使用具有嵌段共聚物涂层的导电颗粒的固定阵列各向异性导电膜的制作方法
【专利说明】使用具有嵌段共聚物涂层的导电颗粒的固定阵列各向异性导 电膜
【背景技术】
[0001 ] 1.技术领域
[0002] 本发明一般地涉及各向异性导电膜(ACF)的结构与制造方法。更特别地，本发明涉 及具有电连接的改进的分辨率和可靠度的ACF的结构与制造方法，在所述电连接内，导电颗 粒用包括含与ACF粘合剂不相容的链段的弹性体类型的两相嵌段共聚物的组合物处理。
[0003] 2.相关现有技术的说明
[0004] 各向异性导电膜(ACF)常用于平板显示驱动器集成电路(1C)的接合中。典型的ACF 结合工艺包括例如第一步，第二步和第三步，其中在第一步中，将ACF附着到板玻璃的电极 上;在第二步中，驱动器1C焊垫与板电极一起校准;和在第三步中，施加压力和热到焊垫上， 在数秒内熔融并固化ACF4CF的导电颗粒提供在板电极和驱动器1C之间各向异性的导电 性。近来，在诸如倒装焊接和光伏模件组件之类的应用中也已广泛地使用ACF。
[0005] 常规ACF中的导电颗粒典型地随机分散在ACF内。由于X-Y导电率导致对这种分散 体系的颗粒密度具有限制。在微小间距接合点应用中，导电颗粒的密度必须足够高，具有在 每一焊垫上接合的充足数量的导电颗粒。然而，在两个焊垫之间绝缘区域内短路或非所需 的高导电率的可能性也增加，这是由于导电颗粒的高密度和随机分散的特征导致的。
[0006] 最近，对高分辨率和/或集成度的显示器件的需求急剧增加。例如，对于玻璃上芯 片（chip-on-glass)(⑶G)的器件来说所要求的典型的最小接合面积从1200-1600μηι 2下降 至Ij400-800ym2。在美国专利申请公布2012/0295098 FIXED-ARRAY CONDUCTIVE FILM USING SURFACE MODIFIED CONDUCTIVE PARTICLES中公开了在固定阵列ACF中使用偶联剂处理过 的导电颗粒导致在电极间隙区域之间导电颗粒的分散稳定性显著改进，并降低了颗粒聚集 的风险和在其内短路的可能性。为了进一步减少接合面积例如到低于400um 2且在Z-方向上 仍然提供满意的连接导电率，甚至对于高颗粒捕获速率的固定阵列ACF来说，可能需要在接 合之前，高达50，OOOpcs/mm 2的导电颗粒浓度。假设粒度为3. Oum，则在接合之前颗粒密度为 50,000pCS/mm2,在电极区域内颗粒捕获速率为30-50%，接合面积为400um 2和间隙面积为 lOOOurn2，在该间隙面积内的颗粒浓度可以高达60，000至64，000pcs/mm2或总的颗粒截面积 为间隙面积的85-90%。对于600um 2的间隙面积来说，在接合之后，在间隙面积内的颗粒浓 度将增加到约66,667-73，333pCS/mm 2,或者总的颗粒截面积增加到间隙面积的94.2-103.6%。在所有情况下，在间隙面积内的颗粒密度远高于具有窄粒度分布的颗粒的最大封 装密度，且大多数颗粒将在间隙面积内堆积且颗粒的聚集体或团簇似乎是不可避免的。在 间隙面积内的颗粒密度甚至高于常规的非固定阵列ACF，这是因为在电极/块体(bumps)上 它们显著较低的颗粒捕获速率所致。
[0007] 为了能实施超细间距芯片接合/连接，高度期望甚至在它们的聚集状态下，在间隙 面积内具有高绝缘电阻的导电颗粒，和在通过温和的接合压力/温度接合之后在连接电极 内具有非常低的接触电阻。
[0008] 在下述参考文献中已经公开了采用用溶剂可溶或可分散的聚合物绝缘层预涂布 的导电颗粒制备的ACF:Y.Marukami的日本Kokai 10-134634(1998) ;Choi II Ind的62-40183(1987);和Soken Chemical&Engineering Co.的US 5，162,087(1992)。在导电颗粒上 的绝缘涂层降低因电极间隙或间隔区域内颗粒聚集引起的在相邻电极之间短路的风险。然 而，溶剂可溶或可分散的绝缘层倾向于在储存期间或者甚至在流体制备或者ACF涂布期间 脱附(desorb)或者溶解在粘合剂层内。
[0009]在下述参考文献中已经公开了在ACF内，在导电颗粒的表面上使用交联或胶凝的 聚合物层/颗粒和无机粒状物以降低绝缘层/颗粒脱附或溶解的风险并改进微细间距应用 的ACF接合性能：美国专利5,965,064; US 6,632,532; US 7,846,547; Sony Chemicals Corp.的美国专利8,309,224;美国公布申请2010/0327237; 2012/0097902;Hitachi Chemical Co.的US 2012/0104333;美国专利7,252,883;Sekisui Chemical Co.的US 7， 291,393;美国专利7,566,494;US 7,815,999;US 7,851，063;Cheil Industries, Inc.的US 8，129,023;JG Park,JB Jun，TS Bae和JH Lee的美国公布申请2006/0263581。然而，在大多 数情况下，在导电颗粒上交联或胶凝的绝缘层或粒状物导致要权衡(trade off)在Z-方向 上达到所需的连接导电率所要求的接合温度和/或压力。在一些情况下，连接电极的真实欧 姆接触不可能是可实现的，若在接合工艺期间，不可能移除绝缘层，暴露颗粒的导电（金属） 表面的话。而且，交联或胶凝的保护材料在从导电颗粒表面耗尽之后常常变为多余或者甚 至有害的与粘合剂不相容且常常劣化ACF的性能的添加剂。
[0010] Liang等人（"Liang"）的美国公布申请2010/0101700公开了在固定阵列ACF(FACF) 中在预定阵列图案内排列导电颗粒。在一个实施方案中，可在载网（carrier web)上或者在 载网上预涂布的空腔形成层上直接形成微腔阵列，并且预先确定颗粒之间的距离，和例如 通过激光消融工艺，通过压花工艺，通过冲压工艺，或者通过平版印刷工艺很好地控制。导 电颗粒的这种非随机阵列能实施超细间距接合且没有短路的可能性。它在电极或隆起垫 (bump pads)上提供显著较高的颗粒捕获速率并在间隙面积内导致比常规ACF小得多的颗 粒浓度。而且，它还提供接触电阻或阻抗的均匀度的显著改进，因为在每一焊垫上颗粒的数 量得到精确控制。在一个实施方案中，颗粒可以部分包埋在形成ACF的粘合剂膜内。在高级 的高分辨率视频速率平板(video rate flat panel)，尤其电流驱动器件，例如0LED中接触 电阻或阻抗的均匀度变得非常关键，和固定阵列ACF清楚地证明了在这种应用中它的优点。
【发明内容】
[0011] 通过提供其中导电颗粒用含两相嵌段共聚物的组合物处理或涂布的ACF，本发明 的公开内容改进了Liang的固定阵列ACF，所述两相嵌段共聚物具有与ACF粘合剂不相容的 至少一个链段或嵌段，这通过比较不相容的嵌段与ACF粘合剂的溶度参数来测定。在一个实 施方案中，导电颗粒可部分包埋在粘合剂树脂内，使得至少一部分表面没有被该粘合剂覆 盖。在一个实施方案中，该颗粒被包埋至其直径的约1/3至3/4的深度处。在一个特别的非限 制性实施方案中，导电颗粒用与粘合剂树脂(例如，环氧树脂，氰酸酯树脂或者丙烯酸类树 月旨)不相容，和更特别地在多官能环氧化物，丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯或氰酸酯中基本上不 溶的含硬(高Tg或Tm)嵌段或链段的嵌段共聚物涂布。
[0012] 在多个实施方案的仍然一个中，除了不相容的嵌段以外，该热塑性嵌段共聚物进 一步包括与粘合剂树脂相容或者部分相容的软嵌段或链段(低Tg或Tm)。
[0013] 已发现，嵌段共聚物，尤其含与粘合剂组合物不相容的嵌段的那些嵌段共聚物对 导电颗粒提供优越的绝缘性能，甚至在它们的聚集状态下，且在温和的接合温度/压力条件 (例如，80至200°C和< 3MPa)下仍然可容易地移除，以在连接区域内，在导电颗粒和电极之 间形成真实的欧姆接触。嵌段共聚物在普通的溶剂中也容易地可溶或者可分散，且可通过 例如添加非溶剂/添加剂或者改变温度，有效地实现导电颗粒的包封，在导电颗粒表面上形 成保护性热塑性弹性体层或者粒状物。含用嵌段共聚物包封的导电颗粒的ACF也显示出显 著较低的最小接合空间和粘合剂性能的显著改进，其中包括热冲击和HHHT (高温，高湿度） 环境稳定性。在一些情况下，使用这种绝缘导电颗粒还降低微孔隙含量并改进可靠度和抗 疲劳性。在没有束缚于理论的情况下，嵌段共聚物可在粘合剂基体内充当抗冲改性剂或者 低型材(profile)添加剂。嵌段共聚物的不相容链段和粘合剂组合物之间的不相容性降低 了在加工和储存期间，包封层从导电颗粒上脱附的可能性。且在接合工艺期间，热塑性特征 会改进包封层的移除并甚至在温和的接合条件下允许颗粒和电极之间真实的欧姆接触。
[0014] 常规地，在ACF中使用的导电颗粒用绝缘聚合物层涂布，以降低颗粒表面触及并引 起在X-Y平面内发生电路短路的可能性。然而，这一绝缘层使得ACF的组装复杂化，因为为了 实现Z-方向导电率，在导电颗粒表面上的绝缘层必须被替换。这增加必须施加到ACF上的温 度或压力量(例如来自压力棒的），以实现玻璃(玻璃上芯片，C0G)或膜(膜上芯片，C0F)基底 和芯片器件之间的电接触，尤其当使用热固性绝缘层来保护导电颗粒时。根据一个实施方 案，通过用嵌段共聚物处理导电颗粒，可减少短路的概率。与此同时，该嵌段共聚物显著改 进颗粒在非接触区域或者电极当中的间隔内填充的粘合剂内的分散性，并减少颗粒在其内 聚集的可能性。因此，在X-Y平面内短路的可能性可以减少。而且，与热固性绝缘层相比，该 嵌段共聚物从颗粒表面移除容易得多，以保证在连接电极内真实的欧姆接触。
【附图说明】
[0015] 该附图1是用热塑性弹性体涂布导电颗粒的实验室规模的器件。
【具体实施方式】
[0016] Liang等人的美国公布申请20