微电极连接方法及基于其的连接结构 【技术领域】
本发明涉及一种微电路连接方法及通过该方法的连接结构，特别是涉及一种用于连接形成于电路板(诸如利用含有导电粒子的各向异性导电粘合剂的带载封装(TCP)、柔性印刷电路(FPC)、液晶显示(LCD)或印刷电路板)的微电路的方法及通过上述方法制得的连接结构。
背景技术
在半导体封装或液晶显示领域，使用粘合剂将芯片固定于板或用于电路的相互连接。若将液晶显示面板与带载封装(TCP)或柔性印刷电路(FPC)连接，或将印刷电路板与TCP或FPC连接，则使用含有导电粒子的各向异性导电粘合剂。近来，可将各向异性导电粘合剂直接用于将半导体芯片安装到板上。
图1是用于显示根据现有技术的微电路连接方法在将印刷电路板进行连接前印刷电路板的状态的结构视图。
如图1所示，根据现有技术的微电路连接方法，在形成于板1和5中每个板上的电路图案2-P和4-P彼此面对的情况下，将各向异性导电粘合剂3置于板1和板5之间，以粘合板1和5。然后，将电路图案(pattern，图样)通过压制与那些各向异性导电粘合剂相对的电路板侧，同时加热经过压制的电路板侧而进行粘合。在此，各向异性导电粘合剂包含绝缘粘合剂组分3-1，以及均匀分散于该绝缘粘合剂组分3-1中地导电粒子3-2。将这种各向异性导电粘合剂具体实施为膜或涂料(paste)。
将分散于各向异性导电粘合剂中的导电粒子3-2分类为金属粒子、在其上涂布有树脂的金属粒子、以及在其上涂布有金属组分的树脂粒子。
当导电粒子3-2为金属粒子时，由于金属粒子的比重大于绝缘粘合剂组分的比重，因此该金属粒子不能较均匀地分散在绝缘粘合剂组分中。此外，由于金属粒子的直径不等，且硬度较高，因此如果将电路板进行压制同时置入含有金属粒子的各向异性导电粘合剂，则金属粒子的形状不会改变。因此，含金属粒子的各向异性导电粘合剂使电路之间接触面积降低得更小，从而造成这些电路在它们的连接端之间无法完整地连接。
另外，现有技术的微电路连接方法存在经常使电路图案短路的问题。以下参照附图将该问题进行更为具体的说明。
图2是用于显示根据现有技术的微电路连接方法在将印刷电路板进行连接后印刷电路板的状态的结构视图。当含金属粒子的各向异性导电粘合剂将电路板进行相互连接时，金属粒子不但将电路电极2-1和4-1彼此连接，而且形成使不应该进行连接的电极短路的短路线6。因此，通过现有技术的方法制得的连接结构不能进行正常操作。
为了解决电路板的电极之间的短路问题，将金属粒子在其上用树脂进行涂布，然后用于电路板。然而，即使涂布有树脂的金属粒子不会使不进行连接的电极短路，但是由于作为核心部分的涂布有树脂的金属粒子不均匀而且它具有比绝缘粘合剂组分相对大的比重，因此它不能均匀地分散在绝缘粘合剂组分中。这样，包含涂布有树脂的金属粒子的各向异性导电粘合剂不能适当地将电路板进行相互连接。
为了解决由不同金属粒子和较大的比重造成的各向异性导电粘合剂的问题，将作为核心部分的树脂粒子在其上用金属组分涂布，然后用于电路板。将包含涂布有金属组分的树脂粒子的各向异性导电粘合剂设置在电路板之间后，如果以预定的压力压制两块电路板，则可减少电连接的缺陷，这是因为随着涂布有金属组分的树脂粒子的变形，电路板之间的面积增加。此外，因为涂布有金属组分的树脂粒子的比重与粘合剂组分的比重差异很小，所以涂布有金属组分的树脂粒子可在粘合剂组分中均匀地分散。然而，由于树脂粒子用金属组分进行涂布，包含涂布有金属组分的树脂粒子的各向异性导电粘合剂也会造成不应该进行连接的电极的短路，因此电路板无法适当地进行相互连接。
【发明内容】
因此，本发明的主要目的是提供一种利用含有导电粒子的各向异性导电粘合剂的微电路连接方法及按照该方法的连接结构，该连接方法能够提高微电路的电极电连接的可靠性，并且不会带来由于导电粒子造成不应进行连接的微电路相邻电极的短路问题。
为了实现该目的，根据本发明的用于连接微电路的方法包括以下步骤：制备绝缘树脂溶液；将该树脂溶液施于具有电路图案的各电路板；调准电路板以彼此面对，以便电路板的电极彼此面对，其目的是连接形成于各电路板的电路图案的相应电极；将各向异性导电粘合剂置于这些电路板之间；加热并加压，从而将电路板进行电和机械连接。
此外，根据本发明的微电路的连接结构包括：具有第一电路图案的第一电路板；具有与第一电路图案对应的第二电路图案的第二电路板；置于第一电路板和第二电路板之间用于相互连接第一电路图案和第二电路图案中对应电极的导电粒子；置于第一电路板和第二电路板之间的绝缘组分；以及施于第一电路板和第二电路板上的绝缘膜层。
【附图说明】
以下，将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，以使本发明的上述及其他目的、特征、及优点变得显而易见，其中：
图1是用于显示根据现有技术微电路连接方法在将印刷电路板进行连接之前印刷电路板的状态的结构视图；
图2是用于显示根据现有技术微电路连接方法在将印刷电路板进行连接之后印刷电路板的状态的结构视图；
图3是用于显示根据本发明的第一实施例在将印刷电路板进行连接之前印刷电路板的状态的结构视图；
图4是用于显示在将图3的印刷电路板进行连接之后印刷电路板的状态的结构视图；
图5是用于显示根据本发明的第二实施例在将印刷电路板进行连接之前印刷电路板的状态的结构视图；以及
图6是用于显示在将图5的印刷电路板进行连接之后印刷电路板的状态的结构视图。
【具体实施方式】
图3是用于显示根据本发明的第一实施例在将印刷电路板进行连接之前印刷电路板的状态的结构视图。该图示出了在具有第一电路图案12-P的第一电路板11和具有第二电路图案14-P的第二电路板15通过各向异性导电粘合剂13进行粘合之前印刷电路板的状态。
第一电路图案12-P和第二电路图案14-P包括电极12和14，相对地，其中每个分别自第一电路板11和第二电路板15突出。在此，电极12和14分别具有平面部(plain portions)12-1和14-1，以及侧部12-2和14-2。将没有形成电极12和14的部分定义为非电极部或底部11-1和15-1。
如上结构，第一电路板11和第二电路板15还包括具有预定厚度的绝缘膜层16，将该绝缘膜层分别涂布到电极12和14的平面部12-1和14-1、侧部12-2和14-2、以及底部11-1和15-1。
优选地，均匀地形成电极12和14的平面部12-1和14-1，以便在压制时绝缘膜不会被损坏。因此，电极的平面部之间的接触面积变得相对较大。
各向异性导电粘合剂13包含绝缘组分13-1和相对均匀地分散于绝缘组分13-1中的导电粒子13-2。将各向异性导电粘合剂13具体实施为膜或涂料的形式。
因此，如图4所示，将具有第一实施例的结构的电路板进行相互连接。
图5是用于显示根据本发明的第二实施例在将印刷电路板进行连接之前印刷电路板的状态的结构视图。该图示出了在第一电路板和第二电路板通过各向异性导电粘合剂13进行连接之前印刷电路板的状态，其中将具有预定厚度的绝缘膜层16设置到电极12和14的侧部12-2和14-2以及底部11-1和15-1，不包括第一实施例中的电极12和14的平面部12-1和14-1。
因此，如图6所示，将具有第二实施例的结构的电路板进行相互连接。
现在，将用于制造具有上述结构的电路板及连接形成于电路板的微电路的方法进行以下说明。
1)用于连接图3的电路板的方法
(1)绝缘膜形成步骤：
在第一电路图案12-P和第二电路图案14-P中，具有预定厚度的绝缘膜层16形成于电极12和14的平面部12-1和14-1、侧部12-2和14-2、以及第一电路板11的底部12-1和第二电路板15的底部15-1上。也就是说，绝缘膜层16通过以下步骤形成：在通过将至少一种树脂溶解于可溶性溶剂而制得混合溶液之后，通过基于这些工艺条件的诸如丝网印刷、溶解铸造、或沉淀这样的方法，将混合溶液施于第一电路板12和第二电路板15。优选地，溶解于混合溶液中的树脂具有热塑性。
在此，为了制造根据图3的第一实施例的第一电路板和第二电路板，在电路板上形成电路图案的步骤中，在形成电路图案后完成在电极的平面部和侧部以及电路板的底部上形成绝缘膜层。
同时，若通过将含有热固性树脂的混合溶液施于电路板上形成绝缘膜层，由于在电路板粘合过程中压制和加热时，不会使膜软化，因此绝缘膜层与具有较大粘合力的各向异性导电粘合剂无法粘合在一起，而且电路图案的电极易于受到腐蚀的影响。因而，电路板接触的持续时间和接触能力的可靠性都将下降。
优选地，软化点范围为60～150℃的热塑性树脂可以选自由聚乙烯树脂、乙烯共聚树脂、乙烯乙酸乙烯酯共聚树脂、乙烯丙烯酸共聚树脂、乙烯丙烯酸酯其聚树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、苯乙烯丁二烯共聚树脂、乙烯-丙烯共聚树脂、丙烯酸酯橡胶、丙烯腈-丁二烯共聚树脂、苯氧基树脂、热塑性环氧树脂、聚氨基甲酸酯树脂、聚乙烯醇缩乙醛树脂、以及聚乙烯醇缩丁醛树脂组成的组中的一种或多种。
在此，考虑到电路板粘合过程的加热温度，如果热塑性树脂的软化点低于60℃，由于热塑性树脂不能软化，因此电路板之间的粘合力较低，而且电连接变差。同时，如果热塑性树脂的软化点高于150℃，由于形成于电路图案的电极侧部12-2的绝缘膜层被破坏，因此由于导电粒子而致电极短路。优选地，热塑性树脂的软化点的范围可以在80～120℃之间。在下面将要进行解释的实施例中，利用上述树脂的各向异性导电粘合剂显示出连接电阻(connectionresistance)小和粘合力大的性能。
优选地，绝缘膜层16具有0.1～5μm的厚度。如果绝缘膜的厚度小于0.1μm，那么在压制过程中绝缘膜部分地从电极剥落，并且由导电粒子造成电极被短路。同时，如果绝缘膜的厚度大于5μm，即使将足够的压力施于电路板，由于导电粒子无法穿越该厚度，因此电极很难相互连接。这样，电路板的电连接变差。
最优选地，绝缘膜具有0.3～3μm的厚度。如果绝缘膜的厚度小于0.3μm，那么在压制过程中绝缘膜部分地从电极剥落，并且由于导电粒子造成电极短路。同时，如果绝缘膜的厚度大于3μm，即使将足够的压力施于电路板，由于导电粒子无法穿越该厚度，因此电极很难进行连接。电路板的电连接变差。
(2)粘合(bonding)步骤：
当压制并加热电路板时，施加于彼此面对的电路图案的电极12和14的绝缘膜16被破坏时，同时，将导电粒子13-2分散到破坏的绝缘膜中，从而使电极12和14相互进行电连接，如参考标号“17”所示。这时，由于施加于电路板的压力不是沿与电路板表面的平行方向施加，因此形成于电路图案的电极侧部上的绝缘膜不被破坏。因此，如参考标号“18”所示，导电粒子13-2不能造成相邻电极的短路。
此外，因为如图3所示施于电路板的绝缘膜16与各向异性导电粘合剂组分具有较高的兼容性，因此如图4所示制得的连接结构的粘合力和电连接均具有较高的可靠性。
2)用于连接图5的电路板的方法
(1)绝缘膜形成步骤：
如上面用于连接图3的电路板的方法所述，具有预定厚度的绝缘膜26分别形成于除第一电路图案22-P和第二电路图案24-P的电极22和24的平面部22-1和24-1以外的部分。绝缘膜的组分、其制备方法、及其厚度与图3的电路板的情况相同。
在此，为了制造根据图5所示的第二实施例的第一电路板21和第二电路板25，在电路板上形成电路图案过程的蚀刻步骤之后，用于在电极22和24的侧部22-2和24-2及在电路板的底部21-1和25-1上形成绝缘膜26的方法，其通过利用上述在电路板的整个表面上的施加方法，而无需除去附着于电路图案的光致抗蚀剂(photoresist)(未示出)来实现。接下来，从电路板上除去光致抗蚀剂，然后绝缘膜26形成于电极22和24的侧部22-2和24-2以及底部21-1和24-1，但不包括电极22和24的平面部22-1和24-1。
(2)粘合步骤：
当压制并加热电路板时，由于没有将绝缘膜26施加于彼此面对的电路图案电极22和24的平面部22-1和24-1，因此将分散于各向异性导电粘合剂中的导电粒子13-2直接固定到平面部22-1和24-1，这样，将电极22-1和24-1进行电连接，如参考标号“27”所示。这时，由于施加于电路板的压力不是沿与电路板表面的平行方向施加，因此形成于电路图案的电极侧部上的绝缘膜不被破坏。因而，如参考标号“28”所示，导电粒子13-2不能造成相邻电极被短路。
此外，由于如图5所示施加于电路板的绝缘膜26与各向异性导电粘合剂组分具有较高的兼容性，因此如图6所示制得的连接结构在粘合力和电连接方面具有较高的可靠性。
[实施例]
在下面的实施例中，将连接电阻进行测量以证明如下各情况的连接可靠性，即，形成热塑性树脂的绝缘膜的TCP(实施例1～4)、形成热固性树脂的绝缘膜的TCP(比较例1)、以及未形成绝缘膜的TCP(比较例2)。此外，在这些实施例和比较例中，将粘合力进行测定以证明各向异性导电粘合剂的导电程度。
将包含绝缘粘合剂组分和均匀分散于绝缘粘合剂组分中的导电粒子的各向异性导电粘合剂涂布于表面易于进行脱膜过程的聚酯膜上。然后，在扇式加热器内，在温度80℃下，将其干燥约3分钟，以便膜上的涂布层具有约为18μm的厚度。
导电粒子使用来自Sekisui化学公司的AU205。在此，平均粒径为5μm的导电粒子的结构为：以树脂为核心部分，镀在树脂上的镍层、以及镀在镍层上的金层。
由于导电粒子以树脂作为核心部分，因此在压制粒子时，施加于电极的应力可以通过粒子的压缩变形而减少。此外，导电粒子不存在由于导电粒子尺寸不均匀或导电粒子分散不均匀造成的问题。
[实施例1]
将聚酯树脂(Toyobo Co.，Vylon200TM)溶于混合溶剂，在该混合溶剂中，将酮与甲苯以3∶1的重量比例进行混合，以制备固体含量为25％的溶液。接下来，使用丝网印刷机将树脂溶液施加于具有30μm线宽(line width)、60μm间距、及18μm厚度的TCP的电极部。然后，将涂布有树脂溶液的TCP在烘箱内，在70℃下通过热风进行干燥5分钟，从而可以获得涂布有绝缘膜的TCP。其后，使用千分尺测量绝缘膜厚度为1μm。
[实施例2]
采用与实施例1相同的方法制备涂布有绝缘膜的TCP，区别之处在于：将乙酸乙烯树脂(Okong bond Co.，PVAc302TM)溶于以重量比例3∶1进行混合的甲乙酮与甲苯的混合溶剂中，以制备固体含量为25％的溶液。然后，利用实施例1的方法制成涂布有厚度为1μm的绝缘膜的TCP。
[实施例3]
采用与实施例1相同的方法制备涂布有绝缘膜的TCP，区别之处在于：将硝基聚丁橡胶(Nippon zeon Co.，Nippol FN4002TM)溶于以甲乙酮与甲苯重量比例为3∶1进行混合的混合溶剂中，以制备固体含量为25％的溶液。然后，利用实施例1的方法制成涂有厚度为1μm的绝缘膜的TCP。
[实施例4]
采用与实施例1相同的方法制备涂布有绝缘膜的TCP，区别之处在于：将环氧树脂(Dow Co.，D.E.R.6670TM)溶于以甲乙酮与甲苯重量比例为3∶1进行混合的混合溶剂中，以制备固体含量为25％的溶液。然后，利用实施例1的方法制成涂布有厚度为1μm的绝缘膜的TCP。
[比较例1]
将热固性树脂的芳香氨基甲酸乙酯丙烯酸酯(Sartomer Co.，CN999TM)用乙酸乙酯稀释，以制备固体重量含量为50％的树脂溶液。然后，将相当于芳香氨基甲酸乙酯丙烯酸酯(urethane acrylate)重量的3％的紫外引发剂(CIBA Co.，Igacure184TM)溶于树脂溶液中，以制备混合溶液。接下来，使用丝网印刷机将混合溶液涂布于TCP的电极。然后，将涂布有混合溶液的TCP在烘箱内，在50℃下通过热风进行干燥5分钟，并用紫外引发剂进行硬化30秒，从而获得涂布有厚度为1μm的绝缘膜层的TCP。
[比较例2]
就本例而言，采用具有绝缘膜不进行涂布的电极的现有技术TCP。
各结构通过利用各向异性导电粘合剂将各实施例及比较例的TCP进行连接而形成。
即，将具有聚酯膜的各向异性导电粘合剂切割成宽度为1.5mm。然后，在80℃的温度和0.5Mpa的压力下，将粘合层轻微地附着在ITO玻璃(表面电阻为20Ω/mm2、厚度为0.7mm、SAM-SUNG CONING公司制造)上2秒钟。然后，将聚酯膜从附着于ITO玻璃上的各向异性导电粘合剂上剥离下来。接着，通过实施例和比较例制造具有绝缘层的线宽为30μm、间距为60μm、和电极厚度为18μm的TCP，而将没有用绝缘层涂布的TCP轻轻地粘合到ITO玻璃的各向异性导电粘合剂。然后，在温度160℃和压力3Mpa下热压15秒。结果，获得通过各向异性导电粘合剂粘合的连接结构。
对连接结构的连接电阻和粘合力进行测量。
首先，就连接电阻来说，在温度85℃和相对湿度85RH％的条件下，测量初始电阻值以及放置100小时后的电阻值。
将结果列于下面的表1。
[表1] 实例 电阻值 初始电阻值 (Ω) 在温度85℃和相对湿度85RH％的条件 下放置100小时后的电阻值(Ω) 实施例1 2.2 2.4 实施例2 2.1 2.7 实施例3 2.6 3.5 实施例4 2.5 2.6 比较例1 OFF OFF 比较例2 2.1 16.5
如表1所列，与比较例2(未进行绝缘层涂布处理)相比，实施例1～4中初始值较低，电阻值范围是在2.1～2.6Ω之间，然而比较例1(进行过热固性树脂处理)中列示出初始电阻值。
施加热固性树脂时，初始连接电阻值未列出的原因是，在电路连接过程的初始步骤中，施加的热与压力未使绝缘层被破坏，且在两个电路之间导电粒子不能电连接。
相反，在用热塑性树脂进行绝缘膜处理的情况下，由于在连接过程的初始步骤中绝缘膜被破坏，因此认为连接电阻具有相对较低的电阻值。因此，如果采用热塑性树脂进行绝缘膜处理，那么就不会出现初始导电的问题。
此外，就在温度85℃和相对湿度85RH％的条件下放置100小时后的连接电阻值而言，比较例2中的电阻值显著增加，然而比较例1中的电阻没有电阻值。原因是，在高温和高湿度的条件下，湿气渗入电极部分，因而造成电极腐蚀。
然而，由于实施例1～4中的连接电阻值增加很少，因此可以认为含有热塑性树脂的绝缘膜可防止由于潮湿而造成的电极腐蚀。这样，可以确认即使长时间处于苛刻的环境下，维持导电的可靠性仍较高。
对于粘合力而言，测量初始粘合力值以及在温度85℃和相对湿度85RH％的条件下放置100小时后的粘合力值。
将结果列于下面的表2。
[表2] 实例 粘合力的测量值 初始值 (kgf/cm) 在85℃和85RH％的条件下放置100小时 后的粘合力的测量值(kgf/cm) 实施例1 1.5 1.2 实施例2 1.6 1.2 实施例3 1.2 0.8 实施例4 1.0 0.9 比较例1 1.1 0.6 比较例2 1.0 0.6
表2的结果显示，与比较例2(未进行绝缘层涂布处理)相比，实施例1～4中的粘合力初始值较大，初始值范围是在1.0～16kgf/cm之间，然而利用热固性树脂的比较例1具有与比较例2相似的值。原因是，在电路连接过程的初始步骤中，由于施加的热和压力未能使涂布在TCP上的绝缘层软化，因此通过各向异性导电粘合剂的熔化进行的粘合并未起到有助于粘合力的作用。
此外，就在温度85℃和相对湿度85RH％的条件下放置100小时后的粘合力而言，在比较例1和2中，粘合力减少超过约40％。原因是，在高温和高湿度的条件下，由于湿气很易于渗入各向异性导电粘合剂与TCP之间的界面，而造成粘合剂老化。
相反，在实施例1～4中，由于发生了与各向异性导电粘合剂熔融粘合，因此即使在放置很长时间之后，粘合力的可靠性仍较高。
工业适用性
根据本发明，使用含有导电粒子的各向异性导电粘合剂进行微电路连接时，可防止由于导电粒子而造成的短路、分散程度均匀、粘合的可靠性较高，并且消除了导电缺陷。
尽管本发明的具体实施例主要说明了用于连接微电路的各向异性导电粘合剂组分的情况，但是利用导电粘合剂组分的连接微电路的方法也涵盖在本发明的范围内。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。