[发明专利]具有多层部分包埋颗粒形态的改进的固定阵列各向异性导电膜及其制造方法

说明书

发明背景

本发明的公开内容一般地涉及具有多层(MULTI-TIER)部分包埋颗粒的各向异性导电膜(ACF)的结构和制造方法。更特别地，本发明的公开内容涉及具有改进的颗粒捕获，接触电阻和剥离强度的ACF的结构与制造方法，其中一个或多个导电颗粒的非-随机阵列以两个或更多个明显的深度而部分包埋在ACF内，从而使得它们可容易接近以供粘结到电子器件上。术语“深度”是指在ACF粘合剂的顶表面以下的那部分颗粒直径。本发明的公开内容还涉及ACF，其中在与不具有两层结构的ACF相比，在较低平均颗粒密度下可获得前述优点。

常常在平板显示驱动集成电路(IC)粘结中使用各向异性导电膜(ACF)。典型的ACF粘结工艺包括第一步，其中ACF被附着在平板玻璃的电极上；第二步，其中驱动器IC粘结片对准该面板电极；和第三步，其中施加压力和热到粘结片上，使ACF在数秒内熔融并固化。ACF的导电颗粒在面板电极和驱动器IC之间提供各向异性的导电。ACF还广泛用于诸如倒装片压焊和光伏模件组件之类的应用中。

对超细间距ACF的需求急剧增加，因为在电子器件，例如智能手机和电子平板中使用高清晰度的显示器成为市场的趋势。然而，随着间距尺寸降低，电极的尺寸也必须变得更小且需要较高浓度的导电颗粒，在连接电极上提供所要求的颗粒密度，以确保满意的导电率或阻抗。

常规ACF中的导电颗粒典型地随机分散在ACF中。由于X-Y导电率导致对这种分散体系中的颗粒密度是有限度的。在使用常规ACF的许多粘结工艺中，仅仅小部分导电颗粒被捕获在电极上。大多数颗粒实际上被冲出到电极之间的间隔区域中，和在一些情况下，在ACF的X-Y平面内导致非所需的短路。在微细间距粘结应用中，导电颗粒密度必须足够高，具有粘结到每一粘结片上的充足数量的导电颗粒。然而，在两个粘结片之间的绝缘区域内短路或非所需的高导电率的可能性也增加，这是因为导电颗粒的高密度和随机分散的特性导致的。

Liang等人的美国公布申请2010/0101700(Liang'700)公开了克服具有随机分散的导电颗粒的ACF的一些缺点的技术。Liang公开了导电颗粒在固定阵列的ACF(FACF)中排列在预定的阵列图案内。导电颗粒的这一非-随机阵列能够在不具有短路的相同概率情况下实现超细间距的粘结。相反，固定阵列的ACF中的导电颗粒预排列在粘合剂表面上，且与常规ACF相比，在较低的颗粒浓度下，显示出显著较高的颗粒捕获速率。由于导电颗粒典型地高成本，因此与常规ACF相比，具有聚合物核的固定阵列的ACF的窄分散的Au颗粒提供显著较低的成本解决方案和优异的性能。

发明概述

通过提供其中导电颗粒排列在ACF内部的两层中的ACF，本发明的公开内容扩大了Liang'700的固定阵列的ACF。尽管美国申请13/111,300(Liang'300)公开了导电颗粒可部分包埋在粘合剂树脂内，使得至少一部分颗粒(例如，直径的约1/3到3/4)没有被粘合剂覆盖，但已发现，与不具有成层颗粒形态的标准的固定阵列ACF相比，本文中公开的多层固定阵列提供颗粒捕获速率的进一步的改进，且显示出较低的接触电阻和较高的剥离力。尽管这一公开内容频繁地提到两层阵列，但该公开内容也对其中提供一个或多个额外阶的实施方案开放。术语“多层”包括具有两个或更多层颗粒阵列的ACF以及其中导电颗粒的固定的非-随机阵列部分包埋在含随机分散的充分包埋颗粒的ACF表面内的ACF。

下表1中示出了对于两层非-随机固定阵列的颗粒形态来说，通过实践这一公开内容可获得的效果的一个示意性说明。

表1

从表1可以看出，即使颗粒密度略微较低，但具有两层颗粒形态的ACF显示出显著较高的颗粒捕获速率，和较好(较低)的接触电阻以及较高的剥离力，同时其他性能保持基本上相同。在样品于标准储存条件下老化大于3月之后，两层颗粒形态也非常好地得以维持。在不束缚于理论的情况下，认为在给定的固定阵列ACF中，与其他相比，采用更多地包埋在粘合剂内的一些颗粒，在粘结过程中，因粘合剂的熔体流动诱导的非所需的湍流减少，和在接触颗粒上遇到的局部的有效粘结压力增加。二者导致较少的颗粒冲出连接电极且反过来较高的捕获速率，较低的接触电阻和较高的粘合强度。