專利名稱：使用可紫外活化的膠粘膜粘合基材的方法以及紫外照射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用可紫外活化的膠粘膜粘合基材的方法，以及在粘合基材方法中使用的紫外線照射裝置。
在液晶顯示器中，玻璃制顯示屏作為電極，并通過各向異性導(dǎo)電膠粘膜連接到稱為載帶封裝(TCP)的柔性電路上。所述TCP上已經(jīng)安裝有使顯示屏工作的驅(qū)動集成電路(IC)。通常，該導(dǎo)電膠粘膜是由導(dǎo)電顆粒在絕緣性膠粘劑(例如環(huán)氧樹脂)中的分散體制得的。所述膠粘膜置于兩個相對的電路之間，然后加熱同時施加壓力來完成粘合。所述粘合的產(chǎn)品包含粘合在兩個相對的電路的連接端之間的導(dǎo)電顆粒。所述膠粘膜中放置導(dǎo)電顆?？梢允顾鱿鄬B接端之間形成電流流動。
為了降低液晶顯示屏的重量和成本，已經(jīng)開發(fā)了使用塑料基材或使用PET薄膜基材的柔性電路的液晶顯示屏。常規(guī)的導(dǎo)電膠粘膜要求高達150-200℃的加壓粘合溫度。但是，上述液晶顯示屏或柔性電路在如此高的溫度下進行粘合會產(chǎn)生熱損害，例如電極變形或帶有連接失效的顯示屏開裂。此外，在顯示屏電極和柔性電路之間的連接間距通常是100到200μm，但是，發(fā)展方向已要求顯示屏精度更高，要求連接間距為50μm或更短。與這種更精細連接間距相關(guān)的問題是柔性電路的電極會因為膠粘膜的熱壓粘合產(chǎn)生的熱量而變形，從而導(dǎo)致顯示屏電極圖案出現(xiàn)偏移。
為了解決這些問題，本技術(shù)已經(jīng)使用在較低溫度下能熱壓粘合的可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜，以及使用這種膠粘膜連接所述電路的方法。
在日本未經(jīng)審查的專利公報(公開)No.11-60899中，說明了一種電連接所述導(dǎo)體的方法，在此使用紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜連接電路。這種方法包括以下步驟將具有紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜置于第一有電路的基材上；使用高壓汞燈的紫外光照射膠粘膜；將第二有電路的基材的電極面對第一有電路的基材的電極對齊；在加熱和加壓的情形下進行粘合。
在日本未經(jīng)審查的專利公報(公開)No.8-146436中，說明了一種層壓液晶顯示屏的方法，包括使用可紫外固化的膠粘劑將透明基材粘合到另一透明基材上。可紫外固化膠粘劑置于透明基材之間，然后從透明基材一側(cè)使用紫外光進行照射，來固化所述膠粘劑。在這個方法中，阻擋掉波長為300nm或更短的紫外光，由此防止透明基材惡化。
在日本未經(jīng)審查的專利公報(公開)No.9-320131中說明了一種使用可紫外固化的膠粘劑粘合兩片圓盤的方法，各圓盤都包括可透過紫外光的基材。所述可紫外固化的膠粘劑置于兩層透明基材之間，并使用紫外光透過基材照射所述可紫外固化的膠粘劑，使膠粘劑固化。在這個方法中，使用能吸收2-3μm或更長波長光的石英玻璃作為濾光器來減少紅外線濾除?；蛘?，使冷卻空氣流過所述濾光器和紫外燈，來防止基材受到來自濾光器的二次輻射熱的影響。
雖然使用紫外活化的膠粘劑在短時間內(nèi)在較低溫度下能通過熱壓來進行粘合，但是在更短的粘合時間內(nèi)，還會導(dǎo)致紫外光源的強度增大。因此，更高強度的紫外光源如高壓汞燈和/或金屬鹵化物燈可使粘合時間再進一步縮短。但是在常規(guī)方法中，紫外線照射是在將可紫外固化的膠粘劑置于基材上之后進行的，并且如果使用上述高壓汞燈或金屬鹵化物燈作為光源來固化所述膠粘劑，所述紫外線也可以照射在液晶顯示屏的透明基材上。根據(jù)透明基材的材料，所述透明基材會惡化，例如變色或變模糊。當(dāng)基材由樹脂制得時，所述材料會分解，并在其上出現(xiàn)裂縫。
此外，在紫外線照射基材時，由于紫外線的能量而加熱所述基材，但是根據(jù)基材的材料，所述基材具有高熱膨脹系數(shù)，在粘合和固化過程中，即使溫度稍微上升，所述基材的熱膨脹也會導(dǎo)致兩塊基材之間產(chǎn)生偏移，結(jié)果導(dǎo)致連接失效。
本發(fā)明的發(fā)明人也提出了一種粘合基材的方法，它通過使用紫外活化的膠粘膜但并不照射所述基材，尤其是有電路的基材來防止所述基材惡化。根據(jù)該發(fā)明中，只在首先通過受到紫外照射進行活化之后，才將紫外活化的膠粘膜轉(zhuǎn)移并放置到基材上，將兩塊基材粘合。一旦施加到所述基材上，所述膠粘劑熱壓粘合。由于所述基材并未暴露在紫外光下，故可以防止基材惡化。
日本未審查專利公報(公開)No.10-218470說明了一種帶式分配器，用于切割可固化的膠粘帶，其中，膠粘劑的固化是在將膠粘帶施加到基材上之后通過光引發(fā)陽離子聚合反應(yīng)來進行。所述分配器可以限制所述膠粘帶受到的紫外照射的程度，使所述膠粘帶在室外工作場所仍舊保持有效，例如不會過早固化。若用強度過低的紫外線照射這種類型的紫外活化膠粘膜，將不會活化所述反應(yīng)體系，熱壓粘合后的粘合強度低，使所述膠粘劑不能充分粘合到基材上。相反，若所述紫外線強度太高，所述膠粘膜會因膠粘膜和剝離片中產(chǎn)生的熱量以及受到高強度紫外光照射而產(chǎn)生的熱量而在置于基材以前完成固化。這又妨礙所述薄膜充分粘合到基材上。此外，若所述紫外線強度不均勻，則膠粘劑上固化的程度就會出現(xiàn)差異，這樣又會妨礙膠粘劑充分粘合。
最好提供一種使用具有相對較長使用時間的紫外活化的膠粘劑來相互粘合基材的方法。也最好提供一種使用這種方法的紫外照射裝置，它能確保膠粘劑具有足夠的使用時間，通過不使紫外線照射待粘合的基材來防止所述基材惡化，并防止因紫外線輻射熱而導(dǎo)致膠粘膜過早固化。
本發(fā)明提供一種粘合兩塊基材的方法，所述方法包括提供具有第一表面和第二表面的膠粘膜；用紫外線照射所述膠粘膜，形成具有第一活化表面和第二活化表面的活化膠粘膜；在照射時或者照射所述薄膜之后立即冷卻所述活化的膠粘膜；將所述第一活化的表面接觸第一基材；將所述第二活化的表面接觸第二基材；對所述第一和第二基材加熱施壓，固化所述活化的膠粘膜并將基材相互粘合。
此外，本發(fā)明提供用于上述基材粘合方法的紫外照射裝置，它裝有紫外照射頭和用于冷卻所述紫外照射的膠粘膜的手段。
在說明本發(fā)明優(yōu)選的實施方式時，參考各附圖，其中使用各編號來標明所述的結(jié)構(gòu)

圖1是顯示本發(fā)明方法的略圖；圖2是顯示本發(fā)明紫外照射裝置結(jié)構(gòu)的略圖；圖3是顯示在紫外線照射所述膠粘膜時溫度變化的圖；圖4是顯示使用本發(fā)明紫外照射裝置進行紫外線照射時在膠粘膜表面上紫外線強度的圖。
下面說明如圖1所示的本發(fā)明的一個實施方案。可紫外活化膠粘膜與連同剝離片或背襯4一起從卷筒1解開，然后向加壓粘合頭3傳送。在到達加壓粘合頭3之前，可紫外活化的膠粘膜5轉(zhuǎn)移到第一基材7上。隨后，剝離片4被卷筒2卷回，所述基材7和膠粘膜5被傳送到加壓粘合頭8上，此時第二基材9在加壓粘合頭8的作用下熱壓粘合到基材7上。
在常規(guī)方法中，使用高壓汞燈、金屬鹵化物燈或者水銀氙燈等來照射紫外線。如上所述，由于若所述照射的紫外線強度過低，未能活化所述反應(yīng)體系，從而不能獲得足夠的粘合強度，因此所述紫外線照射裝置必須輻射足夠的紫外線。但是當(dāng)使用汞燈等直接照射時，存在如下問題產(chǎn)生輻射熱，導(dǎo)致固化步驟過早發(fā)生。因此，本發(fā)明中通過冷卻紫外線照射的膠粘膜來防止因輻射熱產(chǎn)生而出現(xiàn)過早固化。
如圖2所示，紫外線照射裝置6例如包括以這一方式冷卻所述膠粘膜的裝置。圖2是顯示本發(fā)明所用紫外線照射裝置6的一個模式的俯視圖。編號4表示剝離片，5表示膠粘膜，10表示導(dǎo)輥，11表示紫外線照射頭，12表示光纖，13表示紫外光源，14表示背面冷卻板。
常規(guī)紫外線照射裝置中所用能發(fā)射波長在300-400nm紫外區(qū)的強光的紫外光源可以用作紫外光源13。這種光源的例子包括高壓汞燈、金屬鹵化物燈和水銀氙燈。高壓汞燈和水銀氙燈通常發(fā)射波長為365nm的強光，而金屬鹵化物燈的特征如下在比高壓汞燈更寬的波長區(qū)域內(nèi)具有高發(fā)射效率，這是通過在燈泡中密封金屬鹵化物得到的，所述金屬鹵化物通過將水銀或金屬如鎵或鐵用碘或溴鹵化來制得。
將來自紫外光源13的紫外線通過光纖12引入紫外光照射頭11。所述光纖的材料宜為石英玻璃，這是因為在紫外波長區(qū)域中衰減最小。
從所述紫外光源通過光纖引入的紫外線從所述紫外線照射部件末端上的照射端口照射膠粘膜5。這種照射端口包括許多纏繞成束的光纖，其形狀宜為矩形，為的是在寬度通常約為2mm的膠粘膜的長度方向上提供均勻的紫外照射強度?？梢酝ㄟ^例如設(shè)置用于調(diào)節(jié)其上表面照射長度的快門等來調(diào)節(jié)這種照射端口的長度。實際上，所述照射端口的長度宜約為10cm到1m。雖然所述照射端口的寬度隨所述膠粘膜的寬度而變化，但是寬度通常宜約等于單根光纖(0.2mm)到約5mm。在所述照射端口的末端可以放置會聚的光學(xué)透鏡，將紫外線會聚到膠粘膜的照射表面上。
因此，雖然膠粘膜5和剝離片4一起從卷筒1解開，進入由導(dǎo)輥引導(dǎo)的紫外照射裝置6，并用來自紫外照射頭11的紫外線照射預(yù)定的時間，同時剝離片4和背面冷卻板14接觸。這種背面冷卻板14吸收在膠粘膜和剝離片中因照射紫外線所產(chǎn)生的輻射熱，并抑制膠粘膜的加熱。因此，它宜由具有高導(dǎo)熱性的材料，例如金屬如不銹鋼或鋁構(gòu)成。此外，在所述背面冷卻板內(nèi)或后面可以循環(huán)冷水。
而且，雖然圖2中并未顯示，但是這種紫外照射裝置也可設(shè)置用于測量紫外照射強度的紫外傳感器(例如，裝有紫外衰減濾光片的硅光電二極管傳感器)、用于將積聚在照射裝置內(nèi)部的熱量排出的冷卻風(fēng)扇、以及使所述背面冷卻板與所述剝離片的裝置緊密接觸(例如，將空氣吹向所述膠粘膜，利用風(fēng)壓使之緊密接觸)。
而且，由于照射到膠粘膜上的高能波長的紫外線如波長為300nm或更小的紫外線容易被膠粘膜和剝離片吸收，并轉(zhuǎn)化成熱量，所以較好是將能充分衰減波長為300nm或更小(所謂的遠紫外區(qū)域)的紫外線的遮光片置于所述照射端口上。此外，可以將衰減波長為450-600nm的可見光或者能吸收波長為800-4000nm的紅外線的濾光片置于所述紫外光源或者照射端口上，來阻擋來自光源的熱量傳到到膠粘膜的表面上。
在圖2中，雖然所述背面冷卻板和膠粘膜接觸并同時受到紫外照射，但是所述紫外線照射和冷卻可以在單獨裝置中進行，使冷卻在紫外線照射之后立即進行。此外，所述冷卻手段并不局限于背面冷卻板，可以是其它手段，例如也可以使用冷卻風(fēng)扇來吹冷空氣，只要它們也能獲得足夠的冷卻效果。
在這種方式中，通過在紫外線照射膠粘膜過程中或者之后立即冷卻膠粘膜，可以防止所述膠粘膜過熱，由此防止膠粘膜過早固化。
在圖1中，若所述第一基材和第二基材上均具有電路，所述電路可以通過使用可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜作為膠粘膜來電連接。本文中，術(shù)語“可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜”是指由膠粘劑形成的薄膜，當(dāng)有電路的基材相互層疊，且所述有電路的基材上的電路導(dǎo)電時，所述膠粘劑能在兩個有電路的基材之間形成粘合，并且在基材的厚度方向而不是平面方向上也能提供導(dǎo)電性，使所述有電路的基材上的相鄰電路不會短路，即一粘合就提供導(dǎo)電性。所述各向異性導(dǎo)電性是使用膠粘膜通過熱壓粘合將基材相互粘合時出現(xiàn)的現(xiàn)象，由于在熱壓粘合過程通過加熱和加壓將導(dǎo)電顆粒以外的不導(dǎo)電膠粘劑組分流化，并除去。由此，使兩個面對的基材上的電路相互導(dǎo)電，但是由于存在不導(dǎo)電膠粘劑組分，在所述基材的平面方向不導(dǎo)電。
例如，日本未審查專利公報No.11-60899中所述的導(dǎo)電膠粘劑使用可紫外活化的陽離子聚合催化劑作為固化脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的催化劑，并因此認為在紫外照射之后的使用時間很短。在上述專利公報所述的方法中，所述熱壓粘合是在紫外線照射之后立即進行，因此，使用時間短也不會出現(xiàn)問題。但是如上所述，在本發(fā)明的方法中，所述基材在紫外線照射之后一段時間傳送到加壓粘合頭，且使用時間極短的膠粘膜很不利。當(dāng)考慮到實際生產(chǎn)過程中安裝半導(dǎo)體器件步驟期間或者生產(chǎn)線臨時出現(xiàn)故障等的維修時間，本發(fā)明所用可紫外活化的膠粘膜的使用時間宜為10分鐘或更大。而且，本發(fā)明所用可紫外活化的膠粘膜宜由具有以下所有性能的膠粘劑形成(1)室溫下儲存穩(wěn)定性高，例如可使用狀態(tài)能維持至少30天；(2)膠粘劑在紫外線活化前可能承受較高的溫度，從而可在短時間內(nèi)干燥成膜，并可高效形成膠粘膜；(3)膠粘劑能在紫外線活化后的熱壓粘合時在約100-130℃的低溫下快速固化，較好能在1分鐘，更好是在30秒內(nèi)，最好在10秒內(nèi)固化；(4)當(dāng)基材相互連接之后，要有優(yōu)良的連接穩(wěn)定性。
這種優(yōu)選的可紫外活性膠粘劑可以是例如包含作為基本組分的(1)脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和(2)含縮水甘油基團的環(huán)氧樹脂、(3)可紫外活化的陽離子聚合催化劑和(4)陽離子阻聚劑的膠粘劑。通過使用這種膠粘劑，可以均衡地獲得上述特性。為了用這種優(yōu)選的可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘劑形成膠粘膜，可以添加熱塑性彈性體或樹脂。可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘劑可通過向可紫外活化的膠粘劑中加入導(dǎo)電顆粒來獲得。
當(dāng)脂環(huán)族環(huán)氧樹脂與可紫外活化的陽離子聚合催化劑混合時，所述脂環(huán)族環(huán)氧樹脂能在低溫下迅速固化。所述含縮水甘油基團的環(huán)氧樹脂和所述陽離子阻聚劑一起則可延長膠粘膜在紫外線照射活化后的使用時間，且其反應(yīng)活性低于脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的反應(yīng)活性，并在稍高溫度區(qū)域顯示。所述可紫外活化的陽離子阻聚劑是紫外線照射時產(chǎn)生路易斯酸等陽離子活性種并催化所述環(huán)氧化合物開環(huán)反應(yīng)的化合物。所述陽離子阻聚劑則通過替代一部分陽離子聚合催化劑并捕獲陽離子聚合反應(yīng)中作為陽離子活性種的路易斯酸等來抑制或阻止陽離子聚合反應(yīng)，從而延長膠粘膜的使用時間。
為了使用可紫外活化的膠粘膜在基材和另一基材之間獲得良好的電連接，在熱壓粘合過程中所述膠粘劑組分必須通過加熱施壓完全流化，并且良好地除去有電路基材上導(dǎo)電顆粒和電路之間的非導(dǎo)電膠粘劑組分。所述膠粘劑組分的流動性隨膠粘劑中樹脂的特性粘度以及伴隨熱固化反應(yīng)逐漸進行的粘度上升而變化。若所述組合物包含脂環(huán)族環(huán)氧樹脂作為環(huán)氧樹脂，并包含所述可紫外活化的陽離子聚合催化劑，則在紫外線照射活化前不能起催化劑的作用。因此，可以確保在室溫下儲存能力高，并且能保持所述使用狀態(tài)至少30天。但是，用紫外線活化之后，所述組合物在低溫下短時間內(nèi)熱固化。由于所述熱固化反應(yīng)在活化之后迅速進行，并且粘度由于熱固化反應(yīng)而在短時間內(nèi)上升，所述熱壓粘合必須快速進行。為了延遲這一固化反應(yīng)，可以考慮加入陽離子阻聚劑。但是，即使在加入阻聚劑的情況下，若從紫外線照射到熱壓粘合拖延長時間，例如在將有電路基材相互對齊步驟中花費時間，那么由于伴隨熱固化反應(yīng)逐漸進行的膠粘劑組分粘度上升，不能滿意地除去有電路基材上所述導(dǎo)電顆粒和電路之間的膠粘劑組分，因此所述電連接易于不穩(wěn)定。若所述組合物包含具有縮水甘油基的環(huán)氧樹脂作為環(huán)氧樹脂時，紫外線照射后所述熱固化反應(yīng)進行得相對緩慢。因此，雖然活化后的使用時間延長了，但是為了獲得滿意的固化并由此確保良好的電連接，必須要么提高加壓粘合的溫度，要么延長加壓粘合的時間。
由于含縮水甘油基團的環(huán)氧樹脂和陽離子阻聚劑的作用，各向異性導(dǎo)電膠粘膜經(jīng)紫外線照射后的粘度上升減小，所述各向異性導(dǎo)電膠粘膜由各向異性的導(dǎo)電膠粘劑制成，該膠粘劑包含所有既包含脂環(huán)族環(huán)氧樹脂又包含具有縮水甘油基的環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂、可紫外活化的陽離子聚合催化劑和陽離子阻聚劑。因此，可以延長活化后的使用時間，同時，由于將脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和可紫外活化的阻離子聚合催化劑混合，所述脂環(huán)族環(huán)氧樹脂反應(yīng)活性高，這種薄膜即使在低溫下也能滿意地固化，由此確保穩(wěn)定的電連接。
因此，這種可紫外活化的膠粘膜的優(yōu)點如下(1)所述固化反應(yīng)在紫外線活化之前不會進行，在室溫下的儲存穩(wěn)定性高；(2)在活化前可以設(shè)定在相對較高的溫度下(因為所述固化反應(yīng)即使在80℃下也不會進行)，使所述膜形成的干燥可以在短時間內(nèi)完成，因此相比常規(guī)膠粘膜來說，可以高效(短時間內(nèi))制造所述膠粘膜；(3)紫外線照射活化之后，常溫下的使用時間宜延長到10分鐘或更長，可以滿意地進行所述加壓粘合操作；(4)通過粘合容易受熱變形的材料例如由基于聚合物材料如聚酯或聚酰亞胺的FPC或TAB、或者PCB、基于玻璃增強環(huán)氧樹脂的聚碳酸酯或聚醚砜制得的電路基材來獲得電連接時，可以通過在100-130℃的低溫下迅速(宜在1分鐘內(nèi)，較好是在30秒內(nèi)，更好是在10秒內(nèi))進行熱壓粘合來使材料的變形降至最??；(5)將基材相互連接之后，呈現(xiàn)優(yōu)良的相互連接。
以下單獨說明構(gòu)成所述優(yōu)選可紫外活化膠粘膜的組分。
脂環(huán)族環(huán)氧樹脂如上所述，所述脂環(huán)族環(huán)氧樹脂改進所述膠粘劑組合物的快速固化性能和低溫固化性能。將這種組分和可紫外活化的陽離子聚合催化劑混合允許在低溫下快速固化。由于其低粘度，這種組分也提高所述組合物和基材之間的緊密接觸。所述脂環(huán)族環(huán)氧樹脂是每個分子平均含有至少兩個脂環(huán)族環(huán)氧基團的環(huán)氧樹脂。所述脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的例子包括以下分子中具有兩個環(huán)氧基團的樹脂二氧化乙烯基環(huán)己烯、3，4-環(huán)氧環(huán)己烷羧酸3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲酯、己二酸雙(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)酯、2-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基-5，5-螺-3，4-環(huán)氧)環(huán)己烷-間-二噁烷和它們的混合物。也可采用分子中含有3個、4個或更多環(huán)氧基團的多官能脂環(huán)族環(huán)氧樹脂(例如Daicel Chemicai Industries，Ltd.的產(chǎn)品Epolide GT)。
這種脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量范圍常為90-500，較好是100-400，更好是120-300，最好是210-235。當(dāng)環(huán)氧當(dāng)量小于90時，熱固后的韌性降低，且粘合強度降低，這會降低連接可靠性。當(dāng)環(huán)氧當(dāng)量大于500時，整個體系的粘度過度增高，在熱壓粘合過程中流動性差，或者其反應(yīng)活性降低，從而降低連接可靠性。
含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂如上所述，與陽離子阻聚劑的作用一起，所述含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂可以延長所述組合物紫外光活化后的使用時間，在稍高溫度范圍下其反應(yīng)活性比脂環(huán)族環(huán)氧樹脂低。當(dāng)使用只含脂環(huán)族環(huán)氧樹脂而沒有含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂的膠粘膜時，即使在室溫附近的較低溫度下也會發(fā)生固化反應(yīng)，存在紫外照射活化后使用時間較短的缺點。因此如上所述，當(dāng)花時間對齊有電路的基材而延長到熱壓粘合的時間時，由于熱固化反應(yīng)使得組合物粘度增加，阻礙了充分排除導(dǎo)電顆粒和每片基材上的導(dǎo)體之間的膠粘劑組分，這樣便會形成不穩(wěn)定的電連接。所述含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂正好彌補了脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的這一缺點。所用含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂是每個分子中平均至少含有兩個縮水甘油基的環(huán)氧樹脂。所述含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂的例子包括由雙酚A和表氯醇合成的雙酚A類環(huán)氧樹脂、低粘度的雙酚F類環(huán)氧樹脂、多個官能可溶可熔酚醛環(huán)氧樹脂、鄰-甲酚類環(huán)氧樹脂以及它們的混合物。也可采用縮水甘油酯類型的環(huán)氧樹脂，例如六氫鄰苯二甲酸縮水甘油酯。但是，所述含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂僅限于不含抑制所述陽離子聚合反應(yīng)的基團的環(huán)氧樹脂，所述基團例如含胺或含硫或磷的基團。
所述含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量通常為170-5500，較好為170-1000，更好為170-500，最好為175-210。若環(huán)氧當(dāng)量小于170，熱固化之后的韌性和粘合強度會降低，但是若環(huán)氧當(dāng)量大于5500，所述整個體系的粘度過分增高，導(dǎo)致在熱壓粘合中流動性變差，或者降低反應(yīng)活性，導(dǎo)致連接可靠性降低。
脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂的混合比例脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂為所述組合物提供了良好的性能平衡。具體地講，可以為所述膠粘劑提供脂環(huán)族環(huán)氧樹脂低溫快速固化性能和含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂在室溫下的長儲存時間。所述脂環(huán)族環(huán)氧樹脂與含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂的重量比通常為20∶80到98∶2，較好為40∶60到94∶6，更好為50∶50到90∶10，最好為50∶50到80∶20。如果以脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂總量計，脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的量小于20％，就會降低低溫下的固化性能，從而使得粘合強度和連接可靠性都不夠。但是，如果脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的量大于98％，則即使在室溫附近也會促進固化反應(yīng)，從而縮短了紫外光照射后的使用時間。
可紫外活化的陽離子聚合催化劑可紫外活化的陽離子聚合催化劑是通過在紫外光照射下產(chǎn)生陽離子活性物質(zhì)如路易斯酸來催化環(huán)氧化物開環(huán)反應(yīng)的化合物。這種聚合催化劑的例子包括芳基重氮鹽、二芳基碘鎓鹽、三芳基重氮鹽、三芳基硒鹽、鐵的芳烴配合物等。其中，尤其優(yōu)選鐵的芳烴配合物，這是因為它的熱穩(wěn)定性。其具體的例子包括六氟銻酸二甲苯-環(huán)戊二烯基鐵(II)鹽、六氟磷酸異丙基苯-環(huán)戊二烯基鐵(II)鹽、二甲苯-環(huán)戊二烯基鐵(II)三(三氟甲基磺?；?甲基化物。
以環(huán)氧樹脂100重量份計，可紫外活化的陽離子聚合催化劑的用量通常為0.05-10.0重量份，較好為0.075-7.0重量份，更好為0.1-4.0重量份，最好為1.0-2.5重量份。如果其量少于0.05重量份，就會降低低溫下的固化性能，從而使得粘合強度和連接可靠性不夠；若其量大于10.0重量份，即使在室溫附近就也會促進固化反應(yīng)，從而降低在室溫下的儲存時間。
陽離子阻聚劑陽離子阻聚劑通過在陽離子聚合反應(yīng)過程中取代一部分陽離子聚合催化劑分并螯合路易斯酸或其它陽離子活性物質(zhì)來延遲或抑制陽離子聚合反應(yīng)。其具體的例子包括冠醚如15-冠醚-5，1，10-菲咯啉及其衍生物、甲苯胺如N，N-二乙基-間甲苯胺、膦如三苯基膦、以及三嗪等。
相對于可紫外活化的陽離子聚合催化劑而言，陽離子阻聚劑的用量通常為0.01-10.0當(dāng)量，較好為0.05-5.0當(dāng)量，更好為0.10-3.0當(dāng)量，最好為0.4-2.0當(dāng)量。若陽離子阻聚劑的量大于10.0當(dāng)量，就會降低低溫下的固化性能，從而使得粘合強度和連接可靠性不夠。若陽離子阻聚劑的量少于0.05當(dāng)量，即使在室溫附近也會促進固化反應(yīng)，從而降低室溫下的儲存時間。
導(dǎo)電顆粒使用的導(dǎo)電顆粒是例如為碳顆粒和金屬顆粒(例如，銀、銅、鎳、金、錫、鋅、鉑、鈀、鐵、鎢、鉬、焊劑等)，或者表面上鍍有金屬導(dǎo)電涂層的那些導(dǎo)電顆粒。也可以使用表面上鍍有導(dǎo)電涂層或金屬等的那些不導(dǎo)電聚合物如聚乙烯、聚苯乙烯、苯酚樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸類樹脂、苯胍胺樹脂，玻璃珠，二氧化硅，石墨或陶瓷的顆粒。
所使用的導(dǎo)電顆粒的形狀沒有特別限制，但是通常宜為近似球形的顆粒，即使所述顆粒的表面具有一定不規(guī)則度或小突起，這種導(dǎo)電顆粒也是適用的。而且，所述導(dǎo)電顆粒的形狀也可以是橢圓或條狀。導(dǎo)電顆粒的平均粒度隨電極寬度以及用于連接的相鄰電極之間的間隔而變化。例如，如果電極寬度是50μm，相鄰電極之間的間隔是50μm(即電極中心距是100μm)，那么平均粒度約為3-20μm較合適。使用其中分散了平均粒度約為3-20μm的導(dǎo)電顆粒的各向異性導(dǎo)電膠粘膜，能獲得完全滿意的導(dǎo)電性能，同時也可充分防止相鄰電極之間的短路。在大多數(shù)情況下，由于用來連接兩個有電路的基材之間的電極間距約為50-1000μm，因此導(dǎo)電顆粒的平均粒度在2-40μm較好。如果導(dǎo)電顆粒的平均粒度小于2μm，那它們可能埋沒在電極表面的凹處從而失去作為導(dǎo)電顆粒的功能。如果導(dǎo)電顆粒的平均粒度大于40μm，那它們會在相鄰兩個電極之間產(chǎn)生短路。
導(dǎo)電顆粒的加入量可以根據(jù)所用電極的面積和導(dǎo)電顆粒的平均粒度而變化。只要每個電極中存在幾個(例如，2-10)導(dǎo)電顆粒，就可以獲得良好的連接。對于更低的電阻，可以通過將導(dǎo)電顆粒摻合到所述組合物中，使每個電極存在10-300個導(dǎo)電顆粒來實現(xiàn)。如果在熱壓粘合過程中使用高壓，每個電極的導(dǎo)電顆粒數(shù)量可能增加到300-1000，并使壓力均勻分布，以便達到令人滿意的連接。以組合物總體積減去導(dǎo)電顆粒計，導(dǎo)電顆粒的量通常為0.1-30體積％，較好是0.5-10體積％，最好是1-5體積％。如果導(dǎo)電顆粒的量少于0.1體積％，那么連接時，電極上缺乏導(dǎo)電顆粒的概率較大，從而增加降低連接可靠性的風(fēng)險。如果導(dǎo)電顆粒的量大于30體積％，相鄰電極之間可能會發(fā)生短路。
熱塑性彈性體或樹脂當(dāng)可紫外活化的膠粘劑用作膠粘膜時，宜加入的組分是熱塑性彈性體或樹脂。這種熱塑性彈性體或樹脂會增加膠粘膜的成膜性，同時提高所得膠粘膜的耐沖擊性，并減少由于固化反應(yīng)產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，提高粘合的可靠性。通常稱為熱塑性彈性體的一類聚合物，它由限制在低于某個溫度下的相的硬段和表現(xiàn)橡膠彈性的軟段所組成。這種彈性體包括苯乙烯基熱塑性彈性體，苯乙烯基彈性體，它是包括例如包含硬段中的苯乙烯單元和軟段中的聚丁二烯單元或聚異戊二烯單元等的嵌段共聚物。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-異戊二烯-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)(其中軟段中的二烯組分發(fā)生氫化)、苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)以及它們的混合物。也可以使用具有反應(yīng)性基團的苯乙烯基熱塑性彈性體，如用甲基丙烯酸縮水甘油酯進行環(huán)氧改性的彈性體、或其中的共軛二烯的不飽和鍵進行環(huán)氧化的彈性體。在這種具有反應(yīng)性基團的彈性體中，所述反應(yīng)性基團的高極性增加與環(huán)氧樹脂的相容性，因而拓寬了與環(huán)氧樹脂配制范圍。同時，通過和環(huán)氧樹脂的交聯(lián)反應(yīng)將所述彈性體結(jié)合到交聯(lián)的結(jié)構(gòu)中，由于耐熱性和耐濕性，提高固化后的粘合可靠性。所述環(huán)氧化的苯乙烯基彈性體的例子包括Epofriend A1020(Daicel ChemicalIndustries，Ltd.制備)。在本發(fā)明中，熱塑性樹脂也可以用來代替熱塑性彈性體。由于為了保證粘合的基材上導(dǎo)體之間有令人滿意的電連接，在膠粘膜的熱壓粘合期間熱塑性樹脂必須流化除去，所以將樹脂的Tg限制在不高于熱壓粘合的溫度(例如，100-130℃)。這些熱塑性樹脂的例子包括聚苯乙烯樹脂、苯氧基樹脂以及它們的混合物。
以100重量份環(huán)氧樹脂計，熱塑性彈性體或樹脂的用量常為10-900重量份，較好為20-500重量份，更好為30-200重量份，最好為40-100重量份。如果加入量少于10重量份，那么膠粘劑的成膜性就要降低。如果加入量超過900重量份，那么膠粘劑的低溫流動性基本上會降低，當(dāng)導(dǎo)電顆粒和有電路的基材粘合時接觸不良，將導(dǎo)致電阻增加，連接可靠性降低，有時還會降低粘合強度。
其他添加劑本發(fā)明所用可紫外活化的膠粘膜除了含有上面提到的組分外，還可以包含一種陽離子聚合反應(yīng)促進劑。通過加入這種反應(yīng)促進劑，能進一步提高低溫固化性能和快速固化性能。所述反應(yīng)促進劑的例子包括草酸二叔丁酯。以100重量份脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂計，所述反應(yīng)促進劑的加入量常為0.01-5重量份，較好為0.05-3重量份，最好為0.1-2重量份。為了增加有電路的基材與膠粘劑組合物之間的粘合，也可以使用偶合劑，例如硅烷偶合劑如環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷以及β-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷。
而且，只要不影響本發(fā)明的效果，也可以往所述膠粘劑組合物中加入其他添加劑如抗氧劑(例如，位阻酚基抗氧劑)、二醇(例如，雙(苯氧基乙醇)芴)、鏈轉(zhuǎn)移劑、光敏劑(例如蒽)，增粘劑，熱塑性樹脂(例如，聚乙烯醇縮乙醛、聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸類樹脂以及它們的混合物)、填充劑如二氧化硅，流動改性劑，增塑劑和消泡劑等。
剝離片這種包含上述組分的可紫外活化的膠粘劑組合物可以涂布到剝離片上，干燥形成膠粘膜。所形成的可紫外活化的膠粘膜在用紫外線照射前宜盡可能地避免受到不必要的紫外線的照射。因此，雖然所述剝離片可以是通過將樹脂例如尼龍、聚酯、聚丙烯、丙烯酸基樹脂、聚碳酸酯、乙烯基樹脂、聚乙烯和聚酰亞胺成形而制得的薄膜，但是這種用作剝離片的薄膜宜通過捏合紫外線吸收劑來提供降低所述紫外透射因子的作用，并在其一個表面或兩個表面上具有聚硅氧烷基或氟基脫模劑形成的剝離層。
所述紫外透射因子在300-400nm的波長下宜為10％或更低。所述降低剝離片的紫外透射因子的方法的例子包括將紫外吸收如碳組分合合到所述薄膜本身中的方法、將包含紫外吸收組分的油墨涂布到薄膜表面上的方法以及通過金屬化等在所述薄膜表面上形成金屬如鋁或鎳的薄膜的方法。所述剝離片不僅可以在膠粘膜的一個表面上，也可以在膠粘膜的兩個表面上。
制備可紫外活化膠粘膜的方法可紫外活化的膠粘膜可以通過以下方法制備在合適的有機溶劑如四氫呋喃(THF)或甲基乙基酮(MEK)中制備一種包含上述可紫外活化的膠粘劑組合物的涂布溶液，使用合適的涂布裝置如刮涂器等將所述涂布溶液施涂到所述剝離片如聚合物薄膜上，并干燥所述涂膜。干燥在能蒸發(fā)溶劑的低溫下進行。但是，所述這種膠粘劑穩(wěn)定，即使在約80℃的較高溫度下也不會進行固化反應(yīng)。因此，只要不進行固化反應(yīng)，可以在升高溫度的條件下進行干燥，由此提高工作效率。所形成的膠粘膜厚度為5-100μm，為的是在有電路的基材通過熱壓粘合連接在一起時，在連接部位之間不出現(xiàn)任何空隙并提供必要和充分的封閉。
雖然用圖2所示紫外線照射裝置的紫外線照射以上述方式制造的膠粘膜，但是紫外線照射劑量通常為100-10000mJ/cm2，這是足以活化在可紫外線活化膠粘膜中可紫外活化的陽離子聚合催化劑的劑量。
如圖1所示，由此活化的可紫外活化的膠粘膜通過加壓粘合頭轉(zhuǎn)移到第一電路基材上，然后將第二電路基材置于所述膠粘膜上，并通過加壓粘合頭進行熱壓粘合。熱壓粘合過程中的溫度宜為100-130℃，且適當(dāng)選擇所述粘合壓力，使粘合后獲得足夠的電連接。所施加的壓力通常為1-5MPa。粘合時間約為10秒通常足夠，但是粘合時間為1分鐘或更長，就粘合性能而言通常也沒有問題。
現(xiàn)在，通過以下非限制性實施例來進一步詳細說明本發(fā)明。
實施例測量薄膜溫度使用裝有水銀氙燈(中心波長365nm)作為紫外光源的紫外照射裝置，所述裝置包括寬0.75mm，長150mm的照射端口的照射頭，它通過石英光纖和所述紫外光源相連。使用圖2所示的紫外照射裝置，將厚度為50微米且包含碳的聚酯薄膜置于距離所述照射端口10mm處，并在該薄膜后未放置不銹鋼背面冷卻板以及放置這種冷卻板的情況下，測量開始紫外照射30秒后這種薄膜的表面溫度。結(jié)果示于圖3中。雖然在未放置背面冷卻板的情況下，30秒后的溫度升高大，但是在放置背面冷卻板的情況下，即使在照射強度為200mW/cm2時，所達到的溫度也不高于30℃，并且可以抑制溫度升高。
測量紫外照射強度的均勻性將紫外線劑量計固定在距離上述紫外照射裝置的照射端口1cm的位置處，測量照射到所述薄膜上的紫外線的均勻性。根據(jù)所得結(jié)果，如圖4所示，照射到所述整個薄膜上的紫外線強度均勻。
可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜的制備將4.1g脂環(huán)族環(huán)氧樹脂(Cylacure UVR6128，Union Carbide Japan Ltd.的產(chǎn)品名，環(huán)氧當(dāng)量＝200)、0.5g脂環(huán)族環(huán)氧樹脂(Cylacure UVR6105，UnionCarbide Japan Ltd.的產(chǎn)品名，環(huán)氧當(dāng)量＝133)、1.2g酚醛清漆環(huán)氧樹脂(Epikote 154，Yuka Shell Epoxy Ltd.的產(chǎn)品名，環(huán)氧當(dāng)量＝178)、0.20g二(苯氧基乙醇芴和4.0g苯氧基樹脂(Payfen PKHC，Phenoxy Associates Ltd.的產(chǎn)品名)與10g四氫呋喃混合，并將所述混合物攪拌均勻。以最終固體為3體積％的含量加入導(dǎo)電顆粒(具有鎳下涂層的鍍金丙烯酸類樹脂(acryl)，平均粒度為5微米)，并連續(xù)攪拌所述溶液，直到所述導(dǎo)電顆粒完全分散，制得分散液。并分開混合0.060g二甲苯-環(huán)戊二烯基鐵(II)-三(三氟甲基-磺?；?甲基化物、0.016gN，N-二乙基-間甲苯胺、0.04g草酸二叔丁酯、0.2g硅烷偶聯(lián)劑(A187，產(chǎn)品名，由Nippon Unicar Co.Ltd.制造，γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷)和0.6g甲基乙基酮，并攪拌均勻，將這一混合物加入上述制備的分散液中，并進一步攪拌，制得可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘劑。使用刮涂器將這種膠粘劑涂布到用聚硅氧烷處理后的聚酯薄膜(剝離片)上，在60℃下干燥10分鐘，形成20μm厚的可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜。
制造用于電路基材的連接測試條用強度為100或25-nW/cm2的紫外光照射所述寬2mm的可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜30秒，所述膠粘膜使用和上述類似的紫外照射裝置用以上方法來制造。接著，將預(yù)先用紫外線照射的可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜粘貼到0.7mm厚具有ITO(銦錫氧化物)薄膜的玻璃基材上，并在30℃和1MPa下熱壓粘合3秒，然后，將剝離片剝離(預(yù)先粘合)。接著，將一柔性印刷電路(由形成在25μm厚聚酰亞胺薄膜上的導(dǎo)體間距為70μm，導(dǎo)體寬度為35μm，厚度為12μm的鍍金銅線制成)放置到上述預(yù)先粘合的可紫外活化的各向異性導(dǎo)電薄膜上，并錨固就位。然后，在120℃，1.0MPa壓力下熱壓粘合所述可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜部分10秒，來制得用于電路基材的連接測試條(粘合)。
評價在粘合預(yù)定時間的過程中以及紫外照射后立即研究上述方式制造的用于電路基材的連接測試條中的連接電阻、90度剝離粘合強度和所述導(dǎo)電顆粒的變形程度。結(jié)果列于下表1中。而且，表1所用的判斷標準列于表2中。
表1
EX本發(fā)明的實施例CE對比例表2
當(dāng)所述導(dǎo)電顆粒變形，使它們被壓扁時，電路連接令人滿意，而且電阻值穩(wěn)定且低。雖然在紫外照射裝置中不使用背面冷卻板的情況中，在25mW/cm2的紫外照射強度下使用時間為20分鐘，但是當(dāng)紫外照射強度為100mW/cm2時，剝離粘合強度降低，且使用時間小于20分鐘。相比較，在使用背面冷卻板的情況中，連接電阻和剝離粘合強度在25-100mW/cm2的紫外照射強度范圍內(nèi)均令人滿意，且使用時間至少為20分鐘。
根據(jù)本發(fā)明，可以防止由紫外線照射導(dǎo)致膠粘膜和剝離片過熱，從而拓寬了所允許的紫外線照射強度范圍，在所有情況下均可以獲得穩(wěn)定的粘合強度，且可以延長膠粘膜的使用時間。
權(quán)利要求
1.一種粘合兩塊基材的方法，所述方法包括提供具有第一表面和第二表面的膠粘膜；用紫外線照射所述膠粘膜，形成具有第一活化表面和第二活化表面的活化膠粘膜；在照射時或者照射所述薄膜之后立即冷卻所述活化的膠粘膜；將所述第一活化表面接觸第一基材；將所述第二活化表面接觸第二基材；對所述第一和第二基材加熱施壓，固化所述活化的膠粘膜并將所述基材相互粘合。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述膠粘膜是包含導(dǎo)電顆粒的可紫外活化的各向異性導(dǎo)電膠粘膜。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在照射所述膠粘膜之后，所述活化膠粘膜的使用時間至少為10分鐘。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述加熱施壓包括將所述第一和第二基材加熱至100-130℃之間的粘合溫度60秒。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述膠粘膜是包含脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和含縮水甘油基的環(huán)氧樹脂、可紫外活化的陽離子聚合催化劑、陽離子阻聚劑和導(dǎo)電顆粒的環(huán)氧樹脂。
6.一種裝置，所述裝置用于權(quán)利要求1所述的方法，它包括作為紫外輻射源的紫外照射頭和用于冷卻所述活化膠粘膜的手段。
7.權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述用于冷卻所述活化膠粘膜的手段包括在照射所述膠粘膜過程中和之后立即和所述膠粘膜接觸的冷卻板。
8.權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，來自紫外照射頭的紫外輻射強度在所述膠粘膜的第一表面或第二表面上基本均勻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于粘合兩個基材的方法提供具有第一表面和第二表面的膠粘膜，用紫外線照射所述膠粘膜，形成具有第一活化表面和第二活化表面的活化膠粘膜，在照射時或者照射所述薄膜之后立即冷卻所述活化的膠粘膜，將所述第一活化表面和第一基材接觸，將所述第二活化表面和第二基材接觸，并對第一和第二基材加熱施壓來固化所述活化的膠粘膜，將所述基材相互粘合。
文檔編號C09J9/02GK1516727SQ02812080
公開日2004年7月28日 申請日期2002年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月19日
發(fā)明者山口裕顯, 北村哲 申請人:3M創(chuàng)新有限公司