TWI689417B

TWI689417B - 異方性導電膜結構及其製作方法

Info

Publication number: TWI689417B
Application number: TW107130592A
Authority: TW
Inventors: 張子于
Original assignee: 瑋鋒科技股份有限公司
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-04-01
Also published as: TW202010628A

Abstract

本發明係揭示一種異方性導電膜結構及其製作方法，且異方性導電膜結構包括異方性導電膜、中間層以及非導電性薄膜，利用被異方性導電膜以及非導電性薄膜包夾的中間層以阻擋異方性導電膜中未被垂直加壓的導電粒子，達成水平方向上的電氣絕緣，同時能讓已被垂直加壓的導電粒子流到被垂直加壓的導電粒子中，並相互接觸以達到垂直方向上的電氣導通，而且中間層還可進一步阻擋非導電性薄膜在加熱加壓下流到異方性導電膜內，進而提高導電粒子顆數與密度，大幅提升導電率，具有提升生產效率之具體功效。

Description

異方性導電膜結構及其製作方法

本發明係關於一種異方性導電膜結構及其製作方法，尤其是利用被異方性導電膜以及非導電性薄膜包夾的中間層以阻擋異方性導電膜中未被垂直加壓的導電粒子，達成水平方向上的電氣絕緣，同時能讓已被垂直加壓的導電粒子流到被垂直加壓的導電粒子中，並相互接觸以達到垂直方向上的電氣導通，而且中間層還可進一步阻擋非導電性薄膜在加熱加壓下流到異方性導電膜內，進而提高導電粒子顆數與密度，大幅提升導電率，具有提升生產效率之具體功效。

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)，一般使用高溫爐以加速焊接處理提高產量。

對於產品日益精進的LED以及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。

現有技術一般的平面顯示器，例如液晶顯示器，已取代傳統的陰極射線管(CRT)顯示器，並廣泛地應用於電腦系統、電視、影像顯示與監視裝置以及其他消費性影音裝置。然而，隨著平面顯示器的解析度不斷提高，平面顯示器中的驅動積體電路(IC)的接腳數目也愈多，一般可達數百甚至上千個接腳以上。尤其是，市場上對於平面顯示器輕薄短小的需求，使得驅動積體電路中相鄰線距(Pitch)必須細窄化。因為受制於非常有限的可利用面積且無法使用高溫錫焊的傳統焊接方式，所以目前液晶模組(LCM)的主流電氣連接技術是使用異方性導電膜(Anisotropic Conductive Film, ACF)，例如玻璃覆晶封裝(Chip on Glass, COG)或薄膜覆晶封裝(Chip on Film, COF)的製程中，利用ACF以達成特定方向的電氣連接。

具體而言，異方性導電膜是以樹脂及導電粒子(或導電粉體)組合而成，可用以連接二種不同基材和線路，而且異方性導電膜具有上下(Z軸)電氣導通的特性，且左右平面(X、Y軸)具有絕緣性，通常可在加熱下並利用Z軸方向上的外部加壓處理，使所包含的分離導電粒子相互接觸而達到Z軸方向的電氣導通且同時平面方向電氣絕緣之目的，可避免相鄰接腳發生短路。然而在前述基礎上，隨著可利用接觸面積的縮小，必須增加導電粉體的含量或增大導電粉體的粒徑，藉以降低電阻而能維持足夠的導通電量，但是會大幅提高封裝線路之間發生短路的機率，因此，業界引入了結合ACF與非導電性薄膜(Non-Conductive Film, NCF) 30’的雙層複合式結構。

進一步而言，結合ACF與NCF的雙層複合式結構在實際投入熱壓處理製程的時候，會由於材料特性的關係，使得NCF保持極高的流動性，很容易侵入ACF內，進一步推擠ACF內所包含有的樹脂’與導電粒子，使得單位面積中的導電粒子顆數與密度大幅降低，造成導電率難以提升的限制。再者，為了維持特定電氣特性與效能，必須在電接觸部份使用高品質的基材、元件、導線以及異方性導電膜，導致製程成本大幅增加，而且還降低整體的生產效率。

因此，需樣一種新創的異方性導電膜結構及其製作方法，利用被異方性導電膜以及非導電性薄膜包夾的中間層以阻擋異方性導電膜中未被垂直加壓的導電粒子，達成水平方向上的電氣絕緣，同時能讓已被垂直加壓的導電粒子流到被垂直加壓的導電粒子中，並相互接觸以達到垂直方向上的電氣導通，而且中間層還可進一步阻擋非導電性薄膜在加熱加壓下流到異方性導電膜內，進而提高導電粒子顆數與密度，大幅提升導電率，具有提升生產效率之具體功效。

本發明之主要目的在於提供一種異方性導電膜結構，包括依序堆疊的異方性導電膜、中間層以及非導電性薄膜，用以提供電氣連接功能。具體而言，異方性導電膜具有上表面及下表面，且包括第一樹脂以及多個導電粒子，其中導電粒子是均勻分佈於第一樹脂中，且導電粒子包括高分子核心體以及導電殼層，而導電殼層是包覆高分子核心體的外表面。

此外，中間層具有上表面及下表面，且中間層的下表面係疊設於異方性導電膜的上面表，而非導電性薄膜包括第二樹脂，且具有上表面及下表面，而非導電性薄膜的下表面係疊設於中間層的上面表。

再者，當異方性導電膜結構受到加熱及垂直加壓時，異方性導電膜中被垂直加壓的部分所包含的導電粒子會被擠壓而流到中間層中，而異方性導電膜中未被垂直加壓的部分所包含的導電粒子會被中間層阻擋而留在異方性導電膜中，尤其，中間層可進一步阻擋非導電性薄膜在加熱加壓下流到異方性導電膜內，進而提高導電粒子顆數與密度，大幅提升導電率。

此外，本發明之另一目的在於提供一種異方性導電膜結構的製作方法，包含：形成異方性導電膜，包括第一樹脂以及多個導電粒子，該等導電粒子是均勻分佈於第一樹脂中，且導電粒子包括高分子核心體以及導電殼層，而高分子核心體是被導電殼層包覆；形成中間層，是位於異方性導電膜上，且包括相互混合的中間層本體以及接著劑；以及形成非導電性薄膜，是位於中間層上，且包括第二樹脂。再者，上述的導電殼層包含鎳層及金層，其中金層的下表面係覆蓋、包圍鎳層的上表面。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小、元件數量等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技術之人士瞭解與閱讀，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，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。

請參考第一圖，本發明第一實施例異方性導電膜結構的剖面分解示意圖。如第一圖所示，本發明第一實施例的異方性導電膜結構包括依序堆疊的異方性導電膜10、中間層20以及非導電性薄膜30，而中間層20是夾在異方性導電膜10以及非導電性薄膜30之間，進一步而言，中間層20的下表面是疊設於異方性導電膜10的上面表，而非導電性薄膜30的下表面是疊設於中間層20的上面表。再者，異方性導電膜10包含第一樹脂11以及多個導電粒子12，其中該等導電粒子12是均勻分佈於第一樹脂11中，尤其，每個導電粒子12包括高分子核心體12A以及導電殼層12B，而導電殼層12B是包覆整個高分子核心體12A的外表面。此外，非導電性薄膜30是包括第二樹脂。

具體而言，第一樹脂11包括第一樹脂本體以及第一硬化劑，其中第一樹脂本體的重量百分比為 60% ~ 80%，而第一硬化劑的重量百分比為20% ~ 30%。此外，第一樹脂本體是包括環氧樹脂、苯氧樹脂、壓克力樹脂、聚氨酯樹脂、尿素樹脂、美耐皿樹脂、不飽和聚酯樹脂、矽脂樹脂、酚醛樹脂的其中至少之一，而第一硬化劑是包括脂肪胺、脂環胺、芳香胺、聚醯胺、酸酐、叔胺的其中至少之一。

再者，導電殼層12B可為包含鎳層及金層的多層結構，其中金層的下表面係覆蓋、包圍整個鎳層的上表面。

上述的中間層20包括相互混合的中間層本體以及接著劑，其中中間層本體是包括環氧樹脂、矽脂樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、苯氧樹脂、壓克力樹脂的其中至少之一，而接著劑是包括熱熔膠、熱熔感壓膠、熱熔膠條、壓克力結構膠、環氧脂膠、酚醛樹脂、尿素甲醛樹脂、聚乙烯-醋酸乙烯樹脂的其中至少之一。較佳的，中間層20的厚度是介於1至7微米之間，而異方性導電膜10的厚度是介於2至9微米之間。

進一步，非導電性薄膜30的第二樹脂包括第二樹脂本體以及第二硬化劑，其中第二樹脂本體的重量百分比為 32% ~ 63% ，而第二硬化劑的重量百分比為 30% ~ 45% ，且第二樹脂本體是包括環氧樹脂、苯氧樹脂、壓克力樹脂、聚氨酯樹脂、尿素樹脂、美耐皿樹脂、不飽和聚酯樹脂、矽脂樹脂、酚醛樹脂的其中至少之一，而第二硬化劑是包括脂肪胺、脂環胺、芳香胺、聚醯胺、酸酐、叔胺的其中至少之一。此外，第二樹脂可再包括增韌劑，用以增強韌性，其中增韌劑是包括羧基終端丁二烯丙烯腈、橡膠改質環氧樹脂、併攏二聚體酸的其中至少之一。較佳的，非導電性薄膜30的厚度是介於10至40微米之間。

此外，上述的環氧樹脂可包含雙酚A型環氧樹脂(Bisphenol A, BPA)、雙酚F型環氧樹脂(Bisphenol F, BPF)、雙環戊二烯型環氧樹脂(Dicyclopentadiene, DCPD)及駢苯(naphthalene)型環氧樹脂的其中至少之一。

在實際應用上，可參考第二圖、第三圖，本發明第一實施例異方性導電膜結構的應用示意圖，本質上為利用本發明以實現玻璃覆晶封裝(Chip on Glass，COG)的表面安裝技術。

如第二圖所示，包含多個晶片導線41的晶片40是位於本發明異方性導電膜結構的上方，而包含玻璃板導線51的玻璃板50是位於本發明異方性導電膜結構的下方，其中該等晶片導線41以及該等玻璃板導線51是朝向本發明異方性導電膜結構。進一步，在加熱下，晶片40及玻璃板50分別以向下方向D1及向上方向D2而朝向本發明異方性導電膜結構，並同時擠壓。

如第三圖所示，當該等晶片導線41以及該等玻璃板導線51相互靠近而分別擠壓到非導電性薄膜30以及異方性導電膜10時，異方性導電膜10中未被垂直加壓的部分所包含的導電粒子12是留在該異方性導電膜中而無法流到中間層20，但是，異方性導電膜10中被垂直加壓的部分所包含的導電粒子12被擠壓而流動，進而流到中間層20中，此時，導電粒子12相互靠近而接觸，亦即導電殼層12B相互接觸而形成電氣連接相對應的晶片導線41以及玻璃板導線51。

尤其，中間層20可進一步阻擋非導電性薄膜30在加熱加壓下流到異方性導電膜10內，進而解決導電粒子顆數與密度因大幅降低而導致導電率難以提升的問題。

因此，相鄰晶片導線41之間的間隔區域以及相鄰玻璃板導線51之間的間隔區域由於未被擠壓，所以沒有相互接觸的導電粒子12提供電氣連接，本質上在水平方向上是電氣絕緣而不導通，而受到晶片導線41以及玻璃板導線51擠壓的導電粒子12因相互接觸而提供電氣連接，所以晶片導線41以及玻璃板導線51本質上在垂直方向上是電氣連接而導通，具體達到COG的目的。

在上述的應用實例中，熱壓處理的條件可為攝氏200度、壓力5MPa、持續時間10秒，此時，導電粒子12的平均捕捉率可以從現有技術之雙層複合式結構具有的15%提升至31.21%，不僅僅存留在整體結構中有效的導電粒子12數目較多之外，也因為具有中間層20而使得導電粒子12分布的較為均勻，大幅改善電氣特性。

此外，本發明第一實施例的異方性導電膜結構可進一步包括高分子披覆層12C，是包圍導電殼層12B的整個外表面，而且具有延展性，因此，在受外加應力下，高分子披覆層12C會形變下而破裂，並露出底下的導電殼層12B之部分表面，且相鄰的導電殼層12B可藉接觸而形成電氣連接。

進一步參考第四圖，本發明第二實施例異方性導電膜結構的製作方法的流程圖。如第四圖所示，本發明第二實施例異方性導電膜結構的製作方法包含步驟S10、S20、S30，用以製作異方性導電膜結構。

首先，本發明第二實施例異方性導電膜結構的製作方法是由步驟S10開始，形成異方性導電膜，其中異方性導電膜是包括第一樹脂以及多個導電粒子，且多個導電粒子是均勻分佈於第一樹脂中，而每個導電粒子包括高分子核心體以及導電殼層，並且高分子核心體是被導電殼層包覆。接著，在步驟S20中形成中間層，是位於異方性導電膜上，且包括中間層本體以及接著劑。最後，進行步驟S30，形成非導電性薄膜，是位於中間層上，且包括第二樹脂。

由於第二實施例所製作的異方性導電膜結構是相同於第一實施例，因此，異方性導電膜、中間層以及非導電性薄膜的特性再贅述。

綜上所述，本發明的特點在於採用了特殊層疊結構，尤其是利用被異方性導電膜以及非導電性薄膜包夾的中間層以阻擋異方性導電膜中未被垂直加壓的導電粒子，以達成水平方向上的電氣絕緣目的，同時能讓已被垂直加壓的導電粒子流到被垂直加壓的導電粒子中，並相互接觸，具體達到垂直方向上的電氣導通目的，尤其是，中間層可進一步阻擋非導電性薄膜在加熱加壓下流到異方性導電膜內，進而解決導電粒子顆數與密度因大幅降低而導致導電率難以提升的問題。此外，本發明可藉低成本的製作方式而實現，能大幅提升導電率，並降低整體的製程成本，具有提升生產效率之具體功效。

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 異方性導電膜 11 第一樹脂 12 導電粒子 12A 高分子核心體 12B 導電殼層 12C 高分子披覆層 20 中間層 30 非導電性薄膜 40 晶片 41 晶片導線 50 玻璃板 51 玻璃板導線 D1 向下方向 D2 向上方向 S10、S20、S30 步驟

第一圖為本發明第一實施例的異方性導電膜結構的剖面分解示意圖。第二圖、第三圖為本發明第一實施例異方性導電膜結構的應用示意圖。第四圖為本發明第二實施例異方性導電膜結構的製作方法的流程圖。

10 異方性導電膜 11 第一樹脂 12 導電粒子 12A 高分子核心體 12B 導電殼層 12C 高分子披覆層 20 中間層 30 非導電性薄膜

Claims

一種異方性導電膜結構，包括：一異方性導電膜，具有一上表面及一下表面，且包括一第一樹脂以及多個導電粒子，該等導電粒子是均勻分佈於該第一樹脂中，且該導電粒子包括一高分子核心體以及一導電殼層，而該導電殼層是包覆該高分子核心體的一外表面；一中間層，具有一上表面及一下表面，且該中間層的下表面係疊設於該異方性導電膜的上面表；以及一非導電性薄膜，包括一第二樹脂，且具有一上表面及一下表面，該非導電性薄膜的下表面係疊設於該中間層的上面表，其中該異方性導電膜結構在受到加熱及垂直加壓時，該異方性導電膜中被垂直加壓的部分所包含的導電粒子是被擠壓而流到該中間層中，而該異方性導電膜中未被垂直加壓的部分所包含的導電粒子是被該中間層阻擋而留在該異方性導電膜中，該中間層進一步阻擋該非導電性薄膜在加熱加壓下流到該異方性導電膜內。
如申請專利範圍第1項所述的異方性導電膜結構，其中該中間層包括相互混合的一中間層本體以及一接著劑，該中間層本體包括環氧樹脂、矽脂樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、苯氧樹脂、壓克力樹脂的其中至少之一，而該接著劑包括熱熔膠、壓克力結構膠、環氧脂膠、酚醛樹脂、尿素甲醛樹脂、聚乙烯-醋酸乙烯樹脂的其中至少之一。
如申請專利範圍第1項所述的異方性導電膜結構，其中該中間層的一厚度是介於1至7微米之間，且該導電殼層包含一鎳層及一金層，而該金層的一下表面係覆蓋、包圍該鎳層的一上表面。
如申請專利範圍第1項所述的異方性導電膜結構，其中該異方性導電膜的第一樹脂包括重量百分比為60%~80%的一第一樹脂本體以及重量百分比為20%~30%的一第一硬化劑，而該第一樹脂本體包括環氧樹脂、苯氧樹脂、壓克力樹脂、聚氨酯樹脂、尿素樹脂、美耐皿樹脂、不飽和聚酯樹脂、矽脂樹脂、酚醛樹脂的其中至少之一，且該第一硬化劑包括脂肪胺、芳香胺、酸酐的其中至少之一。
如申請專利範圍第4項所述的異方性導電膜結構，其中該異方性導電膜的一厚度是介於2至9微米之間。
如申請專利範圍第1項所述的異方性導電膜結構，其中該第二樹脂包括：重量百分比為32%~63%的第二樹脂本體以及重量百分比為30%~45%的第二硬化劑，該第二樹脂本體包括環氧樹脂、苯氧樹脂、壓克力樹脂、聚氨酯樹脂、尿素樹脂、美耐皿樹脂、不飽和聚酯樹脂、矽脂樹脂、酚醛樹脂的其中至少之一，而該第二硬化劑包括脂肪胺、芳香胺、酸酐的其中至少之一。
如申請專利範圍第6項所述的異方性導電膜結構，其中，該非導電性薄膜的該第二樹脂更包括一增韌劑，該增韌劑包括羧基終端丁二烯丙烯腈、橡膠改質環氧樹脂、併攏二聚體酸的其中至少之一。
如申請專利範圍第1項所述的異方性導電膜結構，其中該非導電性薄膜的一厚度是介於10至40微米之間。
一種異方性導電膜結構製作方法，包括下列步驟：形成一異方性導電膜，該異方性導電膜包括一第一樹脂以及多個導電粒子，該等導電粒子是均勻分佈於該第一樹脂中，且該導電粒子包括一高分子核心體以及一導電殼層，而該高分子核心體是被該導電殼層包覆；形成一中間層，是位於該異方性導電膜上，且包括相互混合的一中間層本體以及一接著劑；以及形成一非導電性薄膜，是位於該中間層上，且包括一第二樹脂，其中該導電殼層包含一鎳層及一金層，而該金層的一下表面係覆蓋、包圍該鎳層的一上表面。
如申請專利範圍第9項所述的異方性導電膜結構製作方法，其中該中間層的一厚度為介於1至7微米之間，該中間層本體包括環氧樹脂、矽脂樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、苯氧樹脂、壓克力樹脂的其中至少之一，該接著劑包括熱熔膠、壓克力結構膠、環氧脂膠、酚醛樹脂、尿素甲醛樹脂、聚乙烯-醋酸乙烯樹脂的其中至少之一。