结合柔性印刷电路的方法与流程

本发明涉及一种将柔性印刷电路（FPC）结合在一起的改进方法，具体地涉及用相同的互连间距加热结合两个FPC。

背景技术：

许多电子设备（诸如便携消费设备和显示设备）包含多个独立的电路。例如，智能电话可以包含用于驱动显示器的电路和用于接收和解译用户的触摸输入的单独电路。这些电路通常需要连接至设备内的其他电路和部件。传统的基于引线（wire）的连接在现代设备（尤其是便携消费设备）中通常不再使用，这是因为引线占据设备内更多的空间并且使得设备更厚、更大和更重。

相反，各向异性导电膜（ACF）通常用于这些设备中以将电路与其他电路、设备的显示面板和衬底电连接。ACF结合已经用于形成在许多电子设备中使用的柔性印刷电路（FPC）和基于玻璃的衬底之间的电连接（柔性-玻璃）。随着消费电子产业趋向于在设备中使用柔性塑料衬底，ACF结合也已经用于形成柔性衬底和PCB之间（柔性-板）以及柔性衬底与柔性电路板或其他柔性衬底之间（柔性-柔性）的连接。ACF常用于形成这样的电路连接，其原因在于，结合方法是可靠的、低成本的并且适用于高密度连接，对于间距小于等于100μm的精细互连间距应用尤其如此。

在以下中可以找到关于ACF结合的背景信息：Ge等人2006年在第56届电子部件和技术会议论文集（Electronic Components and Technology Conference，Proceedings，56^th，2006）中发表的文献“Evaluation of interposers in the ACF Bonding Process”（第1499至1503页）；Brackell于2000年4月在电路组装（Circuit Assembly）的第46至50页发表的文献“Achieving Interconnection with Pulse-Heated Bonding”。

尽管ACF被广泛使用，但是在互连间距（即，相邻电极/电触点之间的距离）较为精细（例如≤100μm）的情况下，将被结合的上部和下部物体对准并且在结合工艺期间保持对准是至关重要的。本申请的申请人已经认识到需要改进ACF结合方法以减少互连的未对准，尤其是针对精细互连间距。

技术实现要素：

广义地讲，各向异性导电粘合剂用于在部件之间形成电连接。ACF粘合材料通常涂覆在两个部件之间，并且施加压力和/或热以固化（cure）部件之间的粘合剂，并且形成坚固长效的导电结合。ACF结合工艺可以用于例如经由柔性PCB将LCD和其他显示面板上的导电体连接至包括用于显示器的驱动电路的印刷电路板（PCB）。ACF也用于形成柔性衬底之间的结合，例如两个柔性PCB之间。在传统的ACF结合工艺中，形成组装（assembly）或结合结构，所述结构包括将要结合在一起的元件，并且结合头用于向组装施加压力和/或热。当结合头与组装的一个表面接触时，所施加的热和压力可能不会在所述组装上均匀地分布，并且ACF粘合剂可能不会在正在结合的整个区域上固化。另外，结合头离所述元件中的一个比另一个更近，作为通过所述组装的不均匀热能量分布的结果，这使得离结合头更近的元件比离结合头更远的元件更多地加热和膨胀。这可导致两个元件上的导电体的未对准。例如，如果使用ACF工艺将两个柔性PCB结合在一起，则一个柔性PCB可以比另一个柔性PCB更大程度地膨胀，并且PCB的电极或导电迹线（track）变得未对准。未对准是不想要的，并且可能导致例如具有不可驱动显示器的显示设备。

在传统的ACF结合工艺中，将单独的垫子设置在结合头和将要结合在一起的两个元件之一之间。典型地，如上所述，结合头向部件的组装施加压力和热。所述组装典型地包括第一衬底、第二衬底、两个衬底之前的粘合剂以及垫子。所述组装通常放置于刚性基座或底座上，使得在结合工艺期间将所述组装挤压在结合头和基座/底座之间。所述垫子是结合头和两个衬底中的较近衬底之间的中间层。典型地，所述垫子由弹性材料形成，具体地是比底座（必要地是刚性/非柔性的）和结合头（通常也是非柔性的）更加弹性的材料。所述垫子可以由具有良好热阻的材料形成。因此，所述垫子通常有助于实现组装上均匀的热能量分布，并且/或者用作机械缓冲以向组装施加恒定和均匀的压力。所述柔性/弹性垫子可以强制粘合材料进入两个衬底上的电极/导电迹线之间的间隙中，以防止在已经发生固化之后产生孔洞。然而，更靠近结合头的衬底可以仍然加热超过远端的衬底。具体地，不会对组装所置于的基座/底座进行加热，并且不会将与基座接触的衬底（其离结合头更远）加热至与另一个衬底相同的温度。

因此，根据本发明的一个方面，提出了一种用于在第一组导电体和第二组导电体之间形成电连接的方法，所述方法包括：在底座上设置第一垫子；在所述底座上布置第一衬底，其中所述第一衬底的第一侧与所述第一垫子接触，并且所述第一衬底的第二侧包括所述第一组导电体；在所述第一组导电体上沉积各向异性导电（AC）结合材料；将第二衬底与所述第一衬底对准，其中所述第二衬底的第一侧包括所述第二组导电体，并且其中所述第二组导电体与所述第一组导电体对准，使得所述AC结合材料夹在所述第一衬底的第一侧和所述第二衬底的第一侧之间；在所述第二衬底上设置第二垫子；向所述第二垫子施加热和压力以在所述第一组导体和所述第二组导体之间形成AC结合；其中所述第一垫子和所述第二垫子由阻热和弹性材料制成，以使得在形成所述AC结合时能够在所述第一组导电体和所述第二组导电体上施加基本均匀的压力和热。

所述方法不要求按照上述顺序执行各种步骤，也就是说以上内容并不表示制造的顺序。例如，可以在将组装放置于基座之前在第一衬底和第二衬底之间涂覆AC结合材料。

以下特征应用于本发明的所有方面。

如常用于在电子设备和玻璃衬底之间形成电学和机械连接那样，可以将各向异性导电（AC）结合材料设置为各向异性导电膜（ACF）。附加地或者替代地，所述AC材料可以用于如具体地在柔性芯片应用中所使用的糊剂形式（ACP）。

第一垫子设置于基座/底座和第一衬底之间。因此，可以在用于向组装施加热和压力的结合头与底座之间形成对称的组装或堆叠。第一垫子和第二垫子可以执行相同的功能，即它们都可以用作热绝缘体（由于其热阻）和机械缓冲（由于其与基座和结合头相比的相对弹性/柔性），如上所述。有利地，第一垫子将第一衬底与（冷）底座绝缘，并且使得来自结合头的热能能够在组装上均匀地分布，以使得第一衬底和第二衬底都膨胀相同的量。

所述第一垫子和所述第二垫子之一或两者的阻热材料可以具有在0.5W/mK至1.5W/mK范围内的热导率。

所述第一垫子和所述第二垫子之一或两者可以由诸如硅橡胶之类的硅胶基材料形成。实验已经发现有硅橡胶形成的垫子具有所需的弹性和热阻率，以在组装上形成均匀热分布，并且向组装施加均匀的压力。

第一垫子和第二垫子中的一个或两者都具有至少300μm的厚度。

第一垫子和第二垫子都可以由具有在0.5W/mK至1.5W/mK范围内的热导率的第一材料形成，并且其中所述第一垫子和所述第二垫子具有基本相同的厚度。

第一垫子和第二垫子可以由相同材料形成并且具有相同的厚度。实验指出由硅树脂形成并且具有≥300μm（±100μm）厚度的垫子导致了在组装上均匀的热传递。第一衬底和第二衬底上的多个电极可以挺立超过衬底，例如它们可以从衬底的表面凸出8μm。因此，重要的是将粘合材料推挤到相邻电极之间的间隙中，以便形成稳定和持久的结合。实验指出垫子厚度影响将粘合剂挤压到这些间隙中的能力，并且至少300μm的垫子厚度有助于实现这一目的。

替代地，所述第一垫子由第一材料形成并且所述第二垫子由第二材料形成，其中所述第一材料和所述第二材料每一个均具有在0.5W/mK至1.5W/mK范围内的热导率，并且其中所述第一垫子和所述第二垫子具有基本相同的厚度。

第一衬底和第二衬底中的一个或两者可以是柔性印刷电路板。有利地，这可以使能制造诸如柔性LED/OLED显示面板之类的柔性显示设备。所述衬底可以由柔性聚合物形成，例如PVC、PET（聚对苯二甲酸二乙酯）或PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯PC、PEEK（聚醚酮）、PI（聚酰亚胺）、环烯烃共聚物（COC）或环烯烃聚合物（COP）。

第一组导电体和第二组导电体两者的互连间距可以小于或等于100μm。

所述方法可以包括使用结合头来向所述组装施加小于或等于180℃的温度，并且施加约2MPa至4MPa之间的压力。

所述第一衬底和所述第二衬底的一个或两个可以耦接至显示面板，所述显示面板可以由柔性材料形成。

本发明还提出了一种使用上述方法来制造电子设备的方法，其中所述电子设备包括显示模块、有源矩阵背板、柔性印刷电路板连接器和印刷电路板。

所述显示模块包括电泳显示器、液晶显示器（LCD）或者有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）显示器，并且可以是柔性的。

所述传感器面板可以是大面积柔性图像传感器，并且可以包括有机光检测器的阵列。所述传感器面板可以通过柔性薄膜晶体管（TFT）背板来驱动，优选地为柔性塑料有机TFT背板。这种传感器面板可以用于多种应用，例如数字图像感测、智能封装、医疗设备、生物医学诊断、指纹扫描和手势识别。所述TFT阵列可以使用无机或有机半导体。

根据本发明的另一个方面，提出了一种结合结构，包括：第一组导电体，设置于第一衬底的第一侧上；第二组导电体，设置于第二衬底的第一侧上；各向异性导电（AC）结合，位于所述第一组导电体和所述第二组导电体之间；第一垫子，与所述第一衬底的第二侧相邻；第二垫子，与所述第二衬底的第二侧相邻；其中所述第一和第二电子由阻热且弹性材料形成，以使得在形成所述AC结合时能够在所述第一和第二组导电体上基本均匀地施加压力和热。

附图说明

在附图中作为示例来图示地说明本发明，其中：

图1a至图1f示出了ACF结合两个柔性印刷电路板的传统分步工艺；

图2示出了根据本发明实施例的ACF结合两个柔性印刷电路的方法；

图3示出了根据本发明实施例的ACF结合方法的示例用途；

图4示出了包括导电体的衬底的放大视图；

图5示出了ACF结合的用途的另外示例；以及

图6示出了通过使用ACF结合工艺形成的柔性显示面板的详细垂直截面图。

具体实施方式

图1a至图1f示出了ACF结合两个柔性印刷电路板的传统分步工艺。如上所述，ACF是用于形成驱动器电子设备和衬底之间的电学和机械连接的粘合系统。ACF可以用于形成各种组装，例如柔性-玻璃、柔性-板和柔性-柔性连接。ACF互连对于在电极具有较低高度和/或精细互连间距（使得能够实现高密度连接）的情况下形成柔性印刷电路板（PCB）之间的连接尤其有用。

通常，ACF结合要求将热和压力的组合施加至被连接的物体。在图1a至图1f所示的示例工艺中，将具有多个电极12的第一（下部）衬底10结合至具有多个电极16的第二衬底14。衬底10、14中的每一个可以是刚性或柔性的，并且具体地可以是柔性印刷电路板（FPCB）。在电子设备中常用的柔性PCB是高密度的，即相邻电极之间的互连间距或距离≤200μm或者甚至≤100μm。下面的描述和图1a至图1f并没有表明制造步骤的顺序，而只是示出示例的ACF结合工艺。

如图1b所示，ACF结合工艺要求在第一组电极12上沉积各向异性导电材料或粘合剂24。各向异性材料可以是环氧树脂或丙烯酸基材料可以通过印刷等使用ACF层压工艺来执行沉积。（在ACF结合工艺中使用的制造技术的精确细节这里没有提供，但是在现有技术中众所周知。）在针对稳定性的结合工艺期间，第一（下部）衬底10可以放置于基座或底座26上。这种基座或底座可以是玻璃或金属块，所述玻璃或金属块可以是小、中等或大体积制造设备的一部分。在这里描述的工艺中，组装形成于玻璃基座26上，参见图1c。

第二（上部）衬底14位于第一衬底10上，使得将每一个衬底的将要结合在一起的部分进行对准。如图1d所示，下部衬底上的多个电极12以及上部衬底上的多个电极16相对于彼此进行对准，并且粘合剂24与两组电极都接触。对于较大的间距连接（≥200μm），可以使用照相机/光学技术来执行对准。

如前所述，ACF结合工艺要求热和压力的组合以在两个柔性PCB之间形成导电的可靠互连。结合头30或类似设备常用于所述工艺的预结合阶段，以施加最小量的热来引起粘合剂材料变得发黏（参见图1e）。可以在这种预结合阶段期间将衬底10、14进一步对准，使得将电极迹线14、16对准。

在所述工艺的最后结合阶段期间，结合头30向组装施加更多的热和压力，以压缩组装并且固化粘合剂（图1f）。由于材料的热导率、衬底的厚度和表面的不均匀性（参见Ge等人（同上）），从陶瓷或金属结合头30到粘合剂材料24的热传递通常不是有效或均匀的。垫子28或者界面层典型地设置在第二、上部衬底14的顶部上。垫子28是结合头30和上部衬底14之间的中间层，并且有助于实现粘合材料24上的均匀热能量分布，和/或用作机械缓冲以向组装施加恒定且均匀的压力。垫子28也强制粘合材料进入电极迹线14、16之间的间隙中。结合头30和玻璃基座26之间的组装的热压缩导致了粘合材料24固化并且在多个电极12、16之间形成的ACF结合18（参见图1f）。所施加的热量依赖于使粘合剂在多个电极12、16上面和之间流动所要求的热能量的量并且依赖于对粘合剂进行固化以形成稳定结合所要求的能量。所述热量也依赖于形成的组装和使用的粘合剂。

现代的柔性PCB具有精细的互连间距以使得能够实现高密度连接。图4示出了具有多个电极或电极迹线12的柔性PCB 10的放大草图。如在草图中所示，电极12从衬底10的表面凸出。现代柔性PCB具有8μm的电极高度或厚度36，以及≤200μm或者甚至≤100μm的互连间距。因此，当使用ACF结合来形成柔性PCB之间的互连时，重要的是粘合材料覆盖电极12并且流到电极之间的间隙中，使得粘合剂结合至较大的表面积，并且形成稳定和长效的结合。另外，重要的是将每一个柔性PCB的电极进行对准。

然而在图1a至图1f所示的传统ACF结合工艺中，当从上面向组装施加热时，即通过结合头30，上部衬底14（比下部衬底10更靠近结合头）加热并且膨胀。上部衬底14的这种膨胀引起了多个电极12、16之间的未对准，并且导致了两个柔性PCB之间的错误连接。

本申请提出了对于这种问题的解决方案。现在转到图2，这示出了根据本发明示例的ACF结合两个柔性印刷电路的方法。这里，第二垫子32用于ACF结合工艺中。第二垫子32设置在夹具或玻璃基座26和第一（下部）衬底10之间。因此，如图2所示，本发明提供了在结合头30和玻璃块26之间的对称组装或者堆叠。第二垫子32优选地由柔性和阻热（即绝缘）材料形成。第二垫子32执行与第一上部垫子28相同的功能。具体地，第二垫子32用作第一衬底10和玻璃块26之间的热绝缘体，并且用作机械缓冲。玻璃块26通常比结合头30更冷，因此在玻璃块26与第一衬底10直接接触的传统结构中（参见图1f），不会将第一衬底20加热到与第二（上部）衬底14相同的温度。因此，上部衬底膨胀的同时下部衬底没有膨胀（或者比上部衬底膨胀得少），并且电极12、16变得未对准。因此，第二垫子32有利地将第一衬底与冷的玻璃块26绝缘，并且使得来自结合头30的热能量能够在所述组装上分布，使得两个衬底10和14膨胀相同的量。

另外，第二垫子32用作机械缓冲，并且使能将均匀的压力施加至所述组装，具体地施加至所述组装的底部。当通过结合头30将压力施加至所述组装时，柔性垫子32考虑到各种组装层中的不均匀性，并且将电极12推入到粘合材料中。有利地，垫子32的柔性将电极强制进入粘合材料，使得将粘合剂推到电极之间的间隙中，从而当固化粘合剂时提供更加可靠的结合。

如上所述，期望的是垫子由柔性材料形成，优选地由具有低热导率（即绝热性）的材料形成。所述材料具有在约0.5W/mK和1.5W/mK之间的热导率。然而，本领域普通技术人员应该理解的是可以使用具有不同热导率但是将下部衬底与下面较冷的夹具/玻璃块绝缘的材料。垫子28、32可以由硅胶基材料形成，例如但不限于作为柔性且热绝缘材料的硅橡胶。诸如聚酰亚胺或特氟纶（RTM）之类的材料是柔性且热绝缘的，因此可以用于形成垫子28、32，尽管实验指出与硅胶基垫子不同的是这种材料并不提供100%的电极对准。

垫子28、32可以具有基本相同的厚度。具体地，实验表示出≥300μm（±100μm）的垫子厚度导致了组装上均匀的热传递。实验还指出小于300μm的垫子厚度对于均匀的热传递是不够的，并且导致了未对准的电极。

在ACF结合工艺期间，结合头30可以向组装施加2-4MPa之间的压力和小于等于180℃的温度达到小于等于20秒的时间，以便固化粘合材料并且在衬底/柔性PCB之间形成可靠长效的结合。（确切的压力、温度和时间可以依赖于正在结合的衬底和/或ACF以及所使用的粘合材料而变化。）

第一垫子28和第二垫子32可以由相同的材料形成，并且可以具有相同的厚度。实验指出相同的垫子材料类型和厚度导致了100%的电极对准。

图3示出了ACF结合方法的示例用途。这里，衬底10可以是承载多个像素驱动器电路以驱动显示面板20的有源矩阵底板（即，薄膜晶体管或邮寄TFT的阵列）。附加地或者替代地，衬底10可以是用于驱动传感器面板的TFT背板。传感器面板可以包括光检测器（或有机光检测器）的阵列，可以用于较大范围的应用，例如：数字图像感测、智能封装、用于医疗设备和生物医学诊断的传感器以及安全和移动商务（通过指纹扫描的用户识别）。传感器阵列可以用于向使得诸如鼠标、键盘以及甚至触摸屏的传统输入设备显得累赘的消费电子设备（例如，膝上型电脑、平板和智能电话）添加手势识别互动。在这两个示例中，衬底10和显示器/传感器面板20可以是柔性的并且可以由柔性塑料形成。因此，显示设备或传感器（例如大面积图像传感器）可以是完全柔性的。

ACF结合技术可以用于将衬底10耦接至第二衬底14，所述第二衬底可以包括第二显示器、逻辑电路、传感器阵列、用于驱动显示器或传感器面板20的电子设备、或者用于AMOLED显示器的适配器板。衬底10包括多个电极12，并且衬底14包括多个电极16。如图3所示，许多显示设备包括耦接至衬底10的较大面积的显示器20，并且电极或导电迹线12限制于衬底上通常沿背板边缘的相对较小的面积。因此，需要电极/迹线12之间具有精细的互连间距。通过使用如上参考图2所述的工艺，使用ACF结合18来形成多个电极12和16之间的互连。第二衬底14可以由诸如柔性塑料之类的柔性材料形成。如果第二衬底14的厚度基本较薄，例如≤75μm，第二衬底14可以如所示地完全地折叠在第一衬底10后面，从而使能紧凑（薄）电子设备和/或完全柔性设备的制造。

本申请的ACF结合工艺可以用于形成多种组装中的电学和机械连接。如上所述，所述工艺可以用于将刚性衬底和柔性衬底连接在一起，并且将两个柔性印刷电路板连接在一起。图5示出了ACF结合的另一个用途示例。这里。显示面板20耦接至柔性背板/衬底10。ACF结合形成为将背板10上的电极连接至柔性衬底（结合A）以形成柔性-柔性结合（B）以及柔性衬底连接至柔性PCB 14（结合C）。

现在参考图6，这示出了穿过柔性显示面板400的垂直截面图，其中所述设备的电子部件分布在柔性PCB上的设备表面上，并且其中可以使用如上所述的ACF结合工艺在设备的各种电子部件之间实现电连接。

更详细地，所述结构包括衬底402，典型地诸如PET（聚对苯二甲酸二乙酯）或PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）之类的塑料，上面制造了有机有源矩阵像素电路的薄层。所述电路可以包括例如在本发明申请人的WO01/47045、WO2004/070466、WO01/47043、WO2006/059162、WO2006、056808、WO2006/061658、WO2006/106365和WO2007/029028中如前所述的有机（或无机）薄膜晶体管阵列。一般地说，可以使用通过例如直接印刷、激光烧蚀或光刻来构图的基于溶液的技术来制造背板以制造薄膜晶体管。有源器件可以具有5-10μm的量级。该层可以具有50μm量级的厚度并且具有集成的封装。这种衬底/背板层承载行和列、数据线以及地址导电迹线404，通过通孔406与衬底402背面相连。这里，我们用“前”来指示“朝着设备的显示表面”，而用“后”来指示“朝着设备的背面”。

例如通过粘合剂将显示介质408附着至衬底402。显示介质可以是反射型显示介质（便于白天阅读），例如电泳显示介质或电解显示介质。在采用电泳显示介质的情况下，可以通过在显示介质上设置滤色器阵列410来提供彩色显示器；可选地这也可以执行密封功能。附加地或者替代地，可将水分屏障设置在显示器上，例如包括聚乙烯和/或Aclar^TM（氟聚合物、聚三氟氯乙烯-PCTFE）。显示介质的厚度可以在75μm的量级，并且密封/滤色器阵列可以是在120μm的量级。

采用电解显示器当前情况下，例如从美国俄亥俄州的Gamma Dynamics公司获得的类型，可以省略滤色器阵列。电解显示器的使用促进了改进的亮度/对比度以及附近的视频显示器更新速率和较高的分辨率，并且可以在每英寸225像素的量级。

无论采用哪种显示介质，可以提供边缘密封412以将显示介质408的边缘密封至显示模块的边缘。

将前窗414设置于显示器上，例如包括薄层PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）并且可以具有300μm量级的厚度，或者包括PET，或可以具有75μm量级的厚度。在设备是触摸敏感的情况下，这一层也可以包括用于触摸电路的导电行线和列线，并且可以采用精细线金属（FLM）。触摸感测电路可以通过手指和/或触控笔操作。可以通过z轴导电焊盘416实现与触摸感测层的连接，所述z轴导电焊盘通过CFA/密封层410（例如，通过未示出的通孔）连接至窗口414中的触摸电极，并且穿过衬底402的通孔418将触摸阵列连接接触衬底402背面上的焊盘。

粘合层420将衬底402连接至柔性PCB 422（可以并入用于电感式触控笔传感器的电路424）。衬底402背面上的触点焊盘和柔性PCB之间的连接采用各向异性导电膜（ACF）426，其中可以使用如上参考图2所述的ACF工艺来形成所述连接。所示的结构便于省略衬底402下面分离的隔气层，尽管如果需要的话可以并入这种隔气层。

柔性PCB 422承载电子部件428，例如表面安装部件和薄膜柔性聚合物电池430。PCB 422可以具有600μm量级的厚度，并且部件/电池具有最高800μm量级的厚度。柔性PCB 422也承载设备边界周围的导电回路432，用于电池430的电感性充电。

所述部件和电池配置有薄的后盖434（可选的）。例如，通过可以填充所有内部间隙的基于凝胶的封装材料或者封装剂436可以封装显示器和PCB模块，所述内部间隙在柔性PCB上的显示模块的周围延伸，并且附着后盖434。

毫无疑问对于普通技术人员可以发生许多其他有效的替代。应该理解的是本发明不局限于所述实施例，并且包括落在所附权利要求精神和范围内的对于本领域普通技术人员清楚的改进。