法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2019-03-29
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):C09J11/04 授权公告日:20060322 终止日期:20180412 申请日:20020412
专利权的终止
2006-03-22
授权
授权
2004-10-27
实质审查的生效
实质审查的生效
2004-08-18
公开
公开
发明领域
本发明涉及热熔胶粘组合物，特别涉及包含一种半结晶热塑性聚合物和一种亲有机粘土的组合物。这种组合物用途广泛，特别适合于用作制造电子器件的导电胶粘组合物，例如用来连接柔性电路和印刷线路板(PCB)等电子部件。这种导电胶粘组合物的配方中，除聚合物和粘土组分之外，还加入了导电颗粒。
背景技术
很多常规热熔胶粘剂是热塑性物质。热熔胶粘剂在室温下通常以固体形式存在，加热和/或加压后会转变成可流动的液体。要在被粘合物体之间形成粘合，将胶粘剂首先转变成软化或熔化状态。然后冷却胶粘剂使其形成粘合。与热固性胶粘剂，即通过老化产生化学交联的胶粘剂相比，热熔胶粘剂具有很多优点。一个主要优点是热熔胶粘剂配方中可以不含液体载体。而且，冷却后会迅速产生粘合，虽然对半结晶热熔胶粘剂而言，冷却几分钟或几天后，随着产生结晶过程的进展，还会使粘合特性有所增强。由热塑性材料产生的粘合也是可重复的，因为通常能将该热塑性材料在不破坏被胶粘基材情况下除去和重新使用。
热熔胶粘剂的胶粘基质特性是决定被胶粘基材间热熔粘合性能及可靠性的关键因素。胶粘剂在一合适的粘合温度时，应有足够的流动性，使基材表面被胶粘剂充分润湿。而且，胶粘组合物在冷却后应能迅速粘合。粘合完成后，胶粘剂应具有足够的韧度，很好的抗剥离能力，和足以承受至少是在使用时所受预计应力和/或高温或低温情况下的模量和抗蠕变性。在某些情况下，还要求胶粘剂在足够低的处理温度时可重复使用，而基材在除去和更换时不会破坏。胶粘剂在室温下应有较长的保质期(稳定储存)。胶粘剂可能需要足够低的吸水性，使其在温度和湿度较高情况下，也能保持充分的性能(电阻，剥离强度等)。
热熔胶粘组合物被广泛用于家庭和工业用途中。这些用途包括包装密封，木材粘接、家居用品等塑料组件的粘接、织物粘接和柔性线路在基材上的粘接。
热熔胶粘剂的一个用途是作为导电胶粘剂，特别是各向异性导电胶粘剂。各向异性导电胶粘组合物一般包括分散在聚合物胶粘剂中的导电颗粒。这些胶粘组合物能在两层基材之间形成许多分隔开的一般是极其靠近的导电连接。可以用该组合物将第一基材上的电子部件与第二基材上的电子部件进行机械粘合和电连接。电连接主要是加压接触，并通过将两层基材粘在一起的胶粘基质所保持。典型的用途是将皮线电路中的一些触点与印刷线路板上的多个相应触点进行电偶合。
通常这种胶粘剂施加时的形式可以作为剥离衬垫上的一个层或者作为单独的薄膜，在层中或薄膜中的聚合物胶粘基质含有足够量的导电颗粒，这些导电颗粒能在粘合后沿厚度(Z轴)方向导电。由于胶粘聚合物基质的绝缘性质以及导电颗粒的体积分数很低，薄膜层表面(X和Y轴)方向上基本没有导电性。这种薄膜类型也被称为“Z轴胶粘薄膜”或“ZAF薄膜”。
各向异性导电胶粘薄膜还含有非导电性填料，这在参考文献中也有说明。例如，日本专利公开3-223380公开了一种各向异性导电薄膜，其中除了含有导电颗粒之外，还包含占20体积％，粒径为10到20微米的氧化铝或氮化铝。
日本专利公开2-206670公开了一种各向异性导电薄膜，除了含有导电颗粒之外，还包含占3％到50体积％，平均粒径为1到50微米的导热填料。
日本专利公开62-177082公开了一种各向异性导电薄膜，包含占1％到30重量％，平均粒径为4到100微米的二氧化硅颗粒。导电颗粒是有机聚合物芯子上包覆了金属的颗粒。
美国专利5672400描述了一种半结晶热塑性材料作为ZAF胶粘基质的用途。这种胶粘剂的关键特点是，在使用温度范围具有相对的高模量(同时具有较低的蠕变趋势)，而在粘合温度时具有相对低的模量(或粘度)(同时具有快速粘合的能力，因为粘合时间受胶粘剂流动和使导电基材与导电颗粒接触的时间所限制)。使用填料能获得更高的粘着性，更高的模量和更低的热膨胀系数。这些填料包括二氧化硅颗粒，硅酸盐颗粒，石英颗粒，陶瓷颗粒，玻璃泡，惰性纤维和云母颗粒。未建议使用亲有机粘土。
各向异性导电胶粘组合物最好具有很短的粘合时间，并能迅速形成抗抗蠕变性和剥离强度。以前，热固性胶粘聚合物和热塑性胶粘聚合物都曾被用做导电胶粘组合物。热固化物质，具体是热固性胶粘剂，在粘合的最初阶段(老化前)，由于其分子量相对较低，因此容易流动，而老化后，由于体系中发生了化学交联，具有较高的抗蠕变性和剥离强度，但需要较长的粘合时间才能形成这些性能。另一个缺点是，热固性胶粘剂可能是无法重复使用的，即将其除去时难以在基材上不留有残留物或不损伤基材表面。
与热固性物质相比，热塑性物质，具体是热塑性胶粘剂，能够以比热固性胶粘剂更快的速度粘合，因为无需让胶粘剂老化的时间。但是，大多数热塑性物质不具有足够的抗蠕变性和剥离强度以便适合于需要各向异性导电胶粘组合物的用途。而且，许多热塑性物质在升高温度以加快粘合时，不具备足够的流动性。
半结晶热塑性物质是一种理想的用作热熔胶粘剂的热塑性物质，包括ZAF。半结晶热塑性物质的结晶部分作为物理交联，使物质在低于结晶部分熔点温度时表现得更象一种热固性物质。在高于结晶部分熔点温度时，物质容易流动，粘合速度很快。
但是，影响常规各向异性导电胶粘组合物的一个问题涉及在粘合时要避免形成空隙。当用一种ZAF或其他各向异性导电胶粘组合物粘合两层电子基材时，通常在加热的同时施加压力。在一种典型的粘合方法中，用加热过的块状物(热块)或热电极同时施加热量和压力。这里所用的术语“热电极”还包括热块，加热过的块状物等。这种粘合压力会使一层或两层基材变形。例如，当将皮线电路粘合到印刷线路板(PCB)上时，柔性电路基材(如聚酯，聚酰亚胺等)，特别是电路线之间的部分会变形。当压力解除后，变形的基材会恢复原形。结果使胶粘聚合物基质中形成空隙，其原因在于胶粘剂的内部强度一般不足以在热电极被提升后抵抗变形基材的弹性恢复。最好要能避免空隙，因为空隙的存在会使对粘合质量的测试困难，通常认为这是导致失效和/或性能降低的潜在原因。
常规胶粘组合物不大容易避免空隙。对热固性物质而言，在形成粘合以前，不能为了避免空隙的形成而使胶粘剂交联，因为这时过多的交联会阻碍其流动性和理想的电接触。在粘合过程中使胶粘剂交联(通过在粘合时能发生反应的位点)，会使粘合时间变长，无法适应高速商业化制造过程的实用性和成本有效性的要求。另一方面，热塑性物质在粘合后通常不具备立刻产生的，足以抵抗提升热电极后形成空隙的内部强度。可以采用在粘合界面冷却时仍然保持压力的方法，来减少空隙的形成。但是，这会延长粘合形成的时间。所以需要提出能够消除空隙的新技术。
因此，有必要改进基于半结晶热塑性物质的胶粘聚合物的性能，使其表现更类似热固性物质，同时又无需较多地延长粘合时间。最好能有这样一种胶粘聚合物，它同时具有热固性物质和热塑性物质的优点，既具有很短的粘合时间，又能很快形成足够高的抗蠕变性和剥离强度，广泛适合于需要各向异性导电胶粘组合物等的各个领域。
发明概述
现已发现，将亲有机粘土加入热熔胶粘组合物中，特别是包含半结晶聚合物的组合物中，能在许多方面显著提高粘合特性。某些改进特别有利于填充有导电物质的热熔胶粘剂作为导电胶粘剂等的用途。首先，使用这种粘土能显著提高热塑性半结晶聚合物的再结晶速率(粘合后)，从而加快剥离强度和抗蠕变性的形成。加有这种粘土的热塑性半结晶聚合物系不仅加快了再结晶速度，与不含这种粘土的类似体系相比，还具有特别高的抗蠕变性和剥离强度。在作为各向异性导电胶粘剂的用途中，抗蠕变性提高有助于提高电稳定性(例如受到对机械应力时)。
另外，使用亲有机粘土会大大降低各向异性导电胶粘剂中空隙的形成，同时不会影响组合物的流动性，并在粘合时保持电连接。这种粘土的优选浓度取决于想要优化的组合物性质，例如，要优化剥离强度时使用的粘土浓度与要优化抗蠕变性和抗空隙形成性时的不相同。
在一方面，本发明涉及一种热熔胶粘组合物。该组合物包含一种半结晶热塑性热熔胶粘聚合物和一种加入该胶粘聚合物的粘土组分。该粘土组分是一种亲有机粘土。
另一方面，本发明涉及一种导电胶粘组合物，包包含一种聚合物胶粘组分；一种加入该胶粘组分的导电填料；和一种加入该胶粘组分的粘土组分，该粘土组分是一种亲有机粘土。
另一方面，本发明涉及一种各向异性导电胶粘组合物。该组合物包含一种聚合物胶粘组分；一种加入该胶粘组分的导电填料；和一种加入该胶粘组分的粘土组分，该粘土组分是一种亲有机粘土。
另一方面，本发明涉及一种在第一和第二导体之间形成电连接的方法。第一结构上的电子部件与第二结构上的电子部件通过一种胶粘组合物形成电偶合。该胶粘组合物包含一种聚合物胶粘组分；一种加入该胶粘组分的导电填料；和一种加入该胶粘组分的粘土组分。该粘土组分是一种亲有机粘土。另一方面，本发明涉及一种制造导电胶粘组合物的方法。将一种亲有机粘土加入胶粘组合物中。然后将一种导电填料加入胶粘组合物。
另一方面，本发明涉及一种电子组件，它包括含有第一电子部件的第一结构；含有第二电子部件的第二结构；和一种将该第一和第二电子部件进行电连接的各向异性导电胶粘组合物。该组合物包括一种聚合物胶粘组分；一种加入胶粘组分的导电填料；和一种加入胶粘组分的粘土组分。该粘土组分是一种亲有机粘土。
另一方面，本发明涉及一种制造各向异性导电胶粘组合物的方法，该组合物包含一种胶粘聚合物、一种加入该胶粘组合物的亲有机粘土、加入胶粘组合物的许多导电颗粒。
附图说明
结合以下本发明实施方案的说明以及附图，能更清楚地了解本发明的上述及其他优点，以及产生这些优点的方式，能更好地理解本发明附图中：
图1是本发明一个电子组件的截面图；
图2是本发明一个电子组件的平面图；
图3是本发明一个电子组件的分解图。
优选实施方案详细说明
下述本发明实施方案并不意在将本发明穷举，也不意在将本发明限制于下述的详细说明。选择这些实施方案只是为了使本领域技术人员能了解和掌握本发明的原理和应用。
本发明的热熔胶粘组合物通常包含一种聚合物胶粘组分和一种分散在聚合物胶粘组分中的亲有机粘土。本发明的聚合物胶粘组分包含至少一种半结晶热塑性聚合物。也可以包含可固化单体形式的、低聚形式的和/或聚合形式的组分。这些导电胶粘剂的实施方案中还可以进一步包含导电颗粒。
适用作聚合物胶粘组分的代表性例子包括半结晶丙烯酸酯聚合物，乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、羧基化苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、环氧化苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物、聚丁二烯、乙烯-苯乙烯-丁烯嵌段共聚物、聚醚-聚酰胺嵌段共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩甲醛、聚酯、聚醚、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醚、聚砜、聚己酸内酯、它们的组合等。
优选的半结晶聚合物是热塑性的，虽然也最好包括活性官能团。半结晶热塑性胶粘树脂可以单独使用，作为共聚物的一部分，与两种或更多聚合物混合或者与活性单体、低聚物、和/或聚合物组合使用，和/或与其他改性物质或辅助剂例如增粘剂和增塑剂等共同使用。所述其他活性单体、低聚物、和/或聚合物可以包括一种或多种(甲基)丙烯酸酯单体、氰酸酯聚合物、环氧树脂、硅氧烷树脂、酚树脂、光固化树脂、厌氧树脂、它们的组合等。
适用作本发明的胶粘聚合物的平均分子量可以在很广范围内变动。对各一种这些胶粘聚合物而言，可以独立选定它们的平均分子量，使胶粘组合物具有满足胶粘剂使用环境要求的理想性质。作为普遍的指导原则是，平均分子量可至少是1000，优选1000到约1000000，更优选5000到800000。
在优选实施方案中，本发明的聚合物胶粘组分包含至少一种憎水热塑性半结晶胶粘聚合物，更优选具有一种或多种、起到热熔胶粘剂作用的聚合物。这里所用的术语“憎水的”是指，用ASTM D570浸没试验测量一种物质的吸水性时，优选不超过约4重量％，且在20℃/65％RH条件下时间长老化后，优选不超过约1.0重量％。这里所用的术语“半结晶”是指该聚合物表现出结晶现象，如明显的结晶熔化温度，这对在略高于Tc温度下器件/基材的快速粘合是很需要的。本发明半结晶聚合物中的非晶态相还具有玻璃化转变温度Tg。参见Odian所著《聚合原理》(Principles of Polymerization)(第二版)，John Wiley&Sons，New York，(1981)第25和30页。
Tc(表示结晶熔化温度)是半结晶聚合物中发生液固相变的温度。因为在半结晶聚合物中，在固液相变时，根据其经过的温度情况，如加热(固液相变(Tm))或冷却(液固相变(Tc))时会存在滞后现象。这里的“玻璃化转变温度(Tg)”定义为二级相变发生的温度(确切地说是一个窄的温度范围)。高于Tg时，聚合物是柔软的橡胶状物质，低于Tg时，转变成坚硬的类似玻璃的塑料物质。可以用多种方法来确定测定聚合物的Tg，优选采用差示扫描量热法(DSC)。
半结晶聚合物优选具有足够高的结晶温度(Tc)，使被粘合的再结晶物质在被粘合物体的使用温度范围内具有很好的性能。但是，Tc又应足够低，使得在形成粘合时不致使被粘合的基材造成热损坏。因此，理想的Tc取决于包括指定用途的基材种类等因素。对于本领域技术人员而言，将会清楚，对Tc的选择应该基于要求的粘合温度和使用该胶粘剂时要求的温度范围。例如，如果要将一种基于聚酯的皮线电路粘合到印刷线路板上，典型的粘合温度通常低于约150℃，而该被粘合物体的最高使用温度至多85℃。这种情况下，Tc应该至少是约85℃，优选至少约100℃，更优选至少是约120℃。另一个例子中，如果需粘合的皮线电路是聚酰亚胺制的，该材料通常比聚酯更具耐热性，粘合温度可以高达约200℃，而被粘合物体的最大使用温度可以至多约125℃。在这种情况下，Tc应该至少是约125℃，优选至少是约140℃，更优选至少是约155℃。
本发明的半结晶聚合物在达到再结晶温度(Tc)以前具有良好的抗蠕变性，而该再结晶温度高于玻璃化转变温度(Tg)。因此，尽管Tg较低，由于该聚合物的半结晶本性，在高温时，仍能保持较高的粘合尺寸稳定性。Tc温度时由于半结晶聚合物结晶区域熔化，所以高于Tc时有很陡的粘度/温度曲线。这使胶粘剂在粘合时具有很好的流动性。
优选的憎水热熔热塑性半结晶胶粘聚合物，由于其憎水特性，具有相当低的吸收水、水蒸汽或其他潮气的性能。吸潮会损害器件性能和/或影响粘合部位的强度，因此是不期望产生的。而且，憎水物质也更能与亲有机粘土彼此相容。
特别优选的热塑性憎水半结晶聚合物的例子包括例如美国专利5672400中所述的。这些聚合物可以单独使用或与一种或多种其他聚合物结合使用。总的说来，该专利描述了包含聚醚单体单元(PE)和聚酰胺单体单元(PA)的热塑性半结晶胶粘聚合物。每个PA和PE单体单元都能在本发明的共聚物中独立重复。PA和PE片段可以排列形成一种嵌段共聚物，例如AB、BAB、ABA类型或类似物。每种类型在共聚物中的浓度可以在很大范围内变动，取决于胶粘组合物所要求的物理特性、机械特性、动态特性、热学特性、电学特性和耐环境性或耐化学性。
各个PA和PE单元的优选相对量应使共聚物在室温时用ASTM D2240测量的肖氏D硬度为约20到约70。该共聚物优选还具有用DSC根据ASTM D3418测量的约75℃到约220℃，优选100℃到约180℃的熔化温度Tm。这里所用的“熔化温度”Tm是指，半结晶聚合物中发生固液相变时的温度。
共聚物中的聚酰胺单元(PA)可以选自很广的范围，任何包含基本-C(O)NH-单元的聚酰胺都可以选用，包括聚(己内酰胺)(尼龙6)、聚(己二酰己二胺)(尼龙6/6)、聚(己二酰壬二胺)(尼龙6/9)、聚(己二酰癸二胺)(尼龙6/10)、聚(己二酰十二碳二胺)(尼龙6/12)、聚(十一酰胺)(尼龙11)、聚(十二碳内酰胺)(尼龙12)。本发明中，优选使用吸潮性低的聚酰胺单元，以免胶粘组合物在高湿度条件下发生软化和电阻升高，特别优选尼龙12。
聚醚片段(PE)也可以选自很广的范围，任何包含基本-R-O-R-单元的聚醚都可以选用。其中R可以是取代或未取代的烷基。本发明胶粘组合物中优选聚(丁二醇)作为共聚物。
用于本发明胶粘组合物的一种特别优选的共聚物如分子式(I)所示：
其中PA代表一种聚酰胺单体单元，PE代表一种聚醚单体单元。该优选共聚物可以从Elf Atochem North America，Philadelphia，PA购得，商品名为PEBAX。用于本发明胶粘组合物的特别优选级别的PEBAX是PEBAX 3533，其中的聚酰胺单元是尼龙12，聚醚单元是聚(丁二醇)。该共聚物的Tg约为-78℃，在室温下根据ASTM D2240测得的肖氏D硬度约为35。该共聚物用DSC根据ASTM D3418测得的熔化温度Tm约为110℃到约155℃。优选用于本发明胶粘组合物的这种聚酰胺/聚醚共聚物具有一定的弹性，能对金属，玻璃和其他聚合物基材形成柔性粘合。胶粘组合物中优选含有占共聚物以及下文所述可用增粘剂总重量大约60％到约30％的此共聚物。基于此共聚物的本发明配制好的胶粘组合物，其剥离强度在20℃时约为500克/厘米。
还有多种其他热塑性憎水半结晶聚合物可以单独或组合用于本发明。合适的半结晶聚合物，包括从Elf Atochem North America，Philadelphia，PA购得的乙烯/丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯三元聚合物、从Quantum Chemicals，Cincinnati，OH购得的商品名为ENATHENE.TM的乙烯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、和从DuPont Company，Wilmington，DE购得的乙烯/丙烯酸乙酯/一氧化碳三元聚合物。其他例子包括聚乙烯、改性聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯、聚氨酯、聚酰胺、聚丁烯和聚酯的半结晶聚合物。
含有半结晶热塑性物质的本发明胶粘剂中还可能进一步包含一种增粘剂，能增强粘合部位的强度，提高其与多种基质材料的剥离粘度。可以使用任何能与半结晶热塑性聚合物相容的增粘剂。在半结晶聚合物是上述聚酰胺/聚醚共聚物的优选实施方案中，可用的增粘树脂包括松香、从Hercules购得的商品名为STAYBELITE5和FORAL 85的松香酯、从Hercules购得的商品名为PENTALYN 856的酚改性树脂，从Hercules购得的商品名为PICCOFYN T、从DRT购得的商品名为DERTOPHENET、从Yasuhara Chemical购得的商品名为T 130、从Arizona Chemical购得的商品名为SYLVARES 2040和从Arakawa chemical购得的商品名为TAMANOL 135的萜烯酚醛塑料，从DRT购得的商品名为DERCOLYTE A115的萜烯，从Hercules购得的商品名为HERCULES AR100的烷基芳香烃萜烯，从Hercules购得的商品名为HERCULES A 120的芳香烃萜烯，从Exxon购得的商品名为ESCOREZ 5320的氢化DCPD的萜烯，从Hercules购得的商品名为KRISTALEX F 85的苯乙烯基物质、从VFT购得的商品名为B 1/2135的苯并呋喃茚。其中，优选萜烯酚醛塑料，特别优选SYLVARES 2040和TAMANOL 135。增粘剂浓度可选很广的范围，应有足够的数量与共聚物混合，使胶粘组合物的Tg约为-10℃到约40℃，优选约0℃到约20℃。本发明中，增粘树脂的用量占胶粘组合物中共聚物和增粘剂总重量的40％到70％，优选约50％。共聚物与增粘剂的重量比约为2∶1到约0.5∶1，最优选约1∶1。
本发明导电性胶粘组合物中可以使用各种导电填料。代表性例子包括金属颗粒；具有一种金属涂层的复合颗粒，其中的芯子是另一种金属、聚合物、陶瓷、玻璃、导电纳米颗粒或纳米管等；导电聚合物；含碳黑的颗粒；这些物质的组合及类似物。特别合适的金属颗粒是镍、铝、银、铜、锡、铅、金、锌、铂、钴中的一种或多种导电金属和它们的合金(如焊料)，用来作为合适芯子上的导电性涂层。导电性颗粒如美国专利4606962和4740657中所述。
合适的市售导电颗粒包括各种焊料颗粒，如各种金属含量的铅/锡合金(从Sherritt Gordon Limited，Canada购得)；从Indium Corporation，Utica，NY购得的商品名为Indalloy的焊料粉末；从Novamet Inc.，Wykoff，NJ购得的镍微球；从Potters Industries Inc.，Carlstadt，NJ购得的商品名为Conduct-o-Fil的银涂敷玻璃颗粒；从Technic Inc.，Woonsocket，RI.购得的金属粉末。在聚合物芯子外涂敷以金属涂层制得的导电颗粒也可以从JCI Inc.，White Plains，NY和Sekisui America Corporation，New York，NY购得。
也可以用其他导电填料产生导电性。这些填料包括含有金属或金属涂层纤维或碳纤维的机织或非织造纱布或织物，或者金属化的多孔聚合物薄膜，如美国专利5604026所公开的。这些材料可以通过层压或将导电体注入胶粘组合物的方法复合进入本发明的导电性胶粘剂中。这里所用的术语“复合进入”是就导电填料和/或导电体相对胶粘组合物的位置而言，是指颗粒可以与胶粘组合物接触，可以被胶粘组合物涂敷，可以被置于组合物中，可以部分置于组合物中，和/或置于组合物表面上。上述例子中使用的纱布包括从TFP Inc.，Newburgh，NY购得的商品名为Optimat的碳纤维纱布或金属涂层纱布。
本发明胶粘组合物中所用导电物质的数量可以在很广范围内变动。优选量取决于最终使用目的。例如，要将柔性电路连接到线路板或液晶显示(LCD)上且要求各向异性或Z轴导电性时，组合物可包含占其总体积为1％到20％，优选1％到10％的导电物质。或者，在屏蔽或接地用途的粘合中，例如要将印刷线路板接地到散热片上，或屏蔽电磁干扰(EMI)时，组合物可以含有占其总体积1％到80％，优选1％到70％的导电物质。这种情况下，除导电颗粒外导电物质还可以是例如纱布、薄片、纤维等。
本发明导电颗粒可以是各种形状的，如球形、椭圆形、针状、片状、薄片状、树枝状、不规则形状、直线形、这些形状的组合等。对于用作ZAF的组分而言，优选的颗粒是基本球形的。
这些颗粒可以是单独的颗粒或是团聚的或聚结的或类似形态，只要这种团聚物或聚结物不至于大到削弱胶粘或导电能力即可。总的来说，当颗粒随机分布在各向异性导电胶粘组合物中，或以随机方式置于胶粘薄膜的一面时，应保持导体之间不通电的距离与导体颗粒粒径之间的比值应该至少是1∶1，更优选至少是3∶1，典型值是至少8∶1。实际使用中，这个比例的上限没有限定。
当只要求具有Z轴的导电性时，最相关的是相邻导体之间的最小距离。如果导电颗粒以非随机方式置于胶粘剂上或胶粘剂中的话，这个比值可以低于随机分布情况时的比值，但优选值仍然高于1∶1。对使用ZAF以随机或非随机分布的颗粒形成Z轴电连接而言，在典型的电子器件中，形成的粒径范围约为2微米到约60微米。
对本领域技术人员而言，应了解在各向异性导电胶粘组合物中使用较小的颗粒能使导体更紧密地排列在一起，而无须担心形成不期望发生的电连接，使用较小的颗粒还会延长形成导电粘合需要的时间，这是因为需要有更多的胶粘剂流动才能形成电接触。较小的颗粒还会导致形成较薄的最终粘合界面，这会使剥离强度降低。因此，优选采用导体空间结构允许的尽可能大的颗粒。对颗粒团聚物或聚结物而言，团聚物或聚结物的尺寸被认为是颗粒粒径。对倾向于其主表面基本与Z轴垂直的薄片或片状颗粒而言，这种薄片或片的厚度被认为是粒径。
在本发明的用途中，粒径由对本领域技术人员熟悉的一种或多种方法测定，包括将颗粒嵌入在胶粘剂中进行显微镜照片的分析、用指定目数的一些筛网进行筛分析、沉降技术、使用从Horiba Inc.，Sunnyvale，CA购得的动态光散射粒径分析仪的光散射技术。
使用亲有机粘土有许多好处。首先，优选的半结晶聚合物与亲有机粘土组分发生协同的相互作用，使该优选组合物能快速粘合并很快形成高的抗蠕变性和剥离强度。再结晶速度、抗蠕变性和剥离强度方面的提高超出预期。事实上，在各向异性导电胶粘剂的优选实施方案中，粘合能在1到5秒中完成，同时很快形成粘合强度和抗蠕变性，足以在某些用途中代替那些需要超过20秒才能形成粘合和固化的热固性粘合体系。不含有机粘土组分时，各向异性导电胶粘剂可以同样在很短时间内粘合，但需要更长的时间(与前述几秒到几分相比，需要几个小时或几天)才能形成一定的粘合强度，而且抗蠕变性也较低。
事实上，本发明制得的胶粘组合物能够产生与常规热固性聚合物同样高的抗蠕变性。除了机械稳定性之外，抗蠕变性还与处于机械应力条件下导电粘合部位的电学稳定性有关。在胶粘组合物中加入亲有机粘土能在一定程度上提高抗蠕变性，观察到的提高远远超过预期。本发明胶粘体系同时具备的快速粘合和快速形成高抗蠕变性的性质是巨大的优点。在需要高抗蠕变性的用途中，这种优点使本发明的热塑性组合物能用来代替粘合不够快的热固性胶粘剂。
当胶粘组合物中亲有机粘土超过一定浓度范围时，能观察到加入亲有机粘土相比于未加入该种粘土的相同组合物，具有显著提高的剥离强度。这个好处是令人吃惊的，因为当亲有机粘土的含量较低时，已能产生这种提高作用。而且，加入坚硬的粒形填料可以同时提高模量，而降低韧度和断裂伸长。
由于很快发生再结晶(即在足以熔化胶粘组合物中部分或全部结晶区域的加热步骤后发生的结晶)，本发明的胶粘组合物还可以在热熔处理后很快进行其他处理。例如，粘合后可以很快就对使用该胶粘组合物的层压件进行冲切，因为熔体的模量在层压后迅速增大。要注意，对不含该种粘土的类似体系，要等待更长的一段时间后才能进行冲切。还观察到，与不含粘土的可比胶粘体系相比，该胶粘剂的表面粘性在粘合后会迅速降低。
虽然不希望拘泥于理论解释，但据信在热塑性半结晶聚合物和亲有机粘土之间的协同相互作用是由于亲有机粘土为热熔处理后的半结晶聚合物提供了快速再结晶的成核位点。与不含亲有机粘土的类似组合物相比，这种组合物中发生的再结晶速度快得多。令人惊讶的是用其他粘土，如亲水性粘土代替亲有机粘土时，没有观察到再结晶速度加快的效果。另外，可以认为，该种亲有机粘土为胶粘剂吸附聚合物分子提供了表面位置，而且由于其各向异性程度高，该种粘土比常规球形颗粒填料(如二氧化硅)在这种作用方面更有效。
另一个优点是，本发明优选实施方案中基本上能避免在粘合过程中产生空隙。虽然在本发明中能降低空隙形成的原因尚不清楚，但还是可以提出其基本原理。具体地说，可以认为粘合加压和加热停止后，熔体中的内部强度、再结晶速度，抗蠕变性和剥离强度都能迅速产生，由于蠕变程度较小，基材以较慢的速度向初始位置回复。也有可能基材是通过胶粘剂的较低程度的蠕变，向其初始位置缓慢回复。这个更慢的过程使得能允许胶粘剂体积发生逐渐的变化，因而显著减少空隙的形成。热塑性物质能达到这种效果的能力是很令人吃惊的，因为热熔胶粘热塑性聚合物在停止粘合所需的加压和加热后，通常不具备立刻产生一定程度的内部强度，从而避免形成空隙的特征。
另一个优点是，在本发明的优选实施方案中，加入亲有机粘土不会对胶粘组合物的透明度有多大影响。在胶粘剂层施加到位后，可以将第二基材对准第一基材上的一些形貌，能透过该胶粘层看得见，这是有好处的。例如，在用此胶粘剂将皮线电路粘贴到印刷线路板上时，能够通过胶粘剂观察到印刷线路板上的电路就是很有好处的。这样，就能更容易地对准电路进行粘合。本发明中加入的亲有机粘土优选能在可见光区，相比于不含该粘土的组合物，能保持其至少80％，更优选至少85％，最优选至少90％的透光率。在本发明的实际中，测定透光率的所有适用方法都可采用，只要能以保持的相对透光率表示。优选使用ASTM E169-99中所述的能应用于样品上的薄膜形态透光率测定方法。
本发明的粘土组分得自于含有至少一种亲有机粘土的原料。本发明的胶粘组合物中可以加入许多种已知的亲有机粘土。这里所用的术语“亲有机粘土”优选是指经过表面改性，将至少一部分表面性质从亲水状态转变成亲有机状态(优选转变成憎水状态)的粘土。例如在一个实施方案中，一种粘土可以最初含有亲水和亲有机物质的位点。但是，在经过本发明的改性后，其至少一部分亲水位点被转变成亲有机的位点。在其他实施方案中，一种最初基本上只含有亲水位点的粘土，经过本发明的改性后，至少有一部分亲水位点转变成亲有机位点。优选的是，未改性亲水粘土上至少约50％的可交换阳离子被亲有机改性阳离子进行了交换。
亲有机粘土可以采用常规处理方法从亲水粘土制备。根据一种说明性方法，适用于本发明的亲有机粘土可以由一种或多种合适的亲水粘土，优选任何层状硅酸盐或其他具有各向异性，优选薄片状的粘土来制备。这些粘土的例子包括但并不限于水合硅酸铝、高岭土、atapulgite、伊利石、多水高岭土、贝得石、囊脱石、水辉石、hectite、膨润土、滑石粉和蒙脱土。优选如贝得石、囊脱石、水辉石、hectite、膨润土、滑石粉和蒙脱土等绿土型粘土。
可作为本发明一种初始原料的优选绿土型粘土是本领域常用的粘土。合适的绿土型粘土的阳离子交换容量至少是每100克粘土(活性基础)具有50毫当量(meq.)重量(wt.)。可用于此目的的绿土型粘土包括各种Wyoming膨胀性膨润土和类似的粘土。其他合适的例子有水辉石，这也是一种膨胀性硅酸镁锂粘土。如果绿土型粘土不是钠盐形式的，则优选将其转变成这种形式。如本领域所已知，这可以通过阳离子交换反应来形成，或者，这种粘土也可以通过与一种可溶性钠化合物的溶液进行反应而转变成钠盐形式。
也可以使用人工制备的绿土型粘土，如蒙脱土，膨润土，贝得石，水辉石，滑石粉和斯蒂文石。这些粘土及其制备过程，如WO97/30950和美国专利4695402；3855147；3852405；3844979；3844978；3671190；3666407；3586478和3252757中所述。
可应用于本发明组合物的四元铵盐化合物，是通常用来制备有机粘土的已知试化合物包括具有以下分子式的烷基铵盐化合物，
其中R1，R2，R3和R4独立选自于合适的单价基团，代表性例子包括具有1到22个碳原子的线形或支链的，饱和或不饱和的烷基；可以是苄基和用苄基取代的芳烷基；取代的/或未取代的芳基；具有六个或更少碳原子的β，γ不饱和基团；具有两个到六个碳原子的羟烷基；氢；和它们的组合；而且至少一个取代基是线形或支链的，饱和或不饱和的烷基；X是盐阴离子。R1，R2，R3和R4中的两个或多个也可以是与氮原子连接的，能形成环状结构或类似结构的二价基团共同成分。
用亲有机改性阳离子交换亲水粘土离子，使所得的改性粘土从水溶液中沉淀。然后，将得到的亲有机粘土沉淀过滤、干燥除去过多的水分。很多自然形成的粘土是片状颗粒的堆集物，片之间的距离是几个埃。转变成亲有机粘土后，据信片之间的距离增大到10至约20埃。将其与亲有机粘土表面相容的聚合物混合后，可以认为聚合物会进一步增加片之间的距离，以致粘土片分开或者以被聚合物溶涨的触液取向胶的形式存在。这就增加了粘土片在聚合物中的均匀性和分散性。可以认为，这种聚合物促使粘土片的分散有助于使片起到加强熔体强度的作用，并作为再结晶的成核位点。这就促使含有半结晶聚合物和亲有机粘土的混合物热熔后迅速再结晶。也导致提高熔体的强度，这对降低空隙的形成很有意义。粘土优选至少是部分片状剥离的。
合适的亲有机粘土在市场上有售。例如，亲有机改性的蒙脱土可以从SouthernClay Products，Gonzalez，TX购得，其商品名为SCP CLOISITE 20A，SCP CLOISITE15A，SCP CLOISITE 10A，SCP CLOISITE 6A，SCP CLOISITE 30B，CLOISITE 25A，CLOISITE 93A和SCPX CLOISITE 2398。其他可以从Nanocor Inc.；ArlingtonHeights，IL购得，其商品名为NANOMER。
亲有机粘土的单片通常是纳米尺寸的，一端到另一端之间的距离一般是50到1000纳米，但是每个单片的厚度通常是1到2纳米。因此，这样的片通常基本小于导电颗粒。例如，导电颗粒平均粒径与亲有机粘土片平均长度的比值通常在约2∶1到约1600∶1的范围内，优选10∶1到约1600∶1。
本发明胶粘组合物中含有的亲有机粘土的有效量在一个很广的范围内。根据要求的用途，要加入足够量的亲有机粘土，用以提高抗蠕变性、提高再结晶速度、减少空隙、增大剥离强度、这些性质的组合等。一般而言，胶粘组合物优选包含占组合物总重量约0.1％到约40％，优选1％到25％，更优选1％到约12％的亲有机粘土。
本发明胶粘组合物可以按照常规方法，加入一种或多种辅助剂。辅助剂的代表性例子，包括增粘剂、增塑剂、固化剂、抗氧化剂、表面活性剂、杀真菌剂、杀菌剂、抗静电剂、颜料、有机或无机填料、偶合剂、导热物质、纱布，它们的组合等。要求这些辅助剂的使用量不会影响热熔胶粘组合物，或更具体地说，导电胶粘剂所要求的性能。
本发明半结晶聚合物基的热熔胶粘剂可以用常规方法制备，不同的是需要加入亲有机粘土。本发明胶粘组合物通常是采用能提供分散混合，分配混合或其组合方式的设备将熔化或软化状态的各组分熔化混合而制备的。分批或连续的混合方法都能采用。分批方法的例子包括密闭混合和滚筒研磨。连续方法的例子包括单螺杆挤出，双螺杆挤出，碟型挤出，往复单螺杆挤出和针筒单螺杆挤出。连续方法能使用分配部件，针混合部件，静态混合部件和如MADDOCK混合部件及SAXTON混合部件的分散部件。
胶粘组合物各原料的混料顺序会影响亲有机粘土发生片状剥离的程度。由于粘土的片状剥离与要求的提高抗蠕变性、剥离强度、再结晶速度和其他好处有关，因此通常选择有助于片状剥离的混料方式。还优选片状剥离过程是无溶剂过程，即在过程中不使用需要以后要除去的溶剂。
例如，配合含有热塑性半结晶胶粘聚合物、亲有机粘土、增粘剂、或可用的导电颗粒和一种或多种其他或可用的原料的优选方法，是首先将粘土与最相容的，并能使粘土产生最完全的片状剥离的胶粘组分混合。某些情况下，这种胶粘组分是增粘剂。在其他情况下，是半结晶热塑性聚合物。在本发明的一个优选实施方案中，首先将聚合物熔化，然后在至少不存在部分或更优选不存在其他所有一种或多种原料情况下，与粘土混合。混合温度的选择要超过剥离剂的软化温度，但要低于各组分的分解温度，包括粘土中有机组分的分解温度。在本发明的这些优选实施方案中，当聚合物熔化和亲有机粘土被复合时，粘土会产生符合要求的片状剥离。最优选在该混合步骤中不使用增粘剂，因为观察到增粘剂的存在会阻碍粘土的片状剥离。
混合好胶粘剂后，粘土最好是处于片状剥离状态的，而且认为粘土片以被胶粘组合物的部分或全部组分溶涨的单片，二层片，三层片和/或小的触液取向胶形式存在。对本领域技术人员而言，很容易理解完全剥离成单片对提高性能而言并非必需，而相反，过多触液取向胶的存在会影响胶粘组合物的特性。然后，可以将其他可用的原料及可用的导电颗粒加入熔化混合物中。但要注意的是，可以将导电颗粒在以后的步骤中加到组合物中或组合物上，如果需要，可以在组合物被涂敷到基材上或被制成薄膜以后，再进行加入导电颗粒的步骤。
用来熔化原料的装置应能提供足够的剪切力和热量，使粘土片状剥离，但这种剪切力或热量应不致于由于粘土中的有机组分裂解而使粘土团聚或聚结成块。在本发明优选组合物的制备方法中，优选使用具有三个分开的进料区和三个处理部分的双螺杆挤出机。胶粘聚合物加入进料区，然后被熔化。将亲有机粘土加入4区混合，然后在挤出机的5区加入增粘剂等其他原料进行混合。适用于本发明的一种双螺杆挤出机是从American Leistritz Extruder Corporation，Somerville，NJ购得的，商品名为Lab Extruder LSM 30.34，其长度/直径比是40。
使用了以下型号的螺杆，从进料部分向下游过程排列。
从挤出机驱动端开始的螺杆型号：
ZD-7.5
ZD-7.5
GFA-2-60-120
GFA-2-45-60
GFA-2-45-60
KB4-2-60-30-RE
KB3-2-45-30-RE
KB3-2-45-60-RE
KB4-2-60-90
GFA-2-60-120
GFA-2-60-30
GFA-2-45-60
GFA-2-45-30
KB4-2-60-30-RE
KB4-2-60-30-RE
KB4-2-60-30-RE
KB2-2-30-30-RE
KB3-2-45-90
GFA-2-60-60
GFA-2-60-60
GFA-2-45-60
GFA-2-45-60
GFA-2-30-30
KB4-2-60-60-RE
KB3-2-45-90
GFA--2-20-30
在以上型号中用了以下的标准American Leistritz部件名称：
型号 部件类型
ZD-7.5 垫片，7.5毫米
GFA-2-P-L 双叶式前向输送
P＝螺距
L＝部件长度
KBN-2-L-Theta-RE 双叶式捏合块，前向输送
N＝捏合盘数
L＝部件长度
Theta＝扭转角度(度)
RE＝前向输送(若缺Re表示中性)
在优选实施方案中，本发明胶粘组合物优选是以胶粘薄膜形式提供的。对某些最终用途而言，本发明的胶粘薄膜在要进行的传送温度时应不发粘或只是略带粘性，该传送温度被理解为低于形成粘合的温度。本发明的胶粘薄膜通常被涂敷到合适的剥离衬垫上，能在剥离衬垫之间或其他合适的包装中，稳定储存6到24个月或更长时间。熔化的胶粘组合物可以通过连续或分批热熔成形方法制成薄膜。连续成形方法包括，将熔化的胶粘组合物从一薄膜模具中拉出，然后将其与移动的塑料带或其他合适的基材接触。也可以采用合适的压机和/或其他辅助的薄膜成形工具，如压辊、刮刀式涂料机等，进行挤出操作。形成薄膜后，可采用冷却滚筒或水浴等直接方式，以及空气冲击等非直接方式，使薄膜淬冷固化之。
可用的导电填料或导电体可以在过程中的一个或多个阶段加入组合物中。例如，使用导电颗粒时，导电颗粒可以连同其他组分在挤出机中加入到组合物中，优选在粘土进料点的下游加入。或者，在制成薄膜但仍趁其在可接受状态时，如将其加热到接近但低于Tc的温度时，将导电填料或导电体置于薄膜中或置于其表面上，然后轻压使其嵌入。在施加这种轻压前，先在薄膜表面覆盖一层剥离衬垫，或者用滚筒或轧辊的可剥离面施以嵌入压力。在另一个可用的实施方案中，可以先将导电颗粒置于微细复制性剥离衬垫的许多微小凹穴中，然后将其层压转移到胶粘薄膜的表面上。
含有半结晶聚合物和亲有机粘土的热熔胶粘剂与常规热熔胶粘剂相比，具有很多优点。首先，使用了这些粘土能够大大提高热塑性半结晶聚合物的再结晶(即粘合后)速度，从而能更迅速地随即产生剥离强度和抗蠕变性。加有这种粘土和热塑性半结晶聚合物的体系不仅能更快地再结晶，与不含这种粘土的类似体系相比，还能形成高得多的抗蠕变性和剥离强度。提高了抗蠕变性会增强其耐用性(即，能承受更大的重量负载)，并扩展其使用温度范围(即，使用温度范围的高端是半结晶聚合物的Tm)。扩展了使用温度范围有利于对必须承受更热环境比如汽车内或装运容器内部的物体进行粘合。提高了再结晶速度能改善粘合周期，因为更短的胶粘剂定形时间在包装密封和产品组装上是很有用的。
在优选实施方案中，胶粘组合物可以被调制成可能是薄膜形式的导电组合物。本发明的导电组合物具有很广泛的用途，特别是用于将电子部件电偶合在一起。在某些用途中，导电颗粒的粒径和分布能使粘合后的胶粘剂具有各向异性的导电能力，可以利用这种薄膜在多层结构中进行电连接，在这种结构中，要求相邻部件具有横向的电隔绝性，而在Z方向(垂直于薄膜平面)上，各层之间是导电的。
含有此种导电颗粒的胶粘组合物可用做ZAF，根据胶粘剂种类及导电颗粒的粒径范围、粘合时间、温度和压力的不同而异。一般而言，本发明胶粘薄膜能够在90℃到200℃温度范围内，在1秒到5分钟时间内形成粘合。优选该种胶粘薄膜在110℃到160C温度范围内，3秒到90秒内形成粘合。更优选在3到20秒内，在120℃到150℃温度范围内形成粘合。粘合所需的压力取决于胶粘组合物的种类，待粘合基材的种类和形成器件的种类等因素。对某些粘合而言，可能不需要施加压力。对其他而言，需要施加足够的压力，使胶粘剂充分流动，从而使导电物质与接触点发生电连接，从而形成导电粘合。一般而言，需要足够的压力，使可热粘合薄膜在基材表面形成均匀的润湿。本领域技术人员无须过多实验，就可决定要求的压力大小。一般建议使用0.3到6.9兆帕，更优选0.69到2.0兆帕的粘合压力。
最适合一具体用途的胶粘薄膜/组合物的厚度取决于该用途和要粘合的物体(电子部件和电路基材)。例如，对电子方面的用途而言，胶粘层不能太薄，否则，填充电子部件和电路基材之间的空间区域就不容易，而且，充分润湿要粘合的基材也不容易。粘合层也不能太厚，否则多余的胶粘剂在粘合时会流出。这些多余的胶粘剂在流动时，会将导电颗粒携带至粘合界面的边缘，而这是不好的。在电子用途中，一般规则是，各向异性导电胶粘层厚度约为12微米到约125微米。在普通粘合用途中，厚度可以更大些，通常是12微米到1000微米。
因此，可以用本发明的胶粘组合物将第一基材与第二基材进行机械粘合。当胶粘剂是导电性物质时，可以将第一结构上的一个或多个电子部件与第二结构上的一个或多个电子部件进行电偶合。当胶粘剂是各向异性导电物质时，可以被用来对第一基材上的导体和第二基材上的导体进行电连接，而无须使各基材上的导体直接连通。
本发明的原理也可用来制造导电胶带，是将本发明的胶粘组合物置于合适的背衬上。这种实施方案中的背衬包括金属箔，许多金属颗粒等导电材料。这种胶带可以成卷储存，使用或不使用剥离衬垫来保护胶粘剂都可以。在优选实施方案中，背衬的表面起到了剥离衬垫的作用。
在一具体说明性实施方案中，使用本发明的组合物，可以在一芯片或芯片模块上的导电垫和一基材上的导电线路之间形成电连接，其中，该基材可以是皮线电路(包括Smart Card body)、印刷线路板、铟锡氧化物(ITO)涂敷的玻璃或具有其他导电线路的玻璃；或用来在皮线电路上的导电线路和第二皮线电路、印刷线路板、ITO涂敷的玻璃和/或具有其他导电线路的玻璃上的导电线路之间形成电连接；或用来在两块印刷线路板之间或一块印刷线路板和接地板之间形成电连接。这些类型的电连接可以应用于便携式电子装置、计算机、膝上电脑、键盘、触摸屏、显示器(玻璃的和塑料的)、蜂窝电话、个人电子助理(PDA)、寻呼机、Smart卡、射频识别(RFID)标签、Smart标签、便携式电子装置的天线、计算器、手表、收音机、发动机操纵装置及类似产品中。
为说明起见，图1表示了本发明的一个特定代表性的电子组件。在电子组件10中，其表面上有第一列金属粘合部位或电路14的第一基材12与其表面上有第二列粘合部位或电路18的第二基材16紧密贴合在一起。一种优选是薄膜形式的胶粘物质20位于第一基材12和第二基材16之间，在此之间形成粘合。导电颗粒22位于其间并使第一列中的单个粘合部位14与第二列中的单个粘合部位18形成电连接，而且使第一基材12和第二基材16形成电连接。胶粘物质20中还包含亲有机粘土24。
本发明的电子组件也可以是附图2所示的形式。在附图2中，电子组件110包括其上表面具有金属线路114的基材112。优选是薄膜形式的胶粘剂116施加于基材的上表面上并覆盖线路114。当组件110与第二基材(未示出)粘合时，胶粘薄膜中的大量导体颗粒118使线路114和第二基材上的相应粘合部位形成电连接。胶粘剂116也包括亲有机粘土120。
本发明电子组件的另一个实施方案如附图3所示。附图3中的电子组件210是一个柔性跨接线，可被用来连接线路板、平板显示器或柔性电路。基材212是一种柔性聚合物，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，其表面上具有导电金属线路214。其背面上的含有导电颗粒(未示出)和亲有机粘土(未示出)的带状胶粘薄膜216使线路板和平板显示器(未示出)无须使用焊料，就能形成电连接。可以用一种可用的保护性涂层薄膜220对未被胶粘剂覆盖的电路区域212进行覆盖。
现通过以下实施例进一步说明本发明的其他目的、特点和优点，但是，这些实施例中引用的具体物质及其数量以及其他条件和细节并非对本发明的限制。
实施例中使用了以下测试方法：
制备导电胶粘薄膜：
包括印刷线路板90度剥离，普通FR4 90度剥离，空隙测定、施加热量及剪切力条件下的当场电学测量的测试方法，都是对含有导电颗粒的胶粘薄膜进行的。使用的颗粒都是43微米标称直径，是银涂敷的玻璃球，可以从Potters IndustriesInc.，Carlstadt，NJ购得，商品名为Conduct-O-Fil S-3000-S3P。将这些颗粒加入胶粘基质薄膜时，先将颗粒置于小玻璃罐中，罐的开口覆盖有从AdvantageSupply，Roseville，MN购得的单层聚酯织物，商品名为Tetko PeCap-LE 305-40d。将涂敷有经聚硅氧烷处理的聚酯剥离衬垫的胶粘薄膜置于90℃热板上约3秒，使薄膜软化到能够在其中嵌入颗粒的状态。将颗粒从被织物盖口的玻璃罐中撒到距离约5厘米的薄膜表面上。然后将先置于90℃热板上的聚硅氧烷处理的聚酯剥离衬垫贴在薄膜的颗粒涂层表面上，用约3厘米直径的橡胶辊筒，用手轻压之，形成导电胶粘薄膜。薄膜表面的颗粒密度是每平方毫米90±20个颗粒。对63微米厚度的胶粘薄膜，相当于约16％重量比的颗粒。当颗粒含量在5％到30％重量比范围内变动时，不会对剥离强度的测量值产生多大影响。
印刷线路板90度剥离
除非另有指明，根据“制备导电胶粘薄膜”节制备的导电胶粘测试薄膜都承载了银涂敷的玻璃颗粒。使用具有金涂层的铜金属化电路的46毫米宽×54毫米长×1.44毫米厚的FR4型印刷线路板，其上的电路约30微米厚，约1.27毫米宽，间隔约1.18毫米，(以后简称PCB；从TRC Circuits Inc.，Minneapolis，MN购得)和具有银电路的46毫米宽×39毫米长×0.127毫米厚的聚酯柔性印刷线路，其上的电路约10微米厚，约1.27毫米宽，间隔约1.18毫米，(以后简称皮线电路；从I Corp.，Minneapolis，MN购得)作为测试基材。在施加导电胶粘薄膜前，用不脱毛的工业KIMWIPES细抹布(从Kimberly-Clark，Irving，TX购得)蘸上异丙醇将上述两种测试基材擦拭一遍并干燥之。
将导电胶粘薄膜样品用5毫米宽双刃刀片切出5毫米宽，约55毫米长的带子。可以在切割前，将聚硅氧烷涂敷的聚酯剥离衬垫置于胶粘薄膜的非衬垫表面上(在下一步骤前要将该衬垫除去)。将导电胶粘薄膜有衬垫的表面置于90℃热板上约3秒，使其软化但不熔化，然后将薄膜从热板上取下。将皮线电路(其银电路面向上)置于热板上并在90℃加热约2秒。然后将预加热的导电胶粘薄膜带覆盖在皮线电路上，使胶粘薄膜长度方向垂直于银电路进行移动，而且胶粘薄膜与电路末端间隔1毫米。然后，用手轻压胶粘薄膜的衬垫面，趁皮线电路还在热板上时，立刻利用手动橡胶滚筒将其来回滚压两次。这就使胶粘薄膜带均匀润湿，以便能轻易地除去残留的剥离衬垫。
然后将层压样品从热板上取下，小心地除去残留的剥离衬垫，在不破坏胶粘薄膜带/皮线电路接触面的情况下，暴露出胶粘薄膜带的表面，修剪掉皮线电路边缘外多余的胶粘薄膜带，留下能够重叠在PCB上的5毫米×46毫米的胶粘薄膜。
然后，将皮线电路的非银电路表面与90℃热板接触约2秒，使薄膜软化但不熔化，使胶粘薄膜带/皮线电路层压件的第二表面预粘合在PCB上，从热板上移开，按压在已经在90℃热板上预加热2秒后的PCB上，其金涂敷的铜电路面向上，对准重叠的两个电路，将皮线电路连接到PCB上。用上述手动橡胶滚筒，将在热板上加热的预粘合组件来回滚压两次，使基材被胶粘薄膜均匀润湿。
然后用型号为1093的DCI恒定热粘合机(从DCI Inc.，Lenexa，KS购得)将每个组件粘合起来。将DCI粘合机的热电极设定为285℃，除非在实施方中另有案所述。用导热聚硅氧烷橡胶SARCON 20GTR(200微米厚，从Fujipoly America，Kenilworth，NJ购得)作为热电极和组件顶部之间的间隔层。
3毫米宽76毫米长的金属热电极保持在一恒定温度，用约1.45兆帕(210磅每平方英寸)的压力将其压在组件上。粘合时间设定为5秒，除非另有指明。热电极温度设定为285℃，除非另有指明。
90度剥离测试在保持23±3℃和50％相对湿度条件下，用配备有9千克(20磅)测力计和90度剥离测试夹具的型号为4465的INSTRON机械测试仪(从InstronCorporation，Canton，MA购得)上进行测量。夹爪分离速度是12.7毫米/分。记录下最大负荷，除以粘合宽度，计算得到单位是牛/毫米的剥离强度。测试薄膜每次使用一个组件。
普通FR4 90度剥离：
如“印刷线路板90度剥离测试方法”节所述制备粘合的组件，区别在于使用普通FR4(其上没有导电线路)(1毫米厚，从Electroply，EI Segundo，CA购得)代替PCB，使用500号经MELINEX 453处理的聚酯薄膜(其上没有导电线路)(从ICIPolyester，Wilmington，DE购得)代替聚酯皮线电路。除非另有指明，DCI恒定热粘合机上的热电极温度设定在260℃，压力是1.45兆帕(210磅每平方英寸)，粘合时间为10秒。然后将粘合好的组件如实施方案所述，在室温(约23℃和约50％相对湿度)老化数次。
对每个导电胶粘测试薄膜，根据“印刷线路板90度剥离测试方法”测量三个组件，取平均值。一般偏差为±0.3牛/毫米。
空隙测定：
如“印刷线路板90度剥离测试方法”所述制备粘合的组件，热电极温度设定为285℃或如实施方案中所述，粘合压力为1.45兆帕(210磅每平方英寸)，粘合时间为5秒或如实施方案中所述。
用OLYMPUS SZX9变焦显微镜(从C.Squared Corporation，Tamarac，FL购得)以透光方式检视导电线路之间的区域。用安装在显微镜和摄象机之间的20X变焦透镜和0.5X透镜，以及IMAGE-PRO PLUS图象分析软件(从Media Cybernetics，Baltimore，MD购得)捕捉显微图象。
导电颗粒显示为不透明的规则圆形。空隙显示为透明的非圆状图形。根据以下标准对空隙进行分级：
无-显微图象中看不见空隙
小-空隙不多见，是分隔开的，其主轴上的长度通常小于130微米
大-空隙主轴上的长度约200微米或更大，而且许多空隙互相接触
150℃储存切变模量(G′)的测定
采用“平行板动态机械测试方法”对储存切变模量(G′)进行测定。在约85℃温度下用手轻压将约60微米厚的胶粘基质薄膜若干层层压成约1毫米厚，不含导电颗粒的样品薄膜。在ARES电流计(从Rheometric Scientific，Piscataway，NJ购得)上，使用8毫米直径的两个圆板，以平行板形式对样品薄膜进行测试。测试频率为1赫兹，升温速度为5℃/分。样品薄膜在室温(25℃)时置于电流计上，以1％的应变从25℃测到200℃。报告150℃测得的储存切变模量(G′)。
储存切变模量随时间变化的测定：
如“150℃时储存切变模量的测定”所述制备约1毫米厚的样品薄膜。在ARES电流计(从Rheometric Scientific，Piscataway，NJ购得)上，使用两块25毫米直径的圆板，以平行板形式对样品薄膜进行测试。在室温时，将样品薄膜装入仪器中，加热到170℃并利用恒定间隙设置，使其在该温度保持10分钟。然后打开仪器烘箱，使过多的薄膜能从板的边缘上刮去。然后将样品冷却到70℃并在以后的测试中保持该温度。该温度的选择是要足够低到使再结晶得以发生，例如低于结晶熔化温度。在以后的测试中，该物质被置于约30到100克的压力下。板之间的缝隙(在170℃除去过多物质后)是0.6到0.8毫米。扫频从15赫兹到0.1赫兹，应变约5％，记录1.2赫兹时的储存切变模量的值，作为物质在70℃经过一段时间的变化。
施加剪切力条件下的当场电学测量：
样品组件包括与印刷线路板(PCB)粘合的柔性印刷电路(皮线)和要测的导电胶粘薄膜。通过如“印刷线路板90度剥离测试方法”中所述粘合设备和设定值，形成粘合。
所用的皮线电路是铜/KaptonTM聚酰亚胺薄膜类型的，由PDI，Inc，Plymouth，MN制造，使用DuPont PyraluxTM WA作为铜和KaptonTM之间的层压胶粘剂。印刷线路板是基于铜/FR4的板，也由PDI制造。对所有铜表面(皮线电路和印刷线路板)都有硬质金饰(覆盖在镍上)。线路板尺寸是66毫米×102毫米，沿长度方向，有17个均匀分布的电路线，宽1.27毫米。皮线电路尺寸为6毫米×50毫米，且只有一根宽1.27毫米沿长度方向的中央线路。用3MTM Z轴7303号胶粘薄膜(从3MCompany，St.Paul，MN购得)将具有相同线数和间隔的银墨/聚酯柔性跨接线(从I-Corp，Minneapolis，MN购得)粘合在PCB的两端。这使得PCB能通过与皮线跨接线共同使用的嵌入接点与线路导通。
与板上线路成直角同皮线电路形成粘合，产生一个形似十字或加号的形状，在皮线电路和PCB上的线路之间形成1.27毫米×1.27毫米的重叠区域。如下所述，对十字形重叠区域的胶粘剂，进行四导线电阻测量。在板上一根单线和皮线电路一个末端形成电流途径。在板上导线和皮线电路上的导线之间，测量电压差，此时测量电压差的结点位于电流接点的另一端。板旁未使用的线路有助于测试皮线电路；这些线路是通过被测的导电胶粘剂与皮线电路连接的。在这种四线结构中，在电压两个接点之间没有明显的电流，因此，测得的电压降等于在电流通过胶粘剂的部位测得的电压降，所以电压降对所通电流的比值就给出了通过胶粘剂的电阻。使用7000系列扫描仪(Keithley Instruments，Cleveland，OH)沿线路板的中部12导线触发接点，对每个样品组件给出12个精确测量胶粘剂电阻值。
对自动电学测量，将线路板如上所述与导线连接。导线通向扫描仪的硬连线接点，与Keithley Instruments 236型电源测量装置(SMU)连接。用运行LabView5.0(从National Instruments，Austin，TX购得)的Hewlett PackardVECTRA奔腾3计算机控制扫描仪和SMU。将扫描仪调节到4极模式，打开电源，如上所述测试SMU与测试板上的电压接点之间的电压。程序设定SMU输出100毫安(mA)电流，如上所述测定通过胶粘剂的电压降。恒流制输出电压设定为200毫伏(mV)。
另外，连接扫描仪接受热电偶模块(80TK型，从Fluke Corporation，Eerett，WA购得)的电压输出，该模块中插入了一个热电偶(5SC-TT-K-36-36，从OmegaEngineering，Inc.，Stamford，CT购得)。通过这种方式，除了测得电阻之外，还能同时测得粘合界面的温度。在线路板上两根电线之间挖了一道槽，用以容纳热电偶。
为了测得对控温样品施加剪切力时的电学效应，将粘合的样品用3MTM 9890号导热胶粘转移带贴附在铝块(包含一个由温度控制器控制的筒形加热器)上。将铝块夹在一个支架上，使皮线电路沿长轴垂直悬挂。如上所述进行电连接。用钳子夹住皮线电路，在钳子上附以一个弹簧，弹簧常数为70牛/米。
在以下条件下进行电学测量：
条件1，无负载。
条件2，在静态模式(不振荡)下悬挂250克砝码。
条件3，振荡情况下悬挂250克砝码。
条件4，当样品温度升高到70℃时，在静态模式下悬挂250克砝码。
条件5，在70℃，在振荡情况下悬挂250克砝码。
每种测试条件都要报告12个接点的电阻中值。
用差示扫描量热法测定熔化吸热量：
将约10毫克不含导电颗粒的薄膜置于铝制自动样品盘(从TA Instruments，New Castle，DE购得，件号为990999.901)中，然后使盘皱缩。将盘中的样品置于170℃烘箱中。至少15分钟后，从烘箱中取出样品并置于室温(约24℃)下。在样品置于室温中的5小时内测定熔化吸热量。使用型号为2920的差示扫描量热计(从TA Instruments，New Castle，DE购得)，从25℃到170℃，升温速度为5℃/分，对65℃到140℃温度范围内吸热峰下的面积进行积分，计算得到以焦/克为单位的熔化吸热量。
薄膜透光率的测定：
用HP 8425A紫外-可见光谱系统，测量胶粘基质薄膜(不含导电颗粒)的透光率，该系统可从Agilent Technologies购得，网址是www.chem.agilent.com。采用ASTM E169-99中所述一般方法。摄取背景光谱后，对每个测试薄膜都测量200到800纳米(nm)波长范围的光谱。记录540纳米波长处的吸光度，归一化为对应于65微米厚度的薄膜。将该归一化的吸光度值转换成百分透光率后记录。
在以下实施方案中，所有数量，百分数和份数除另有说明外，都以重量表示。
对比例1(不含粘土)
将50重量份的PEBAX 3533聚合物(从Elf Atochem，Glen Rock，NJ购得)与50重量份的SYLVARES 2040增粘剂(从Arizona Chemical，Panama City，FL购得)在一Lab Extruder LSM 30.34双螺杆挤出机(从American LeistritzExtruder Corporation，Somerville，NJ购得)中混合，螺杆参数如上文所述。
此挤出机包括具有一个温度较低的喉管的进料区和随后的10个加热区。1-4区设定在229℃，5-6区设定在221℃，7-8区设定在213℃，9-10区设定在210℃。螺杆速度设定在125转/分。PEBAX 3533聚合物通过投料区的开口加入，SYLVARES 2040增粘剂通过4区的开口加入。总通过量为13.6千克/小时(30磅/小时)。
将混合的物料送入一锻模中，涂到57.5微米厚的聚酯剥离衬垫(从Loparex，Willowbrook，IL购得)上，涂层厚度为62.5微米，宽度为3为0.5厘米，形成基质薄膜。模具温度为138℃，冷却辊(位于浇注材料衬垫的下方)温度设定为3℃。
按照上述方法，对对比例1的导电胶粘薄膜进行印刷线路板90度剥离，普通FR4 90度剥离和空隙的测试。还根据150℃时储存切变模量测试方法对对比例1的基质薄膜进行测试。结果列在表2中。
实施例1
将从Southern Clay Products，Gonzalez，TX购得的SCP CLOISITE 20A亲有机改性蒙脱土，加入到重量比为50∶50的PEBAX 3533聚合物和SYLVARES 2040增粘剂混合物中，使SCP CLOISITE 20A粘土占PEBAX聚合物、SYLVARES 2040增粘剂和SCP CLOISITE 20A粘土的组合物总重量的3％。
使用对比例1的挤出机将物质混合。1-8区设定为229℃，9区设定为221℃，10区设定为210℃。PEBAX 3533聚合物通过进料区的开口加入，SYLVARES 2040增粘剂通过2区的进料口加入，SCP CLOISITE 20A粘土通过4区的开口加入。总处通过量为9.4千克/小时(20.7磅/小时)。
将混合物料送入对比例1的锻模中，如对比例1所述进行涂覆，形成实施例1的基质薄膜。
按照上述方法，对实施例1的导电胶粘薄膜进行印刷线路板90度剥离，普通FR490度剥离强度/力和空隙的测试。根据150℃储存切变模量测试方法对实施例1的基质薄膜进行测试。结果列在表2中。
实施例2
用实施例1中的各组分和步骤制备实施例2的薄膜，区别在于SCP CLOISITE20A的用量是11.1％重量比，而且总通过量是10千克/小时(22.25磅/小时)。按照上述方法，对实施例2的导电胶粘薄膜进行印刷线路板90度剥离，普通FR490度剥离和空隙的测试。根据150℃储存切变模量测试方法对实施例2的基质薄膜进行测试。结果列在表2中。
实施例3-4
将SCP CLOISITE 30B粘土(亲有机改性蒙脱土，从Southern Clay Products，Gonzalez，TX购得)加入到BRABENDER混料机中的PEBAX 3533聚合物中，在约165℃以80转/分的速度搅拌10分钟。
取出一部分混合物，加入SYLVARES 2040增粘剂，在约150℃以80转/分速度混合15-20分钟。各组分含量列在表1中。
将混合物料在型号为TS21-H-C-8的PHI水压机(从PHI，Pasadena，CA购得)上加压，其温度设定为140℃，压力表设定为8896牛顿(2000磅力)。然后将所得薄膜(夹在两层剥离衬垫中的薄膜)拉过热的刀式涂料机，其温度设定为90℃，制得的基质薄膜厚度在62.5到75微米范围内。
表1
按照上述方法，对导电胶粘薄膜进行印刷线路板90度剥离，普通FR490度剥离和空隙的测试。根据150℃储存切变模量测试方法对基质薄膜进行测试。结果列在表2中。
表2
(1)NT＝未测
结果表示了用平行板动态机械测试方法测得的亲有机粘土对形成剥离强度和150℃的模量的影响。
实施例5
采用实施例1的各组分和步骤制备实施例5的薄膜，区别在于SCP CLOISITE20A粘土的加入量是10％重量比，SYLVARES 2040增粘剂从8区的开口加入，螺旋速度为300转/分，各区温度设定是：1-4区＝229℃，5-8区＝199℃，9区＝188℃，10区＝177℃。总通过量是10千克/小时(22.22磅/小时)。
按照上述方法，对导电胶粘薄膜进行印刷线路板90度剥离和空隙的测试。结果列在表7中。
对比例2-3
将SCP CLOISITE Na+无支柱粘土(绿土型亲水粘土，从Southern ClayProducts，Gonzalez，TX购得)与PEBAX 3533聚合物加入BRABENDER混料机中，在约150℃以80转/分速度混合10分钟。
取出一部分混合物，加入SYLVARES 2040增粘剂，在约150℃以80转/分速度混合20分钟。
按照实施例3和4的步骤，制备对比例2和3的胶粘基质薄膜。各组分量列在表3中。
表3
对比例4-5
将KAOPAQUE 20粘土(高岭土/瓷土，从Dry Branch Kaolin Company，DryBranch，GA购得)在340帕35℃真空烘箱中干燥5小时，与PEBAX 3533聚合物在BRABENDER混料机中，在约150℃以80转/分速度混合10分钟。
然后，取出一部分混合物，加入SYLVARES 2040增粘剂，在约150℃以80转/分速度混合20分钟。按照实施例3和4的步骤制备对比例4和5的胶粘基质薄膜。各组分量列在表4中。
表4
对比例6-7
将DIXIE CLAY粘土(高岭土，从R.T.Vanderbilt Co.Inc.，Norwalk，CT购得)在340帕35℃真空烘箱中干燥5小时，与PEBAX 3533聚合物在BRABENDER混料机中，在约150℃以80转/分的速度混合10分钟。
然后取出一部分混合物，加入SYLVARES 2040增粘剂，在约150℃以80转/分速度混合20分钟。
按照实施例3和4的步骤制备对比例6和7的胶粘基质薄膜。各组分量列在表5中。
表5
对比例8-9
将KALLOID粘土(高岭土，从Unimin，New Canaan，CT购得)在340帕35℃真空烘箱中干燥5小时，与PEBAX 3533聚合物在BRABENDER混料机中，在约150℃以80转/分的速度混合10分钟。
然后取出一部分混合物，加入SYLVARES 2040增粘剂，在约150℃以80转/分的速度混合20分钟。
按照实施例3和4的步骤制备对比例8和9的胶粘基质薄膜。各组分量列在表6中。
表6
按照上述方法，对对比例1-9的导电胶粘薄膜进行印刷线路板90度剥离和空隙的测试。结果列在表7中。
表7
表中数据表明，亲有机粘土的存在有助于减少空隙形成，同时提高剥离强度。
实施例6-8
按照以下步骤制备三种薄膜：
将SYLVARES 2040增粘剂置于BRABENDER(从C.W.Brabender InstrumentsInc.，South Hackensack，New Jersey购得)中，与SCP CLOISITE 20A粘土在130℃以70转/分的螺旋速度混合10分钟。
然后，将一部分混合物在BRABENDER中与PEBAX 3533聚合物在150℃以80转/分的螺杆速度混合10分钟。
按照实施例3和4所述制备实施例6，7和8的胶粘基质薄膜。各组分量列在表8中。
表8
按照上述方法，对实施例6，7和8的导电胶粘薄膜进行印刷线路板90度剥离和空隙的测试。结果列在表10中。
实施例9-10
采用与实施例6-8相同的组分和步骤制备实施例9-10，区别在于用ODA/CWC亲有机粘土(从Nanocor Inc.，Arlington Heights，IL购得)代替SCP CLOISITE 20A粘土。
各组分量列在表9中。
表9
按照上述方法，对实施例9和10的导电胶粘薄膜进行印刷线路板90度剥离和空隙的测试。结果列在表10中。
表10
表中数据表明，亲有机粘土的存在对空隙形成和剥离强度产生了影响。
实施例11
将对比例1和实施例2的导电胶粘薄膜制成测试组件，按照剪切力条件下当场电学测量方法进行测试。
结果表明，12个接点的电阻中值(以毫欧为单位)与应力和温度有关。
表中数据表示了亲有机粘土的存在是如何影响电阻对粘合部位所受不同剪切力而产生响应的。
实施例12
对实施例5和对比例1的胶粘基质薄膜按照储存切变模量随时间变化的测试方法，检测老化时间对储存模量(G′)增加的影响。结果列在下表中：
表11
实施例13
根据差示扫描量热法测定熔化吸热量的方法，对实施例3和5，对比例1，5，6，7和8的胶粘基质薄膜进行测试。结果列在表12中。为了进一步比较，实施例1的样品在室温条件下保存7个月。然后，根据差示扫描量热法测定该样品，区别在于将样品在25℃下直接置于差示扫描量热计中，而不是置于170℃的烘箱中。得到的熔化吸热量是2.7焦/克(J/g)。
表12
实施例14
根据薄膜透光率测定方法，对实施例2，对比例1，4，6和8的胶粘基质薄膜进行测试。结果列在表13中。
表13
在引用的专利，专利文件和公开文件中公开的所有内容，都完全参考结合于此。不离开本发明范围和原理作出的各种修改和变动，对本领域技术人员而言都是显而易见的。本发明不受以上说明性实施例的限制，实施例仅是在受限于以下权利要求的本发明的范围内举出的实例。
机译： 涉及粘合剂的装置，组合物和方法，其性能因亲有机粘土成分而得到改善
机译： 结合了粘合剂的装置，组合物和方法，其性能因亲有机粘土成分而增强
机译： 结合了粘合剂的装置，组合物和方法，其性能因亲有机粘土成分而增强
