台湾专利TW201318123A 異方向性導電膜片及其製作方法

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本發明一實施例提供一種異方向性導電膜片，包括一絕緣基材，具有一第一表面與一第二表面；以及多個導電高分子柱體，各導電高分子柱體貫穿絕緣基材並暴露於第一表面與第二表面，其中導電高分子柱體的材質包括本質型導電高分子。
公开号:TW201318123A
申请号:TW100137471
申请日:2011-10-17
公开日:2013-05-01
发明作者:Tung-Chuan Wu；Min-Chieh Chouj
申请人:Ind Tech Res Inst；
IPC主号:H01L24-00

专利说明:
異方向性導電膜片及其製作方法
本發明有關於導電膜片，且特別是有關於異方向性導電膜片及其製作方法。
近年來在隨著數位資訊產品追求輕量化、薄型化，以及可攜化的需求，電子紙/軟性顯示器等軟性電子產品，已成為國際各大廠與研究機構積極著手研發的重點。
目前的軟性顯示器製程多使用異方向性導電膠(anisotropic conductive film,簡稱ACF)來接合軟性顯示模組與薄型化驅動晶片或軟性驅動電路板。目前常見的異方性導電膠大致上可分為壓力敏感型異方性導電膠(US 1441435、US 4292261)與熱固型異方性導電膠(US 4731282)。
壓力敏感型異方性導電膠為一摻雜有導電微粒的高彈性絕緣高分子材料，且其導電度對壓力敏感。以壓力敏感型異方性導電膠作為電性連接的介質需要對其持續施加壓力以使導電微粒相互電性連接，若是壓力減弱或是消失則導電微粒會被高彈性絕緣高分子材料分隔而導致壓力敏感型異方性導電膠失去導電的功能。因此，當施加於壓力敏感型異方性導電膠的壓力改變時其導電性質不穩定，故其不適於用在電子紙/軟性顯示器等具有可撓性的顯示器中。
熱固型異方性導電膠是由一摻雜有導電微粒的絕緣性熱硬化型高分子材料所構成。使用熱固型異方性導電膠接合二電子元件時，必須加施加高壓(40~150 MPa)及高溫(140~230℃)以進行熱硬化接合封裝，以將導電微粒固定在二電子元件的接墊之間。因此，使用熱固型異方性導電膠進行接合製程容易有高壓破壞、熱變形等限制。此外，為了要獲得夠低的接點阻抗，接點處每一上下接墊之間必須壓到足夠多的導電微粒，因此導電微粒的密度必須夠高。然而，當導電微粒的密度較高時，容易造成相鄰的電極之間橋接短路。因此，相鄰電極間的間距(pitch)不可小於30微米，以致於無法滿足未來驅動晶片的銲墊電極間距需降低至20微米的需求。
此外，本案發明人曾提出多種新穎的導電膜結構及其製法(中華民國專利申請第96137385號、第97117542號、與第97151197號)。前述導電膜結構係藉由將多個表面形成有平行排列的金屬絲的高分子膜片相互堆疊，並對堆疊結構進行切片製程而製得。
本發明一實施例提供一種異方向性導電膜片，包括一絕緣基材，具有一第一表面與一第二表面；以及多個導電高分子柱體，各導電高分子柱體貫穿絕緣基材並暴露於第一表面與第二表面，其中導電高分子柱體的材質包括本質型導電高分子。
本發明另一實施例提供一種異方向性導電膜片的製作方法，包括提供一絕緣基材，絕緣基材具有一第一表面與一第二表面；於絕緣基材中形成多個貫孔，各貫孔貫通第一表面與第二表面；於貫孔中填入一導電高分子材料；以及固化導電高分子材料，以於貫孔中形成多個導電高分子柱體。
以下以實施例並配合圖式詳細說明本發明，應了解的是以下之敘述提供許多不同的實施例或例子，用以實施本發明之不同樣態。以下所述特定的元件及排列方式僅用以舉例說明，而非用以限定本發明。在圖式中，實施例之形狀或是厚度僅用以說明，並非用以限定本發明。再者，圖中未繪示或描述之元件，可為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式。
本發明之異方向性導電膜片具有多個貫穿絕緣基材的導電高分子柱體，且導電高分子柱體的整體皆由導電材料所構成，因此，僅需將電子元件配置於異方向性導電膜片的上下兩側即可經由導電高分子柱體而彼此電性連接，無需如習知的壓力敏感型異方性導電膠一般要依靠施加壓力來產生導電性質，亦無需如習知的熱固型異方性導電膠一般需要進行一加熱固化製程來固定導電微粒。
第1圖繪示本發明一實施例之異方向性導電膜片的剖面圖。第2-5圖繪示第1圖之異方向性導電膜片的多種變化結構的剖面圖。
請參照第1圖，本實施例之異方向性導電膜片100包括一絕緣基材110以及多個導電高分子柱體120。絕緣基材110具有相對的一第一表面112與一第二表面114，且各導電高分子柱體120貫穿絕緣基材110並暴露於第一表面112與第二表面114。
由於異方向性導電膜片100具有貫穿絕緣基材110的導電高分子柱體120，因此，只需將欲電性連接的二電子元件(未繪示)置於第一表面112與第二表面114上，並使該二電子元件的接墊對應設置並接觸相同的導電高分子柱體120(的相對二端)，即可經由導電高分子柱體120而彼此電性連接。
導電高分子柱體120的材質包括本質型導電高分子。舉例來說，導電高分子柱體120可視情況而僅由本質型導電高分子構成、或者是僅由本質型導電高分子以及多個摻雜於本質型導電高分子中的導電微粒所構成、又或者是由本質型導電高分子與其他適合的材料混合而成。
在一實施例中，導電高分子柱體120中的本質型導電高分子與摻雜於其中的導電微粒的混合比例為本質型導電高分子大於50 vol%，導電微粒小於50 vol%。
在另一實施例中，可視情況在導電高分子柱體120中加入添加劑以使導電高分子柱體120具有各種特性，添加劑例如為硬化劑(如3-三甲氧基矽烷丙烯酸丙脂，3-(Trimethoxysilyl)propyl acrylate)或乳化劑(如聚乙二醇，Poly(ethylene glycol))。本質型導電高分子與添加劑的重量比例可任意調整，只需使導電高分子柱體120的整體表面電阻率小於500歐姆/平方即可。一般而言，添加劑小於10重量份(以100重量份之本質型導電高分子為基準)。
值得注意的是，前述『本質型導電高分子』是指無摻雜其他材料且本身即具有導電性質的高分子材料，舉例來說，本質型導電高分子可為聚二氧乙烯噻吩-聚對苯乙烯磺酸(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate))、摻碘的反式聚乙炔(polyacetylene)、聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)或前述之組合、或是其他適合的本質型導電高分子材料。在一實施例中，所使用的聚二氧乙烯噻吩-聚對苯乙烯磺酸本質型導電高分子於攝氏25度的密度約為1.011 g/cm³。
在一實施例中，導電微粒例如為金微粒、銀微粒、鎳微粒、碳黑微粒、石墨微粒、奈米碳球、奈米碳管、或前述之組合、或是其他適合的導電微粒，前述導電微粒的粒徑約介於0.01微米與60微米之間。
在一實施例中，絕緣基材110的材質為高分子材料，例如熱塑性非晶(amorphous)或半結晶(semi-crystalline)的聚對苯二甲酸乙二酯(PET，Polyethylene terephthalate)、高彈性矽膠(silicone rubber)、熱硬化型聚醯亞胺(PI，polyimide)或是其他適合的高分子絕緣材料。
值得注意的是，由於本實施例之絕緣基材110與導電高分子柱體120皆可為高分子材料，因此，兩者的彈性相近，故可避免在彎折異方向性導電膜片100時導電柱體與基材剝離的問題。由此可知，異方向性導電膜片100具有較佳的耐彎折性。因此，異方向性導電膜片100適於用在電子紙/軟性顯示器等具有可撓性的顯示器中。
在一實施例中，各導電高分子柱體120的高度H與寬度W的比值例如大於1，且導電高分子柱體120的長軸方向V可大抵平行於第一表面112或第二表面114的法向量。在其他實施例中，導電高分子柱體(未繪示)的長軸方向可不平行於第一表面112(或第二表面114)的法向量，或者是導電高分子柱體可為曲線狀或是其他非直線狀。在一實施例中，導電高分子柱體120的截面形狀可為圓形、方形、三角形、或是其它多邊形。
在本實施例中，各導電高分子柱體120的一第一端部122與一第二端部124分別大體上齊平於第一表面112與第二表面114。在其他實施例中，請參照第2圖，異方向性導電膜片200的導電高分子柱體120的一第一端部122與一第二端部124可分別突出於第一表面112與第二表面114。如此一來，以異方向性導電膜片200連接二電子元件(未繪示)時，突出的第一端部122與第二端部124可確保直接接觸到該二電子元件的接墊，進而提升電性連接該二電子元件的製程良率。
此外，如第3圖所示，絕緣基材110的材質可為在常溫下具有黏性的膠體，例如為常溫常壓下即具有黏著力的壓克力自黏膠，例如由丙烯酸丁酯(n-butyl acrylate)、丙烯酸-2-乙基己酯(2-ethylhexyl acrylate)、丙烯酸(acrylic acid)共聚合並交聯而得的自黏膠。為避免多個絕緣基材110於堆疊或捲繞貯存時彼此沾黏，可於絕緣基材110的第一表面112上選擇性地配置一第一離型膜132。本實施例中各導電高分子柱體120的第一端部122可以是(但非必要)貫穿第一離型膜132。為簡化起見，第3圖僅繪示一個絕緣基材110。
另外，為避免絕緣基材110的第二表面114在使用前沾黏其他的異物，亦可在絕緣基材110的第二表面114上形成一第二離型膜134。本實施例中各導電高分子柱體120的第二端部124可以是(但非必要)貫穿第二離型膜134。第一離型膜132與第二離型膜134的材質可為非黏性絕緣高分子，例如聚亞醯胺(polyimide，PI)。在本實施例中，導電高分子柱體120的材質可以是僅由本質型導電高分子構成、或者是僅由本質型導電高分子以及多個摻雜於本質型導電高分子中的導電微粒所構成、又或者是由本質型導電高分子與其他適合的材料混合而成；也可以是由摻雜有導電微粒的聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)等『複合型導電高分子』材料所構成。
當需使用第3圖所示的異方向性導電膜片300時，需撕除第一離型膜132與第二離型膜134以露出具有黏性的絕緣基材110。由於絕緣基材110具有黏性，因此，可於室溫下接合配置於絕緣基材110之上下兩側的電子元件(未繪示)，而無需如習知的熱固型異方性導電膠一般需要進行一加熱固化製程。
此外，請參照第4圖，異方向性導電膜片400可更包括多個第一導電接墊142與多個第二導電接墊144。第一導電接墊142配置於第一表面112上並連接多個導電高分子柱體120，第二導電接墊144配置於第二表面114上並連接前述多個導電高分子柱體120，以與第一導電接墊142電性連接。此外，在其他未繪示的實施例中，第一導電接墊142與第二導電接墊144可僅連接一導電高分子柱體，並經由該導電高分子柱體而彼此電性連接。
值得注意的是，異方向性導電膜片400可作為探針卡使用，此時，第一導電接墊142(或第二導電接墊144)可作為探針頭(probe head)。
另外，請參照第5圖，在另一實施例中，絕緣基材110可具有多個貫孔116，且導電高分子柱體120僅形成於位於第一導電接墊142與第二導電接墊144之間的貫孔116中，其餘的貫孔116皆為中空貫孔。在本實施例中，第一導電接墊142、第二導電接墊144與位於其間的導電高分子柱體120為一體成形結構。
第6A圖至第6E圖繪示本發明一實施例之異方向性導電膜片的製程剖面圖。
請參照第6A圖，提供一絕緣基材110，絕緣基材110具有一第一表面112與一第二表面114。接著，可視情況而對第一表面112與第二表面114進行斥水性處理。斥水性處理例如以含氟矽烷(fluoroalkylsilane)為前驅物(precursor)以大氣壓電漿(atmosphere plasma)在絕緣基材110的第一表面112與第二表面114上沉積一厚度為40~60奈米的斥水層(未繪示)。
請參照第6B圖，於絕緣基材110中形成多個貫孔116，各貫孔116貫通第一表面112與第二表面114。在本實施例中，形成貫孔116的方法包括能量束鑽孔或機械加工，其中能量束鑽孔例如為雷射束鑽孔、電子束鑽孔、或離子束鑽孔。貫孔116的直徑例如約為1～100微米，貫孔116的高度H與寬度W的比值例如大於1。
請參照第6C圖，於貫孔116中填入一導電高分子材料，並固化導電高分子材料，以於貫孔116中形成多個導電高分子柱體120。填入導電高分子材料的方法例如為浸泡法，固化導電高分子材料的方法例如為熱固化法或是光固化法(例如紫外光固化法)。導電高分子柱體120的材質可僅由本質型導電高分子構成、或者是僅由本質型導電高分子以及多個摻雜於本質型導電高分子中的導電微粒所構成、又或者是由本質型導電高分子與硬化劑、乳化劑等適合的材料混合而成；也可以是由摻雜有導電微粒及硬化劑的聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)等『複合型導電高分子』材料所構成。
舉例來說，可將具有多個貫孔116的絕緣基材110浸泡在液態的導電高分子材料中，其中液態的導電高分子材料係由本質型導電高分子材料(或本質型導電高分子材料以及摻雜於其中的導電微粒)與溶劑所構成，並藉由抽真空的方式使導電高分子材料可完全填滿貫孔116。在貫孔116充滿導電高分子材料之後，取出絕緣基材110，並清除絕緣基材110表面殘留的導電高分子材料。之後，將貫孔116內的導電高分子材料加熱至適當溫度(例如80~130℃)，以使導電高分子材料之溶劑揮發，並且可視材料而定，進一步提高溫度以使導電高分子材料充分固化。
由於固化後的導電高分子材料可能會有尺寸上的改變，因此，可重複進行前述製程(亦即，浸泡液態的導電高分子材料與固化製程)，以確保固化後的導電高分子材料仍可完全填滿貫孔116。
請參照第6D圖，可選擇性地進行一網版印刷製程，以於第一表面112與第二表面114上分別形成多個第一導電接墊142與多個第二導電接墊144，其中第一導電接墊142與第二導電接墊144經由導電高分子柱體120而彼此電性連接。
詳細而言，可將二具有多個開口612、622的網版610、620分別置於第一表面112與第二表面114上，開口612、622可同時暴露出一或多個導電高分子柱體120。之後，將液態的導電高分子材料填入開口612、622。並且，網版印刷製程可在真空的環境下進行，以確保導電高分子材料完全填滿開口612、622。然後，加熱固化導電高分子材料，以形成多個第一導電接墊142與多個第二導電接墊144。
請參照第6E圖，移除網版610、620。
第7A圖至第7C圖繪示本發明另一實施例之異方向性導電膜片的製程剖面圖。
請參照第7A圖，提供一絕緣基材110，絕緣基材110具有一第一表面112與一第二表面114。之後，於絕緣基材110中形成多個貫孔116，各貫孔116貫通第一表面112與第二表面114。
請參照第7B圖，將二具有多個開口612、622的網版610、620分別置於第一表面112與第二表面114上。開口612、622可同時暴露出一或多個貫孔116，且網版610、620可覆蓋一或多個貫孔116。之後，將液態的導電高分子材料填入開口612、622以及(開口612、622所暴露出的)貫孔116中。然後，以加熱或是照光的方式固化導電高分子材料，以形成多個第一導電接墊142、多個第二導電接墊144以及多個導電高分子柱體120。
請參照第7C圖，移除網版610、620。
第8A圖至第8D圖繪示本發明又一實施例之異方向性導電膜片的製程剖面圖。
請參照第8A圖，提供一絕緣基材110，並於絕緣基材110的一第一表面112與一第二表面114上分別形成一第一離型膜132與一第二離型膜134。絕緣基材110的材質為在常溫下具有黏性的膠體。
請參照第8B圖，形成多個貫穿絕緣基材110、第一離型膜132與第二離型膜134的貫孔116，各貫孔116貫通第一表面112與第二表面114。
請參照第8C圖，於貫孔116中填入一導電高分子材料並固化該導電高分子材料，以於貫孔116中形成多個導電高分子柱體120。
請參照第8D圖，可視情況而移除第一離型膜132與第二離型膜134。
由前述可知，本發明之異方向性導電膜片係藉由多個貫穿絕緣基材的導電高分子柱體來電性連接電子元件，因此，其無需依靠施加壓力來產生導電性質，亦無需進行一加熱固化製程來固定導電微粒。此外，本發明之絕緣基材與導電高分子柱體可皆為高分子材料，因此，本發明之異方向性導電膜片具有較佳的耐彎折性。另外，由於本發明的絕緣基材可具有黏性，因此，可於室溫下接合配置於絕緣基材之上下兩側的電子元件(未繪示)，而無需進行一加熱固化製程來固定電子元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400．．．異方向性導電膜片
110．．．絕緣基材
112．．．第一表面
114．．．第二表面
116．．．貫孔
120．．．導電高分子柱體
122．．．第一端部
124．．．第二端部
132．．．第一離型膜
134．．．第二離型膜
142．．．第一導電接墊
144．．．第二導電接墊
610、620．．．網版
612、622．．．開口
H．．．高度
V．．．長軸方向
W．．．寬度
第1圖繪示本發明一實施例之異方向性導電膜片的剖面圖。
第2-5圖繪示第1圖之異方向性導電膜片的多種變化結構的剖面圖。
第6A圖至第6E圖繪示本發明一實施例之異方向性導電膜片的製程剖面圖。
第7A圖至第7C圖繪示本發明一實施例之異方向性導電膜片的製程剖面圖。
第8A圖至第8D圖繪示本發明一實施例之異方向性導電膜片的製程剖面圖。
100．．．異方向性導電膜片
110．．．絕緣基材
112．．．第一表面
114．．．第二表面
120．．．導電高分子柱體
122．．．第一端部
124．．．第二端部
H．．．高度
V．．．長軸方向
W．．．寬度

权利要求:
Claims (25)
[1] 一種異方向性導電膜片，包括：一絕緣基材，具有一第一表面與一第二表面；以及多個導電高分子柱體，各該導電高分子柱體貫穿該絕緣基材並暴露於該第一表面與該第二表面，其中該些導電高分子柱體的材質包括本質型導電高分子。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，其中該些導電高分子柱體的材質更包括多個摻雜於該本質型導電高分子中的導電微粒。
[3] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，其中該本質型導電高分子包括聚二氧乙烯噻吩-聚對苯乙烯磺酸、摻碘的反式聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、或前述之組合。
[4] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，其中各該導電高分子柱體的一第一端部與一第二端部分別突出於該第一表面與該第二表面。
[5] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，其中該絕緣基材的材質為在常溫下具有黏性的膠體。
[6] 如申請專利範圍第5項所述之異方向性導電膜片，其中各該導電高分子柱體的一第一端部與一第二端部分別突出於該第一表面與該第二表面。
[7] 如申請專利範圍第6項所述之異方向性導電膜片，更包括：一第一離型膜，覆蓋該第一表面，且各該導電高分子柱體的該第一端部貫穿該第一離型膜。
[8] 如申請專利範圍第6項所述之異方向性導電膜片，更包括：一第二離型膜，覆蓋該第二表面，且各該導電高分子柱體的該第二端部貫穿該第二離型膜。
[9] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，更包括：至少一第一導電接墊，配置於該第一表面上並連接該些導電高分子柱體中的多個第一導電高分子柱體；以及至少一第二導電接墊，配置於該第二表面上並連接該些第一導電高分子柱體，以與該第一導電接墊電性連接。
[10] 如申請專利範圍第9項所述之異方向性導電膜片，其中該第一導電接墊、該第二導電接墊與該些第一導電高分子柱體為一體成形結構，且該絕緣基材具有多個中空貫孔。
[11] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，其中各該導電高分子柱體的一第一端部與一第二端部分別大體上齊平於該第一表面與該第二表面。
[12] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，其中該絕緣基材的材質為高分子材料。
[13] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，其中各該導電高分子柱體的高寬比大於1。
[14] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，其中該些導電微粒包括金微粒、銀微粒、鎳微粒、碳黑微粒、石墨微粒、奈米碳球、奈米碳管、或前述之組合。
[15] 如申請專利範圍第1項所述之異方向性導電膜片，其中該些導電高分子柱體的長軸方向大抵平行於該第一表面或該第二表面的法向量。
[16] 一種異方向性導電膜片的製作方法，包括：提供一絕緣基材，該絕緣基材具有一第一表面與一第二表面；於該絕緣基材中形成多個貫孔，各該貫孔貫通該第一表面與該第二表面；於該些貫孔中填入一導電高分子材料；以及固化該導電高分子材料，以於該些貫孔中形成多個導電高分子柱體。
[17] 如申請專利範圍第16項所述之異方向性導電膜片的製作方法，更包括：進行網版印刷製程，以於該第一表面與該第二表面上分別形成至少一第一導電接墊與至少一第二導電接墊，其中該第一導電接墊與該第二導電接墊經由該些導電高分子柱體中的多個第一導電高分子柱體而彼此電性連接。
[18] 如申請專利範圍第17項所述之異方向性導電膜片的製作方法，其中該網版印刷製程亦於該些貫孔中填入該導電高分子材料。
[19] 如申請專利範圍第16項所述之異方向性導電膜片的製作方法，更包括：在該些貫孔中填入該導電高分子材料之前，對該第一表面與該第二表面進行斥水性處理。
[20] 如申請專利範圍第16項所述之異方向性導電膜片的製作方法，其中該絕緣基材的材質為在常溫下具有黏性的膠體，該異方向性導電膜片的製作方法更包括：在形成該些貫孔之前，於該第一表面與該第二表面上分別形成一第一離型膜與一第二離型膜；以及在該絕緣基材中形成該些貫孔時，使各該貫孔更貫穿該第一離型膜與該第二離型膜。
[21] 如申請專利範圍第20項所述之異方向性導電膜片的製作方法，更包括：移除該第一離型膜與該第二離型膜。
[22] 如申請專利範圍第16項所述之異方向性導電膜片的製作方法，其中固化該導電高分子材料的方法包括熱固化法或是光固化法。
[23] 如申請專利範圍第16項所述之異方向性導電膜片的製作方法，其中形成該些貫孔的方法包括能量束鑽孔或機械加工。
[24] 如申請專利範圍第23項所述之異方向性導電膜片的製作方法，其中能量束鑽孔包括雷射束鑽孔、電子束鑽孔、或離子束鑽孔。
[25] 一種異方向性導電膜片，包括：一常溫下具有黏性的絕緣基材，具有一第一表面與一第二表面；以及多個導電高分子柱體，各該導電高分子柱體貫穿該絕緣基材並暴露於該第一表面與該第二表面，其中該些導電高分子柱體的材質由本質型導電高分子所組成，或是由內含有導電微粒的複合型導電高分子所組成，其中該導電微粒為金微粒、銀微粒、鎳微粒、碳黑微粒、石墨微粒、奈米碳管、或前述之組合。

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