具体实施方式
以下举出实施例对用于实施本发明的最佳方式进行说明,但本发明并不限定于这些实施方式。
本实施方式的导电性微粒具有核粒子、含有镍及磷的金属镀覆被膜层及以钯层为最外表面的多层导电层。
作为上述核粒子没有特别限定,优选例如具有适度的弹性模量、弹性变形性及复原性的材料,既可为无机材料也可为有机材料,但为了易于控制适度的弹性模量、弹性变形性及复原性,优选为由树脂构成的树脂微粒。
作为上述树脂微粒没有特别限定,可以列举出例如由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚四氟乙烯、聚异丁烯、聚丁二烯等聚烯烃,聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯等丙烯酸树脂,二乙烯基苯聚合树脂,二乙烯基苯-苯乙烯共聚物、二乙烯基苯-丙烯酸酯共聚物、二乙烯基苯-甲基丙烯酸酯共聚物等二乙烯基苯系共聚树脂,聚对苯二甲酸亚烷基酯、聚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、苯酚甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、苯鸟粪胺甲醛树脂、尿素甲醛树脂等构成的树脂微粒。这些树脂微粒可单独使用、也可并用2种以上。
作为上述核粒子的平均粒径没有特别限定,优选的下限为1μm、优选的上限为20μm。如不足1μm,例如,在无电解镀覆时容易凝集、难以形成为单粒子,如果超过20μm,则超出作为各向异性导电材料在基板电极间等使用的范围。核粒子平均粒径的更优选上限为10μm,尤其优选的上限为5μm。
对于上述含有镍及磷的金属镀覆被膜层而言,与上述核粒子表面距20%以下的膜厚区域(区域A)内的金属镀覆组成中含有7~15%重量的磷。较优选区域A中的磷含有率为7~14重量%,尤其优选为7~13重量%。对于金属镀覆被膜层而言,距面向与核粒子相反的方向的金属镀覆被膜层的表面侧10%以下金属镀覆被膜膜厚的区域(区域B)内的金属镀覆组成中含有0.1~3重量%的磷。较优选领域B中的磷含有率为0.1~2.5重量%,尤其优选为0.1~2重量%。金属镀覆被膜层整体含有7重量%以上的磷。在本实施方式中,通过使距与上述核粒子表面邻接的表面20%以下的膜厚区域内的金属镀覆组成中含有7~15重量%的磷、使金属镀覆被膜层整体中含有7重量%以上的磷,认为可抑制金属镀覆被膜层的磁性、导电性微粒的单分散性良好。进一步地,由于距金属镀覆被膜层表面侧10%以下金属镀覆被膜膜厚的区域内的金属镀覆组成中含有0.1~3重量%的磷,认为能够均一地形成钯层,能够得到致密且连续的、难以露出基底镍的构造的钯层。由此,能够形成导电性优良的导电性微粒。此外,为了确保良好的导电性,优选相对于金属镀覆被膜层整体的磷含有率为15重量%以下。如果超过15重量%,存在所得的导电性微粒的导电性降低的倾向。
上述区域A中的磷的含有率的优选下限为7重量%、优选上限为15重量%。如果不足7重量%,含镍的金属镀覆被膜层(镍镀层)过硬、有时易裂开,进而发生由磁性导致的凝集、分散性有时恶化。如果超过15重量%,镍镀覆层过软,与核粒子和导电层的密合性有时降低。
上述区域B中的磷含有率的优选下限为0.1重量%、优选上限为3重量%。如超过3重量%,含有镍的金属镀覆被膜层的结晶构造变得粗糙,有时不能形成致密且连续的钯层。
上述金属镀覆组成中含有0.1~3重量%的磷的膜厚区域为距金属镀覆被膜层表面侧10%以下的膜厚区域。由于含有0.1~3重量%的磷的金属镀层为强磁性体,如果距金属镀覆被膜层表面侧超过10%膜厚的区域为强磁性体,则发生由金属镀覆被膜层的磁性导致的导电性微粒的凝集,分散性恶化。
优选在本实施方式中,导电性微粒具有配置于钯层的表面、粒径为20~500nm的绝缘性微粒。绝缘性微粒优选为无机氧化物。假设绝缘性粒子是有机化合物的场合,则存在在各向异性导电材料制造工序中绝缘性粒子发生变形、所得的各向异性导电性特性易于变化的倾向。但是,也能够在注意上述制造工序的情况下使用有机化合物作为绝缘性微粒。而且,也可以不是绝缘性微粒,而是在导电性微粒的表面形成绝缘性的树脂层。其能够通过例如日本特开2008-269816号公报、日本特开2006-236759号公报、日本特开2005-187637号公报等记载的方法制造。
作为构成绝缘性微粒的无机氧化物,可以列举出例如包含硅、铝、锆、钛、铌、锌、锡、铈及镁的氧化物等。这些无机氧化物可单独使用,也可并用2种以上。而且,作为无机氧化物,在包含上述元素的氧化物中,最优选绝缘性优良且控制了粒径的水分散胶体二氧化硅(SiO2)。
无机氧化物微粒的粒径优选比树脂微粒(核粒子)小。具体而言,优选为20~500nm、更优选为20~400nm、尤其优选为30~300nm、极优选为40~200nm。这里,无机氧化物微粒的粒径由根据BET法的比表面积换算法或X射线小角散射法测定。如粒径不足20nm,则吸附于钯层的无机氧化物微粒起不到作为绝缘膜的作用、存在电极间的一部分发生短路的倾向。另一方面,如果粒径超过500nm,存在在电极间不能得到导电性的倾向。
对于本实施方式的导电性微粒而言,最外表面的钯层为致密且连续、不易露出基底镍的状态,在使用SEM观察钯层表面的场合,以粒子半径的同心圆内作为观测范围、以3万倍的观察倍率观测任意100个粒子时,优选1个粒子上存在5个以上的针孔的粒子为10个以下。在观测范围内,如果1个粒子上存在5个以上的针孔的粒子在100个中为10个以上,在形成各向异性导电糊剂、各向异性导电油墨、各向异性导电粘接着剂、各向异性导电膜、各向异性导电片材等的时候,存在容易引起迁移的倾向。因此,优选存在5个以上的针孔的粒子在100个中为10个以下、更优选为7个以下、尤其优选为5个以下、极优选为3个以下。
此处,本发明中的所谓针孔意思是在导电性微粒的钯层表面观测到的直径20~150nm的小孔。在本发明中,超过150nm的孔为由镀覆和破碎工序中发生的镀覆剥离导致的微凹。此外,在所述小孔的形状不为圆形的情况,以与其外接的圆的直径作为小孔的直径。
本实施方式导电性微粒的含有镍及磷的金属镀覆被膜层厚度的优选下限为40nm、优选上限为150nm。如不足40nm,不能得到所期望的导电性,如超过150nm,则存在所述导电层与核粒子的密合性降低、易于剥离的倾向。也可能影响导电性微粒的粒径。金属镀覆被膜层的厚度优选为确保导电性且也不至于影响粒径的40nm~150nm,更优选为45~140nm,尤其优选为50~110nm。
由于钯层具有延展性,在压缩导电性微粒之后,难以产生金属破裂,难以产生起因于金属破裂的迁移。而且,虽然钯层与金及铂同样地导电性优良,但与这些贵金属同体积比较的话,钯层最廉价、实用。由于这些理由,优选最外层为钯层。由于具有钯层,认为还能够谋求防止导电层氧化、降低连接电阻、使表面稳定化等。
作为本实施方式导电性微粒中的最外表面钯层的形成方法,可以列举出无电解镀覆、置换镀覆、电镀、还原镀覆、溅射等以前公知的方法。虽然以置换镀覆的方式也能够形成,但是难以得到致密且连续的钯层。因此,导电性微粒优选具有至少以还原镀覆方式形成的钯层。由此,能够容易地得到致密且连续的钯层,提高钯层的被覆率、提高导电性。而且,如果至少进行还原镀覆,还能够通过与置换镀覆的组合形成钯层。例如,也可以将形成了金属镀覆被膜层(镍镀覆层)的粒子浸渍于置换镀液、通过置换镀覆形成钯层后,接着将所述粒子浸渍于还原镀液,使通过置换镀覆形成的钯层进一步增厚。通过置换镀覆与还原镀覆来设置的钯层沿厚度方向没有分界线、是连续的。而且,如果使用使置换镀覆反应与还原镀覆反应同时进行的镀液,则简化工序、更为优选。
上述钯层也可为钯与磷等的合金。在钯为合金的场合,从导电性的观点来看,优选合金中的钯含有率为70重量%以上,更优选为90重量%以上且不足100重量%。
上述钯层的厚度优选为10nm~50nm、更优选为10~40nm、尤其优选为10~30nm。如钯层厚度不足10nm,则难以防止导电层氧化,连接电阻值高、难以得到充足的导电性。另一方面,如果钯层厚度超过50nm,存在导电性微粒整体的弹性降低的倾向。而且,钯层越厚、成本越高,从经济上来说是不合适的。
在制造本实施方式的导电性微粒的时候,可以在核粒子的表面形成金属镀覆组成中含有7~15重量%的磷的镍镀覆层、之后进行金属镀覆组成中含有0.1~3重量%的磷的镍镀覆层的顺序进行镀覆。作为形成上述含有7~15重量%的磷的镍镀覆层或含有0.1~3重量%的磷的镍镀覆层的方法,可以列举出例如控制镀覆反应的pH的方法、控制镍镀液中的磷浓度的方法等。尤其是由于反应控制性优良,可适宜地使用控制镀覆反应的pH的方法。
以下对各工序进行详述。对于本实施方式的导电性微粒的制造方法而言,优选具有在核粒子的表面进行付与催化剂的工序。作为进行上述付与催化剂的方法,例如进行调整核粒子表面,以确保分散性和镀覆催化剂附着性、镀覆附着性的前处理。作为前处理方法,可以列举出碱性或酸性的脱脂、凭借表面活性剂的亲水化处理、在核粒子表面付与官能团的改性处理等。在进行这些前处理之后,实施对核粒子表面付与在无电解镀还原反应中会成为核的催化剂的催化剂化工序。作为无电解镍镀覆的催化剂,主要使用例如钯和金、铂等。作为付与催化剂的具体的方法,例如,在离子化或稳定的络合化的钯催化剂溶液中投入完成了前处理的核粒子,通过分散及搅拌,在核粒子表面付与络合化的钯等催化剂。将其还原、将金属钯付与到核粒子表面。而且将在碱脱脂后经酸中和的核粒子浸渍于二氯化锡溶液中进行敏化、浸渍于二氯化钯溶液中进行活化(アクチベイジング)的付与催化剂的方法通常也是已知的。
通过使用还原镀,易于控制镍层的镀覆厚度。例如,由于易于预先从所使用的镀液中含有的镍离子浓度算出析出后的镀覆厚度,能够防止使用多余的镍和试剂,能够实现低成本化。作为还原镀覆方法,可以举出例如,使完成了催化剂付与的核粒子分散于建好镀浴的还原镍镀覆浴中的方法;向分散有已完成催化剂付与的核粒子的浴液中,使用定量泵等滴加还原镀液的滴加法等。滴加法由于通过滴加速度和滴加时间能够正确地控制滴加的还原镀液的量,因此易于控制在核粒子上形成的镍镀覆层的厚度、是特别优选的。而且,向如本发明那样的微粒进行镀覆的场合,镀覆浴的浴负荷(粒子表面积除以镀覆浴液量所得的值)非常地高,在还原镀覆中,还原反应过于过量、容易产生异常析出(未镀覆)。滴加法由于镀覆浴中的Ni离子量始终保持为较低,没有未镀覆、能得到平滑的镀覆表面,因此是优选的。
而且,由于镍层为还原镀覆式镍层,能够在树脂微粒上形成致密且均质的镍层,能够提供树脂微粒表面的露出少的导电粒子。即便核粒子是非导电材料,只要为无电解镀覆,就能够设置基本完全覆盖核粒子的镍层。镍层优选为还原镀覆式的镍层。由此,提高对于核粒子的镍层被覆率,使导电性微粒的导电性更为提高。
对于本实施方式的导电性微粒的制造方法而言,例如使用无电解镍镀液,在核粒子的表面通过严密地调整镍镀覆反应时的pH、络合剂、次磷酸·氢氧化钠浓度等镀液组成,能够得到磷浓度变更了的导电性微粒。在无电解镍镀液中,通过使用向络合剂中加入选自柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、丙酸、乳酸及其盐中的至少1种而成的试剂且将pH调整为5.5以下,能够得到7~15重量%的磷浓度。而且已知的是,通过调整次磷酸与氢氧化钠的浓度比,能够变更磷浓度。
对于具有含有0.1~3重量%的磷的镍镀覆层的导电性微粒的制造方法而言,通过上述方法能够调整磷浓度,例如,通过将镍镀覆反应时的pH调整到5.5以上,能够形成含有0.1~3重量%的磷的镍镀覆层。这里,本发明的镍层中含有磷,但在不损害本发明的效果的范围内也可含有其他成分。
通过使本实施方式的导电性微粒分散或配置于粘合剂树脂中,能够制造各向异性导电材料。这种各向异性导电材料也是本发明之一。
作为本实施方式的各向异性导电材料的具体例子,可以列举出例如各向异性导电糊剂、各向异性导电油墨、各向异性导电粘接剂层、各向异性导电膜、各向异性导电片材等。
作为上述树脂粘合剂没有特别限定,可以使用绝缘性的树脂,可以列举出例如,醋酸乙烯酯系树脂、氯乙烯系树脂、丙烯酸系树脂、苯乙烯系树脂等乙烯系树脂,聚烯烃系树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰胺系树脂等热塑性树脂,环氧系树脂、氨基甲酸酯系树脂、聚酰亚胺系树脂、不饱和聚酯系树脂及由它们的固化剂构成的固化性树脂,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、它们的加氢物等热塑性嵌段共聚物,苯乙烯-丁二烯共聚橡胶、氯丁二烯橡胶、丙烯腈-苯乙烯嵌段共聚橡胶等弹性体类(橡胶类)等。这些树脂可单独使用也可并用2种以上。此外上述固化性树脂也可为常温固化型、热固化型、光固化型、湿气固化型中的任一种固化型。
在本实施方式的各向异性导电材料中,除了本实施方式的导电性微粒及上述树脂粘合剂之外,在不损害解决本发明的问题的范围内,根据需要也可添加例如增量剂、软化剂(增塑剂)、粘接着性促进剂、抗氧化剂(抗老化剂)、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、着色剂、阻燃剂、有机溶剂等各种添加剂。
作为本实施方式的各向异性导电材料的制作方法没有特别限定,可以列举出例如,向绝缘性树脂粘合剂中添加本实施方式的导电性微粒、均一地混合使其分散,形成例如各向异性导电糊剂、各向异性导电油墨、各向异性导电粘接着剂等的方法;向绝缘性树脂粘合剂中添加本实施方式的导电性微粒、将其均一地溶解(分散),或加热溶解,在脱模纸或脱模薄膜等脱模材料的脱模处理面上以形成规定的膜厚度的方式涂布,根据需要实施干燥和冷却等,形成例如各向异性导电膜、各向异性导电片材等的方法,对应于想要制造的各向异性导电材料的种类,采用适宜的制造方法即可。而且,也可不使绝缘性的树脂粘合剂与本实施方式的导电性微粒混合,而是分别使用而形成各向异性导电材料。
以上,对本发明涉及的导电性微粒的合适实施方式进行了详细说明,但本发明并不限定于上述实施方式。
实施例
(母粒子1)
将3g平均粒径为3.8μm的交联聚苯乙烯粒子(树脂微粒)用氢氧化钠水溶液脱脂,用酸中和而进行表面调整。向100mL作为碱性钯催化剂的Atotech Neogant 834(Atotech日本株式会社制,商品名)中投入所述完成了表面调整的树脂微粒,在35℃下搅拌10分钟后,用直径3μm的膜滤器(Millipore公司制)过滤。用200ml的蒸馏水水洗粒子,以与前述同样的方式过滤。这里,一般来说,所谓“碱性钯催化剂”,是指用于在树脂微粒表面形成钯层等镀覆层的催化剂,不是本发明的钯层本身。
接着,将水洗后的聚苯乙烯粒子添加到70℃、pH调整为6.0的3g/L的次磷酸钠水溶液中,得到表面被活化的树脂微粒。
向2000ml的玻璃烧杯中加入1000ml水和20g/L的苹果酸钠、付与了钯催化剂的表面被活化的树脂微粒,超声波分散后,一边用氟制搅拌桨进行搅拌(600rpm)一边将pH值调为5.5以下,加热至80℃。用定量泵以7ml/min的速度向其中添加初期薄膜镀液,该初期薄膜镀液由以(SEK670-0)/(SEK670-1)=1.8的比例混合作为无电解镍镀液的SEK670(日本Kanigen株式会社,制品名)而成,约30秒后还原反应开始,从浴液中产生气泡,整个浴液从灰色变成黑色。之后,在初期薄膜的形成结束后,不间隔地以13ml/min的速度同时添加付与厚度的镀液a与付与厚度的镀液b两种液体,其中付与厚度的镀液a为由硫酸镍:224g/L、苹果酸钠:305g/L混合而成,付与厚度的镀液b由次磷酸钠:534g/L、氢氧化钠:34g/L混合而成。之后,进行搅拌直至停止产生气泡,整个浴液从黑色变成灰色。镀液最终pH=3.5。之后进行过滤,得到一次镍镀覆粒子1。这里,电解镍镀液SEK670主要含有次磷酸钠作为还原剂。
接着在2000ml的烧杯中使1000ml水、20g/L酒石酸钠、一次镍镀覆粒子1超声波分散后,一边用氟制搅拌桨进行搅拌(600rpm)一边将pH调整为6.0以上,加温至80℃。使用定量泵、以15ml/min的速度添加付与厚度的镀液c和付与厚度的镀液d,其中付与厚度的镀液c由硫酸镍:224g/L、酒石酸钠:20g/L混合而成,付与厚度的镀液d由次磷酸钠:226g/L、氢氧化钠:85g/L混合而成,刚滴加后还原反应就开始,从浴液中产生气泡。镀覆结束时的浴液为pH=6.0,整个浴液为灰色。过滤后用蒸馏水实施3次水洗,得到二次镍镀覆粒子1。此外,在无电解镍镀覆中,不断测定pH并且适时地对粒子采样。
之后,将作为无电解钯镀液的帕雷特(パレツト)(小岛化学药品株式会社,制品名)建好电镀浴,一边用氟制搅拌桨搅拌一边加温至70℃。向其中加入二次镍镀覆粒子1、实施镀覆5分钟后,实施3次过滤和水洗。在40℃的真空干燥机中干燥7小时后,破碎、解凝集,得到母粒子1。
(母粒子2)
与母粒子1的制作方法同样地进行前处理、将无电解镀覆时的温度设为70℃,使用付与厚度的镀液a、b,为了使区域A的磷浓度与母粒子1相比降低,设为pH=4.0得到一次镍镀覆粒子2。之后对应于母粒子1的制作方法使用付与厚度的镀液c、d,为了使区域B的磷浓度与母粒子1相比降低,将镀覆结束时的浴液设为pH=6.2,其他设为同样,得到二次镍镀覆粒子2后,同样地进行钯镀覆,得到母粒子2。
(母粒子3)
与母粒子1的制作方法的同样地进行前处理、将无电解镍镀覆时的付与厚度的镀液a、b的滴加时间缩短、设为pH=4.3,得到一次镍镀覆粒子3。之后,相对于母粒子1的制作方法,除了延长付与厚度的镀液c、d的滴加时间,设为pH=5.8以外,其他设为相同,得到二次镍镀覆粒子3后,同样地进行钯镀覆,得到母粒子3。
(母粒子4)
与母粒子1的制作方的同样地,得到用碱性钯催化剂进行了表面活化的树脂微粒。向2000ml的玻璃烧杯中投入1000ml水及20g/L的苹果酸钠、付与了钯催化剂的表面活化的树脂微粒,超声波分散后,一边用氟制搅拌桨进行搅拌(600rpm)一边将pH调整为5.5以下,加温至80℃。这里,用定量泵以7ml/min的速度向其中添加初期薄膜镀液,该初期薄膜镀液由以(SEK670-0)/(SEK670-1)=1.8的比例混合作为无电解镍镀液的SEK670(日本Kanigen株式会社,制品名)而成,约30秒后还原反应开始,从浴液中产生气泡,整个浴液从灰色变成黑色。之后,在初期薄膜的形成结束后,不间隔地以13ml/min的速度同时添加付与厚度的镀液e与付与厚度的镀液f两种液体,其中付与厚度的镀液e为以(SEK670-1)/蒸馏水=1.0的比率混合而成,付与厚度的镀液f以(SEK670-2)/(SEK670-3)=1.0的比率混合而成。之后,进行搅拌直至停止产生气泡,整个浴液从黑色变成灰色。电镀浴最终pH=4.5。之后进行过滤,得到一次镍镀覆粒子4。
接着在2000ml的烧杯中使1000ml的水、20g/L的酒石酸钠、一次镍镀覆粒子4超声波分散后,一边用氟搅拌桨进行搅拌(600rpm)一边将pH调整到5.5以上,加温至80℃。用定量泵以18ml/min的速度添加TopnicoronLPH-S(奥野制药工业株式会社制,制品名),刚滴加后还原反应就开始,浴液中产生气泡。镀覆结束时的浴液pH=6.3、整个浴液为灰色。过滤之后用蒸馏水实施3次水洗,得到二次镍镀覆粒子4。这里,电解镍镀液Topnicoron LPH-S主要含有次磷酸钠作为还原剂。
接着将作为无电解钯镀液的Melplate Pal-6700(Meltex株式会社制,商品名)建好电镀浴,一边用氟制搅拌桨搅拌一边加温至70℃。向其中加入二次镍镀覆粒子4且实施5分钟的镀覆之后,实施3次过滤和水洗。在40℃的真空干燥机中干燥7小时后,破碎、解凝集,得到母粒子4。
(母粒子5)
与母粒子1的制作方法同样地进行前处理,使用母粒子4的无电解镍镀覆时的付与厚度的镀液e、f,为了使区域A的磷浓度同母粒子4相比降低,设为pH=5.3,得到一次镍镀覆粒子5。之后滴加制作母粒子1时使用的付与厚度的镀液c、d,除了设为pH=6.8以外,其他设为同样,得到二次镍镀覆粒子5后,与母粒子1同样地进行钯镀覆,得到母粒子5。
(母粒子6)
除了不进行母粒子1的付与厚度的镀液c、d的滴加以外,其他与母粒子1的情况相同,得到二次镍镀覆粒子6。之后与母粒子1同样地进行钯镀覆,得到母粒子6。
(母粒子7)
除了用定量泵、以20ml/min的速度滴加付与厚度的镀液e与付与厚度的镀液f代替母粒子1的付与厚度的镀液c、d以外,与母粒子1的情况相同地实施,得到二次镍镀覆粒子7,其中付与厚度的镀液e以(SEK670-1)/蒸馏水=1.0的比率混合而成,付与厚度的镀液f以(SEK670-2)/(SEK670-3)=1.0的比率混合而成。之后与母粒子4同样地,进行使用作为无电解钯镀液的Melplate Pal-6700(Meltex株式会社制,商品名)的钯镀覆,得到母粒子7。
(母粒子8)
与母粒子1同样地得到表面经碱性钯催化剂活化的树脂微粒后,向2000ml的玻璃烧杯中投入1000ml水和20g/L的酒石酸钠、以及付与了钯催化剂的表面活化的树脂微粒,超声波分散后,一边用氟制搅拌桨进行搅拌(600rpm)一边将pH调整为5.5以上,加温至80℃。以6ml/min的速度向其中滴加付与厚度的镀液c和付与厚度的镀液d,其中付与厚度的镀液c由硫酸镍:224g/L、酒石酸钠:20g/L混合而成,付与厚度的镀液d由次磷酸钠:226g/L、氢氧化钠:85g/L混合而成,30秒后还原反应开始,从浴液中产生气泡,整个浴液从灰色变成黑色。之后用氨水和硫酸将pH调整为6.3之后,将滴加速度设为20ml/min,同时添加2种液体。之后搅拌直至停止产生气泡,整个浴液由黑色变成灰色。镀覆浴液最终pH=6.1。之后,实施3次过滤和水洗,得到二次镍镀覆比较粒子8。之后,与母粒子1同样地进行钯镀覆,得到母粒子8。
(导电粒子1)
<绝缘被覆处理>
以日本特开2008-120990公开的方法,在母粒子1的表面实施使作为绝缘性粒子的二氧化硅微粒吸附的绝缘被覆处理。此外,虽然在实施例中为了便于说明,将表面具有绝缘性粒子的母粒子记为“导电粒子”,与表面不具有绝缘性粒子的母粒子相区别,但是上述母粒子1~5和后述导电粒子1~5全部相当于本发明涉及的导电性微粒。
使8mmol巯基乙酸溶解于200ml甲醇、制作反应液。
接着,向上述反应液中加入1g母粒子1,在室温(25℃)用three-one motor搅拌2小时。用甲醇清洗后,用直径3μm的膜滤器(millipore公司制)过滤粒子1,得到表面具有羧基的一次处理粒子1。
接着用超纯水稀释30%的分子量70000的聚乙烯亚胺水溶液(和光纯药工业(株)制),得到0.3重量%的聚乙烯亚胺水溶液。向0.3重量%聚乙烯亚胺水溶液中加入1g所述具有羧基的一次处理粒子1,在室温下搅拌15分钟。
之后,用直径3μm的膜滤器(millipore公司制)过滤一次处理粒子1,加入到200g超纯水中、在室温下搅拌5分钟。进一步用直径3μm的膜滤器(millipore公司制)过滤一次处理粒子1,在所述膜滤器上用200g的超纯水清洗2次,除去未吸附到一次处理粒子1上的聚乙烯亚胺。
接着,用超纯水稀释作为绝缘性粒子的胶体二氧化硅的分散液(质量浓度20%,扶桑化学工学(株)制,制品名:Kuotoron PL-10,平均粒径100nm)得到0.1重量%的二氧化硅分散溶液。将所述经聚乙烯亚胺处理后的一次处理粒子1加入到0.1重量%的二氧化硅分散溶液中,在室温下搅拌15分钟。
之后,用直径3μm的膜滤器(millipore公司制)过滤一次处理粒子1,加入到200g超纯水中、在室温下搅拌5分钟。进一步用直径3μm的膜滤器(millipore公司制)过滤母粒子1,在所述膜滤器上用200g的超纯水清洗2次,除去没有吸附到母粒子1上的二氧化硅。之后通过在80℃下干燥30分钟、在120℃下加热干燥1小时,制作在母粒子1的表面吸附有二氧化硅(子粒子)的导电粒子1。
(导电粒子2)
除了用母粒子2代替母粒子1以外,用与导电粒子1同样的方法制作导电粒子2。
(导电粒子3)
除了用母粒子3代替母粒子1以外,用与导电粒子1同样的方法制作导电粒子3。
(导电粒子4)
除了用母粒子4代替母粒子1以外,用与导电粒子1同样的方法制作导电粒子4。
(导电粒子5)
除了用母粒子5代替母粒子1以外,用与导电粒子1同样的方法制作导电粒子5。
(导电粒子6)
除了用母粒子6代替母粒子1以外,用与导电粒子1同样的方法制作导电粒子6。
(导电粒子7)
除了用母粒子7代替母粒子1以外,用与导电粒子1同样的方法制作导电粒子7。
(导电粒子8)
除了用母粒子8代替母粒子1以外,用与导电粒子1同样的方法制作导电粒子8。
(绝缘被覆粒子的评价)
(实施例1)
<粘接剂溶液的制作>
将100g苯氧基树脂(联合碳公司制、商品名:PKHC)及75g丙烯酸橡胶(40份丙烯酸丁酯、30份丙烯酸乙酯、30份丙烯腈、3份甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物,分子量85万)溶解于300g乙酸乙酯得到30重量%的溶液。
之后,向该溶液中加入300g含有微胶囊型潜伏性固化剂的液状环氧化物(环氧当量185,旭化成环氧(株)制,商品名:Novacure HX-3941),搅拌、制作粘接剂溶液。
<导电粒子的超声波分散>
将4g上述制备的导电粒子1在10g乙酸乙酯中超声波分散。超声波分散条件为38kHz、400W、20L。将浸渍于烧杯中的样品置入试验装置(藤本科学(株)制,商品名:US107),搅拌1分钟。
以相对于粘接剂使导电粒子1为21体积%的方式将上述粒子分散液分散到粘接剂溶液中,将该溶液用辊涂机涂布于隔膜(经有机硅处理的厚度40μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜),在90℃下干燥10分钟,制成厚度25μm的各向异性导电粘接剂膜。
接着,使用制成的各向异性导电粘接膜,以以下的方法制作带有金凸起(面积:30×90μm,间隔10μm,高度:0.5μm,凸起数362)的芯片(1.7×17mm,厚度:0.5μm)与带有A1电路的玻璃基板(厚度:0.7mm)的连接构造体样品。
首先,在80℃、0.98MPa(10kgf/cm2)下、将各向异性导电粘接膜(2×19mm)贴付到带有A1电路的玻璃基板上后,剥离掉隔膜,进行芯片的凸起与带有A1电路的玻璃基板的位置对准。接着,在190℃、40g/凸起的条件下从芯片的上方进行10秒的加热、加压,实施正式连接,得到样品。
(实施例2)
除了使用导电粒子2代替导电粒子1以外,与实施例1同样地制作样品。
(实施例3)
除了使用导电粒子3代替导电粒子1以外,与实施例1同样地制作样品。
(实施例4)
除了使用导电粒子4代替导电粒子1以外,与实施例1同样地制作样品。
(实施例5)
除了使用导电粒子5代替导电粒子1以外,与实施例1同样地制作样品。
(比较例1)
除了使用导电粒子6代替导电粒子1以外,与实施例1同样地制作样品。
(比较例2)
除了使用导电粒子7代替导电粒子1以外,与实施例1同样地制作样品。
(比较例3)
除了使用导电粒子8代替导电粒子1以外,与实施例1同样地制作样品。
[测定金属的膜厚]
在镍镀覆层(金属镀覆被膜层)、钯镀覆层的各膜厚的测定中,将试样溶解于50体积%王水中后,用直径3μm的膜滤器(Millipore公司制)过滤除去树脂,用原子吸光(Z5310株式会社日立制作所制、制品名)测定各金属的量后换算成厚度。
[针孔的观察]
由于观察钯镀覆层表面,以被覆二氧化硅前的各母粒子作为观察样品。将母粒子1~8撒至导电胶带上,用SEM(S4700,株式会社日立制作所制,制品名)观察钯镀覆层表面。在加速电压为5kV及3万倍下观察100个任意母粒子。以粒子半径的同心圆内作为针孔的观测范围,数出1个粒子上存在5个以上的能够确认为针孔的粒子。
[导电粒子的评价]
用集束离子束从所得导电粒子上切出观察、分析所需要部分的薄片。用附属于透射电子显微镜HF-2200(株式会社日立制作所制,制品名)的NORAN公司制EDX进行镀覆层各区域的成分分析。测定任意的10个导电粒子,从所得的值算出各区域的镍及磷的浓度。
此外,也可使用ESCA分析装置、AXIS-165型(岛津制作所/Kratos公司制,制品名)代替EDX来用于镍镀覆层及钯镀覆层的各区域的成分分析。也可通过ESCA,将绝缘性微粒配置前的各母粒子固定于铟箔上,通过Ar蚀刻边顺序地除去镍镀覆层和钯镀覆层边进行镀覆层表面的成分分析。由此能够比较容易地进行测定。在这种情况下,Ar蚀刻速度为5nm/min、每Ar蚀刻1分钟就进行成分分析,如此重复、算出镀覆层各区域的成分即可。顺便说一句,以检测不出钯时的值作为钯镀覆层侧的镍镀覆层的最外表面,另外以检测出源自树脂微粒的碳且镍信号减少而集束时的值作为树脂微粒表面,作为镀覆层中的各区域的镍及磷浓度算出即可。
[子粒子的被覆率]
子粒子(绝缘性粒子)的被覆率(二氧化硅被覆率)通过拍摄各导电粒子的电子显微镜照片、进行图像解析而算出。
[单分散率]
通过流程式粒子图像分析装置(FPIA-3000S,Sysmex株式会社制,制品名)对各导电粒子进行粒度分布测定。在分析中,仅选择第一峰(最高峰)的粒子数,从全部观测粒子数和第一峰粒子数的比例算出单分散率。
[绝缘电阻试验及导通电阻试验]
进行实施例1~5、比较例1~3中制成的样品的绝缘电阻试验(绝缘可靠性试验)及导通电阻试验。对各向异性导电粘接膜而言重要的是:芯片电极间的绝缘电阻高、芯片电极/玻璃电极间的导通电阻低。
在绝缘可靠性试验中,对芯片电极间的绝缘电阻而言,测定20个样品、测定其最小值。关于绝缘电阻,表示偏置试验(湿度60%、90℃、20V直流电压下的耐久实验)前后的结果的最小值。此外,表1所示100小时、300小时是指偏置试验的时间。
另外,关于芯片电极/玻璃电极间的导通电阻,测定14个样品的平均值。对于导通电阻,测定初期值及吸湿耐热试验(温度85℃、湿度85%条件下放置1000小时)后的值。
上述各个测定结果示于表1。
表1中记载的区域A是指在镍镀覆层中与树脂微粒(核粒子)表面的距离为整个镍镀覆层厚度的20%以下的区域。区域B是指在镍镀覆层中与钯层表面的距离为整个镍镀覆层厚度的10%以下的区域。
用SEM对母粒子1、6、8拍照。
如表1所示,对于使用了镍镀覆层最外表面侧的磷浓度为3重量%以下的导电粒子的实施例1~5、比较例3而言,钯镀覆层的表面基本没有针孔,得到了致密且连续的钯镀覆层。在实施例1中使用的母粒子1的SEM图像与比较例3中使用的母粒子8的SEM图像中,能够确认致密且连续的钯镀覆层。对于磷浓度低的镍而言,由于在钯镀覆时镍表面的镍的溶解易于均一地进行、易于均一地发生钯的置换反应,所以此后的通过还原反应形成的钯镀覆层就致密、均一,因此在实施例1~5及比较例3中可以得到基本没有针孔的致密且连续的钯镀覆层。如此,在针孔少的导电粒子中,基底的镍难以渗出到钯表面、难以发生基底镍的腐蚀和溶出,如图1所示绝缘可靠性高。然而,比较例3的母粒子8虽然针孔少,但单分散率低。这起因于由于金属镀覆被膜层(镍镀覆层)的磷浓度低,所以粒子带有磁化而发生了磁性凝集。对于作为强磁性体的比较例3的导电粒子而言,由于各向异性导电膜中的单分散率也低、粒子间距离相对地近,因此绝缘性差。实际上,从玻璃面用光学显微镜观察比较例3的样品的电极附近时,观察到了凝聚的粒子。
根据比较例1所示的导电粒子6的SEM图像,可以确认导电粒子6的钯镀覆层不均一、不是致密的膜,露出了基底镍。在比较例1中,虽然由于基底镍中的磷浓度高、粒子磁性低而难以产生磁性凝集、单分散率良好,但由于易于发生镍的腐蚀和溶出,绝缘可靠性差。对于比较例2而言,虽然存在镍表面的磷浓度比比较例1低、钯镀覆层的针孔也少的倾向,但没有完全被钯镀覆层覆盖,绝缘可靠性差。因此,为了用致密的钯镀覆层确实地覆盖镍表面,优选镍表面的磷浓度为3重量%以下。进一步地,为了防止磁性导致的凝集,优选核粒子侧的磷浓度高、尤其为7重量%以上。
对于根据本发明制成的实施例1~5及比较例3而言,由于表面的Pd的比率高,因此粒子表面易发生硫醇的化学吸附。因此可知,超声波分散前后几乎不发生子粒子(二氧化硅)的剥离。即便是对于子粒子(二氧化硅)的实装试验时的绝缘电阻,对根据本发明制成的样品(实施例1~5)而言,由于粒子难以发生剥离,因此成品率也良好。对于比较例3而言,由于如上所述的磁性凝集,绝缘可靠性差。
另一方面,在比较例1、2中制成的样品中,由于钯镀覆层不均一、不是致密的膜,因此表面露出的镍的比例高。从而,粒子表面难以发生硫醇的化学吸附,二氧化硅与母粒子的结合力弱,通过超声波分散二氧化硅易于从母粒子上剥离。而且可以看出即便是对于实装试验时的绝缘电阻,比较例1、2中制成的样品也容易发生绝缘不良。
(未被绝缘被覆的粒子的评价)
(实施例6)
除了使用2g母粒子2代替4g导电粒子1之外,与实施例1同样地制作样品。
(比较例4)
除了使用2g母粒子6代替4g导电粒子1之外,与实施例1同样地制作样品。
金属膜厚的测定、针孔的观察、导电粒子的评价、单分散率、绝缘电阻试验、导通电阻试验是以前述方法进行。
上述各种测定结果示于表2。
表2
如表2所示,在使用母粒子2的实施例6中,导通电阻低、绝缘可靠性也良好。如上所述,这是由粒子表面的致密性导致的。即,可以看出,在有意地使镍镀覆层中的磷浓度变更了的导电性微粒中,能够使针孔数极端地少、可发挥出导通性良好的钯的特性。而且,即便是对于绝缘可靠性,认为凭借致密的钯镀覆层可抑制迁移。在比较例4中,可以看出,由于镍镀覆层中的磷浓度高,所以钯镀覆层中的针孔数多,导通电阻高、易于产生迁移,易于发生绝缘不良。