专利名称：连接可靠性好的各向异性导电膜和使用它的电路互连结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在电路板之间或者在电路板与例如集成电路(IC)芯片的电子元 件之间建立电连接的各向异性导电膜以及使用该各向异性导电膜的电路互连结构，更具体 地，本发明涉及具有最佳硬化率和弹性模量并且由此具有良好连接可靠性的各向异性导电膜。
背景技术：
具有分散在粘接剂中的导电粒子的各向异性导电膜用于在电路板之间或者在电 路板与例如IC芯片的电子元件之间建立电连接。在这种情况下，各向异性导电膜被置于相 对的电极之间，并且利用热量和压力使所述电极机械连接起来并通过使得在压力方向上具 有导电性而使所述电极电连接。各向异性导电膜通常用于封装液晶显示器(LCD)模块中的 液晶显示器(LCD)面板、印刷电路板(PCB)和驱动IC。当前，LCD以不同方式用作笔记本型计算机、监视器或电视机的大尺寸面板，以及 移动电话、PDA(个人数字助理)或移动娱乐设备的中小尺寸面板。LCD面板具有利用各向 异性导电膜而安装在其上的驱动IC。通过使驱动IC用作带载封装(TCP :tape carrier package)或COF(膜上芯片)并且利用OLB (外部引线焊接)焊接法将TCP或COF粘接到 IXD面板上而将该驱动IC安装在IXD面板上。或者，利用PCB粘结法将TCP或COF附接到 PCB上。而且，在用于移动电话的中小型LCD面板的情况下，利用COG(玻上芯片)粘结法将 驱动IC直接安装在LCD面板上。在通过利用如上所述的各向异性导电膜而在电路板之间或者在电路板与例如IC 芯片的电子元件之间建立连接的过程中，连接可靠性非常重要。各向异性导电膜应当具有 高粘接性能和良好的连接可靠性。以往，已经试图提高各向异性导电膜的连接可靠性，例如通过改变诸如多层各向 异性导电膜之类的膜的结构，或者通过控制粘接剂成分或导电粒子的种类或其配比。然而，尚未尝试控制各向异性导电膜本身的特性(例如硬化率或弹性模量)来提 高连接可靠性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是找出对于各向异性导电膜的连接可靠性至关重要的特 性因素(例如硬化性能指标和弹性模量)以及这些特性因素的计算机最优值。其他目的和优点会通过下面的描述提及，并且将通过本发明的实施方式更清楚地 理解。而且，可以通过权利要求中所述的装置容易地以单独形式和组合形式表现本发明的 这些目的和优点。
所述各向异性导电膜包括用于形成膜的热塑性树脂、用作粘合剂的热固性树脂、 硬化引发剂、导电粒子和剥离膜(release film)。所述各向异性导电膜置于相对的电路部 件之间并被热压缩，以立刻在所述电路部件之间提供粘接和电连接。而且，随着硬化过程的 进行，各向异性导电膜中的热固性树脂通过热量和压力将所述相对的电路部件彼此粘接， 并且因此在热压缩之后的各向异性导电膜的特性根据热固性树脂的硬化状态而显著变化。换句话说，随着热量施加到各向异性导电膜，各向异性导电膜的热固性树脂的粘 度降低，并且当温度高于硬化引发剂的活化温度时，该粘度增加。在硬化过程中，如果热固 性树脂的粘度大于特定粘度，则由于弱流动性而使导电粒子未被充分压缩。特定粘度是当 热固性树脂的硬化率达到约50%时的粘度。因此，可以通过控制使热固性树脂的硬化率达到约50%所需的时间来提高各向异 性导电膜的连接可靠性。而且，当在电路部件之间对各向异性导电膜进行热压缩之后移除压力时，各向异 性导电膜的树脂恢复，这会导致连接可靠性的劣化。因此，可以通过基于硬化前的弹性模量 而适当地控制硬化后的弹性模量，来提高各向异性导电膜的连接可靠性。
结合附图在下面的详细描述中将更全面地描述本发明的优选实施方式的这些和 其他特征、方面和优点。在图中图1是示出了置于相对的电路部件之间的各向异性导电膜的图。图2是示出了各向异性导电膜中粘度随温度变化的曲线图。图3是示出了具有不同玻璃化转变温度(glass transition temperature)的四 种各向异性导电膜中弹性模量随温度变化的曲线图。图4是示出了将各向异性导电膜置于芯片与玻璃基板之间而使该芯片粘结到玻 璃基板上的COG粘结过程的图。图5是示出了将各向异性导电膜置于COF或TCP与玻璃基板之间而使该COF或 TCP粘结到玻璃基板上的OLB粘结过程的图。图6是示出了将各向异性导电膜置于COF或TCP与PCB之间而使该COF或TCP粘 结到PCB上的PCB粘结过程的图。
具体实施例方式以下，将参照附图详细地描述本发明。在图中，相同的标号表示相同或等同的要素。图1是示出了置于相对的电路部件20和30之间的各向异性导电膜10的图。各向异性导电膜10包括用于形成膜的热塑性树脂、用作粘合剂的热固性树脂、硬 化引发剂、导电粒子、剥离膜和添加剂。热塑性树脂可以包括用量为30%至60% (重量百分比)的聚乙烯醇缩丁醛 (polyvinyl butyral) ,Μ^ΜΨ^Ψ^ (polyvinyl formal) ,M^MW^M (polyvinyl acetal)、聚酰胺、苯氧基树脂、聚砜(polysulfone)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 (styrene-butadiene-styrene block copolymer)、羧化苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(carboxylated styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer)或聚丙 烯酸树脂。用于形成热固性树脂的单体可以包括如丙烯酸基单体或甲基丙烯酸基单体等 具有能够通过自由基进行聚合的官能团的自由基聚合树脂，例如是选自由以下成分构成 的组中的至少一种丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、双酚A乙二醇改性二丙烯酸酯、异氰尿酸 乙二醇改性二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷 丙二醇改性三丙烯酸酯、异氰尿酸乙二醇改性三丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯、双 季戊四醇六丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、丙烯酸双环戊烯基酯、三环癸基丙烯酸酯 (tricyclodecanylacrylate)、乙烯异戊基丙烯酸酉旨(ethyleneisoamyl acrylate)、丙烯酸 十二烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸丁氧基乙酯、乙氧基二乙二醇丙烯酸酯、甲氧基三 乙二醇丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、甲氧基二丙二醇丙烯酸酯、苯氧基乙基丙烯酸 酯、苯氧基聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸-2-羟乙基酯、丙烯酸-2-羟丙基 酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸三癸酯、甲氧基二乙二醇甲基丙烯酸 酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯酸糠基酯、甲基丙烯酸糠基酯、丙烯酸异丁酯、甲基 丙烯酸异冰片酯、以及甲氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯。此时，优选的是丙烯酸基树脂的含量 为30%至70% (重量百分比)。硬化引发剂可以包括偶氮类化合物或有机过氧化物，例如是选自由以下化合物构 成的组中的至少一种过氧化二异丙苯、过氧化叔丁基异丙基苯、双(α-叔丁基过氧化异 丙基)苯、2，5-二(叔丁基过氧)_2，5-二甲基己烷、2，5-二(叔丁基过氧)_2，5-二甲基己 烷_3、二叔丁基过氧化物、1，1- 二(叔丁基过氧)_3，3，5-三甲基环己烷、异丙基枯酰叔丁 基过氧化物(isopropylcumyltetbutylperoxide)、以及双(阿尔法-四戊基过氧异丙基) 苯。此时，优选的是硬化引发剂的含量为0.1%至10% (重量百分比)。导电粒子可以包括 在OLB或COG粘结法中使用的各向异性导电膜中的涂敷Au-M的聚合物球或涂敷Au的镍 球，以及在PCB粘结法中使用的各向异性导电膜中的镍球。添加剂可以包括偶联剂或增粘剂。在具有上述结构的各向异性导电膜中，可以通过改变热塑性树脂或热固性树脂的 种类或含量或者添加剂的种类来控制硬化性能指标(τ)或弹性模量。以下，将详细描述作为表示各向异性导电膜的连接可靠性(粘接性能和导电可靠 性)的特性因素的硬化性能指标(τ )和弹性模量。图2是示出了各向异性导电膜中粘度随温度变化的曲线图。参照图2，当对各向异 性导电膜进行加热时，各向异性导电膜的粘度降低，直到达到特定温度，并且在硬化开始之 后，该粘度升高。此时，如果各向异性导电膜的粘度大于特定粘度(n)，则各向异性导电膜 不会表现出对于待压缩的导电粒子充足的流动性。也就是说，在图2的A段中，各向异性导 电膜表现出对于要通过热压缩进行压缩的导电粒子充足的流动性。然而，在B段中，各向异 性导电膜的流动性减小，使得导电粒子未被充分压缩。因此，各向异性导电膜的粘度应当保 持在图2的A段中，直到导电粒子被充分压缩。而且，将使各向异性导电膜达到特定粘度(η)以具有良好连接可靠性所需的时 间定义为当硬化率达到50 %的时间。因此，在各向异性导电膜未达到50 %的硬化率而达 到特定粘度(n)的情况下，并且在各向异性导电膜超过50%的硬化率而未达到特定粘度CN 102063952 A
说明书
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(η)的情况下，这两种情况都会导致不良粘接性能或不良导电可靠性。各向异性导电膜的硬化性能可以表述为由下述公式1表示的硬化性能指标(τ )。[公式1]τ = [ta/ttotal]其中，τ是硬化性能指标，ta是达到50%的硬化率所需的时间，ttotal是总硬化时 间。本发明的发明人发现，可以通过适当地控制各向异性导电膜的硬化性能指标的值 来提高各向异性导电膜的连接可靠性。换句话说，在通过COG粘结法将各向异性导电膜直接置于芯片和玻璃基板之 间的情况下，各向异性导电膜应当具有大于0. 2且小于0. 5的硬化性能指标(τ )，即， 0. 2< τ <0.5，以确保良好的连接可靠性。如果在COG粘结法中使用的各向异性导电膜的硬化性能指标(τ)等于或小于 0. 2，则由于快速硬化，硬化过程在导电粒子被充分压缩之前结束，这会导致不良压缩。如果 硬化性能指标(τ)等于或大于0.5，则树脂由于不完全硬化而恢复，这会导致连接可靠性差。而且，在各向异性导电膜用于通过OLB方法将COF或TCP粘结到玻璃基板上，或者 用于通过PCB方法将COF或TCP粘结到PCB上的情况下，各向异性导电膜优选地具有大于 0. 3且小于0. 75的硬化性能指标(τ )，即，0. 3 < τ < 0. 75。如果在OLB粘结法或PCB粘结法中使用的各向异性导电膜的硬化性能指标(τ ) 等于或小于0. 3，则由于快速硬化，硬化过程在导电粒子被充分压缩之前结束，这会导致不 良压缩。如果硬化性能指标(τ)等于或大于0.75，则树脂由于不完全硬化而恢复，这会导
致连接可靠性差。COG粘结法在不使用缓冲材料的情况下将热量和压力直接施加到芯片上，因此与 OLB或PCB粘结法相比，将更多的热量施加到各向异性导电膜。因此，各向异性导电膜被更 快速地硬化。相反，OLB或PCB粘结法利用缓冲材料来进行热压缩，因此热传递较慢并且硬 化过程进行得较慢。图3是示出了各向异性导电膜中弹性模量随温度变化的曲线图。参照图3，随着温 度在初始阶段升高，各向异性导电膜的弹性模量减小，而在硬化开始之后，弹性模量增加。 此时，如果在各向异性导电膜的硬化过程完成之后弹性模量相对较小，则聚合物树脂恢复， 这会导致不良压缩和不良连接可靠性。因此，具有良好连接可靠性的各向异性导电膜的弹性模量指标(M2Z^M1)由下述公 式2来表示。[公式2]M2ZM1 彡 10其中，M1是硬化前各向异性导电膜的弹性模量，而M2是硬化完成之后的各向异性 导电膜的弹性模量。如果M2Z^M1的值小于10，则当硬化完成之后去除压力时，聚合物恢复而使压缩特性
T^ ο可以通过改变各向异性导电膜的构成要素(即，热塑性树脂、热固性树脂、硬化引发剂或添加剂)的种类或量来控制硬化性能指标(τ )和弹性模量指标(M2ZiM1)。例如，在使用硬化引发剂以低初始硬化温度和高硬化速度来制造各向异性导电膜 的情况下，达到50%的硬化率的时间减少，因此硬化性能指标等于或小于0. 2或0. 3。相反， 在使用硬化引发剂以高初始硬化温度和低硬化速度来制造各向异性导电膜的情况下，达到 50%的硬化率的时间增加，因此硬化性能指标(τ )等于或大于0. 5或0. 75。因此，当所有条件都相同时，可以仅利用硬化引发剂以不同初始硬化温度来将各 向异性导电膜的硬化性能指标(τ )控制在0. 2和0. 5之间或者0. 3和0. 75之间。而且，虽然是使用了相同的硬化引发剂，但是如果硬化引发剂的量增加，则硬化性 能指标(τ )变大，而如果硬化剂的量减少，则硬化性能指标(τ )变小。因此，当所有条件都相同时，可以仅通过改变硬化引发剂的量来将各向异性导电 膜的硬化性能指标(τ )控制在0. 2和0. 5之间或0. 3和0. 75之间。另外，可以通过使用具有自由基硬化延迟效果的热塑性树脂(例如诸如甲基丙烯 酸之类的丙烯酸基多官能单体、马来酰亚胺化合物、不饱和聚酯、丙烯酸、醋酸乙烯或丙烯 腈)来控制硬化性能指标(τ )和弹性模量指标(M2ZiM1)。而且，随着热固性树脂中包含的官能团的数量增加，反应速度和交联密度也增加， 因此硬化性能指标(τ)变小而弹性模量M2变大。相反，随着官能团的数量减少，硬化性能 指标(τ )变大而弹性模量M2变小。此外，可以通过改变被添加用来形成膜的热塑性树脂来控制弹性模量指标(M2/ M1L另外，可以通过使用例如自由基硬化加速剂、链转移辅助剂、分子量控制剂等的添 加剂来控制硬化性能指标(τ )和弹性模量指标(M2ZiM1)15而且，可以通过改变各向异性导 电膜的构成要素(即，热塑性树脂、热固性树脂和硬化引发剂)的配比来控制硬化性能指标 (τ )和弹性模量指标(M2Z^M1)。以下，制造了具有不同的硬化性能指标(τ )和弹性模量指标(M2Z^M1)的多个各向 异性导电膜，并对其进行测试以测量压缩特性和连接阻力特性的值。其结果在表1中示出。[各向异性导电膜的制造]包括用于形成膜的热塑性树脂、用作粘合剂的丙烯酸基树脂和硬化引发剂的粘接 剂组合物被溶解或分散在有机溶剂中，并且将导电粒子分散在其中以制备用于涂敷膜的溶 液。此时，所使用的有机溶剂优选的是芳烃基溶剂和含氧溶剂的混合物，以提高材料的溶解 度。随后，通过使用涂敷设备将溶液涂敷在具有经过表面处理的一面的透明PET(聚对苯二 甲酸乙二醇酯)膜上，并且使用70°C的热空气对其烘干持续10分钟，以获得各向异性导电 膜。[电路互连结构的制造]图4是示出了将各向异性导电膜置于芯片与玻璃基板之间而将该芯片粘结到玻 璃基板上的COG粘结过程的图。如图4所示，将如上所述制造的各向异性导电膜10预压在玻璃基板31上，并且将 芯片21直接放置在各向异性导电膜10上。随后，利用加热棒41在180°C以及3Mpa下加热 和加压10秒钟，以制造电路互连结构。此时，在电路互连结构中使用的各向异性导电膜具有如下所述的示例性的硬化性能指标(τ )和弹性模量指标(M2ZiM1)。示例 1制造了硬化完成之后在常温下硬化性能指标(τ )为0. 21、初始弹性模量(M1)为 2X IO7[Pa]并且弹性模量(M2)为4X109[Pa]的各向异性导电膜(M2ZM1 = 200)，并且使用 该膜来制造上述电路互连结构。示例 2制造了硬化完成之后在常温下硬化性能指标(τ )为0.沈、初始弹性模量(M1)为 IX IO7[Pa]并且弹性模量(M2)为9X108[Pa]的各向异性导电膜(M2M = 90)，并且使用该 膜来制造上述电路互连结构。示例 3制造了硬化完成之后在常温下硬化性能指标(τ )为0. 48、初始弹性模量(M1)为 3 X IO7 [Pa]并且弹性模量(M2)为5 X IO8 [Pa]的各向异性导电膜(M2ZM1 = 16. 7)，并且使用 该膜来制造上述电路互连结构。比较例1制造了硬化完成之后在常温下硬化性能指标(τ )为0. 11、初始弹性模量(M1)为 5X IO7[Pa]并且弹性模量(M2)为7X IO9[Pa]的各向异性导电膜(M2ZM1 = 140)，并且使用 该膜来制造上述电路互连结构。比较例2制造了硬化完成之后在常温下硬化性能指标(τ )为0. 62、初始弹性模量(M1)为 IX IO7[Pa]并且弹性模量(M2)为9Χ IO8[Pa]的各向异性导电膜(M2ZM1 = 37. 5)，并且使用 该膜来制造上述电路互连结构。比较例3制造了硬化完成之后在常温下硬化性能指标(τ )为0. 74、初始弹性模量(M1)为
7X IO6 [Pa]并且弹性模量(M2)为6 X IO7 [Pa]的各向异性导电膜(M2ZM1 = 8. 57)，并且使用 该膜来制造上述电路互连结构。比较例4制造了硬化完成之后在常温下硬化性能指标(τ )为0. 11、初始弹性模量(M1)为
8X IO6 [Pa]并且弹性模量(M2)为7 X IO7 [Pa]的各向异性导电膜(M2ZM1 = 8. 75)，并且使用 该膜来制造上述电路互连结构。针对(1)压缩和⑵连接可靠性对通过这些示例和比较例而制造的具有各向异性 导电膜的电路互连结构进行测试，并且结果在表1中示出。(1)压缩测试在与芯片连接的玻璃基板的电极是ITO (氧化铟锡)透明电极的情况下，使用光学 显微镜来观察导电粒子的压缩状态。另一方面，在铬电极的情况下，使用DIC(分辨干涉差 (Differential Interference Contrast))显微镜来观察导电粒子的压缩状态。此时，当在ITO透明电极中观察到导电粒子的变形时，以“〇”表示，而当未观察到 导电粒子的变形时，以“X”表示。另一方面，当在铬电极中观察到导电粒子的凸起时，以 “〇”表示，而当未观察到导电粒子的凸起时，以“X”表示。(2)导电可靠性测试
使用万用表分别测量在85°C和85%的相对湿度下执行了 500小时的老化后的电 阻值(Qa)和老化前的初始电阻值(Ω》。此时，在老化后的电阻值(Qa)和老化前的初始电阻值(Qi)都小于5Ω的情况 下，以“〇”表示，在两种电阻值都等于或大于5 Ω的情况下，以“ X ”表示，并且在无法测量 的情况下，以“开路(OPEN)，，表示。表 权利要求
1.一种各向异性导电膜，其包括用于形成膜的热塑性树脂、用作粘合剂的丙烯酸基热 固性树脂、硬化引发剂、导电粒子和剥离膜，并且所述各向异性导电膜被配置为对第一电路 部件和第二电路部件进行机械连接和电连接，其中，所述各向异性导电膜具有等于或大于10的仏/Mi，该M2ZiM1是硬化完成之后的弹 性模量M2与硬化之前的弹性模量M1的比。
2.根据权利要求1所述的各向异性导电膜，其中，所述第一电路部件是半导体芯片，而 所述第二电路部件是玻璃基板。
3.根据权利要求1所述的各向异性导电膜，其中，所述第一电路部件是COF或TCP，而 所述第二电路部件是玻璃基板或印刷电路板。
4.一种电路互连结构，该电路互连结构包括半导体芯片；玻璃基板；以及由权利要求1所限定的各向异性导电膜，该各向异性导电膜被置于所述半导体芯片与 所述玻璃基板之间并被热压缩，以使所述半导体芯片与所述玻璃基板机械连接和电连接。
5.一种电路互连结构，该电路互连结构包括第一电路部件；第二电路部件；以及由权利要求1所限定的各向异性导电膜，该各向异性导电膜被置于所述第一电路部件 与所述第二电路部件之间并被热压缩，以使所述第一电路部件与所述第二电路部件机械连 接和电连接。
6.根据权利要求5所述的电路互连结构，其中，所述第一电路部件是COF或TCP，而所 述第二电路部件是玻璃基板。
7.根据权利要求5所述的电路互连结构，其中，所述第一电路部件是COF或TCP，而所 述第二电路部件是印刷电路板。
全文摘要
本发明涉及一种通过优化硬化率和弹性模量而具有良好连接可靠性的丙烯酸基各向异性导电膜。根据本发明的各向异性导电膜具有由下述公式表示的0.2和0.5之间或0.3和0.75之间的硬化性能指标(τ)τ＝[ta/ttotal]，其中τ是硬化性能指标，ta是达到50％的硬化率所需的时间，ttotal是总硬化时间。所述各向异性导电膜具有等于或大于10的M2/M1，该M2/M1是硬化完成之后的弹性模量M2与硬化之前的弹性模量M1的比。
文档编号H01B1/20GK102063952SQ20101054299
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者卢俊, 朴正范, 李坰埈, 申东宪, 禹相旭, 赵一来, 金政善, 韩用锡 申请人:Lg伊诺特有限公司