專利名稱：細距各向異性導(dǎo)電粘合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各向異性導(dǎo)電粘合劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電粘合劑通常為在兩個分開電路上的片狀電極或多層電路的層之間實現(xiàn)粘合和電連接提供了方便和有用的手段。當(dāng)許多獨立的片狀電極各在較小區(qū)域內(nèi)時，可以采用各向異性的導(dǎo)電粘合劑(也稱為z軸導(dǎo)電粘合劑)。各向異性導(dǎo)電粘合劑使相對的電極之間通過粘合劑來導(dǎo)電，但是不會在粘合劑平面方向上導(dǎo)電。這樣，其本來作用是獨立導(dǎo)電的鄰近片狀電極在與相對的電路或電路層上的配對電極形成了粘合和電連接時，它們之間仍可保持彼此電分離。
制備導(dǎo)電粘合劑的一種方法涉及將導(dǎo)電顆粒隨機地分散到粘合劑層內(nèi)。將如此形成的粘合劑置于電路層之間，然后對它們進行適當(dāng)?shù)膶R。當(dāng)這兩個電路層壓制在一起時，在相對的電極對之間的導(dǎo)電顆粒與片狀電極接觸。單個顆?？膳c上方和下方的電極都有接觸，或是通過一系列顆粒產(chǎn)生一個穿過粘合劑層的垂直導(dǎo)電通道來實現(xiàn)接觸。另外，粘合劑本身將這兩個電路層粘合起來并使導(dǎo)電顆?；ハ喔綦x，從而不會使相鄰的電極產(chǎn)生電短路。此種粘合劑的一個例子公開在美國專利No.4,113,981(Fujita等人)中。
在希望有較高密度的連接時出現(xiàn)了難題。較高密度的連接涉及較小的電極間距和較小的片狀電極。用z軸導(dǎo)電粘合劑來連接這種“細距”電路會導(dǎo)致相鄰電極之間發(fā)生電短路。由于毗鄰電極之間的間距接近粘合劑中導(dǎo)電顆粒間的平均間距，因此分開的接觸導(dǎo)電顆粒群(“束”-垂直方向上的群，或“串”-水平方向上的群)會把毗鄰電極間的間隙橋接(bridge)起來，從而使電路發(fā)生短路。針對該問題的一種解決方法是，在粘合劑中采用較小的導(dǎo)電顆粒裝填體積。然后，在這樣做時，電極連接的可靠性可能會受影響(尤其是在采用非常少的片狀電極的情況下)，因為每一電連接存在的顆粒較少。較少的導(dǎo)電顆粒還增加了電路連接電阻，減少了其攜帶電流的容量。另外，減小顆粒裝填體積也不能完全解決因顆粒聚集引起的短路問題。
美國專利No.5,180,888(Sugiyama)公開了一種防止短路的技術(shù)。在該專利中，導(dǎo)電顆粒有不導(dǎo)電的涂層，并分散在粘合劑中。這樣，顆粒串不會形成導(dǎo)電通道。而只有那些被夾在相對電極之間并經(jīng)足夠壓力擠壓使不導(dǎo)電涂層破裂的那些顆粒才起導(dǎo)電作用。
導(dǎo)電顆粒還以雙層粘合劑系統(tǒng)的形式提供，其中一層含有顆粒，另一層不含顆粒。該方法在Watanabe等人題目為“用于倒裝片互連的各向異性導(dǎo)電粘合膜”的文章(第9界國際微電子討論會紀(jì)要)中有所描述。在粘合電路層時，電極間的顆粒被電極夾在中間，實現(xiàn)了電連接，而無顆粒的第二粘合劑層的過量粘合劑被從電極間擠出，并起了將顆粒清除出可能發(fā)生短路的區(qū)域的作用。然而，在該方法中，第一粘合劑層中的顆粒仍會因為隨機分散而形成顆粒串，因此仍會發(fā)生短路。
還有用其它方法來解決因顆粒串引起的電短路問題。一種方法是將隨機分散的顆粒分隔開。這可用機械方法或磁性方法實現(xiàn)。在美國專利No.5,240,761(Calhoun等人)中，導(dǎo)電顆粒隨機分散在可拉伸的粘合劑層上，對粘合劑雙軸拉伸以使各顆粒與其相鄰顆粒分開。在美國專利No.4,737,112(Jin等人)中，將磁性顆粒隨機分散在粘合劑層中，這樣，在向粘合劑層施加垂直于粘合劑層的磁場后，顆粒相互排斥。這些方法均起著減少產(chǎn)生會導(dǎo)致電短路的顆粒串或顆粒束的作用，但是它們并未完全消除該可能性。然而，電短路危險性減少卻是在降低顆粒密度的代價下得到的。
分離顆粒的另一種方法是形成排列有序的顆粒。排列有序的導(dǎo)電粘合劑分為以下兩類有序的單顆粒粘合劑和有序的成束顆粒粘合劑。單顆粒粘合劑是含有單層顆粒的z軸導(dǎo)電粘合劑，因此連接相對片狀電極的每個顆粒均與上方和下方的片狀電極接觸。成束顆粒粘合劑是含有分隔開的導(dǎo)電顆粒束的z-軸導(dǎo)電粘合劑。
有序的單顆粒粘合劑可通過導(dǎo)電顆粒的機械排序或磁性排序來形成。美國專利No.5,300,340(Calhoun等人)公開了將導(dǎo)電顆粒機械排序到粘合劑層上的方法。該方法包括使覆蓋著排列呈周期性陣列的橡膠點的轉(zhuǎn)鼓在大小約和橡膠點一樣的球形導(dǎo)電顆粒的流化床中旋轉(zhuǎn)。顆粒粘附在橡膠點上，轉(zhuǎn)鼓上過量的顆粒被抽去。這樣使得導(dǎo)電顆粒只留在周期性排列的橡膠點上。最后將該周期性排列的顆粒轉(zhuǎn)移到壓敏粘合帶的粘合劑面上。導(dǎo)電顆粒的直徑大致等于或稍稍大于粘合劑層的厚度。結(jié)果是粘合劑層在背襯上，粘合劑層中包埋了有序排列的單層導(dǎo)電顆粒。
美國專利No.5,616,206(Sakatsu等人)還公開了單層顆粒陣列的機械排序。在該方法中，將具有大小相同且呈周期性陣列排列的孔的掩模置于轉(zhuǎn)移表面上。然后，將大小大致相同的許多導(dǎo)電顆粒在掩模上掃過。顆粒直徑約為掩模厚度，每個孔內(nèi)裝入指定數(shù)量的顆粒。除去掩模，使具有有序的單層導(dǎo)電顆粒的轉(zhuǎn)移表面外露。然而，并不將該有序的顆粒層轉(zhuǎn)移到粘合劑層上形成z軸導(dǎo)電粘合劑。而是在電路層的每個片狀電極上先形成粘合劑層。然后，將電路層放在這些導(dǎo)電顆粒上，使每個電極的每一粘合劑層接觸一部分導(dǎo)電顆粒。顆粒與每一粘合劑層粘合，此電路層即可與第二電路電連接。由于掩模必須和顆粒一樣薄，因此該方法不適合非常小的顆粒，尤其是直徑小于10或20微米的那些顆粒。預(yù)計如此薄的掩模不會具有將顆粒維持在位所需的機械性質(zhì)。
美國專利No.5,221,417(Basavanhally)公開了一種對導(dǎo)電顆粒進行磁性排序來制備各向異性導(dǎo)電粘合劑的方法。首先，在基材上形成相互隔離的許多鐵磁性元件的周期性陣列，將這些元件磁化。然后，將單層鐵磁性導(dǎo)電顆粒粘附在鐵磁性元件上。這樣，顆粒形成了只沉積在放置鐵磁性元件處的顆粒單層有序陣列。然后，使粘合劑層與有序的單層顆粒接觸。顆粒粘附在粘合劑層上，形成了有序的單顆粒導(dǎo)電粘合劑。該方法局限于磁性顆粒。另外，仍有在粘合劑中產(chǎn)生顆粒串的可能，尤其是當(dāng)要采用較小的顆粒或較小的顆粒間距時。
有序的顆粒束導(dǎo)電粘合劑是通過形成導(dǎo)電顆粒束，以有序排列形式放置這些導(dǎo)電顆粒束，然后將其粘附在粘合劑層上來制得的。美國專利No.5,087,494(Calhom等人)公開了采用一種柔軟的載體膜，該膜具有預(yù)制圖案的小囊，用導(dǎo)電顆粒填充這些小囊。顆粒只留在小囊內(nèi)，而不在小囊之間的區(qū)域上。小囊中的顆粒還可用粘合劑材料粘合。然后，在載體膜上填充了顆粒的小囊上形成粘合劑層。然后，可將粘合劑粘附到電路層的一個表面上。然后除去載體膜，將相對的電路層對準(zhǔn)并施加到第一電路層、粘合劑和導(dǎo)電顆粒束的頂部。加壓后，導(dǎo)電顆粒被擠壓通過粘合劑直至與兩個電路上相對的電極實現(xiàn)電接觸。施加壓力還起著將顆粒束“壓平”的作用，這樣，相對電極之間的導(dǎo)電通道就是經(jīng)過單層形式的一群相鄰的顆粒。然而，導(dǎo)電通道可能還經(jīng)過垂直群中的多個顆粒。
美國專利No.5,637,176(Gilleo等人)公開了一種制備有序的z軸導(dǎo)電片材的方法。該導(dǎo)電片包括一個具有通孔系列或陣列的介電載體片，這些通孔內(nèi)裝有含導(dǎo)電顆粒的粘合劑。導(dǎo)電片可以這樣制成首先形成分開的含有導(dǎo)電顆粒的粘合劑陣列，然后在陣列周圍形成介電膜?；蛘?，導(dǎo)電片可以這樣制得取一具有預(yù)制孔的介電片材，將含有導(dǎo)電顆粒的粘合劑球壓入介電片的這些孔內(nèi)。得到的導(dǎo)電片本身不是各向異性的導(dǎo)電粘合劑，而是被介電膜基質(zhì)分開的各向同性導(dǎo)電粘合劑系列或陣列。
由于電路上的電極圖案間距越來越細，因此，對因?qū)щ娬澈蟿┲蓄w粒串或顆粒束引起的電極間短路的關(guān)注也越來越多。電極圖案間距是因減小電極間的空隙、減小片狀電極的尺寸或這兩者來變細小。在采用z軸導(dǎo)電粘合劑時，導(dǎo)電顆粒的大小、產(chǎn)生延伸的顆粒串或顆粒束的可能性、以及粘合劑中的顆粒密度均限制了電極圖案間距的細度。大的顆粒、顆粒串和顆粒束對片狀電極之間的距離限制較小，而導(dǎo)電顆粒的密度對片狀電極尺寸的限制較小。因此，本領(lǐng)域中需要有一種單顆粒層z軸導(dǎo)電粘合劑，該粘合劑確保沒有伸展的顆粒串，允許使用小的導(dǎo)電顆粒，并為所需的顆粒間距提供最大的顆粒裝填量。
除了這些尺寸因素外，對可用于導(dǎo)電粘合劑的顆粒類型的限制可能也會影響電連接的可靠性。例如，當(dāng)需要鐵磁性顆粒時，較佳的顆粒是實心金屬顆粒。實心金屬鐵磁性顆粒很硬，在用來將電路層層壓在一起的壓力下不會變形。這會帶來對顆粒大小的嚴(yán)格要求，因為如果顆粒大小有任何差異，則在一對電極間首先接觸的較大顆?？赡軙柚馆^小的顆粒在其它電極對間形成接觸。然而，如果能采用可變形的金屬顆粒，或是用涂布以金屬的可變形的聚合物顆粒，則用來層壓電路層的壓力會使首先形成接觸的較大顆粒變形，從而允許較小的顆粒也能接觸，從而確保了所有電路連接的可靠性。
發(fā)明概述本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑解決了這些問題，尤其是細距電路其(所采用的電極間距和片狀電極尺寸經(jīng)測定為數(shù)百微米內(nèi)或較小)中的問題。本發(fā)明提供了一種各向異性導(dǎo)電粘合劑，該粘合劑中具有預(yù)定的單層導(dǎo)電顆粒圖案。顆粒在粘合劑中的放置受到機械性限制，因此不能形成延展的顆粒串。因此，電路電極間的間距可接近粘合劑中顆粒的大小。另外，由于顆粒以有序圖案排列，因此顆粒密度可保持足夠高，以便適應(yīng)非常小的片狀電極。
一方面，本發(fā)明提供了一種各向異性粘合劑，該粘合劑由厚度基本均一的粘合劑層和多個導(dǎo)電顆粒組成。導(dǎo)電顆粒的大小至少稍稍小于粘合劑層的厚度。每個顆粒粘附在粘合劑層上，在層的呈周期性陣列排列的顆粒部位中。大部分顆粒部位具有不超過預(yù)定最大數(shù)的顆粒，任何特定顆粒部位中的顆粒相互毗鄰排列。較佳的，大部分顆粒部位還含有至少預(yù)定最少數(shù)量的顆粒。更佳的，大部分顆粒部位含有相同的預(yù)定數(shù)目的顆粒。
另一方面，本發(fā)明提供了一種各向異性導(dǎo)電粘合帶，該粘合帶包括剝離襯里、導(dǎo)電顆粒和粘合劑層。剝離襯里的表面特征是有多個凹坑，每個凹坑有預(yù)定的寬度、長度和深度，每個凹坑的深度大致相等。導(dǎo)電顆粒在凹坑內(nèi)呈單層，而凹坑間的剝離襯里區(qū)域基本上沒有導(dǎo)電材料。粘合劑層在剝離襯里的具有凹坑的一面，與導(dǎo)電顆粒接觸，從而使顆粒單個地粘附在粘合劑層上。當(dāng)從剝離襯里上取下粘合劑層時，粘合劑攜帶導(dǎo)電顆粒被一起取下。
本發(fā)明還包括一種制備本發(fā)明各向異性導(dǎo)電粘合劑的方法。第一步是提供一塊具有低粘附性表面的工具，該表面的特征是有多個凹坑，每個凹坑有一定長度、寬度和深度，這些凹坑具有基本上相同的深度。任選的，工具可以是能重新使用的或作為背襯與粘合劑留在一起的剝離襯里。然后，將導(dǎo)電顆粒置于工具的凹坑內(nèi)，使導(dǎo)電顆粒在凹坑內(nèi)形成單層。除去工具上凹坑之間區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)電顆粒。最后，在工具的有凹坑的低粘附性表面上形成一層粘合劑層，使凹坑內(nèi)的導(dǎo)電顆粒粘附在粘合劑層上。粘合劑層攜帶著導(dǎo)電顆粒從工具上取下。任選的，還可將粘合劑層壓到具有低粘附性表面的背襯膜上，以便對此各向異性導(dǎo)電粘合劑處理或卷繞起來便于使用、運輸或儲藏。
本發(fā)明還包括一種用本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑在分開的電路層之間形成電連接的方法。首先，提供具有對應(yīng)電極圖案的兩個電路層。然后，將本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑粘附到其中一個電路層上。再將第二個電路層對準(zhǔn)放置，與第一電路層上的導(dǎo)電粘合劑接觸。最后，向電路層施加壓力，使導(dǎo)電顆粒受到擠壓通過粘合劑層，直至通過各向異性導(dǎo)電粘合劑的導(dǎo)電顆粒在電極對之間實現(xiàn)接觸。
附圖簡述

圖1(a)是本發(fā)明各向異性導(dǎo)電粘合劑的頂視圖。
圖1(b)是圖1(a)所示的導(dǎo)電粘合劑沿線1b取的剖視圖。
圖2(a)和(b)是本發(fā)明各向異性導(dǎo)電粘合帶的剖視圖。
圖3(a)是本發(fā)明各向異性導(dǎo)電粘合劑的一個實施方案的示意圖。
圖3(b)是圖3(a)所示的導(dǎo)電粘合劑沿線3b取的剖視圖。
圖4是制造本發(fā)明各向異性導(dǎo)電粘合劑的方法的示意圖。
圖5(a)至(c)是本發(fā)明兩個電路層的電連接步驟的示意圖。
圖6(a)至(e)是本發(fā)明各種顆粒排列的顯微照片。
詳細描述A.各向異性導(dǎo)電粘合劑第一實施方案圖1(a)顯示了本發(fā)明各向異性導(dǎo)電粘合劑的一個實施方案的頂視圖。各向異性導(dǎo)電粘合劑10包括粘合劑層12和粘附在粘合劑層12上的一些導(dǎo)電顆粒16。導(dǎo)電顆粒16排列在顆粒部位14內(nèi)。除了導(dǎo)電顆粒16外，粘合劑層12基本上沒有導(dǎo)電材料。
每個顆粒部位14含有0個或多個顆粒。當(dāng)顆粒部位中有多個顆粒時，顆粒與其它顆粒毗鄰，較佳的是與其它顆粒接觸。顆粒部位14在粘合劑層12上的排列呈周期性陣列。在圖1(a)的例子中，每個顆粒部位14各含有兩個毗鄰的顆粒，而顆粒部位以六邊形陣列排列。每個顆粒部位用兩個顆粒、且顆粒部位呈大致六邊形陣列，這只是起說明作用，并不限制本發(fā)明或其引述的權(quán)利要求的范圍。
顆粒部位可含有任意數(shù)目的不連續(xù)顆粒。較佳的，顆粒部位含有10個或更少的顆粒，更佳的為5個或更少的顆粒。然而，所有顆粒部位無需含有相同數(shù)目的顆粒，而是將每個顆粒部位的最大顆粒數(shù)選作每個顆粒部位的所需顆粒數(shù)。大部分顆粒部位含有最大數(shù)目的顆粒或較少的顆粒。有時，顆粒部位的邊界內(nèi)會有一個或兩個(或多個)額外的顆粒。較佳的是，80％或更多的顆粒部位含有預(yù)定的最大數(shù)目的顆粒或較少的顆粒。每個顆粒部位還可選取最低顆粒數(shù)。在這種情況下，大部分顆粒部位應(yīng)至少含有指定的最低顆粒數(shù)。較佳的是，80％或更多的顆粒部位含有最低顆粒數(shù)(如果指定最低顆粒數(shù)的話)。另外，可能還希望指定每個顆粒部位的確切顆粒數(shù)。在這種情況下，有些顆粒部位可能含有多于或少于該所需數(shù)目的顆粒。較佳的是，大部分顆粒部位都含有所需的確切顆粒數(shù)。更佳的，至少75％的顆粒部位含有所需的確切顆粒數(shù)(當(dāng)指定該確切數(shù)時)。
較佳的是，每個顆粒部位的所需顆粒數(shù)多于一個顆粒。由于有多個顆粒，就為有時顆粒缺失或顆粒過小而導(dǎo)致電極連接可能發(fā)生的不可靠提供了保障。然而，由于電路上待連接的電極圖案間距取決于顆粒部位內(nèi)的顆粒大小和數(shù)目，因此，每個部位所需的顆粒數(shù)宜少于10，更佳的少于5，最佳的少于3。
顆粒部位可以按任何有序的二維圖形排列。顆粒部位宜排列成規(guī)則的二維陣列，具體的是矩形、正方形和六邊形。陣列中的顆粒部位無需大小相同。換句話說，每個顆粒部位的所需顆粒數(shù)可各不相同。在這種情況下，各部位之間的所需顆粒數(shù)以有序的方式變化。例如，顆粒部位可呈正方形排列，其中相鄰顆粒部位的每部位所需顆粒數(shù)在兩個至四個之間改變。顆粒部位之間的所需間距將取決于待粘合電路上的電極圖案。例如，在細距用途中，顆粒部位之間的間距可在小于5微米至大于50微米的范圍內(nèi)，顆粒粒徑為小于1微米至大約5微米或10微米。顆粒部位間距只受電極圖案、每個部位所需的顆粒數(shù)以及顆粒平均粒徑限制。
每個導(dǎo)電顆粒單獨粘附于粘合劑層上，因此在垂直于粘合劑層的任何給定的列中都不會有一個以上的導(dǎo)電顆粒。這就保證了電路電極之間的每一導(dǎo)電通道僅僅是通過一個顆粒形成的(如下文C部分所述)。
如圖1(b)中的剖視圖所示，導(dǎo)電顆粒16的大小至少稍稍小于粘合劑層12的厚度。這樣就提供了多余的粘合劑層物質(zhì)可在粘合時受壓擠入電極間的空隙內(nèi)，其優(yōu)點在下文C部分將提到。顆粒粒徑通常測的是直徑(在球形顆粒的情況下)或平均直徑(在不規(guī)則形狀顆粒的情況下)。較佳的，每個導(dǎo)電顆粒具有大致相同的大小，且大致是球形。所需平均粒徑的范圍取決于應(yīng)用。在考慮了待粘合電路上電極間的間距和每個顆粒部位所需的最大顆粒數(shù)后，就確定了平均粒徑。例如，如果使用50微米的電極間距，且每個顆粒部位有兩個顆粒，則所需平均粒徑可以是小于1微米至大于10微米范圍內(nèi)的任意值。每個顆粒部位的數(shù)目乘以顆粒平均粒徑應(yīng)當(dāng)至少稍稍小于電路上電極之間的間距。
導(dǎo)電顆?？捎萌魏螌?dǎo)電材料的顆粒或在顆粒上具有連續(xù)導(dǎo)電涂層。根據(jù)應(yīng)用，導(dǎo)電顆?？梢允强勺冃蔚?，由可變形金屬制成或由涂布了連續(xù)導(dǎo)電涂層的可變形粒芯制成。然而，在一些應(yīng)用中，可能希望使用硬的不能變形的顆粒，如Ni顆?；蛲坎糔i的金屬顆粒。
粘合劑12可以是任何能形成膜的任何粘合劑。較佳的，粘合劑層在室溫下比導(dǎo)電顆粒柔軟，或在施加壓力和/或熱量后變得比導(dǎo)電顆粒柔軟。這樣，粘合劑在施加壓力、熱量或兩者后至少有一定的可變形性或可流動性。例如，粘合劑可以是環(huán)氧為基的熱固化粘合劑。粘合劑還可以是熱塑性基的粘合劑。盡管所選粘合劑將取決于特定的應(yīng)用，但可考慮的性能包括施加熱量和/或壓力后粘合劑的可流動性、粘合劑的抗蠕變性和粘合劑的高溫性能。
有用的粘合劑組合物包括美國專利No.5,143,785(Pujol等人)、5,330,684(Emori等人)、5,362,421(Kropp等人)和5,457,149(Hall等人)中描述的那些粘合劑組合物。這些專利描述了這樣一些粘合劑組合物，其配方是能成為整體的可固化物質(zhì)，該物質(zhì)在固化前能形成為沒有粘性或粘性很低的柔順的膜。固化后，這些粘合劑膜具有中到高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)，在大約100至140℃的范圍內(nèi)。這些粘合劑還能在各種基材上具有較高的剝離和剪切強度。通常，利用加熱和加壓數(shù)秒，將這些粘合劑預(yù)先施加到一個基材上，然后將第二片基材對準(zhǔn)并壓在第一基材上，使粘合劑在加熱和加壓下固化。這些粘合劑的典型的固化條件為150至200℃，5至20秒。
較佳的膜粘合劑組合物包括熱固性-熱塑性混合物。用于這些混合物的熱固性樹脂包括環(huán)氧類和氰酸酯，以及丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、聚氨酯、聚酰亞胺以及其它樹脂。有用的熱塑性樹脂包括苯氧基樹脂、聚酯、聚乙烯縮丁醛、聚砜、聚碳酸酯和其它。通常，這些混合物中包括用于熱固性樹脂的固化劑或催化劑。環(huán)氧樹脂可用胺、咪唑或有機金屬鹽固化。類似的有機金屬鹽還可用于氰酸酯的三聚。其它有用的粘合劑組合物例如包括，液態(tài)和固態(tài)熱固性樹脂的混合物，或簡單的熱熔系統(tǒng)。
為了便于操作和儲藏，本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑層上可加一曾任選的背襯膜。圖2(a)顯示了層壓在粘合劑層12無顆粒面上的背襯膜18。相反，背襯膜18也可以層壓在粘合劑層12的顆粒面上。如圖2(b)所示，將背襯膜層壓到粘合劑層的顆粒面上會將導(dǎo)電顆粒16包埋在粘合劑層12內(nèi)?？捎玫谋骋r膜可以是適合層壓到所選粘合劑層上并能在以后從粘合劑層上除去而不會除去導(dǎo)電顆粒的背襯膜或剝離襯里。較佳的是，可以用背襯膜兩面均有低粘附性表面，一旦層壓到粘合劑層上，背襯膜和相連的粘合劑層能以便于操作、儲藏和以后使用的形式卷起來。
第二個實施方案在另一個實施方案中，本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑包括一個有結(jié)構(gòu)性的剝離襯里。圖3(a)和(b)顯示了導(dǎo)電粘合劑結(jié)構(gòu)20，它包括可用的剝離襯里28和導(dǎo)電顆粒16以及粘合劑12。
可用的剝離襯里28是一面具有一系列凹坑24的膜。在襯里28中形成凹坑24的方法將在下文部分B中描述。雖然圖(a)和(b)顯示了矩形凹坑以周期性矩形陣列方式排列在剝離襯里上，但是凹坑可以是任何所需的形狀，并以任何所需的圖形排列。這里圖示和描述的形狀和排列圖形只是說明性的，決不是限制本發(fā)明或所附權(quán)利要求的范圍。然而，出于從下文可知道的原因，凹坑具有基本相同的深度是很重要的。剝離襯里本身宜是柔軟的，這樣它就能從粘合劑層上剝下。為了給予剝離襯里所需的剝離性能，至少剝離襯里含有凹坑的面是低粘附性的表面，較佳的是剝離襯里的兩個表面均是低粘附性表面。
將導(dǎo)電顆粒16置于任選的剝離襯里28的凹坑24中。凹坑之間的剝離襯里表面區(qū)域宜基本上沒有導(dǎo)電顆粒16或其他導(dǎo)電材料。顆粒在凹坑內(nèi)成單層。較佳的，顆粒大小與凹坑深度大致相同，這樣凹坑只能填充一層顆粒。希望有單層顆粒，這樣當(dāng)用導(dǎo)電粘合劑在相對的片狀電極之間形成電接觸時，電極之間的每個導(dǎo)電通道是單個導(dǎo)電顆粒，雖然每個電極連接是通過多個單顆粒通道的。這就減少了每個通道的接觸面數(shù)目，以免增加整個導(dǎo)電通道的電阻。
導(dǎo)電顆粒大小宜大致相同。如果有顆粒明顯大于其他顆粒，則較大的顆粒有可能會阻止較小的顆粒與電極對中的兩個電極發(fā)生電接觸。導(dǎo)電顆粒可用任何導(dǎo)電材料制成，或用涂布以導(dǎo)電材料的實心或中空的絕緣材料制成。任選的，導(dǎo)電顆粒也可以在壓力和/或加熱條件下至少能稍稍變形。顆?？勺冃危苣褪茌^大的大小差異，因為當(dāng)較大的顆粒首先在電極間接觸時，顆?？稍诩訅夯蚣訜嵯卤粔嚎s，使得較小的顆粒也能與電極對中的兩個電極接觸。
在任選的剝離襯里28頂部形成粘合劑層12，并與導(dǎo)電顆粒16接觸。導(dǎo)電顆粒各自粘附于粘合劑層，這樣當(dāng)從剝離襯里上取下粘合劑層時，導(dǎo)電顆粒仍保留在粘合劑層上(如圖3(a)和(b)所示)。粘合劑層宜具有基本均一的厚度。粘合劑層應(yīng)當(dāng)至少稍有可流動性，或至少比導(dǎo)電顆粒軟，這樣當(dāng)電路層以及在它們中間的導(dǎo)電粘合劑一起壓制時，導(dǎo)電顆粒會被擠壓通過粘合劑層，最終與兩個電路層上的電極接觸。在粘合電路層時，可能需要或不需要對粘合劑層施加足以軟化粘合劑的熱量，使得導(dǎo)電顆粒穿透粘合劑。
B.制備本發(fā)明導(dǎo)電粘合劑的方法為了制備本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑，以不連續(xù)的數(shù)目放置導(dǎo)電顆粒，并以有序的排列方式放置。用機械方法將顆粒限制在有序排列的具有所選大小的凹坑內(nèi)。第一步是提供一塊工具，該工具具有多個以周期性陣列排列的凹坑。工具中的凹坑最終限定了導(dǎo)電粘合劑上的顆粒部位。所有凹坑有大致相同的深度，該深度最好對應(yīng)于導(dǎo)電顆粒的平均大小，這樣在任何給定的凹坑內(nèi)均只能有一層顆粒。凹坑的寬度和長度由顆粒大小以及每個顆粒部位所需的顆粒數(shù)來確定。工具的有凹坑的表面宜是低粘附性表面(原因如下所述)。
下一步是用導(dǎo)電顆粒填充凹坑，同時除去在凹坑以外區(qū)域上的那些導(dǎo)電顆粒。圖4顯示了一種填充凹坑并除去多余顆粒的較佳方法。將具有排列有序的凹坑44的工具38推動通過顆粒配料器30下面，該配料器將導(dǎo)電顆粒16隨機地加到工具的有凹坑表面上。所選導(dǎo)電顆粒的大小應(yīng)與凹坑深度大致相等。這就確保了只有單層顆粒能填入每個凹坑。較佳的，顆?；旧鲜乔蛐?，以提供均一性并便于操作。如上所述，顆粒宜具有基本相同的大小。然而，當(dāng)采用可變形顆粒時，對顆粒間有一定的尺寸差異就是允許的。
工具可以是與轉(zhuǎn)動帶或轉(zhuǎn)鼓表面相連的一系列剛性板，這樣，工具的推進過程是連續(xù)的。工具也可以是柔軟的膜，連接在帶或鼓上(因此可重復(fù)使用)，或由一卷材提供，這樣膜可作為襯里與導(dǎo)電粘合劑留在一起(下文有進一步討論)。
當(dāng)工具38通過顆粒配料器30下面時，導(dǎo)電顆粒16就散布下來，基本上覆蓋工具表面。顆粒16以隨機的方式落在工具38上，一些顆粒填充在凹坑內(nèi)，一些顆粒在凹坑間的區(qū)域內(nèi)，一些顆粒則在其他顆粒之上。將工具38和顆粒16推進至轉(zhuǎn)鼓32下面的位置。轉(zhuǎn)鼓32裝有刷子34，這些刷子能在工具38通過時清掃工具表面。轉(zhuǎn)鼓32的轉(zhuǎn)動方向與工具38的推進方向相反。轉(zhuǎn)鼓和工具的運動方向如圖4所示。刷子34的長度和硬度根據(jù)所用導(dǎo)電顆粒的大小和類型來選擇。較小的顆粒需要較小的刷子，而較粗的顆?？赡苄枰^硬的刷子。當(dāng)工具38通過刷子34時，刷子將顆粒16掃入凹坑44內(nèi)，結(jié)果填充了凹坑。刷子還將凹坑間區(qū)域上的顆粒掃去。多余的顆粒或者被推回到未清掃的工具推進部分，或被刷子撿起。在轉(zhuǎn)鼓32上方可以放置一個抽吸裝置36，用來除去被刷子撿起的多余顆粒。
當(dāng)工具的凹坑被導(dǎo)電顆粒填滿且在凹坑間工具區(qū)域上的導(dǎo)電顆粒被基本上除去后，就可以施加粘合劑層。粘合劑層施加在工具有凹坑的一面，基本上覆蓋到工具的寬度，并與顆粒粘附。粘合劑層宜具有基本均一的厚度。粘合劑層可用任何常規(guī)方法來施加，例如，將粘合劑層層壓到工具和顆粒的頂部，或是將粘合劑材料作為液體施加在工具和顆粒上，并使該粘合劑在工具上固化。無論怎樣施加粘合劑層，顆粒均單個地粘附于粘合劑，從而當(dāng)從工具上取下導(dǎo)電粘合劑時，導(dǎo)電顆粒與粘合劑層在一起。
在提供了粘合劑層后，還可將任選的背襯膜層壓到導(dǎo)電粘合劑上。如圖2(a)和(b)所示，背襯膜可層壓到粘合劑層的無顆粒面或有顆粒面上。背襯膜的表面宜為低粘附性表面，這樣就能很容易地除去導(dǎo)電粘合劑供以后使用。如果背襯膜的兩面都是低粘附性的，則可將導(dǎo)電粘合劑和背襯膜一起卷起來便于儲藏、運輸和日后使用。
另外，如上所述，工具本身可由具有低粘附性表面的柔軟膜材料制成，因此可起導(dǎo)電粘合劑的剝離襯里的作用。剝離襯里材料可用以下方法獲得有序排列的凹坑，這些方法包括對預(yù)制的膜進行壓花，或?qū)⒁后w樹脂材料進行擠出并硬化。無論采用哪個方法，都使用具有有序排列凸塊的母模板。然后，通過直接壓花或使凸塊周圍的液體樹脂材料硬化，母模板上的凸塊被復(fù)制到襯里上成為凹坑。當(dāng)用剝離襯里作為有凹坑的工具時，粘合劑層可以在加工時從剝離襯里上取下，以便重復(fù)使用剝離襯里，或是和剝離襯里在一起，這時剝離襯里就起導(dǎo)電粘合劑背襯膜的作用。
C.電連接電路層一旦如上制成后，本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑成為便于操作和使用的形式。在應(yīng)用時，本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑可用來電連接具有對準(zhǔn)的電極圖案的兩個電路或電路層。
圖5(a)至(c)顯示了用本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑電連接兩層電路層的方法中的各個步驟。圖5(a)顯示了本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑，它具有粘附在粘合劑層12上的導(dǎo)電顆粒16，粘合劑層12層壓在任選的背襯膜18上。用圖5(a)所示的結(jié)構(gòu)作為描述例子。還可采用其他結(jié)構(gòu)，它們的例子顯示在圖1至3中。盡管使用具有背襯膜的結(jié)構(gòu)很方便，但是并不一定需要使用該結(jié)構(gòu)。
然后，如圖5(b)所示，使本發(fā)明的各向異性導(dǎo)電粘合劑與電路層50的電極52a和52b接觸。由于導(dǎo)電顆粒在導(dǎo)電粘合劑上是均勻分布的，因此不必使粘合劑向電路層的電極對齊?？梢韵?qū)щ娬澈蟿┑谋骋r加壓。施加壓力會使與電極接觸的導(dǎo)電顆粒包埋進入粘合劑層內(nèi)，從而使粘合劑層與電極表面接觸，并在一定程度上與電路層以及電極圖案的輪廓貼合。導(dǎo)電粘合劑的施加在電極間產(chǎn)生了空隙區(qū)域，如空隙56。此時，如果有背襯膜的話，除去該背襯膜。
在除去所有任選的背襯膜后，放置具有電極62a和62b的第二電路層60，使其電極圖案對準(zhǔn)并面朝電路層50的電極圖案。然后，使電路層60與外露的粘合劑層表面接觸。然后向電路層60施加壓力，使粘合劑層變形直至電極62a和62b與接觸電極對52a和52b的導(dǎo)電顆粒電接觸。任選地，還可加熱來幫助粘合劑層軟化，從而使其更容易在壓力下變形。
可采用在加壓下至少有一定程度的可變形性、但仍然比粘合劑層材料硬的導(dǎo)電顆粒。這就保證可以允許各個顆粒有小的尺寸差異。當(dāng)采用可變形顆粒時，首先接觸電極對中兩個電極的較大顆?？稍诖怪狈较蛏媳粔嚎s，直至較小的顆粒也能實現(xiàn)電接觸。通過確保盡可能多的導(dǎo)電通道，就提高了整個電連接的可靠性。
由于導(dǎo)電顆粒小于粘合劑層的厚度，因此電極對之間的粘合劑層材料必定被擠入電極間的空隙區(qū)域內(nèi)。這些多余的粘合劑層材料會填滿諸如圖5(c)所示的空隙56?？障侗欢嘤嗾澈蟿硬牧咸畛?，就增加了粘合表面積，也就增強了粘合程度。而且，還能防止短路。另外，由于粘合劑層材料從空隙兩側(cè)擠入每個空隙，因此電極間空隙內(nèi)的任何導(dǎo)電顆粒會被擠出電極，從而產(chǎn)生了“清洗除去”的效果，該效果減少了在電極間的空間中形成會導(dǎo)致短路的顆?；蝾w粒串的可能性。
由于導(dǎo)電顆粒在粘合劑層上以單層形式存在，因此電極之間每個導(dǎo)電通道是通過單個顆粒的。這最大程度地減少了可能會增加連接電阻的接觸面數(shù)目。它還為給定的電極對創(chuàng)造了多個單顆粒通道，從而進一步增加可靠性。
實施例下列實施例描述了本發(fā)明的各個具體實施方案，這些例子不應(yīng)被視為限制了本發(fā)明或所附權(quán)利要求的范圍。
圖6(a)至(e)每張圖均是本發(fā)明的帶凹坑工具在根據(jù)本發(fā)明的方法用導(dǎo)電顆粒填充工具凹坑后拍攝的顯微照片。每張顯微照片顯示排列成周期性長方形陣列的凹坑(凹坑內(nèi)填充了導(dǎo)電顆粒)的工具。凹坑的大小、凹坑陣列的大小以及顆粒類型各不相同。在各種情況下，凹坑的深度均為使顆粒在凹坑中以單層形式存在。不同的凹坑圖案、顆粒類型和粒徑分布為每種圖案每個顆粒部位提供了不同的顆粒數(shù)。然而，在所有情況下均未見顆粒留在凹坑間的工具區(qū)域上。
圖6(a)顯示了具有以矩形陣列排列的凹坑102a的工具100a。顆粒104a是平均直徑為4.9微米的涂金的聚合物球。顆粒的粒徑分布很小，以便非常均一地在工具上填充凹坑。實際上，大多數(shù)凹坑確切地裝有兩個顆粒，但是有的凹坑有三個顆粒，而一些凹坑有一個顆?；驔]有顆粒。凹坑圖案的間距在單顆粒方向106a上約為25微米，在兩個顆粒的方向108a上約為15微米。
圖6(b)顯示了具有以矩形陣列排列的凹坑102b的工具100b。顆粒104b是平均直徑為4.9微米的涂金的聚合物球。顆粒的粒徑分布很小，以便非常均一地在工具上填充凹坑。凹坑的大小為在一排內(nèi)裝有四個顆粒。大多數(shù)凹坑確實有四個顆粒，但是發(fā)現(xiàn)一些凹坑有兩個、三個或五個顆粒。凹坑圖案的間距在單顆粒方向106b上約為15微米，在四個顆粒的方向108b上約為35微米。
圖6(c)顯示了具有以正方形陣列排列的凹坑102c的工具100c。顆粒104c是平均直徑為4.9微米的涂金聚合物球。顆粒的粒徑分布很小，以便在工具上非常均勻地填充凹坑。凹坑的大小為每個顆粒部位有一個顆粒。大多數(shù)凹坑確實含有一個顆粒，但發(fā)現(xiàn)一些凹坑有兩個顆粒或沒有顆粒。凹坑圖案的間距在方向106c和108c上均約為15微米。
圖6(d)顯示了具有以正方形陣列排列的凹坑102d的工具100d。顆粒104d是平均直徑為4.9微米的涂金聚合物球。顆粒的粒徑分布很小，以便在工具上非常均勻地填充凹坑。凹坑的大小為每個顆粒部位有四個或五個顆粒。大多數(shù)凹坑有四個或五個顆粒，但發(fā)現(xiàn)一些凹坑有兩個或三個顆粒。凹坑圖案的間距在方向106d和108d上均為25微米。
圖6(e)顯示了具有以矩形陣列排列的凹坑102e的工具100e。顆粒104e是平均直徑約為4微米的大致球形鎳顆粒，但是整個顆粒的粒徑分布非常大。圖6(e)顯示了大的粒徑分布是如何影響凹坑的填充的。盡管凹坑的大小為含有兩個4.9微米直徑的顆粒，但是許多凹坑在一個單層中含有兩個以上的顆粒，因為在顆粒填充時較小的顆粒能被掃入凹坑內(nèi)已有的較大顆粒之間的空隙內(nèi)。大多數(shù)凹坑含有兩到七個顆粒。凹坑圖案的間距在短邊方向106e上約為15微米，在長邊方向108e上約為25微米。
權(quán)利要求
1.一種各向異性導(dǎo)電粘合劑(10)，它包含(a)具有基本均一厚度的粘合劑層(12)；和(b)多個導(dǎo)電顆粒(16)，顆粒的大小至少稍稍小于粘合劑層的厚度，每個顆粒單獨粘附于粘合劑層，其中多個導(dǎo)電顆粒含有排列成周期性陣列的顆粒部位(14)，大部分顆粒部位具有不超過預(yù)定最大數(shù)目的居留顆粒，居留在任何特定顆粒部位中的顆粒是毗鄰放置的。
2.一種各向異性導(dǎo)電粘合帶，它包含剝離襯里(28)，它具有一個含有多個凹坑(24)的主表面，每個凹坑具有預(yù)定的寬度、長度和深度，其中凹坑具有基本相同的深度；凹坑中的導(dǎo)電顆粒(16)，導(dǎo)電顆粒以單層形式留在凹坑內(nèi)；和在剝離襯里上并接觸導(dǎo)電顆粒的粘合劑層(12)，粘合劑層可攜帶著導(dǎo)電顆粒一起從剝離襯里上取下，其中粘合劑層基本上沒有除所述導(dǎo)電顆粒以外的導(dǎo)電材料。
3.一種制備各向異性導(dǎo)電粘合劑的方法，該方法包括下列步驟提供具有低粘附性表面的工具(38)，該表面含有多個凹坑(44)，每個凹坑具有一定的長度、寬度和深度，其中凹坑具有基本相同的深度；將導(dǎo)電顆粒(16)放入凹坑內(nèi)，導(dǎo)電顆粒在凹坑內(nèi)形成單層；基本上除去留在凹坑間工具區(qū)域上的所有導(dǎo)電顆粒；和在工具的低粘附性表面上形成粘合劑層，使凹坑內(nèi)的導(dǎo)電顆粒單個地粘附于粘合劑層，該粘合劑層能攜帶著導(dǎo)電顆粒一起從工具上取下，其中粘合劑層基本上沒有除所述導(dǎo)電顆粒以外的導(dǎo)電材料。
4.一種形成電連接的方法，該方法包括下列步驟提供具有多個第一導(dǎo)電接觸部位的第一電路層(50)；提供具有多個第二導(dǎo)電接觸部位的第二電路層(60)；確定第一電路層和第二電路層的位置，使多個第一接觸部位與多個第二接觸部位對齊，從而形成多對接觸部位對；提供各向異性導(dǎo)電粘合劑，它包含(a)具有基本均一厚度的粘合劑層(12)；和(b)多個導(dǎo)電顆粒(16)，顆粒的大小至少稍稍小于粘合劑層的厚度，每個顆粒單個地粘附于粘合劑層，其中多個導(dǎo)電顆粒含有排列成周期性陣列的顆粒部位，大部分顆粒部位具有不超過預(yù)定最大數(shù)目的居留顆粒，留在任何特定顆粒部位中的顆粒是毗鄰放置的；將各向異性導(dǎo)電粘合帶置于電路層的接觸部位之間；和向電路層施加壓力，直至至少大多數(shù)導(dǎo)電接觸部位對形成分開的電連接，每個連接經(jīng)過至少一個導(dǎo)電顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向異性導(dǎo)電粘合劑或權(quán)利要求4所述的形成電連接的方法，其中大部分顆粒部位具有相同數(shù)目的顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向異性導(dǎo)電粘合劑、權(quán)利要求2所述的各向異性導(dǎo)電粘合帶、權(quán)利要求3所述的制備各向異性導(dǎo)電粘合劑的方法或權(quán)利要求4所述的形成電連接的方法，其中顆粒具有基本相同的大小和/或基本上呈球形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向異性導(dǎo)電粘合劑、權(quán)利要求2所述的各向異性導(dǎo)電粘合帶、權(quán)利要求3所述的制備各向異性導(dǎo)電粘合劑的方法或權(quán)利要求4所述的形成電連接的方法，其中顆粒大致小于粘合劑層的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向異性導(dǎo)電粘合劑、權(quán)利要求2所述的各向異性導(dǎo)電粘合帶、權(quán)利要求3所述的制備各向異性導(dǎo)電粘合劑的方法或權(quán)利要求4所述的形成電連接的方法，其中粘合劑層能在加熱或加壓下軟化。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的各向異性導(dǎo)電粘合帶或權(quán)利要求3所述的制備各向異性導(dǎo)電粘合劑的方法，其中凹坑按兩維周期性陣列排列。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在施加壓力的步驟中，將置于接觸部位對之間的導(dǎo)電顆粒推入通過粘合劑層，與接觸部位對中的兩個接觸部位接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有粘合劑層(12)和單獨粘附于粘合劑層的導(dǎo)電顆粒(16)的導(dǎo)電粘合劑(10),導(dǎo)電顆粒以有序陣列方式排列。導(dǎo)電顆粒的大小至少稍稍小于粘合劑層的厚度。還公開了具有粘合劑層、單獨粘附于粘合劑層的導(dǎo)電顆粒、以及具有有序排列的凹坑的剝離襯里(28)。導(dǎo)電顆粒以單層形式留在凹坑內(nèi)。各向異性導(dǎo)電粘合劑這樣制得,將導(dǎo)電顆粒置于低粘附性表面上有序排列的凹坑內(nèi),然后將粘合劑層層壓到頂部,使導(dǎo)電顆粒單獨粘附于粘合劑層。各向異性導(dǎo)電粘合劑可電連接相對電路層上的細距電極。
文檔編號C09J7/00GK1307625SQ99807810
公開日2001年8月8日 申請日期1999年1月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月30日
發(fā)明者G·康萘爾, B·S·卡彭特, P·B·霍格通, 山口裕顯 申請人:美國3M公司