材料中的銅佔該銅銦錫合金材料的1至5%莫耳比，該銅銦錫合金材料中的銦佔該銅銦錫合金材料的5至10%莫耳比，而該銅銦錫合金材料中的錫佔該銅銦錫合金材料的95至85%莫耳比，該錫銀鉍合金材料包含錫、銀及鉍，且該錫銀鉍合金材料中的錫佔該錫銀鉍合金材料的30至70%莫耳比，該錫銀鉍合金材料中的銀佔該錫銀鉍合金材料的1至5%莫耳比，該錫銀鉍合金材料中的鉍佔該錫銀鉍合金材料的20至70%莫耳比，該合金披覆層的熔點為150至200℃之間，該核體的直徑為2至50微米之間，該合金披覆層的直徑為0.01至0.15微米之間：加入該等共晶式導電球至該電氣絕緣基材以混合成一初步混合體，該等共晶式導電球佔該初步混合體的重量比為0.1至25%；利用一攪拌裝置以攪拌該初步混合體以形成一均勻混合體，且該等共晶式導電球是分佈在該電氣絕緣基材中；利用一刮刀裝置將該均勻混合體在一基板上塗佈成具一特定厚度的一薄膜體，且該特定厚度為1至500微米之間；以及 對該薄膜體進行一加熱烘乾處理以固化該薄膜體，並經冷卻後形成一共晶式異方性導電膜，該加熱烘乾處理的加熱烘乾的溫度為70-150℃之間，該加熱烘乾處理的處理時間為30秒至30分鐘之間，其中該共晶式異方性導電膜係用以設置於一上層本體及一下層本體之間，並在高於該合金披覆層的熔點的一加熱處理下藉外力的加壓以壓合該上層本體、該共晶式異方性導電膜及該下層本體而以一共晶方式結合成一體，該加熱處理的加熱溫度為高出該合金披覆層的熔點至少10-50℃之間，該等共晶式導電球是在該電氣絕緣基材中順著該外力的加壓方向而相互靠近並接觸，同時相互接觸的相對應之該合金披覆層是在該加熱處理下藉該共晶方式而結合，而且與該上層本體及該下層本體接觸的該等共晶式導電球相對應之該合金披覆層在該加熱處理下藉該共晶方式而結合，該上層本體是經由該共晶式異方性導電膜而電氣連接至該下層本體。
2. 依據申請專利範圍第1項之共晶式異方性導電膜的製作方法，其中該核體是由一金屬材料或一樹脂材料構成，而該金屬材料包含鎳，且該樹脂材料包含環氧樹脂或壓克力樹脂。
3. 依據申請專利範圍第1項之共晶式異方性導電膜的製作方法，其中該攪拌裝置包含一行星式攪拌機或一超音波攪拌機。
4. 依據申請專利範圍第1項之共晶式異方性導電膜的製作方法，進一步包括在該等共晶式導電球加入至該電氣絕緣基材之前，是先經過一前處理，其中該前處理包含一加熱處理，用以去除該等共晶式導電球所包含的水分。
5. 依據申請專利範圍第1項之共晶式異方性導電膜的製作方法，進一步包括在加入該等共晶式導電球至該電氣絕緣基材時，同時添加至少一溶劑，用以對該初步混合體提供濕潤效應，其中該溶劑包含甲苯或二甲苯。
6. 依據申請專利範圍第1項之共晶式異方性導電膜的製作方法，進一步包括在取下該共晶式異方性導電膜後，將一上部保護層覆蓋該共晶式異方性導電膜的一上表面，並將一下部保護層覆蓋該共晶式異方性導電膜的一下表面，其中該上部保護層及該下部保護層具電氣絕緣性。

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