专利名称：使用可紫外活化的胶粘膜粘合基材的方法以及紫外照射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用可紫外活化的胶粘膜粘合基材的方法，以及在粘合基材方法中使用的紫外线照射装置。
在液晶显示器中，玻璃制显示屏作为电极，并通过各向异性导电胶粘膜连接到称为载带封装(TCP)的柔性电路上。所述TCP上已经安装有使显示屏工作的驱动集成电路(IC)。通常，该导电胶粘膜是由导电颗粒在绝缘性胶粘剂(例如环氧树脂)中的分散体制得的。所述胶粘膜置于两个相对的电路之间，然后加热同时施加压力来完成粘合。所述粘合的产品包含粘合在两个相对的电路的连接端之间的导电颗粒。所述胶粘膜中放置导电颗粒可以使所述相对连接端之间形成电流流动。
为了降低液晶显示屏的重量和成本，已经开发了使用塑料基材或使用PET薄膜基材的柔性电路的液晶显示屏。常规的导电胶粘膜要求高达150-200℃的加压粘合温度。但是，上述液晶显示屏或柔性电路在如此高的温度下进行粘合会产生热损害，例如电极变形或带有连接失效的显示屏开裂。此外，在显示屏电极和柔性电路之间的连接间距通常是100到200μm，但是，发展方向已要求显示屏精度更高，要求连接间距为50μm或更短。与这种更精细连接间距相关的问题是柔性电路的电极会因为胶粘膜的热压粘合产生的热量而变形，从而导致显示屏电极图案出现偏移。
为了解决这些问题，本技术已经使用在较低温度下能热压粘合的可紫外活化的各向异性导电胶粘膜，以及使用这种胶粘膜连接所述电路的方法。
在日本未经审查的专利公报(公开)No.11-60899中，说明了一种电连接所述导体的方法，在此使用紫外活化的各向异性导电胶粘膜连接电路。这种方法包括以下步骤将具有紫外活化的各向异性导电胶粘膜置于第一有电路的基材上；使用高压汞灯的紫外光照射胶粘膜；将第二有电路的基材的电极面对第一有电路的基材的电极对齐；在加热和加压的情形下进行粘合。
在日本未经审查的专利公报(公开)No.8-146436中，说明了一种层压液晶显示屏的方法，包括使用可紫外固化的胶粘剂将透明基材粘合到另一透明基材上。可紫外固化胶粘剂置于透明基材之间，然后从透明基材一侧使用紫外光进行照射，来固化所述胶粘剂。在这个方法中，阻挡掉波长为300nm或更短的紫外光，由此防止透明基材恶化。
在日本未经审查的专利公报(公开)No.9-320131中说明了一种使用可紫外固化的胶粘剂粘合两片圆盘的方法，各圆盘都包括可透过紫外光的基材。所述可紫外固化的胶粘剂置于两层透明基材之间，并使用紫外光透过基材照射所述可紫外固化的胶粘剂，使胶粘剂固化。在这个方法中，使用能吸收2-3μm或更长波长光的石英玻璃作为滤光器来减少红外线滤除。或者，使冷却空气流过所述滤光器和紫外灯，来防止基材受到来自滤光器的二次辐射热的影响。
虽然使用紫外活化的胶粘剂在短时间内在较低温度下能通过热压来进行粘合，但是在更短的粘合时间内，还会导致紫外光源的强度增大。因此，更高强度的紫外光源如高压汞灯和/或金属卤化物灯可使粘合时间再进一步缩短。但是在常规方法中，紫外线照射是在将可紫外固化的胶粘剂置于基材上之后进行的，并且如果使用上述高压汞灯或金属卤化物灯作为光源来固化所述胶粘剂，所述紫外线也可以照射在液晶显示屏的透明基材上。根据透明基材的材料，所述透明基材会恶化，例如变色或变模糊。当基材由树脂制得时，所述材料会分解，并在其上出现裂缝。
此外，在紫外线照射基材时，由于紫外线的能量而加热所述基材，但是根据基材的材料，所述基材具有高热膨胀系数，在粘合和固化过程中，即使温度稍微上升，所述基材的热膨胀也会导致两块基材之间产生偏移，结果导致连接失效。
本发明的发明人也提出了一种粘合基材的方法，它通过使用紫外活化的胶粘膜但并不照射所述基材，尤其是有电路的基材来防止所述基材恶化。根据该发明中，只在首先通过受到紫外照射进行活化之后，才将紫外活化的胶粘膜转移并放置到基材上，将两块基材粘合。一旦施加到所述基材上，所述胶粘剂热压粘合。由于所述基材并未暴露在紫外光下，故可以防止基材恶化。
日本未审查专利公报(公开)No.10-218470说明了一种带式分配器，用于切割可固化的胶粘带，其中，胶粘剂的固化是在将胶粘带施加到基材上之后通过光引发阳离子聚合反应来进行。所述分配器可以限制所述胶粘带受到的紫外照射的程度，使所述胶粘带在室外工作场所仍旧保持有效，例如不会过早固化。若用强度过低的紫外线照射这种类型的紫外活化胶粘膜，将不会活化所述反应体系，热压粘合后的粘合强度低，使所述胶粘剂不能充分粘合到基材上。相反，若所述紫外线强度太高，所述胶粘膜会因胶粘膜和剥离片中产生的热量以及受到高强度紫外光照射而产生的热量而在置于基材以前完成固化。这又妨碍所述薄膜充分粘合到基材上。此外，若所述紫外线强度不均匀，则胶粘剂上固化的程度就会出现差异，这样又会妨碍胶粘剂充分粘合。
最好提供一种使用具有相对较长使用时间的紫外活化的胶粘剂来相互粘合基材的方法。也最好提供一种使用这种方法的紫外照射装置，它能确保胶粘剂具有足够的使用时间，通过不使紫外线照射待粘合的基材来防止所述基材恶化，并防止因紫外线辐射热而导致胶粘膜过早固化。
本发明提供一种粘合两块基材的方法，所述方法包括提供具有第一表面和第二表面的胶粘膜；用紫外线照射所述胶粘膜，形成具有第一活化表面和第二活化表面的活化胶粘膜；在照射时或者照射所述薄膜之后立即冷却所述活化的胶粘膜；将所述第一活化的表面接触第一基材；将所述第二活化的表面接触第二基材；对所述第一和第二基材加热施压，固化所述活化的胶粘膜并将基材相互粘合。
此外，本发明提供用于上述基材粘合方法的紫外照射装置，它装有紫外照射头和用于冷却所述紫外照射的胶粘膜的手段。
在说明本发明优选的实施方式时，参考各附图，其中使用各编号来标明所述的结构
图1是显示本发明方法的略图；图2是显示本发明紫外照射装置结构的略图；图3是显示在紫外线照射所述胶粘膜时温度变化的图；图4是显示使用本发明紫外照射装置进行紫外线照射时在胶粘膜表面上紫外线强度的图。
下面说明如图1所示的本发明的一个实施方案。可紫外活化胶粘膜与连同剥离片或背衬4一起从卷筒1解开，然后向加压粘合头3传送。在到达加压粘合头3之前，可紫外活化的胶粘膜5转移到第一基材7上。随后，剥离片4被卷筒2卷回，所述基材7和胶粘膜5被传送到加压粘合头8上，此时第二基材9在加压粘合头8的作用下热压粘合到基材7上。
在常规方法中，使用高压汞灯、金属卤化物灯或者水银氙灯等来照射紫外线。如上所述，由于若所述照射的紫外线强度过低，未能活化所述反应体系，从而不能获得足够的粘合强度，因此所述紫外线照射装置必须辐射足够的紫外线。但是当使用汞灯等直接照射时，存在如下问题产生辐射热，导致固化步骤过早发生。因此，本发明中通过冷却紫外线照射的胶粘膜来防止因辐射热产生而出现过早固化。
如图2所示，紫外线照射装置6例如包括以这一方式冷却所述胶粘膜的装置。图2是显示本发明所用紫外线照射装置6的一个模式的俯视图。编号4表示剥离片，5表示胶粘膜，10表示导辊，11表示紫外线照射头，12表示光纤，13表示紫外光源，14表示背面冷却板。
常规紫外线照射装置中所用能发射波长在300-400nm紫外区的强光的紫外光源可以用作紫外光源13。这种光源的例子包括高压汞灯、金属卤化物灯和水银氙灯。高压汞灯和水银氙灯通常发射波长为365nm的强光，而金属卤化物灯的特征如下在比高压汞灯更宽的波长区域内具有高发射效率，这是通过在灯泡中密封金属卤化物得到的，所述金属卤化物通过将水银或金属如镓或铁用碘或溴卤化来制得。
将来自紫外光源13的紫外线通过光纤12引入紫外光照射头11。所述光纤的材料宜为石英玻璃，这是因为在紫外波长区域中衰减最小。
从所述紫外光源通过光纤引入的紫外线从所述紫外线照射部件末端上的照射端口照射胶粘膜5。这种照射端口包括许多缠绕成束的光纤，其形状宜为矩形，为的是在宽度通常约为2mm的胶粘膜的长度方向上提供均匀的紫外照射强度。可以通过例如设置用于调节其上表面照射长度的快门等来调节这种照射端口的长度。实际上，所述照射端口的长度宜约为10cm到1m。虽然所述照射端口的宽度随所述胶粘膜的宽度而变化，但是宽度通常宜约等于单根光纤(0.2mm)到约5mm。在所述照射端口的末端可以放置会聚的光学透镜，将紫外线会聚到胶粘膜的照射表面上。
因此，虽然胶粘膜5和剥离片4一起从卷筒1解开，进入由导辊引导的紫外照射装置6，并用来自紫外照射头11的紫外线照射预定的时间，同时剥离片4和背面冷却板14接触。这种背面冷却板14吸收在胶粘膜和剥离片中因照射紫外线所产生的辐射热，并抑制胶粘膜的加热。因此，它宜由具有高导热性的材料，例如金属如不锈钢或铝构成。此外，在所述背面冷却板内或后面可以循环冷水。
而且，虽然图2中并未显示，但是这种紫外照射装置也可设置用于测量紫外照射强度的紫外传感器(例如，装有紫外衰减滤光片的硅光电二极管传感器)、用于将积聚在照射装置内部的热量排出的冷却风扇、以及使所述背面冷却板与所述剥离片的装置紧密接触(例如，将空气吹向所述胶粘膜，利用风压使之紧密接触)。
而且，由于照射到胶粘膜上的高能波长的紫外线如波长为300nm或更小的紫外线容易被胶粘膜和剥离片吸收，并转化成热量，所以较好是将能充分衰减波长为300nm或更小(所谓的远紫外区域)的紫外线的遮光片置于所述照射端口上。此外，可以将衰减波长为450-600nm的可见光或者能吸收波长为800-4000nm的红外线的滤光片置于所述紫外光源或者照射端口上，来阻挡来自光源的热量传到到胶粘膜的表面上。
在图2中，虽然所述背面冷却板和胶粘膜接触并同时受到紫外照射，但是所述紫外线照射和冷却可以在单独装置中进行，使冷却在紫外线照射之后立即进行。此外，所述冷却手段并不局限于背面冷却板，可以是其它手段，例如也可以使用冷却风扇来吹冷空气，只要它们也能获得足够的冷却效果。
在这种方式中，通过在紫外线照射胶粘膜过程中或者之后立即冷却胶粘膜，可以防止所述胶粘膜过热，由此防止胶粘膜过早固化。
在图1中，若所述第一基材和第二基材上均具有电路，所述电路可以通过使用可紫外活化的各向异性导电胶粘膜作为胶粘膜来电连接。本文中，术语“可紫外活化的各向异性导电胶粘膜”是指由胶粘剂形成的薄膜，当有电路的基材相互层叠，且所述有电路的基材上的电路导电时，所述胶粘剂能在两个有电路的基材之间形成粘合，并且在基材的厚度方向而不是平面方向上也能提供导电性，使所述有电路的基材上的相邻电路不会短路，即一粘合就提供导电性。所述各向异性导电性是使用胶粘膜通过热压粘合将基材相互粘合时出现的现象，由于在热压粘合过程通过加热和加压将导电颗粒以外的不导电胶粘剂组分流化，并除去。由此，使两个面对的基材上的电路相互导电，但是由于存在不导电胶粘剂组分，在所述基材的平面方向不导电。
例如，日本未审查专利公报No.11-60899中所述的导电胶粘剂使用可紫外活化的阳离子聚合催化剂作为固化脂环族环氧树脂的催化剂，并因此认为在紫外照射之后的使用时间很短。在上述专利公报所述的方法中，所述热压粘合是在紫外线照射之后立即进行，因此，使用时间短也不会出现问题。但是如上所述，在本发明的方法中，所述基材在紫外线照射之后一段时间传送到加压粘合头，且使用时间极短的胶粘膜很不利。当考虑到实际生产过程中安装半导体器件步骤期间或者生产线临时出现故障等的维修时间，本发明所用可紫外活化的胶粘膜的使用时间宜为10分钟或更大。而且，本发明所用可紫外活化的胶粘膜宜由具有以下所有性能的胶粘剂形成(1)室温下储存稳定性高，例如可使用状态能维持至少30天；(2)胶粘剂在紫外线活化前可能承受较高的温度，从而可在短时间内干燥成膜，并可高效形成胶粘膜；(3)胶粘剂能在紫外线活化后的热压粘合时在约100-130℃的低温下快速固化，较好能在1分钟，更好是在30秒内，最好在10秒内固化；(4)当基材相互连接之后，要有优良的连接稳定性。
这种优选的可紫外活性胶粘剂可以是例如包含作为基本组分的(1)脂环族环氧树脂和(2)含缩水甘油基团的环氧树脂、(3)可紫外活化的阳离子聚合催化剂和(4)阳离子阻聚剂的胶粘剂。通过使用这种胶粘剂，可以均衡地获得上述特性。为了用这种优选的可紫外活化的各向异性导电胶粘剂形成胶粘膜，可以添加热塑性弹性体或树脂。可紫外活化的各向异性导电胶粘剂可通过向可紫外活化的胶粘剂中加入导电颗粒来获得。
当脂环族环氧树脂与可紫外活化的阳离子聚合催化剂混合时，所述脂环族环氧树脂能在低温下迅速固化。所述含缩水甘油基团的环氧树脂和所述阳离子阻聚剂一起则可延长胶粘膜在紫外线照射活化后的使用时间，且其反应活性低于脂环族环氧树脂的反应活性，并在稍高温度区域显示。所述可紫外活化的阳离子阻聚剂是紫外线照射时产生路易斯酸等阳离子活性种并催化所述环氧化合物开环反应的化合物。所述阳离子阻聚剂则通过替代一部分阳离子聚合催化剂并捕获阳离子聚合反应中作为阳离子活性种的路易斯酸等来抑制或阻止阳离子聚合反应，从而延长胶粘膜的使用时间。
为了使用可紫外活化的胶粘膜在基材和另一基材之间获得良好的电连接，在热压粘合过程中所述胶粘剂组分必须通过加热施压完全流化，并且良好地除去有电路基材上导电颗粒和电路之间的非导电胶粘剂组分。所述胶粘剂组分的流动性随胶粘剂中树脂的特性粘度以及伴随热固化反应逐渐进行的粘度上升而变化。若所述组合物包含脂环族环氧树脂作为环氧树脂，并包含所述可紫外活化的阳离子聚合催化剂，则在紫外线照射活化前不能起催化剂的作用。因此，可以确保在室温下储存能力高，并且能保持所述使用状态至少30天。但是，用紫外线活化之后，所述组合物在低温下短时间内热固化。由于所述热固化反应在活化之后迅速进行，并且粘度由于热固化反应而在短时间内上升，所述热压粘合必须快速进行。为了延迟这一固化反应，可以考虑加入阳离子阻聚剂。但是，即使在加入阻聚剂的情况下，若从紫外线照射到热压粘合拖延长时间，例如在将有电路基材相互对齐步骤中花费时间，那么由于伴随热固化反应逐渐进行的胶粘剂组分粘度上升，不能满意地除去有电路基材上所述导电颗粒和电路之间的胶粘剂组分，因此所述电连接易于不稳定。若所述组合物包含具有缩水甘油基的环氧树脂作为环氧树脂时，紫外线照射后所述热固化反应进行得相对缓慢。因此，虽然活化后的使用时间延长了，但是为了获得满意的固化并由此确保良好的电连接，必须要么提高加压粘合的温度，要么延长加压粘合的时间。
由于含缩水甘油基团的环氧树脂和阳离子阻聚剂的作用，各向异性导电胶粘膜经紫外线照射后的粘度上升减小，所述各向异性导电胶粘膜由各向异性的导电胶粘剂制成，该胶粘剂包含所有既包含脂环族环氧树脂又包含具有缩水甘油基的环氧树脂的环氧树脂、可紫外活化的阳离子聚合催化剂和阳离子阻聚剂。因此，可以延长活化后的使用时间，同时，由于将脂环族环氧树脂和可紫外活化的阻离子聚合催化剂混合，所述脂环族环氧树脂反应活性高，这种薄膜即使在低温下也能满意地固化，由此确保稳定的电连接。
因此，这种可紫外活化的胶粘膜的优点如下(1)所述固化反应在紫外线活化之前不会进行，在室温下的储存稳定性高；(2)在活化前可以设定在相对较高的温度下(因为所述固化反应即使在80℃下也不会进行)，使所述膜形成的干燥可以在短时间内完成，因此相比常规胶粘膜来说，可以高效(短时间内)制造所述胶粘膜；(3)紫外线照射活化之后，常温下的使用时间宜延长到10分钟或更长，可以满意地进行所述加压粘合操作；(4)通过粘合容易受热变形的材料例如由基于聚合物材料如聚酯或聚酰亚胺的FPC或TAB、或者PCB、基于玻璃增强环氧树脂的聚碳酸酯或聚醚砜制得的电路基材来获得电连接时，可以通过在100-130℃的低温下迅速(宜在1分钟内，较好是在30秒内，更好是在10秒内)进行热压粘合来使材料的变形降至最小；(5)将基材相互连接之后，呈现优良的相互连接。
以下单独说明构成所述优选可紫外活化胶粘膜的组分。
脂环族环氧树脂如上所述，所述脂环族环氧树脂改进所述胶粘剂组合物的快速固化性能和低温固化性能。将这种组分和可紫外活化的阳离子聚合催化剂混合允许在低温下快速固化。由于其低粘度，这种组分也提高所述组合物和基材之间的紧密接触。所述脂环族环氧树脂是每个分子平均含有至少两个脂环族环氧基团的环氧树脂。所述脂环族环氧树脂的例子包括以下分子中具有两个环氧基团的树脂二氧化乙烯基环己烯、3，4-环氧环己烷羧酸3，4-环氧环己基甲酯、己二酸双(3，4-环氧环己基)酯、2-(3，4-环氧环己基-5，5-螺-3，4-环氧)环己烷-间-二噁烷和它们的混合物。也可采用分子中含有3个、4个或更多环氧基团的多官能脂环族环氧树脂(例如Daicel Chemicai Industries，Ltd.的产品Epolide GT)。
这种脂环族环氧树脂的环氧当量范围常为90-500，较好是100-400，更好是120-300，最好是210-235。当环氧当量小于90时，热固后的韧性降低，且粘合强度降低，这会降低连接可靠性。当环氧当量大于500时，整个体系的粘度过度增高，在热压粘合过程中流动性差，或者其反应活性降低，从而降低连接可靠性。
含缩水甘油基的环氧树脂如上所述，与阳离子阻聚剂的作用一起，所述含缩水甘油基的环氧树脂可以延长所述组合物紫外光活化后的使用时间，在稍高温度范围下其反应活性比脂环族环氧树脂低。当使用只含脂环族环氧树脂而没有含缩水甘油基的环氧树脂的胶粘膜时，即使在室温附近的较低温度下也会发生固化反应，存在紫外照射活化后使用时间较短的缺点。因此如上所述，当花时间对齐有电路的基材而延长到热压粘合的时间时，由于热固化反应使得组合物粘度增加，阻碍了充分排除导电颗粒和每片基材上的导体之间的胶粘剂组分，这样便会形成不稳定的电连接。所述含缩水甘油基的环氧树脂正好弥补了脂环族环氧树脂的这一缺点。所用含缩水甘油基的环氧树脂是每个分子中平均至少含有两个缩水甘油基的环氧树脂。所述含缩水甘油基的环氧树脂的例子包括由双酚A和表氯醇合成的双酚A类环氧树脂、低粘度的双酚F类环氧树脂、多个官能可溶可熔酚醛环氧树脂、邻-甲酚类环氧树脂以及它们的混合物。也可采用缩水甘油酯类型的环氧树脂，例如六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯。但是，所述含缩水甘油基的环氧树脂仅限于不含抑制所述阳离子聚合反应的基团的环氧树脂，所述基团例如含胺或含硫或磷的基团。
所述含缩水甘油基的环氧树脂的环氧当量通常为170-5500，较好为170-1000，更好为170-500，最好为175-210。若环氧当量小于170，热固化之后的韧性和粘合强度会降低，但是若环氧当量大于5500，所述整个体系的粘度过分增高，导致在热压粘合中流动性变差，或者降低反应活性，导致连接可靠性降低。
脂环族环氧树脂和含缩水甘油基的环氧树脂的混合比例脂环族环氧树脂和含缩水甘油基的环氧树脂为所述组合物提供了良好的性能平衡。具体地讲，可以为所述胶粘剂提供脂环族环氧树脂低温快速固化性能和含缩水甘油基的环氧树脂在室温下的长储存时间。所述脂环族环氧树脂与含缩水甘油基的环氧树脂的重量比通常为20∶80到98∶2，较好为40∶60到94∶6，更好为50∶50到90∶10，最好为50∶50到80∶20。如果以脂环族环氧树脂和含缩水甘油基的环氧树脂总量计，脂环族环氧树脂的量小于20％，就会降低低温下的固化性能，从而使得粘合强度和连接可靠性都不够。但是，如果脂环族环氧树脂的量大于98％，则即使在室温附近也会促进固化反应，从而缩短了紫外光照射后的使用时间。
可紫外活化的阳离子聚合催化剂可紫外活化的阳离子聚合催化剂是通过在紫外光照射下产生阳离子活性物质如路易斯酸来催化环氧化物开环反应的化合物。这种聚合催化剂的例子包括芳基重氮盐、二芳基碘鎓盐、三芳基重氮盐、三芳基硒盐、铁的芳烃配合物等。其中，尤其优选铁的芳烃配合物，这是因为它的热稳定性。其具体的例子包括六氟锑酸二甲苯-环戊二烯基铁(II)盐、六氟磷酸异丙基苯-环戊二烯基铁(II)盐、二甲苯-环戊二烯基铁(II)三(三氟甲基磺酰基)甲基化物。
以环氧树脂100重量份计，可紫外活化的阳离子聚合催化剂的用量通常为0.05-10.0重量份，较好为0.075-7.0重量份，更好为0.1-4.0重量份，最好为1.0-2.5重量份。如果其量少于0.05重量份，就会降低低温下的固化性能，从而使得粘合强度和连接可靠性不够；若其量大于10.0重量份，即使在室温附近就也会促进固化反应，从而降低在室温下的储存时间。
阳离子阻聚剂阳离子阻聚剂通过在阳离子聚合反应过程中取代一部分阳离子聚合催化剂分并螯合路易斯酸或其它阳离子活性物质来延迟或抑制阳离子聚合反应。其具体的例子包括冠醚如15-冠醚-5，1，10-菲咯啉及其衍生物、甲苯胺如N，N-二乙基-间甲苯胺、膦如三苯基膦、以及三嗪等。
相对于可紫外活化的阳离子聚合催化剂而言，阳离子阻聚剂的用量通常为0.01-10.0当量，较好为0.05-5.0当量，更好为0.10-3.0当量，最好为0.4-2.0当量。若阳离子阻聚剂的量大于10.0当量，就会降低低温下的固化性能，从而使得粘合强度和连接可靠性不够。若阳离子阻聚剂的量少于0.05当量，即使在室温附近也会促进固化反应，从而降低室温下的储存时间。
导电颗粒使用的导电颗粒是例如为碳颗粒和金属颗粒(例如，银、铜、镍、金、锡、锌、铂、钯、铁、钨、钼、焊剂等)，或者表面上镀有金属导电涂层的那些导电颗粒。也可以使用表面上镀有导电涂层或金属等的那些不导电聚合物如聚乙烯、聚苯乙烯、苯酚树脂、环氧树脂、丙烯酸类树脂、苯胍胺树脂，玻璃珠，二氧化硅，石墨或陶瓷的颗粒。
所使用的导电颗粒的形状没有特别限制，但是通常宜为近似球形的颗粒，即使所述颗粒的表面具有一定不规则度或小突起，这种导电颗粒也是适用的。而且，所述导电颗粒的形状也可以是椭圆或条状。导电颗粒的平均粒度随电极宽度以及用于连接的相邻电极之间的间隔而变化。例如，如果电极宽度是50μm，相邻电极之间的间隔是50μm(即电极中心距是100μm)，那么平均粒度约为3-20μm较合适。使用其中分散了平均粒度约为3-20μm的导电颗粒的各向异性导电胶粘膜，能获得完全满意的导电性能，同时也可充分防止相邻电极之间的短路。在大多数情况下，由于用来连接两个有电路的基材之间的电极间距约为50-1000μm，因此导电颗粒的平均粒度在2-40μm较好。如果导电颗粒的平均粒度小于2μm，那它们可能埋没在电极表面的凹处从而失去作为导电颗粒的功能。如果导电颗粒的平均粒度大于40μm，那它们会在相邻两个电极之间产生短路。
导电颗粒的加入量可以根据所用电极的面积和导电颗粒的平均粒度而变化。只要每个电极中存在几个(例如，2-10)导电颗粒，就可以获得良好的连接。对于更低的电阻，可以通过将导电颗粒掺合到所述组合物中，使每个电极存在10-300个导电颗粒来实现。如果在热压粘合过程中使用高压，每个电极的导电颗粒数量可能增加到300-1000，并使压力均匀分布，以便达到令人满意的连接。以组合物总体积减去导电颗粒计，导电颗粒的量通常为0.1-30体积％，较好是0.5-10体积％，最好是1-5体积％。如果导电颗粒的量少于0.1体积％，那么连接时，电极上缺乏导电颗粒的概率较大，从而增加降低连接可靠性的风险。如果导电颗粒的量大于30体积％，相邻电极之间可能会发生短路。
热塑性弹性体或树脂当可紫外活化的胶粘剂用作胶粘膜时，宜加入的组分是热塑性弹性体或树脂。这种热塑性弹性体或树脂会增加胶粘膜的成膜性，同时提高所得胶粘膜的耐冲击性，并减少由于固化反应产生的残余内应力，提高粘合的可靠性。通常称为热塑性弹性体的一类聚合物，它由限制在低于某个温度下的相的硬段和表现橡胶弹性的软段所组成。这种弹性体包括苯乙烯基热塑性弹性体，苯乙烯基弹性体，它是包括例如包含硬段中的苯乙烯单元和软段中的聚丁二烯单元或聚异戊二烯单元等的嵌段共聚物。其典型的例子包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、以及苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)(其中软段中的二烯组分发生氢化)、苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)以及它们的混合物。也可以使用具有反应性基团的苯乙烯基热塑性弹性体，如用甲基丙烯酸缩水甘油酯进行环氧改性的弹性体、或其中的共轭二烯的不饱和键进行环氧化的弹性体。在这种具有反应性基团的弹性体中，所述反应性基团的高极性增加与环氧树脂的相容性，因而拓宽了与环氧树脂配制范围。同时，通过和环氧树脂的交联反应将所述弹性体结合到交联的结构中，由于耐热性和耐湿性，提高固化后的粘合可靠性。所述环氧化的苯乙烯基弹性体的例子包括Epofriend A1020(Daicel ChemicalIndustries，Ltd.制备)。在本发明中，热塑性树脂也可以用来代替热塑性弹性体。由于为了保证粘合的基材上导体之间有令人满意的电连接，在胶粘膜的热压粘合期间热塑性树脂必须流化除去，所以将树脂的Tg限制在不高于热压粘合的温度(例如，100-130℃)。这些热塑性树脂的例子包括聚苯乙烯树脂、苯氧基树脂以及它们的混合物。
以100重量份环氧树脂计，热塑性弹性体或树脂的用量常为10-900重量份，较好为20-500重量份，更好为30-200重量份，最好为40-100重量份。如果加入量少于10重量份，那么胶粘剂的成膜性就要降低。如果加入量超过900重量份，那么胶粘剂的低温流动性基本上会降低，当导电颗粒和有电路的基材粘合时接触不良，将导致电阻增加，连接可靠性降低，有时还会降低粘合强度。
其他添加剂本发明所用可紫外活化的胶粘膜除了含有上面提到的组分外，还可以包含一种阳离子聚合反应促进剂。通过加入这种反应促进剂，能进一步提高低温固化性能和快速固化性能。所述反应促进剂的例子包括草酸二叔丁酯。以100重量份脂环族环氧树脂和含缩水甘油基的环氧树脂计，所述反应促进剂的加入量常为0.01-5重量份，较好为0.05-3重量份，最好为0.1-2重量份。为了增加有电路的基材与胶粘剂组合物之间的粘合，也可以使用偶合剂，例如硅烷偶合剂如环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷以及β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷。
而且，只要不影响本发明的效果，也可以往所述胶粘剂组合物中加入其他添加剂如抗氧剂(例如，位阻酚基抗氧剂)、二醇(例如，双(苯氧基乙醇)芴)、链转移剂、光敏剂(例如蒽)，增粘剂，热塑性树脂(例如，聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸类树脂以及它们的混合物)、填充剂如二氧化硅，流动改性剂，增塑剂和消泡剂等。
剥离片这种包含上述组分的可紫外活化的胶粘剂组合物可以涂布到剥离片上，干燥形成胶粘膜。所形成的可紫外活化的胶粘膜在用紫外线照射前宜尽可能地避免受到不必要的紫外线的照射。因此，虽然所述剥离片可以是通过将树脂例如尼龙、聚酯、聚丙烯、丙烯酸基树脂、聚碳酸酯、乙烯基树脂、聚乙烯和聚酰亚胺成形而制得的薄膜，但是这种用作剥离片的薄膜宜通过捏合紫外线吸收剂来提供降低所述紫外透射因子的作用，并在其一个表面或两个表面上具有聚硅氧烷基或氟基脱模剂形成的剥离层。
所述紫外透射因子在300-400nm的波长下宜为10％或更低。所述降低剥离片的紫外透射因子的方法的例子包括将紫外吸收如碳组分合合到所述薄膜本身中的方法、将包含紫外吸收组分的油墨涂布到薄膜表面上的方法以及通过金属化等在所述薄膜表面上形成金属如铝或镍的薄膜的方法。所述剥离片不仅可以在胶粘膜的一个表面上，也可以在胶粘膜的两个表面上。
制备可紫外活化胶粘膜的方法可紫外活化的胶粘膜可以通过以下方法制备在合适的有机溶剂如四氢呋喃(THF)或甲基乙基酮(MEK)中制备一种包含上述可紫外活化的胶粘剂组合物的涂布溶液，使用合适的涂布装置如刮涂器等将所述涂布溶液施涂到所述剥离片如聚合物薄膜上，并干燥所述涂膜。干燥在能蒸发溶剂的低温下进行。但是，所述这种胶粘剂稳定，即使在约80℃的较高温度下也不会进行固化反应。因此，只要不进行固化反应，可以在升高温度的条件下进行干燥，由此提高工作效率。所形成的胶粘膜厚度为5-100μm，为的是在有电路的基材通过热压粘合连接在一起时，在连接部位之间不出现任何空隙并提供必要和充分的封闭。
虽然用图2所示紫外线照射装置的紫外线照射以上述方式制造的胶粘膜，但是紫外线照射剂量通常为100-10000mJ/cm2，这是足以活化在可紫外线活化胶粘膜中可紫外活化的阳离子聚合催化剂的剂量。
如图1所示，由此活化的可紫外活化的胶粘膜通过加压粘合头转移到第一电路基材上，然后将第二电路基材置于所述胶粘膜上，并通过加压粘合头进行热压粘合。热压粘合过程中的温度宜为100-130℃，且适当选择所述粘合压力，使粘合后获得足够的电连接。所施加的压力通常为1-5MPa。粘合时间约为10秒通常足够，但是粘合时间为1分钟或更长，就粘合性能而言通常也没有问题。
现在，通过以下非限制性实施例来进一步详细说明本发明。
实施例测量薄膜温度使用装有水银氙灯(中心波长365nm)作为紫外光源的紫外照射装置，所述装置包括宽0.75mm，长150mm的照射端口的照射头，它通过石英光纤和所述紫外光源相连。使用图2所示的紫外照射装置，将厚度为50微米且包含碳的聚酯薄膜置于距离所述照射端口10mm处，并在该薄膜后未放置不锈钢背面冷却板以及放置这种冷却板的情况下，测量开始紫外照射30秒后这种薄膜的表面温度。结果示于图3中。虽然在未放置背面冷却板的情况下，30秒后的温度升高大，但是在放置背面冷却板的情况下，即使在照射强度为200mW/cm2时，所达到的温度也不高于30℃，并且可以抑制温度升高。
测量紫外照射强度的均匀性将紫外线剂量计固定在距离上述紫外照射装置的照射端口1cm的位置处，测量照射到所述薄膜上的紫外线的均匀性。根据所得结果，如图4所示，照射到所述整个薄膜上的紫外线强度均匀。
可紫外活化的各向异性导电胶粘膜的制备将4.1g脂环族环氧树脂(Cylacure UVR6128，Union Carbide Japan Ltd.的产品名，环氧当量＝200)、0.5g脂环族环氧树脂(Cylacure UVR6105，UnionCarbide Japan Ltd.的产品名，环氧当量＝133)、1.2g酚醛清漆环氧树脂(Epikote 154，Yuka Shell Epoxy Ltd.的产品名，环氧当量＝178)、0.20g二(苯氧基乙醇芴和4.0g苯氧基树脂(Payfen PKHC，Phenoxy Associates Ltd.的产品名)与10g四氢呋喃混合，并将所述混合物搅拌均匀。以最终固体为3体积％的含量加入导电颗粒(具有镍下涂层的镀金丙烯酸类树脂(acryl)，平均粒度为5微米)，并连续搅拌所述溶液，直到所述导电颗粒完全分散，制得分散液。并分开混合0.060g二甲苯-环戊二烯基铁(II)-三(三氟甲基-磺酰基)甲基化物、0.016gN，N-二乙基-间甲苯胺、0.04g草酸二叔丁酯、0.2g硅烷偶联剂(A187，产品名，由Nippon Unicar Co.Ltd.制造，γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷)和0.6g甲基乙基酮，并搅拌均匀，将这一混合物加入上述制备的分散液中，并进一步搅拌，制得可紫外活化的各向异性导电胶粘剂。使用刮涂器将这种胶粘剂涂布到用聚硅氧烷处理后的聚酯薄膜(剥离片)上，在60℃下干燥10分钟，形成20μm厚的可紫外活化的各向异性导电胶粘膜。
制造用于电路基材的连接测试条用强度为100或25-nW/cm2的紫外光照射所述宽2mm的可紫外活化的各向异性导电胶粘膜30秒，所述胶粘膜使用和上述类似的紫外照射装置用以上方法来制造。接着，将预先用紫外线照射的可紫外活化的各向异性导电胶粘膜粘贴到0.7mm厚具有ITO(铟锡氧化物)薄膜的玻璃基材上，并在30℃和1MPa下热压粘合3秒，然后，将剥离片剥离(预先粘合)。接着，将一柔性印刷电路(由形成在25μm厚聚酰亚胺薄膜上的导体间距为70μm，导体宽度为35μm，厚度为12μm的镀金铜线制成)放置到上述预先粘合的可紫外活化的各向异性导电薄膜上，并锚固就位。然后，在120℃，1.0MPa压力下热压粘合所述可紫外活化的各向异性导电胶粘膜部分10秒，来制得用于电路基材的连接测试条(粘合)。
评价在粘合预定时间的过程中以及紫外照射后立即研究上述方式制造的用于电路基材的连接测试条中的连接电阻、90度剥离粘合强度和所述导电颗粒的变形程度。结果列于下表1中。而且，表1所用的判断标准列于表2中。
表1
EX本发明的实施例CE对比例表2
当所述导电颗粒变形，使它们被压扁时，电路连接令人满意，而且电阻值稳定且低。虽然在紫外照射装置中不使用背面冷却板的情况中，在25mW/cm2的紫外照射强度下使用时间为20分钟，但是当紫外照射强度为100mW/cm2时，剥离粘合强度降低，且使用时间小于20分钟。相比较，在使用背面冷却板的情况中，连接电阻和剥离粘合强度在25-100mW/cm2的紫外照射强度范围内均令人满意，且使用时间至少为20分钟。
根据本发明，可以防止由紫外线照射导致胶粘膜和剥离片过热，从而拓宽了所允许的紫外线照射强度范围，在所有情况下均可以获得稳定的粘合强度，且可以延长胶粘膜的使用时间。
权利要求
1.一种粘合两块基材的方法，所述方法包括提供具有第一表面和第二表面的胶粘膜；用紫外线照射所述胶粘膜，形成具有第一活化表面和第二活化表面的活化胶粘膜；在照射时或者照射所述薄膜之后立即冷却所述活化的胶粘膜；将所述第一活化表面接触第一基材；将所述第二活化表面接触第二基材；对所述第一和第二基材加热施压，固化所述活化的胶粘膜并将所述基材相互粘合。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述胶粘膜是包含导电颗粒的可紫外活化的各向异性导电胶粘膜。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于，在照射所述胶粘膜之后，所述活化胶粘膜的使用时间至少为10分钟。
4.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热施压包括将所述第一和第二基材加热至100-130℃之间的粘合温度60秒。
5.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述胶粘膜是包含脂环族环氧树脂和含缩水甘油基的环氧树脂、可紫外活化的阳离子聚合催化剂、阳离子阻聚剂和导电颗粒的环氧树脂。
6.一种装置，所述装置用于权利要求1所述的方法，它包括作为紫外辐射源的紫外照射头和用于冷却所述活化胶粘膜的手段。
7.权利要求6所述的装置，其特征在于，所述用于冷却所述活化胶粘膜的手段包括在照射所述胶粘膜过程中和之后立即和所述胶粘膜接触的冷却板。
8.权利要求6所述的装置，其特征在于，来自紫外照射头的紫外辐射强度在所述胶粘膜的第一表面或第二表面上基本均匀。
全文摘要
本发明提供一种用于粘合两个基材的方法提供具有第一表面和第二表面的胶粘膜，用紫外线照射所述胶粘膜，形成具有第一活化表面和第二活化表面的活化胶粘膜，在照射时或者照射所述薄膜之后立即冷却所述活化的胶粘膜，将所述第一活化表面和第一基材接触，将所述第二活化表面和第二基材接触，并对第一和第二基材加热施压来固化所述活化的胶粘膜，将所述基材相互粘合。
文档编号C09J9/02GK1516727SQ02812080
公开日2004年7月28日 申请日期2002年5月24日 优先权日2001年6月19日
发明者山口裕显, 北村哲 申请人:3M创新有限公司