专利名称：：能常温固化的各向异性导电胶的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种各向异性导电材料，特别是一种可以在常温中固化的各向异性导电材料。
背景技术：
：由于科技的日新月异，目前各种消费性电子产品皆已朝着轻薄短小的趋势发展，同时，在消费者及消费市场对于电子产品的资料处理速度能够进一步提升的高度期待下，也使得各个电子产品制造厂商莫不戮力提升电子产品中各种电子元件之间连结的精密度，以提高产品的可靠度及产品良率。传统连结电子产品中各种电子元件的作法通常是利用焊接方式，其具有操作容易的优点，也具有相当程度的可靠度。然而，由于电路元件之间的间距越来越小，传统的焊接技术已无法满足需求。在某些特殊场合中，必须另以各种具备不同用途的各向异性导电材料来代替，例如各向异性导电薄膜(ACF)、各向异性导电浆(ACP)等，皆可克服上述问题。然而，上述的各向异性导电材料本身仍有许多缺点仍须解决。各向异性导电薄膜的组成通常包括导电颗粒，例如镀金颗粒，其分散在热固型潜固化(thermosettinglatent-curing)环氧树脂体系中。电的传导途径是通过这些与基材表面接触的导电颗粒来完成，由于导电颗粒在各向异性导电薄膜中是分散的，彼此间不相接触，因此电流并不会沿着薄膜方向横向传导。各向异性导电薄膜通常为长条状薄膜，其背后由离型膜(releaseliner)所支撑。各向异性导电薄膜于使用时通常有两个步骤。首先，在预压合步骤中，通过热杆(hotbar)将具有离型膜的各向异性导电薄膜压合至第一基材上，压合温度约为100°C。然后移除离型膜以暴露出各向异性导电薄膜的表面。接着将此第一基材与各向异性导电薄膜经由热杆再压合至第二基材上，并完成最后压合与对准步骤，此压合步骤温度约在160-220°C的高温中进行。上述各向异性导电薄膜的制程在TFT-LCD面板应用中已可完全自动化，并有良好的信赖度。但是各向异性导电薄膜在其他应用层面，例如将柔性印刷电路板(FPCB)粘合至硬性印刷电路板上时，由于基材表面均勻度难以维持，因此失败率相当高。需要较高的热压合温度则是另一个各向异性导电薄膜普及率不高的原因。在这样的高温热压合温度下，容易造成基材的收缩，特别是在触碰式荧幕中，由于其基材具有PET材质，因此易产生收缩的现象。这项问题并不容易解决，因为通常各向异性导电薄膜为干式膜且具有慢反应单组成的潜固化体系。因此，为了保持其保质期(shelflife)在合理的范围，通常会在低温的环境下保存。此慢反应固化体系也因此无法在正常的状态下快速地固化。为了克服此问题，压合的温度会提高到180°C以加速固化的速度，但这也限制了一些无法在高温中运作的基材的使用，例如前述常在触碰式面板或可挠式面板中使用的PET薄膜。各向异性导电膏可用来解决上述问题，例如在基材表面不均勻的情况下，各向异性导电膏还是可以正常使用，因此各向异性导电膏也常被应用在柔性印刷电路板以及硬性印刷电路板的结合上。各向异性导电膏通常是一种可网版印刷(screen-printable)的液态膏体。通过网版印刷步骤将各向异性导电膏涂布至基材表面后，接着进行简单的干化步骤，温度约100°C，以移除各向异性导电膏中的溶液，以获得无粘性(non-tacky)的表面，然后再以热杆进行定位与热压合以和另一基材结合。通常，各向异性导电膏的热压合温度约在140°C左右，比各向异性导电薄膜来的低。然而，由于一般的各向异性导电膏液体的粘度较高，相对在网版印刷的过程也容易产生问题，使得涂布品质下降。且虽然其压合温度较各向异性导电薄膜来的低，但是140°C以上的操作温度依旧显得过高，此高温还是限制了其在触碰面板组装上的应用。相关的现有技术中，如美国专利第7，077，659号公开了一种各向异性导电片的制备方法，包括将磁性颗粒混入液态树脂中，然后将此混合树脂成分制成连续片状，在具有磁场的环境下固化该片状薄膜。如此，可以在片状薄膜中沿着其厚度方向形成具有导电特性的柱状结构。美国专利第7，071，722号公开了一种在含有固化剂的液态硅橡胶中混合较大的磁性导电颗粒，其平均粒径介于5-50微米，例如，以铁、镍、钴或复合材料为核心，外面镀以金或银。最后再利用片模法，在强磁场环境中加压形成各向异性导电橡胶片。美国专利第6，849，335号则公开了一种模塑料(moldingcompound)，其具有较小的磁性导电颗粒，粒径分布在1-10微米之间，以及液态硅橡胶，同样利用片模法，在磁场中加热形成各向异性导电橡胶片。美国专利第6，669，869号公开了另一种各向异性导电片的形成方法，主要的步骤是先将外覆有高分子绝缘材的铜线卷绕成数圈，然后裁切成薄片状。美国专利第6，878，435号公开了一种三层结构的各向异性导电胶膜，概念同样是采用分散的导电颗粒。为增加各向异性导电胶膜的粘性，在各向异性导电胶膜的中间主要材料层的上、下面覆以粘性增强层。其中，各向异性导电胶膜的中间主要材料层的厚度介于25-50微米，具有重量百分比5-20%粒径在3-10微米的导电颗粒。粘性增强层的厚度则介于1-10微米，含有重量百分比5-10%的导电颗粒。美国专利第6，939，431号公开了一种各向异性导电膏的组成，其所例示的导电颗粒包括金、镍、银、钼等贵金属以及外覆镍或金的有机细粉微粒。该专利教导的高分子基质包括酸酐、作为固化剂的酚醛树脂及环氧树脂所组成的热固型树脂，适当的催化剂、消泡剂及其它必要的添加剂。此外，另添加有高软度的丙烯酸酯及有机硅弹性体颗粒。该专利教导的导电颗粒的重量百分比为2-15%，而在其所举的大部分例子中，导电颗粒的重量百分比为5%。美国专利第6，838，022号公开了一种各向异性导电化合物，包含有磁性导电颗粒，如镍，混合热固型环氧树脂。该专利教导的各向异性导电化合物须在磁场中进行固化。此外，由于必须另以可UV固化树脂进行预封(pre-sealing)的动作，使其制程繁杂而不实用。美国专利第6，827，880号公开了一种各向异性导电胶，其具有过氧处理(peroxide-cured)乙烯基酯树脂以及导电颗粒，其宣称具有较佳的粘性与环境稳定性与耐久性。美国专利第6，812，065号公开了一种各向异性导电膏，其成分包括具有特殊尺寸的导电颗粒、热固型环氧树脂、橡胶颗粒以及高软度高分子颗粒。
发明内容在此，本发明人率先提出了一种新颖的各向异性导电胶，以解决上述问题，其为一种双组分的各向异性导电液体胶，可以在常温下固化。具体来说，该各向异性导电胶是由导电颗粒以及双组分的液态环氧树脂粘着体系所混合而成，其中环氧粘着体系由环氧树脂以及能常温固化的硬化剂所组成。导电颗粒可以是微丝状粉末、微薄片镍粉、镀金树脂粉或者微丝状铜粉。环氧树脂可以是任何液态环氧树脂，例如双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛(phenolic)环氧树脂、邻甲酚(novolac)环氧树脂以及软性(flexibilized)环氧树月旨，或是以上一种或多种的环氧混合树脂。而硬化剂则可以是如液态改性胺。上述新颖的各向异性导电胶可以手动且简便地适用于各种基材表面，就像一般双组分的环氧胶一样将连结基材粘附至第一基材后，再把此组装物放到钢制品的表面，接着把磁铁放置在此组装物上并进行压合，如此一来即可在常温固化的条件下进行紧密结合。磁铁可以帮助如镍粉等磁性颗粒的方位校直，以取得更好的各向异性导电性。此应用程序的方法不涉及任何设备，且对于电子自助组装(electronicDIYassembly)也十分方便。除了上述使用磁铁压合的常温固化步骤，此种各向异性导电胶也适用于一般热杆压膜机，且可以提供更快且更可靠的接合。与现有商业用的各向异性导电薄膜或各向异性导电膏相比，该各向异性导电胶提供了更多的功能，例如其更宽的压合温度，从60至150°C，使得其可被应用于软式透明基材，像是各种触碰面板或软式显示面板。因此，本发明的主要目的在于提供一种各向异性导电胶，其可以在常温的情况下进行固化。根据申请专利范围，本发明提供了一种各向异性导电胶。此各向异性导电胶包含一种可在常温固化的环氧树脂体系，其由环氧树脂以及能常温固化的硬化剂所组成；以及导电颗粒，其包含了丝状镍粉或薄片镍粉。导电颗粒均勻散布在环氧树脂体系中，重量百分比约为1-10%。导电颗粒用以作为电连结的接通，而环氧树脂则用以连结基材。不同于市面上商业化的各种各向异性导电产品，其皆需要在高温的环境(如140°C)下运作，本发明的各向异性导电胶可以在较低温的环境下操作，甚至是在常温的环境也可操作。此种低温操作的特性使本发明具有开拓各种新型电子组装产品的可能性。本发明提出了一种各向异性导电胶成分，其是将极细微镍粉(可以是丝状镍粉或薄片镍粉)均勻散布于能常温固化的环氧树脂体系中，其中此环氧树脂体系由环氧树脂以及能常温固化硬化剂所组成。由于上述环氧树脂体系与已知的双组分环氧胶十分类似，因此粘着能力相当可靠且可被证实，故本发明的各向异性导电胶的粘着能力可满足于各种需求。为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。图1为本发明中上下基材与相对应χ轴、y轴、ζ轴的关系示意图。图2为各向异性导电胶所连结位于硬性与柔性印刷电路板上接触垫的结构示意图。图3为硬性印刷电路板与柔性印刷电路板两者压合的结构示意图。图4为硬性印刷电路板与柔性印刷电路板之间导线的“电阻值对导线长度”关系图。主要组件符号说明50空隙90导线图案60，61待接合基材面100硬性印刷电路板70，71凸块200柔性印刷电路板80接触垫具体实施例方式本发明涉及一种各向异性导电胶的组成，其可以在常温状态进行固化。请参考图1，图1为本发明中上下基材与相对应X轴、y轴、Z轴的关系示意图。如图1所示，本发明的各向异性导电材料(图未明示)填满待接合基材面60及待接合基材面61之间的空隙50，而待接合基材面60及待接合基材面61上可以设有凸块70、71。本发明的各向异性导电材料可以容许ζ方向(即垂直于贴合面的方向)的电传导，而不会造成χ方向或y方向上的电传导(χ方向或y方向与待接合基材面实质上为平行的)。本发明的能常温固化的各向异性导电胶包含有导电颗粒，其均勻散布于能常温固化的液态环氧树脂体系中。此环氧树脂体系则包含有环氧树脂以及能常温固化的硬化剂。导电颗粒以丝状镍粉(filamentarynickelpowder)为佳，其特殊的表面区域以及可形变的孔洞状结构可以帮助导电，市面上商业化的产品有如Inco公司所生产的210型、210H型、240型或255型的丝状镍粉。另外，薄片镍粉(fineflakenickelpowder)虽然效果不若前述的丝状镍粉，但依然具有相当程度的导电性，商业化的产品例如Inco公司的HCA-1、FineLeafing以及FineLeafingPigmentGrade。上述的导电颗粒，依据整体混合物的重量，其重量百分比范围约在1-10%左右。能常温固化的环氧树脂体系包含单一液态环氧树脂或是混合数种的液态环氧树月旨，再加上能常温固化的液态硬化剂。液态环氧树脂可使用一般商业化的环氧树脂，例如双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚(novolac)环氧树脂或是软性环氧树脂，商品例子有DowChemicals的DER383、DER351以及DER324。能常温固化的液态硬化剂也可使用一般商业的产品，通常是胺类产品，例如改性胺(modifiedamines)或聚酰胺等，商品例子有SanhoChemicalKingcure的N_768、K_863A或者X-963。本发明的各向异性导电胶，视其需求也可包含各种添加物，例如消泡剂或流变调整剂(thixotropicreagent)0表1列举了本发明的能常温固化的各向异性导电胶可能的组成配方。这些范例用以阐述本发明的基本概念，但不应该用来限制本发明的范畴。如表1所示，组成物成分编号1-7在称重后以高速搅拌器打散，以作为主要的组成成分，而硬化剂在使用前才与前述主要组成成分混合。表1--------主要组成物在称重后，即以高速搅拌器打散8Truetime5010100.0~100.0100.0~100.0总计210.5215.5210.5215.5组成物8为能常温固化的硬化剂，在使用涂布前才与主要组成成分混合，每个实施例皆以100重量百分比与前述主要成分混合I接触电阻(Ω);23^,H,O1^O1<01I3小时，使用磁性物质、‘α*U·'‘UlΠ難她(ΩΧ85Γ，77；T^77,ο,II3分钟，使用热杆__<α<U·1、al<01mW剥除力(kgf/cm)>0.5>0.5>0.5>0.5而接着如图2所示，为了测试本发明各向异性导电胶的导电性，本发明提供了具有导线图案90的印刷电路板。在印刷电路板上的导线图案90中，每条导线皆彼此平行，且其宽度为4密耳(约为ΙΟΟμπι)，每个导线间则距离8密耳(约200μπι)，也就是图2中所标示的4/8。将此导线图案90架构在以FR-4作为基材的硬性印刷电路板，以及以聚酰亚胺薄膜为基材的柔性印刷电路板。前6条导线的末端分别连结至6个边长为5厘米的正方形导电接触垫80，因此每条导线的电阻值可使用一般的双探针电子仪(2-probeelectricalmulti-meter)^^^^^^Η^^δ,ΡΙλ(4-probeelectricallow-resistancemeter)来测定。接着请参考图3，在以FR-4为基材的硬性印刷电路板100上，分别将不同组成的各向异性导电胶涂布于其上，接着将具有相同布线的柔性印刷电路板200叠合在此硬性印刷电路板100上，并以热杆压膜机进行压合，使得在硬性印刷电路板100与柔性印刷电路板200上的线路可通过导电胶的粘合而彼此连结。而在本实验中，有两种方法可以进行压合的步骤。第一种方法是在热杆上设置CCD镜头，用以对准上下导线，接着将在两基材的叠合处粘贴压力感测粘着胶带，以暂时性的将此组装物固定住。接着将此组装物移至钢制表面，并在组装交界处上设置磁性物质以确保在常温固定的情况下，两印刷电路板可以有更紧密的接触压合，通常此常温固化的程序需要2至3小时的时间。另一个方法是使用热杆，直接在单一步骤中进行对准与压合程序，其方法与已知的各向异性导电薄膜和各向异性导电膏相同。其压合的温度约85°C，进行约3分钟，压力约2000牛顿施予在2厘米X7厘米的面积上。以热杆进行压膜通常可以得到较佳或是较稳定的结果。为了测定在不同导线的电阻值，在热压合固定后，将柔性印刷电路板200向内折叠使得柔性印刷电路板200上的接触垫80可以接邻在硬性印刷电路板100上的接触垫80，如此一来，即可轻易测定导线上相对应两接触垫(分别位于柔性印刷电路板200与硬性印刷电路板100上)之间的电阻值。接着使用高灵敏度的四探针低电阻仪(MitsuibishiChemicalLoresta-EPMCPT360)来测定电阻值，其结果显示在表2中。表2的第一栏所呈现的a-a’、b_b’、c_c’、d_d’、e-e’、f-f’分别表示由左至右的6个接触垫80，其中3、13、(3、(1、64代表在硬性印刷电路板上100的接触垫80，而a’、b’、C’、d’、e’、f’则代表在柔性印刷电路板200上的接触垫80。每个接触垫80之间导线的长度皆用量尺测量并记录在第二栏中；而每个接触垫80的电阻则记录在第三栏。接着绘制每组的“电阻值对导线长度”关系图，其结果呈现在图4。如图4所示，本发明的数值在线性回归计算后，可以得到优异的相关系数，其值为0.998，代表其具有高度的线性关系。而若将此直线往导线距离接近0的区域延伸，意即将导线延伸至y轴上，则可以得到本发明各向异性导电胶的实际电阻值，其约为0.024欧姆(Ω)，显示其电阻值十分小。表2而在表2中我们还可以看到参数为接触阻抗值(contactimpedance)，其系将接触电阻值(0.024Ω)乘上接触面积(0.002cm2)，因此可获得4.8X10_5欧姆平方厘米(Ω-cm2)的数值。接触面积为导线宽度(0.01cm)乘上导线热杆的宽度(0.2cm)，因此为0.002cm2。接触阻抗值是任何一种各向异性导电胶的固有值，因此不论接触面的大小差异，其数值皆会相同。另一方面，接触电阻值会反比于接触面积，也就是接触面积越大，其接触电阻值就会越小。以上关系可由下列式子来表示R=σ/A其中R代表接触电阻值(Ω)σ代表接触阻抗(Ω·cm2)A代表接触面积(cm2)表1列出了每组配方中，将导线延伸至y轴上所获得的接触电阻值，其皆小于0.1Ω，显示了其具有相当好的应用性。另外，每组成分的剥除力皆大于0.5kgf/cm，也可满足于各种层面的需求。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。权利要求一种能常温固化的各向异性导电胶，包含导电颗粒；以及能常温固化的环氧树脂体系，其中该导电颗粒散布在该能常温固化的环氧树脂体系中。2.权利要求1的能常温固化的各向异性导电胶，其中该导电颗粒包含丝状镍粉或薄片镍粉。3.权利要求1的能常温固化的各向异性导电胶，其中该导电颗粒的重量百分比浓度范围为1-10%。4.权利要求1的能常温固化的各向异性导电胶，其中该能常温固化的环氧树脂体系包含单一环氧树脂或是混合数种环氧树脂，所述环氧树脂选自下列液态环氧树脂双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚环氧树脂以及软性环氧树脂。5.权利要求1的能常温固化的各向异性导电胶，其中包含能常温固化的硬化剂。6.权利要求5的能常温固化的各向异性导电胶，其中该能常温固化的硬化剂包含改性胺或聚酰胺。7.权利要求1的能常温固化的各向异性导电胶，其还包含消泡剂或流变调整剂。全文摘要一种能常温固化的各向异性导电胶，其包含能常温固化的环氧树脂体系以及导电颗粒。本发明的各向异性导电胶可在常温下以一般磁铁进行压合，可以简化电子修复作业或者各种自助作业的应用。本发明的各向异性导电胶同样可使用传统的热杆压膜系统，且可适用于更低的温度，因此能提升更多的应用层面的可能性。文档编号H01B1/22GK101857788SQ200910150869公开日2010年10月13日申请日期2009年6月25日优先权日2009年4月7日发明者叶嗣韬申请人:冠品化学股份有限公司