专利名称：利用喷射装置制备各向异性导电胶膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用液滴喷射装置制备各向异性导电胶膜的方法及实现该方法的装置。
背景技术：
随着微电子技术的高速发展，小型芯片、大规模集成电路、超大规模集成电路的应用越来越普遍，这对作为微电子元器件的连接材料一各向异性导电胶膜的要求越来越高。
常规地，各向异性导电胶膜中的导电成分呈无规则均匀分布，是由树脂粘合剂和导电成分充分混合再平铺形成的。当连接比较精细的电子线路时，常出现短路或断路的现象。因此，导电成分匹配电路的有序排放就成为非常重要的问题。针对上述存在的问题，目前也有若干种解决方案，如日本SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES，LTD提出用磁场实现导电粒子的定位的方法和采用凹版印刷电子油墨的方法等。这些方案要么操作难度大，成本又高，要么效果不太明显，所以本发明应运而生。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种利用液滴喷射装置制备各向异性导电胶膜的方法及实现该方法的装置，采用液滴喷射形成导电层，从而能轻易地实现了导电成分的定位，它操作简便，导电成分的有效定位使得作为微电子元器件的连接材料—各向异性导电胶膜在精细的电子线路中短路或断路现象发生率减少，成本降低。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种利用喷射装置制备各向异性导电胶膜的方法，该方法包括下列步骤(a)将树脂制薄膜或表面带有树脂层的支持体水平通过涂布装置1，涂布第一层绝缘性树脂；(b)将涂布了第一层绝缘性树脂的物体水平通过工作平台即喷射装置，移动S1(S1＝1～100)μm停止t(t＝0.01～5)秒，在t秒时间内，喷射头将含有金属粒子的液体沿导轨完成一次完整的喷射后，滑块停止在导轨一侧，将该物体再水平移动S(S＝S1+S2)μm，停止t秒，在t秒时间内，喷射头将含有金属粒子的液体沿导轨完成又一次的喷射，滑块停止在导轨的另一侧，如此重复，第一层绝缘性树脂物体上就形成了宽度为S2(S2＝1～100)μm，间距为S1μm的导电层；(c)将形成了导电层的物体再水平通过涂布装置2，涂布最外层绝缘性树脂；裁减成需要的规格即可。
本发明所述的涂布装置1和涂布装置2为旋甩涂布法或刮涂法或网纹辊法。
一种用于实现权利要求1的方法的液滴喷射装置，该装置包括(a)喷射装置配置了一个工作平台，上面绝对水平地安装有一个加热底版，一对导轨和一对柱状物，导轨和柱状物互相垂直地用螺丝紧固在工作平台上；
(b)一个上方移动部件，该移动部件中安装有液滴发生器包括一个液滴喷头、液滴喷头供液部件，液滴喷头固定在滑块上、并垂直正对着加热底板，线性电机(图中未标出)驱动控制滑块沿导轨滑行，导轨方向(X轴)与加热底板上的制备物体的移动方向(Y轴)垂直，通过调节加热底版温度控制使喷射到制备物体上的导电层在0.2秒时间内干燥；(c)液滴喷头供液部件由一个液体容器，一个容器盖，一个容器罩和液滴喷头控制部件(26)构成，当接到终端控制部件发出的信号后，液滴喷头控制部件开始工作，液体喷射装置喷射出的液体成分为导电粒子，且导电层呈连续的直线状。
本发明所述的喷射装置，其特征在于喷射装置配置的是单喷头，且喷头直径在8～25μm。
本发明所述的喷射装置，其特征在于喷射装置的液体容器中的液体为含有20％-80％质量百分浓度的导电粒子，导电粒子的直径为0.1～10μm。
图1为本发明制造各向异性导电胶膜的流程图。
图2为本发明喷射形成的导电层的形态。
图3为本发明喷射装置的整体结构示意图。
图4为本发明喷射装置的液滴发生器。
图5为本发明的加热底板装置的内部结构示意图。
图6为本发明的传动装置示意图。
图7为实现本发明的工作示意图。
具体实施例方式
如图1和图2所示为本发明各向异性导电胶膜制备方法的流程图和本发明喷射形成导电层的形态图，各向异性导电胶膜14的制造方法，依次包括下面三个步骤(a)在树脂制薄膜或表面带有树脂层的支持体10上涂布一层绝缘性树脂11；(b)从液滴喷射头将制作的含有金属导电粒子的液体成分喷射到步骤(a)形成的树脂层上形成导电层12；(c)在步骤(b)形成的导电层12上涂布一层绝缘性树脂13。
所述的涂布第一层绝缘树脂是硅油树脂、聚酰胺树脂、油酸酰胺等一类的防粘树脂和抗静电剂等组成，抗静电剂主要是以非离子型和阳离子表面活性剂为主，主要采用羟乙基化脂肪胺、季胺盐的化合物、脂肪酸酯类抗静电剂等，各组份的组成按重量计为防粘树脂100份防静电树脂 1-5份。
所述液滴喷射装置喷射的液体所用的分散介质必须是油溶性的，只要能够分散导电粒子而不产生结块，对所使用的分散介质无特别限制，其成分主要有脂肪族醇、脂肪族酯、有机溶剂(如醇类、烃类、醚、酯、酮等)、阳离子表面活性剂等。
液滴喷射装置中液体成分所用的导电粒子只要是导电性能优良的金属粒子均可被采用，例如发明专利申请号200510018992.1专利中所述的导电微球，它是烯类单体用非水悬浮聚合的方法制得的种子在聚合单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸甲酯等烯类单体以及乙二醇二丙烯酸酯、一缩二乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯，一缩二乙二醇二甲基丙烯酸酯等交联单体混合乳液进行乳液聚合的方法制得具有交联聚合物为壳，较低分子量聚合物为芯的聚合物微球，然后将上述制备的聚合物微球表面镀镍和金得到导电性聚合物微球，各组份的组成按重量计为分散介质100份分散剂 0.1-0.5份导电粒子的质量百分浓度 20％-80％。
所述的涂布最外层绝缘树脂的材料是按专利申请号200510018856.2所述，是一种含自由基的聚合性树脂、微胶囊化的氧化剂和还原剂、偶联剂、防老剂等组成，各组份的组成按重量计为含自由基的聚合性树脂100份微胶囊化的氧化剂和还原剂5-10份偶联剂 1-5份防老剂 0.5-3份。
只要能达到设定的精确度，上述步骤(a)、(c)都可以采用普通的涂布方式，如步骤(c)形成的层13一般比步骤(a)形成的层11薄，用字母t表示厚度，t13＝旋甩涂布法、刮涂法、网纹辊法等0.5～0.95t11，这是因为液滴喷射到层11上干燥之前有溶剂扩散渗透作用(见图3中的3C)，液滴干燥形成的导电层的底下部分嵌入层11(见图3中的3D)。根据实际需要，层11、层13中也允许均匀分散部分导电成分。
上述步骤(b)实际上发生了喷射印刷，液滴喷射装置接受到终端控制部件发出的工作信号后，开始沿直线喷射，并按设定不断重复，最终喷射形成的导电层呈有序排列的直线条纹状(见图3中的3E)。
本发明的液滴喷射装置配置的是单喷头，喷射时喷头仅作直线运动，所以能获得较好的连续的喷射导电层。
本发明的液滴喷射装置宜采用随机式喷射技术，它只有接受到终端控制部件发出的工作信号后才开始沿直线喷射。本发明也可以采用连续式喷射技术，与随机式相比存在结构复杂、单独设置回收装置、喷头需要加压装置且工作方式的效率不够高，而且不够精确，而随机式喷射技术能克服上述问题，是本发明宜采用的最佳喷射技术。这种喷射技术在HP Designjet 30等大幅打印机中也有应用。
本发明的液滴喷射装置使用的是微压电式喷头，喷头直径在8～25微米。微压电技术把喷射过程中的液滴控制分为3个阶段喷射操作前，压电元件首先在信号的控制下微微收缩；然后，元件产生一次较大的延伸，把液滴推出喷头；在液滴马上就要飞离喷头的瞬间，元件又会进行收缩，干净利索地把液滴液面从喷头收缩。这样，液滴液面得到了精确控制，每次喷出的液滴都有完美的形状和正确的飞行方向。
本发明的液滴喷射装置喷射的液体成分的基本要求是低表面张力、低粘度、相对密度小，干燥性能快等，且PH值基本上呈中性，避免腐蚀喷头。本发明的液滴喷射装置喷射的液体成分中包含导电粒子，导电粒子只要导电性能优良，并无特别限制，金属粒子，如镍、铁、铜、铝、锡、铅、钴、金、银、钯、钛、铑等，金属氧化物、碳、石墨、和具有金属外层的玻璃、陶瓷、塑料粒子等。导电粒子的直径优选在0.1μm～10μm之间。如果导电粒子的直径大于10μm，喷射时容易堵塞喷头，如果小于0.1μm，则导通性不好。导电粒子的质量百分浓度优选在20％～80％。本发明的液滴喷射装置喷射的液体成分的粘度要适中，粘度太大喷射不流畅，也容易堵塞喷头，太小易产生阻尼振荡，影响喷射速度，其适宜范围为0.0015～0.0035pa·s。本发明的液滴喷射装置喷射的液体成分的表面张力优选在0.02～0.05N/m之间，其表面张力太大、太小都影响喷射精度。本发明的液滴喷射装置喷射的液体成分的干燥时间小于0.2秒为宜。
图3是本发明喷射装置的整体结构透视示意图。此喷射装置20主要配置了一个工作平台21，加热底板22，一个导轨23和一对柱状物27a；一个上方移动部件31，该移动部件中安装有液滴发生器包括一个液滴喷头24，一个液滴喷头供液部件25，一个液滴喷头控制部件26。
加热底板22通过定位销牢牢固定在工作平台21上，加热底板22安放绝对水平，采用弧形边线设计，材质表面光滑，都有利于树脂制薄膜或表面带有树脂层的支持体水平平稳地通过。材质要求传热散热快，本发明采用的是不锈钢，其它如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等也可以用。加热底板22的内部结构示意图如图5所示，采用电加热管加热，图5中一根根均匀排列在加热底板中空的细管状物41是电加热管，每根管的功率一样以保持加热底板表面各处温度相同且稳定。事先根据设计温度的高低具体确定加热管的功率。另外加热底板装置还配置了一个温度调节控制装置。本发明的加热底板装置的作用是干燥喷射的导电层。
上方移动部件31牢牢固定在工作平台21中间的一对柱状物27a上。一对导轨23、滑块32、液滴喷头24都安装在上方移动部件31上，液滴喷头24固定在滑块32上，液滴喷头24正对着加热底板22，与其垂直。线性电机(图中未标出)驱动控制滑块32沿导轨23滑行，导轨23方向(X轴)与加热底板22上的树脂制薄膜或表面带有树脂层的支持体的移动方向(Y轴)垂直。
液滴喷头控制部件26有两个作用只在接收到终端控制部件51发出的信号后，一是控制液滴的喷射量；二是协同线性电机控制滑块32沿导轨23直线滑行(例如在时间t秒内从导轨23的一侧移动到另外一侧，t＝0.01～5)。
图4为液滴喷头供液部件25的内部结构示意图，它由一个液滴喷头控制部件26，一个液体容器33，一个容器盖34，一个容器罩36构成。
图5是本发明的传动装置示意图。本发明的传动装置实际上是一个可以精确控制转动的轴轮系统，通过步进电机(图中未标出)驱动轴轮，轴轮带动树脂制薄膜或带有树脂层的支持体沿工作平台通过。该传动装置还配置一个终端控制部件51协同步进电机共同控制树脂制薄膜或带有树脂层的支持体沿工作平台通过。终端控制部件51是一种具有计算机功能的互动式电子装置或装配相关控制程序软件的计算机，它与喷射装置的控制部件26控制互联，使得喷射装置与传动装置交替工作，即树脂制薄膜或带有树脂的支持体每水平移动s(s＝1～200)μm停顿时间t秒，t秒内液滴喷头24随滑块32沿导轨23移动完成一次喷射操作(见实例1具体描述)，制造各向异性导电胶膜时，须事先向终端控制部件51输入信号。
实施例1要求制造出适合于电极宽度8μm，线间距5μm使用的各向异性导电胶膜根据上述要求，我们用申请号200510018992.1专利中所述的导电微球作为导电粒子，导电粒子直径取0.3μm，导电粒子浓度为20％，喷头直径为8μm，按下面方法操作。
将树脂制薄膜或表面带有树脂层的支持体依次穿过涂布装置1、喷射装置、涂布装置2、传动装置(见图7)，调节加热底板温度至适宜温度，开动涂布装置1和涂布装置2，预先向终端控制部件51输入信号以启动喷射装置和传动装置，使树脂制薄膜或表面带有树脂层的支持体水平通过工作平台时移动5μm停止0.08秒，在0.08秒时间内，喷射头沿导轨完成一次完整的喷射后，滑块停止在导轨一侧，树脂制薄膜或表面带有树脂层的支持体再水平移动13μm，停止0.08秒，在0.08秒时间内，喷射头沿导轨完成又一次的喷射，滑块停止在导轨的另一侧，如此重复，就制造出上述要求的各向异性导电胶膜。最后将制造出的各向异性导电胶膜裁剪成需要的规格即可。
实施例2要求制造出适合于电极宽度20μm，线间距15μm使用的各向异性导电胶膜根据上述要求，我们用金球作为导电粒子，导电粒子直径取1μm，导电粒子浓度为80％，喷头直径为12μm，t＝0.1秒。
具体操作同实施例1实施例3要求制造出适合于电极宽度40μm，线间距40μm使用的各向异性导电胶膜根据上述要求，我们用镍球作为导电粒子，取直径为2μm，导电粒子浓度为65％，喷头直径为15μm，t＝0.3秒。
具体操作同实施例1。
实施例4要求制造出适合于电极宽度60μm，线间距60μm使用的各向异性导电胶膜根据上述要求，我们用铜粉作为导电粒子，导电粒子直径取为6μm，导电粒子浓度为60％，喷头直径为18μm，t＝0.8秒。
具体操作同实施例1。
实施例5要求制造出适合于电极宽度80μm，线间距80μm使用的各向异性导电胶膜根据上述要求，我们用碳粉作为导电粒子，导电粒子直径为8μm，导电粒子浓度为40％，喷头直径为22μm，t＝2秒。
具体操作同实施例1。
实施例6要求制造出适合于电极宽度100μm，线间距100μm使用的各向异性导电胶膜根据上述要求，我们用具有金属外层的玻璃球作为导电粒子，导电粒子直径为10μm，导电粒子浓度为30％，喷头直径为25μm，t＝5秒。
具体操作同实施例1。
将上述制造出的各向异性导电胶膜与电极热压粘接测量它们的短路与断路现象，每例测量100个点，结果见表1表1
从上表1可看出随着电路宽度的变细，原方法制造的各向异性导电胶膜短路与断路现象变严重，而本专利方法制造的各向异性导电胶膜对短路与断路现象有明显改善。
权利要求
1.一种利用液滴喷射装置制备各向异性导电胶膜的方法，该方法包括下列步骤(a)将树脂制薄膜或表面带有树脂层的支持体水平通过涂布装置1，涂布第一层绝缘性树脂；(b)将涂布了第一层绝缘性树脂的物体水平通过工作平台即喷射装置，移动S1(S1＝1～100)μm停止t(t＝0.01～5)秒，在t秒时间内，喷射头将含有金属粒子的液体沿导轨完成一次完整的喷射后，滑块停止在导轨一侧，将该物体再水平移动S(S＝S1+S2)μm，停止t秒，在t秒时间内，喷射头将含有金属粒子的液体沿导轨完成又一次的喷射，滑块停止在导轨的另一侧，如此重复，第一层绝缘性树脂物体上就形成了宽度为S2(S2＝1～100)μm，间距为S1μm的导电层；(c)将形成了导电层的物体再水平通过涂布装置2，涂布最外层绝缘性树脂；裁减成需要的规格即可。
2.根据权利要求1所述的利用液滴喷射装置制备各向异性导电胶膜的方法，其特征在于所述的涂布装置1和涂布装置2为旋甩涂布法或刮涂法或网纹辊法。
3.一种用于实现权利要求1的方法的液滴喷射装置，该装置包括(a)喷射装置(20)配置了一个工作平台(21)，上面绝对水平地安装有一个加热底版(22)，一对导轨(23)和一对柱状物(27a)，导轨和柱状物互相垂直地用螺丝紧固在工作平台(21)上；(b)一个上方移动部件(31)，该移动部件中安装有液滴发生器包括一个液滴喷头(24)、液滴喷头供液部件(25)，液滴喷头(24)固定在滑块(32)上、并垂直正对着加热底板(22)，线性电机(图中未标出)驱动控制滑块(32)沿导轨(23)方向(X轴)与加热底板(22)上的制备物体的移动方向(Y轴)垂直，通过调节加热底板(22)温度控制使喷射到制备物体上的导电层在0.2秒时间内干燥。(c)液滴喷头供液部件(25)由一个液体容器(33)，一个容器盖(34)，一个容器罩(36)和液滴喷头控制部件(26)构成，当接到终端控制部件(51)发出的信号后，液滴喷头控制部件(26)开始工作，液体喷射装置喷射出的液体成分为导电粒子，且导电层呈连续的直线状。
4.根据权利要求3所述的液滴喷射装置，其特征在于喷射装置配置的是单喷头，且喷头直径在8～25μm。
5.根据权利要求3所述的液滴喷射装置，其特征在于喷射装置的液体容器(33)中的液体为含有20％～80％质量百分浓度的导电粒子，导电粒子的直径为0.1～10μm。
全文摘要
本发明提供一种利用液滴喷射装置制备各向异性导电胶膜的方法及实现该方法的装置，此喷射装置(20)配置了一个工作平台(21)，加热底版(22)，一个上方移动部件(31)，该移动部件中安装有液滴发生器包括一个液滴喷头(24)，一个液滴喷头供液部件(25)，一个液滴喷头控制部件(26)和一对导轨(23)和一对柱状物(27a)，在接收到终端控制部件(51)发出的信号后，喷头控制部件(26)开始工作，含导电粒子的液体通过喷头(24)喷射出液滴，采用液滴喷射形成导电层，从而能轻易地实现了导电成分的定位，它操作简便，导电成分的有效定位使得作为微电子元器件的连接材料一各向异性导电胶膜在精细的电子线路中短路或断路现象发生率减少，成本降低。
文档编号B05B15/10GK1772395SQ200510019728
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者于洁, 袁明, 王琛, 周遂新 申请人:湖北省化学研究院