CN103030728B - 绝缘包覆用粒子、绝缘包覆导电粒子、各向异性导电材料及连接结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绝缘包覆用粒子,其为用于包覆表面包含具有导电性的金属的基材粒子而形成绝缘包覆导电粒子的绝缘包覆用粒子,其具备具有核粒子以及壳层的核壳结构,其中核粒子包含有机高分子,壳层包含具有选自由SiO4/2单元、RSiO3/2单元和R2SiO2/2单元所组成的组中的至少一种单元的有机硅系化合物。上述R表示选自由碳数为1~4的烷基、碳数为6~24的芳香族基团、乙烯基以及γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基所组成的组中的至少一种。

Description

绝缘包覆用粒子、绝缘包覆导电粒子、各向异性导电材料及连 接结构体
技术领域
本发明涉及绝缘包覆用粒子、绝缘包覆导电粒子、各向异性导电材料及连接结构体。
背景技术
已知通过用树脂包覆基材粒子表面的一部分,能够赋予基材粒子耐热性、耐磨耗性、绝缘性、导电性、斥水性、粘接性、分散性、光泽、着色等性能。这样包覆的粒子作为各种填充剂或改性剂而被用于膜、粘着剂、粘接剂、涂料等。
作为包覆粒子之一,已知有用绝缘性树脂包覆具有金属表面的导电粒子表面的绝缘包覆导电粒子。并且,在使绝缘包覆导电粒子分散在粘接剂中所制作的各向异性导电膜和各向异性导电粘接剂的情况下,由于通过用于包覆的绝缘树脂可以防止邻接的导电粒子间的导通,因此期待连接可靠性的提高。
作为这种绝缘包覆导电粒子,例如,在日本特开平7-105716号公报中公开了一种通过杂化而在导电粒子的表面上形成有绝缘层的绝缘包覆导电粒子。此外,例如,在日本特开2003-26813号公报中公开了一种使用粒径小于导电粒子并且电荷符号与导电粒子不同的绝缘包覆用粒子,来包覆导电粒子表面的绝缘包覆导电粒子。在使用绝缘包覆用粒子来包覆导电粒子表面时,主要使用聚合物粒子或二氧化硅粒子。
此外,在日本特开2005-203319号公报中公开了一种通过中空粒子进行了绝缘包覆的粒子。进一步,在日本特开2005-149764号公报中公开了一种通过核壳粒子进行了包覆的包覆导电粒子。
发明内容
在使用聚合物粒子作为绝缘包覆用粒子时,即使在粒子表面具有结合性官能团的情况下,也由于树脂混炼时粒子表面在溶剂中溶解,并且绝缘包覆用粒子容易从导电粒子表面上剥离,因此绝缘可靠性容易下降。此外,聚合物粒子由于耐热性低、热膨胀系数大,因此存在有连接可靠性差的倾向。
另一方面,在使用二氧化硅粒子作为绝缘包覆用粒子时,由于弹性高,难以产生变形,因此绝缘性良好。此外,二氧化硅粒子具有耐溶剂性高的特征。但是,在作为各向异性导电膜进行低压安装时,存在有导通性变低的倾向。可考虑使用有机硅粒子作为二氧化硅粒子的替代材料,但由于在粒径的单分散性方面存在问题,因此并未采用。
此外,日本特开2005-203319号公报的进行了绝缘包覆的粒子由于在粒子中残存气泡而容易引起导通阻碍,并且由于会吸收溶剂、其它与树脂配合的化合物,因此有时会引起固化阻碍。
此外,日本特开2005-149764号公报的包覆导电粒子中所用的绝缘包覆用粒子由于是聚合物粒子,因此和上述聚合物粒子同样,耐溶剂性低,并且在将包覆导电粒子作为各向异性导电膜进行安装时,存在有剥离并且绝缘性下降的倾向。
本发明鉴于上述情况,其目的在于提供一种在获得各向异性导电材料方面有用的绝缘包覆用粒子以及具备该粒子的绝缘包覆导电粒子,所述各向异性导电材料可以以高可靠性将对向配置的电路部件的电极彼此导电连接,并且可以确实防止应确保绝缘性的邻接电极间的导电。此外,本发明目的还在于提供一种含有上述绝缘包覆导电粒子的各向异性导电材料以及使用该材料将电路部件彼此连接而成的连接结构体。
作为用于解决上述问题的方法,本发明发现,作为包覆基材粒子的粒子,具备具有核粒子以及壳层的结构的绝缘包覆用粒子是有用的,其中核粒子含有有机高分子,壳层含有有机硅系化合物。
也就是说,本发明提供一种绝缘包覆用粒子,其为用于包覆表面包含具有导电性的金属的基材粒子而形成绝缘包覆导电粒子的绝缘包覆用粒子,其具备具有核粒子以及壳层的核壳结构,其中核粒子包含有机高分子,壳层包含具有选自由SiO4/2单元、RSiO3/2单元和R2SiO2/2单元所组成的组中的至少一种单元的有机硅系化合物。此处,R表示选自由碳数为1~4的烷基、碳数为6~24的芳香族基团、乙烯基以及γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基所组成的组中的至少一种。在本说明书中,“有机硅系化合物”是包含硅酮和二氧化硅的名称。
该绝缘包覆用粒子可以用于导电粒子的表面包覆。据此,其在获得可以以高可靠性将对向配置的电路部件的电极彼此导电连接,并且可以确实防止应确保绝缘性的邻接电极间导电的各向异性导电材料方面是有用的。此外,通过形成二氧化硅膜或硅酮膜作为壳层,可以赋予耐溶剂性和耐热性。
在形成二氧化硅膜作为壳层时,由于在低压安装时壳层也会破裂,因此导通性良好。此外,由于对于与安装时进行压缩的方向不同的方向,在外观上显示出弹性,因此可以获得高绝缘性。进一步,二氧化硅由于能够进行表面处理,因此可以与后述的粘合剂树脂配合来改善粒子的分散性。
在形成硅酮膜作为壳层时,由于绝缘包覆用粒子在低压缩时也容易变形,因此导通性良好。此外,利用硅酮的特性,能够提高绝缘包覆导电粒子在树脂中的分散性,还能够降低吸湿性。
壳层优选具有对基材粒子具有结合性的官能团。通过使壳层具有结合性官能团,该绝缘包覆用粒子能够与基材粒子均匀地形成共价键,并且壳层与基材粒子的密合性提高。
此处,当上述“对基材粒子具有结合性的官能团”为环氧基或缩水甘油基时,该绝缘包覆用粒子能够容易地与提供氨基等的基材粒子形成共价键,因此优选。
此外,壳层优选通过具有环氧基或缩水甘油基的有机硅低聚物进行了处理。通过使用具有环氧基或缩水甘油基的有机硅低聚物对壳层进行表面处理,可以提高对基材粒子的吸附容易性以及密合性。这种表面处理在壳层不具有表面官能团时特别优选。
此外,壳层的厚度优选为1~150nm。这时,使用由本发明的绝缘包覆用粒子进行了包覆的绝缘包覆导电粒子而连接的电路间的导通电阻更好。
此外,本发明的绝缘包覆用粒子的壳层可以由仅具有SiO4/2单元的有机硅系化合物构成,壳层的厚度可以设为1~50nm。这时,可以发挥出核粒子的特性。
此外,本发明的绝缘包覆用粒子优选平均粒径为1μm以下、并且粒径的变化系数(C.V.)为10%以下。通过使平均粒径为1μm以下,在使用由本发明的绝缘包覆用粒子进行了包覆的绝缘包覆导电粒子所调制的各向异性导电材料的压接时,可以兼具有导通性和绝缘性。此外,通过使导电粒子粒径的变化系数(C.V.)为10%以下,能够提高绝缘特性的再现性。
此外,本发明的绝缘包覆用粒子的吸湿率优选为5质量%以下。由此,可以抑制因离子迁移等而导致的短路发生。
此外,本发明的绝缘包覆用粒子的溶出铵离子浓度优选为100ppm以下。由此,可以抑制对使用由本发明的绝缘包覆用粒子包覆的绝缘包覆导电粒子所调制的各向异性导电材料产生固化阻碍。
此外,壳层优选通过以叔胺或磺酸化合物作为催化剂的反应而形成。
此外,核粒子的表面优选具有氨基或羧基。由此,在形成壳层时,水解的硅醇通过形成氢键而容易在核粒子表面上形成壳层。
此外,核粒子优选具有双离子性的官能团。由此,可以防止平衡离子的溶出。
本发明还提供一种绝缘包覆导电粒子,其具备上述绝缘包覆用粒子和通过绝缘包覆用粒子包覆了表面至少一部分的基材粒子。本发明还进一步提供一种各向异性导电材料,其具备绝缘性的粘合剂树脂和分散在绝缘性的粘合剂树脂中的上述绝缘包覆导电粒子。根据这种绝缘包覆导电粒子或各向异性导电材料,可以以高可靠性将对向配置的电路部件的电极彼此导电连接,并且可以充分防止应确保绝缘性的邻接电极间的导电。
本发明还提供一种连接结构体,其具备对向配置的一对电路部件和连接部,所述连接部由上述各向异性导电材料的固化物形成,并且按照介于一对电路部件之间、将各电路部件所具有的电路电极彼此电连接的方式粘接该电路部件彼此。该连接结构体由于连接部由本发明的各向异性导电材料的固化物形成,因此可以以高可靠性将电路部件的电极彼此导电连接,并且可以充分防止应确保绝缘性的邻接电极间的导电。
根据本发明,可以提供一种在获得可以以高可靠性将对向配置的电路部件的电极彼此导电连接,并且可以确实防止应确保绝缘性的邻接电极间导电的各向异性导电材料方面有用的绝缘包覆用粒子,以及具备该粒子的绝缘包覆导电粒子。此外,本发明还可以提供一种含有上述绝缘包覆导电粒子的各向异性导电材料以及使用该材料将电路部件彼此连接而成的连接结构体。也就是说,根据本发明,可以进行基板间的导通电阻、绝缘可靠性以及连接可靠性良好的导电连接,同时可以防止邻接粒子间的漏电。
附图说明
图1是示意性地表示绝缘包覆导电粒子的一种实施方式的截面图。
图2是示意性地表示各向异性导电材料的一种实施方式的截面图。
图3是示意性地表示将电路电极彼此连接而成的连接结构体的一个例子的截面图。
图4是示意性地表示连接结构体的制造方法的一个例子的截面图。
符号说明
1:绝缘包覆用粒子、1a:核粒子、1b:壳层、2:基材粒子、2a:球状芯材粒子、2b:金属层、10:绝缘包覆导电粒子、20:绝缘性的粘合剂树脂、20a:绝缘性的粘合剂树脂的固化物、30:第1电路部件、31:电路基板(第1电路基板)、31a:第1电路基板的主面、32:电路电极(第1电路电极)、40:第2电路部件、41:电路基板(第2电路基板)、41a:第2电路基板的主面、42:电路电极(第2电路电极)、50:各向异性导电膜、50a:连接部、100:连接结构体。
具体实施方式
对本发明的优选实施方式进行详细说明。如图1所示,本实施方式的绝缘包覆用粒子1是包覆基材粒子2的表面来构成绝缘包覆导电粒子10的材料。以下,对各构成进行说明。
<绝缘包覆用粒子>
[核壳结构]
如图1所示,绝缘包覆用粒子1具备由核粒子1a和在核粒子1a的表面上形成的壳层1b所构成的核壳结构。作为核粒子1a和壳层1b的材料,核粒子1a包含有机高分子,壳层1b包含有机硅系化合物。通过适当选择构成上述核粒子1a和壳层1b的材料的种类,可以调整绝缘包覆用粒子1的热特性,因此粒子容易变形,并且在进行基板间的压接时导通性良好。此外,上述核粒子1a和壳层1b的材料可以根据需要,基于热特性、光学特性、力学特性等适当选择不同的组合。
[核粒子]
核粒子是包含有机高分子的绝缘性粒子。作为有机高分子,只要具有绝缘性,就没有特别限定,例如,还可以使用用于后述基材粒子的树脂。
作为在制造核粒子中能够使用的聚合性单体,可以列举下述那样的非交联性单体和交联性单体。
作为非交联性单体,具体来说,可以列举i)苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、邻乙基苯乙烯、间乙基苯乙烯、对乙基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、对正丁基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、对正己基苯乙烯、对正辛基苯乙烯、对正壬基苯乙烯、对正癸基苯乙烯、对正十二烷基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯、对苯基苯乙烯、对氯苯乙烯、3,4-二氯苯乙烯等苯乙烯类;(ii)丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸硬脂基酯、丙烯酸2-氯乙酯、丙烯酸苯酯、α-氯丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸硬脂基酯等(甲基)丙烯酸酯类;(iii)乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、丁酸乙烯酯等乙烯基酯类;(iv)N-乙烯基吡咯、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚、N-乙烯基吡咯烷酮等N-乙烯基化合物;(v)氟乙烯、偏二氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸四氟丙酯等含有氟烷基的(甲基)丙烯酸酯类;以及(vi)丁二烯、异戊二烯等共轭二烯类。
作为交联性单体的具体例子,可以列举二乙烯基苯、二乙烯基联苯、二乙烯基萘等二乙烯基化合物;(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)四亚甲基二醇二(甲基)丙烯酸酯等(聚)亚烷基二醇系二(甲基)丙烯酸酯;1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,8-辛二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,9-壬二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,10-癸二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,12-十二烷二醇二(甲基)丙烯酸酯、3-甲基-1,5-戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、2,4-二乙基-1,5-戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁基乙基丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、3-甲基-1,7-辛二醇二(甲基)丙烯酸酯、2-甲基-1,8-辛二醇二(甲基)丙烯酸酯等链烷二醇系二(甲基)丙烯酸酯;新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化环己烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、1,1,1-三羟基甲基乙烷二(甲基)丙烯酸酯、1,1,1-三羟基甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯、1,1,1-三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯、二烯丙基邻苯二甲酸酯及其异构体、以及三烯丙基异氰脲酸酯及其衍生物。
进一步,还可以使用具有甲硅烷基的单体作为交联性单体,具体来说,可以列举γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基二(三甲氧基)甲基硅烷、11-甲基丙烯酰氧基十一亚甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、4-乙烯基四亚甲基三甲氧基硅烷、8-乙烯基八亚甲基三甲氧基硅烷、3-三甲氧基甲硅烷基丙基乙烯基醚、乙烯基三乙酰氧基硅烷、对三甲氧基甲硅烷基苯乙烯、对三乙氧基甲硅烷基苯乙烯、对三甲氧基甲硅烷基-α-甲基苯乙烯、对三乙氧基甲硅烷基-α-甲基苯乙烯、γ-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷以及N-β(N-乙烯基苄基氨基乙基-γ-氨基丙基)三甲氧基硅烷·盐酸盐。
上述单体可以使用1种或将2种以上混合使用。
核粒子的制造方法可以使用以往公知的方法,并且没有特别限定,例如,可以使用乳液聚合法、反相乳液聚合、无皂乳液聚合法、微悬浮聚合法、细乳液(miniemulsion)聚合法、分散聚合法等公知方法。其中,从容易控制粒径、也适合工业生产的观点考虑,优选通过乳液聚合法或无皂乳液聚合法进行制造。此外,上述核粒子还可以使用市售的材料。
在核粒子的制造中,反应溶液中聚合性单体的含量在全部反应溶液中优选为1~50质量%,更优选为2~30质量%,进一步优选为3~20质量%,并最优选为3~15质量%。在制造交联球状聚合物微粒时,像以往的方法那样,即使增多反应体系中的单体量,粒子的凝聚物也不会极端增大,但当原料单体的含量为50质量%以下时,容易在将粒子单分散化的状态下以高收率获得。另一方面,当原料单体的含量为1质量%以上时,到反应结束不需要较长的时间,并且从工业的观点考虑,是实用的。
聚合时的反应温度根据所用溶剂的种类而变化,不能一概而论,但通常为10~200℃左右,优选为30~130℃,并更优选为40~90℃。此外,反应时间只要是目标反应基本结束所需的时间,就没有特别限定,主要取决于单体种类及其配合量、官能团的种类、溶液的粘度及浓度、目标粒径等。例如,反应温度为40~90℃时的反应时间优选为1~72小时,并更优选为2~24小时。
核粒子通过在表面上具有羧基、氨基或这两者,可以容易地在其周围形成壳层。这是由于通过静电相互作用以及氢键,在核粒子上容易吸附水解的有机硅化合物。在这一点上,特别优选具有双离子性的官能团。为了向核粒子导入这些官能团,优选使用含有羧基或氨基的单体或引发剂。此外,为了改善粒子的分散性,优选导入含有磺酸基的官能团。
作为上述具有羧基的单体,具体来说,可以列举丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、肉桂酸、衣康酸、马来酸、富马酸等不饱和羧酸;衣康酸单丁酯等衣康酸单C1~8烷基酯、马来酸单丁酯等马来酸单C1~8烷基酯、乙烯基苯甲酸等含有乙烯基的芳香族羧酸等各种含羧基的单体及其盐。另外,这些化合物可以单独使用1种,或者将2种以上组合使用,并且还可以通过中和而具有Na等平衡离子。
作为上述具有氨基的单体,具体来说,可以列举丙烯酸氨基乙酯、丙烯酸-N-丙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N-乙基氨基丙酯、(甲基)丙烯酸-N-苯基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N-环己基氨基乙酯等含有氨基的(甲基)丙烯酸烷基酯衍生物;烯丙基胺、N-甲基烯丙基胺等烯丙基胺系衍生物;对氨基苯乙烯等含有氨基的苯乙烯衍生物;2-乙烯基-4,6-二氨基-S-三嗪等三嗪衍生物;甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯的1,3-丙烷磺内酯加成物等。其中,优选具有伯氨基或仲氨基的化合物。另外,这些化合物可以单独使用1种,或者将2种以上组合使用。
此外,还可以使用季铵盐。作为具有季铵(盐)基的单体,具体来说,可以列举通过C1~12烷基氯化物、硫酸二烷基酯、碳酸二烷基酯、苄基氯化物等季铵化剂对叔胺进行季铵化所得的物质。作为具体例子,可以列举2-(甲基)丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基三甲基溴化铵、(甲基)丙烯酰氧基乙基三乙基氯化铵、(甲基)丙烯酰氧基乙基二甲基苄基氯化铵、(甲基)丙烯酰氧基乙基甲基吗啉基氯化铵等烷基(甲基)丙烯酸酯系季铵盐;(甲基)丙烯酰基氨基乙基三甲基氯化铵、(甲基)丙烯酰基氨基乙基三甲基溴化铵、(甲基)丙烯酰基氨基乙基三乙基氯化铵、(甲基)丙烯酰基氨基乙基二甲基苄基氯化铵等烷基(甲基)丙烯酰胺系季铵盐;二甲基二烯丙基铵甲基硫酸盐、三甲基乙烯基苯基氯化铵、四丁基铵(甲基)丙烯酸酯、三甲基苄基铵(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基丙烯酰氧基)乙基三甲基铵二甲基磷酸盐等。
此外,作为双离子性单体,可以使用具有磺基甜菜碱(sulphobetaine)或羧基甜菜碱基的丙烯酸酯,具体来说,可以列举磺基甜菜碱(甲基)丙烯酸酯、磺基甜菜碱丙烯酰胺、磺基甜菜碱乙烯基化合物、磺基甜菜碱环氧化物、羧基甜菜碱丙烯酸酯、羧基甜菜碱丙烯酰胺、羧基甜菜碱乙烯基化合物、羧基甜菜碱环氧化物等。
可以使用用于导入含有磺酸基的官能团的含有磺酸基的单体。例如,可以列举乙烯磺酸、乙烯基磺酸、(甲基)烯丙基磺酸等链烯磺酸;苯乙烯磺酸、α-甲基苯乙烯磺酸等芳香族磺酸;C1~10烷基(甲基)烯丙基磺基琥珀酸酯、磺丙基(甲基)丙烯酸酯等磺基C2~6烷基(甲基)丙烯酸酯;甲基乙烯基磺酸酯、2-羟基-3-(甲基)丙烯酰氧基丙基磺酸、2-(甲基)丙烯酰基氨基-2,2-二甲基乙烷磺酸、3-(甲基)丙烯酰氧基乙烷磺酸、3-(甲基)丙烯酰氧基-2-羟基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、3-(甲基)丙烯酰胺-2-羟基丙烷磺酸等含有磺酸基的不饱和酯及其盐。
这些单体可以单独使用1种,或者将2种以上组合使用。这些单体在提高单分散性方面,优选以0.1mol%~5mol%的量使用,更优选以0.1mol%~2.5mol%的量使用,并进一步优选以0.1~1摩尔%的量使用。
除此之外,还可以使用以下的引发剂。例如,可以列举2’-偶氮二{2-[N-(2-羧基乙基)脒基丙烷、2,2’-偶氮二[2-(苯基脒基)丙烷]二氢氯化物(VA-545,和光纯药制造)、2,2’-偶氮二{2-[N-(4-氯苯基)脒基]丙烷}二氢氯化物(VA-546,和光纯药制造)、2,2’-偶氮二{2-[N-(4-羟基苯基)脒基]丙烷}二氢氯化物(VA-548,和光纯药制造)、2,2’-偶氮二[2-(N-苄基脒基)丙烷]二氢氯化物(VA-552,和光纯药制造)、2,2’-偶氮二[2-(N-烯丙基脒基)丙烷]二氢氯化物(VA-553,和光纯药制造)、2,2’-偶氮二(2-脒基丙烷)二氢氯化物(V-50,和光纯药制造)、2,2’-偶氮二{2-[N-(4-羟基乙基)脒基]丙烷}二氢氯化物(VA-558,和光纯药制造)、2,2-偶氮二[2-(5-甲基-2-咪唑啉-2-基)丙烷]二氢氯化物(VA-041,和光纯药制造)、2,2-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二氢氯化物(VA-044,和光纯药制造)、2,2-偶氮二[2-(4,5,6,7-四氢-1H-1,3-二氮杂卓-2-基)丙烷]二氢氯化物(VA-054,和光纯药制造)、2,2-偶氮二[2-(3,4,5,6-四氢嘧啶-2-基)丙烷]二氢氯化物(VA-058,和光纯药制造)、2,2-偶氮二[2-(5-羟基-3,4,5,6-四氢嘧啶-2-基)丙烷]二氢氯化物(VA-059,和光纯药制造)、2,2-偶氮二{2-[1-(2-羟基乙基)-2-咪唑啉-2-基]丙烷}二氢氯化物(VA-060,和光纯药制造)、2,2-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷](VA-061,和光纯药制造)、2,2’-偶氮二[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙脒](VA-057,和光纯药制造)、过二硫酸钾(和光纯药制造)和过二硫酸铵(和光纯药制造)。它们可以单独使用1种,或者将2种以上组合使用。此外,在不使用具有粒子活性氢基团或亲水性官能团的聚合性单体时,使用上述引发剂中具有活性氢基团或亲水性官能团的化合物在提高粒子的分散性方面是优选的。在使用自由基聚合引发剂时,其配合量相对于聚合性单体通常为0.01~1mol%。通过使用以往的自由基聚合法来制作核粒子,可以提高最终所得的绝缘包覆用粒子的单分散性。通过在核粒子上吸附高分子分散剂或表面活性剂,可以赋予氨基或羧基。
为了提高核粒子的分散性,可以并用乳化剂。在本实施方式中,适合使用阴离子系乳化剂或非离子系乳化剂。作为阴离子系乳化剂的具体例子,例如,可以列举烷基苯磺酸钠、月桂基磺酸钠、油酸钾等,并且特别适合使用十二烷基苯磺酸钠。作为非离子系乳化剂的具体例子,例如,可以列举聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯月桂基醚等。
核粒子的玻璃化温度(Tg)可以通过选择所用的聚合性单体,并且通过使Tg不同的2种以上聚合性单体共聚而进行任意调整。例如,作为Tg或软化点温度独自为60℃以下的聚合性单体,可以列举甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等。此外,通过使Tg为60℃以上的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等与Tg不到60℃的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十二烷基酯等以适当的比例进行共聚,可以使Tg为60℃以下。此外,作为Tg为80℃以上的树脂,例如,可以列举苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯等。它们可以单独使用1种,也可以将2种以上并用。此外,为了防止核粒子向溶剂中溶出,交联性单体相对于非交联性单体的量优选为不到5mol%。
[壳层]
壳层包含有机硅系化合物,并且具有选自由SiO4/2单元、RSiO3/2单元和R2SiO2/2单元所组成的组中的至少一种单元。多个R各自可以相同也可以不同。
SiO4/2单元、RSiO3/2单元和R2SiO2/2单元可以由下述式表示。
作为有机硅系化合物中的SiO4/2单元的原料,例如,可以列举选自由四氯化硅、四烷氧基硅烷、水玻璃和金属硅酸盐所组成的组中的1种或2种以上。作为四烷氧基硅烷的具体例子,可以列举四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷以及它们的缩合物。它们可以适当地使用1种,或将2种以上组合而适当使用。
有机硅系化合物中的RSiO3/2单元中的R是选自由碳数为1~4的烷基、碳数为6~24的芳香族基团、乙烯基以及γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基所组成的组中的至少一种。根据基材,可以也存在有R选择少量的乙烯基、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基或具有SH基的有机基团以及大量的烷基或芳香族基团的情况。作为RSiO3/2单元的原料,例如,可以列举甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三丙氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷等,它们可以适当地使用1种,或将2种以上组合而适当使用。
作为有机硅系化合物中的R2SiO2/2单元(R可以由与RSiO3/2单元中的R同样的组中进行选择)的原料,例如,可以列举二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、乙基苯基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、乙基苯基二乙氧基硅烷等、六甲基环三硅氧烷(D3)、八甲基环四硅氧烷(D4)、十甲基环五硅氧烷(D5)、十二甲基环六硅氧烷(D6)、三甲基三苯基环三硅氧烷等环状化合物,除此以外,还可以列举直链状或支链状的有机硅氧烷、γ-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅烷等。它们可以适当地使用1种,或将2种以上组合而适当使用。
在本实施方式中,在想要使粒子具有柔软性的情况等下,可以混入少量的R2SiO2/2单元。绝缘包覆用粒子的有机硅系化合物中的R2SiO2/2单元比例以有机硅系化合物的总量为基准,优选为50摩尔%以下,并更优选为10摩尔%以下。如果R2SiO2/2单元的比例为50摩尔%以下,则最终粒子不会过于柔软,形状保持性提高。另外,有机硅系化合物中的R2SiO2/2单元比例的下限值为0摩尔%。
作为有机硅系化合物,可以在不损害本实施方式的效果的范围内使用少量的R3SiO1/2单元。有机硅系化合物中的R3SiO1/2单元的比例优选为50摩尔%以下,并更优选为1摩尔%以下。如果R3SiO1/2单元的比例为5摩尔%以下,则最终的有机硅系微粒的耐热性更优异。另外,有机硅系化合物中的R3SiO1/2单元比例的下限值为0摩尔%。
[绝缘包覆用粒子的制造方法]
对于绝缘包覆用粒子而言,例如,当壳层为硅酮时,可以通过对含有核粒子和壳形成催化剂的溶剂一次性添加或连续地追加用管路混和器或均质器对SiO4/2单元的原料、RSiO3/2单元的原料和R2SiO2/2单元的原料以及水的混合物进行乳化所得的乳化液,而得到被硅酮包覆的绝缘包覆用粒子。虽然时间变长,但在重视胶乳状粒子的稳定性以及粒径分布时,还是优选采用连续追加。在追加乳化液之前,添加酸催化剂,并立即在进行水解和缩合反应的条件下进行连续追加时,绝缘包覆用粒子随着时间而较快地生长,可以像通常的种子聚合那样得到显示出窄粒径分布的粒子。此外,在进行30分钟至1小时的较短时间的连续追加时,还可以兼具有较好的生产率和窄粒径分布。
壳层为二氧化硅的绝缘包覆用粒子,例如,可以通过对含有核粒子和壳形成催化剂的溶剂一次性添加或连续地追加SiO4/2单元的原料和水/醇或醇的均匀液体而制造。
此外,在如后所述使用本实施方式的绝缘包覆用粒子作为各向异性导电材料时,上述绝缘包覆用粒子的粒径优选的下限为10nm、上限为1μm,更优选的下限为30nm、上限为500nm。如果粒径为5nm以上,则邻接的包覆导电粒子间的距离大于电子的跳跃距离,不易产生漏电,而如果为1000nm以下,则可以降低压接时所需的压力和热。
另外,由于小粒子进入使用大绝缘包覆用粒子进行包覆的间隙中,可以提高包覆密度,因此还可以将粒径不同的2种以上的绝缘包覆用粒子并用。这时,小绝缘包覆用粒子的粒径优选为大粒子粒径的1/2以下,并且小粒子的数量优选为大粒子数量的1/4以下。
[具有结合性的官能团]
在本实施方式的包覆导电粒子中,壳层优选通过对基材粒子具有结合性的官能团而部分地包覆上述基材粒子的表面。这时,上述绝缘包覆用粒子与上述基材粒子进行化学结合,与仅通过范德华力或静电力所产生的结合相比,结合力强,在将被绝缘包覆用粒子包覆的导电粒子(绝缘包覆导电粒子)用于各向异性导电材料时,可以防止与粘合剂树脂混炼时绝缘包覆用粒子剥落,或者由于与邻接的绝缘包覆导电粒子接触而导致绝缘包覆用粒子剥落并产生漏电。此外,由于该化学结合仅在基材粒子与绝缘包覆用粒子之间形成,而绝缘包覆用粒子彼此并未产生结合,因此基材粒子被单层的绝缘包覆用粒子包覆。由此,如果使用以基材粒子和绝缘包覆用粒子的形式粒径一致的材料,则可以容易地使绝缘包覆导电粒子的粒径均匀化。
作为上述官能团,只要为能够形成共价键的基团,就没有特别限定,可以列举硅醇基、羧基、氨基、铵基、羟基、羰基、硫醇基、磺酸基、锍基、环氧基、缩水甘油基等,并且从反应性快的观点考虑,优选具有环氧基或缩水甘油基。上述官能团可以通过在形成壳时预先混合具有上述官能团的硅烷化合物,或者用表面活性剂或高分子分散剂处理壳层的表面而赋予。此外,从提高对导电粒子的吸附性的观点考虑,优选用将具有上述官能团的硅烷化合物低聚物化所得的物质(有机硅低聚物)来处理壳层的表面。
[壳形成催化剂]
所谓壳形成催化剂,是在硅醇盐的溶胶凝胶反应中所用的催化剂,可以使用酸或碱。酸催化剂例如可以列举脂肪族磺酸、脂肪族取代苯磺酸、脂肪族取代萘磺酸等磺酸类,以及硫酸、盐酸、硝酸等无机酸类。其中,从有机硅氧烷的乳化稳定性优异的观点考虑,优选脂肪族取代苯磺酸,并特别优选正十二烷基苯磺酸。作为碱催化剂,具体来说,可以列举甲胺、醚胺、乙胺、三甲胺、三乙胺、三乙醇胺、N,N-二异丙基乙基胺、哌啶、哌嗪、吗啉、奎宁环、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷(DABCO)、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、乙二胺、四甲基乙二胺(TMEDA)、六亚甲基二胺、苯胺、儿茶酚胺、苯乙胺、1,8-二(二甲基氨基)萘(质子海绵)、氨基酸、金刚烷胺、亚精胺、精胺等。特别优选使用具有叔氨基的化合物,并特别优选使用三乙胺。
[平均粒径、粒径的变化系数(C.V.)以及壳层的厚度]
绝缘包覆用粒子的平均粒径是用扫描型电子显微镜(SEM)观察100个粒径所得的平均值。绝缘包覆用粒子的平均粒径根据基材粒子的粒径以及目标绝缘包覆导电粒子的用途而不同,但优选为1μm以下。由此,基材粒子的物性不易受绝缘包覆用粒子的物性支配,容易得到使用基材粒子的效果。更优选绝缘包覆用粒子的粒径下限为10nm、上限为1μm。
粒径的变化系数(C.V.)使用以下式(1)算出。
C.V.={(粒径的标准偏差)/(平均粒径)}×100(%)……(1)
C.V.为10%以下对于特性的提高是优选的,更优选为7%以下,并最优选为5%以下。如果C.V.为10%以下,则所得的绝缘包覆导电粒子的大小均匀,在将绝缘包覆导电粒子用于各向异性导电材料时,在基板间进行压接时容易均匀地施加压力,并且可以提高导电连接。
在绝缘包覆用粒子中,作为核粒子的粒径和壳层的厚度,没有特别限定,但优选壳层的厚度为核粒子粒径的1/100以上,并更优选为1/50以上。此外,当壳层仅由SiO4/2单元构成时,壳层的厚度优选为1~50nm。如果为50nm以下,则绝缘包覆用粒子的物性不易受壳层的物性支配,绝缘包覆用粒子容易变形,基材粒子表面容易露出,因此在进行基板间的导电连接时,不易产生电极间的导通不良。
[溶出铵离子浓度]
当铵离子从绝缘包覆用粒子中溶出时,使用绝缘包覆导电粒子制作的各向异性导电材料中的固化剂失活,有时产生固化阻碍。因此,从绝缘包覆用粒子中溶出的铵离子的浓度优选为150ppm以下,并更优选为100ppm以下。溶出铵离子浓度例如可以使0.5g干燥后的绝缘包覆用粒子分散在25g离子交换水中,并在耐压容器中于100℃放置12小时后,使用离子色谱进行测定。
[吸湿率]
绝缘包覆用粒子的吸湿率优选为5质量%以下。如果吸湿率为5质量%以下,则能够抑制因离子迁移等而引起的短路发生。吸湿率例如可以通过将测定了重量的绝缘包覆用粒子在高温高湿度试验槽(温度为60℃,湿度为90%)中放置18小时后,再次测定粒子重量而算出。
<基材粒子>
基材粒子其表面由具有导电性的金属形成,作为导电粒子发挥作用。这时,如图1所示,基材粒子2可以是在后述的由无机化合物或有机化合物所形成的球状芯材粒子2a的表面上形成具有导电性的金属层2b而得的粒子,也可以是仅由具有导电性的金属所形成的金属粒子。其中,在由有机化合物所形成的球状芯材粒子的表面上形成导电性的金属层而得的粒子由于可以在对基板间进行导电连接时的压接时变形而增大接合面积,因此在连接稳定性方面是优选的。
作为上述具有导电性的金属,没有特别限定,例如,可以列举包含金、银、铜、铂、锌、铁、锡、铅、铝、钯、钴、铟、镍、铬、钛、锑、铋、锗、镉等金属,以及ITO、焊锡等金属化合物的材料。
当由上述具有导电性的金属所形成的金属层在由有机化合物所形成的球状芯材粒子的表面上形成时,上述金属层可以是单层结构,也可以是包含多层的层叠结构。在由层叠结构构成时,最外层优选由金、钯或镍形成。通过使最外层由钯或金形成,耐腐蚀性高、接触电阻也小,因此所得的包覆粒子更加优异。
作为在上述由有机化合物所形成的球状芯材粒子的表面上形成导电性的金属层的方法,没有特别限定,例如,可以列举物理的金属蒸镀法、化学的无电解镀法等公知方法,但是从工序简便的观点考虑,无电解镀法是适合的。作为可以通过无电解镀法而形成的金属层,例如,可以列举金、银、铜、铂、钯、镍、铑、钌、钴、锡以及它们的合金,而作为本实施方式的基材粒子,从能够以高密度形成均匀包覆的观点考虑,优选金属层的一部分或全部通过无电解镀镍而形成。
作为在上述金属层的最外层形成金层的方法,没有特别限定,例如,可以列举无电解镀、置换镀、电镀、溅射等已知方法。
作为上述金属层的厚度,没有特别限定,但优选的下限为0.005μm,优选的上限为2μm。如果金属层的厚度不到0.005μm,则有时无法获得作为导电层的充分效果,而如果超过2μm,则所得的绝缘包覆导电粒子的比重过高,有时由有机化合物所形成的球状芯材粒子的硬度已经不是能够充分变形的硬度。金属层厚度的更优选的下限为0.01μm,更优选的上限为1μm。
此外,使上述金属层的最外层为金或钯层时,金或钯层厚度的优选下限为0.001μm,优选上限为0.5μm。如果金或钯层的厚度不到0.001μm,则难以均匀地包覆金属层,有时无法期待耐腐蚀性、接触电阻值的提高效果,而如果超过0.5μm,则与其效果相比是昂贵的。金或钯层厚度更优选的下限为0.01μm,更优选的上限为0.3μm。
当上述基材粒子在球状芯材粒子的表面上形成了上述具有导电性的金属层时,作为上述球状芯材粒子,没有特别限定,例如,可以列举由均匀组成构成的粒子、多种原料以层状构成的多层结构的粒子等。其中,在想要对基材粒子赋予机械特性、电特性等各种特性时,多层结构的粒子是适合的。
作为构成上述球状芯材粒子的材料,没有特别限定,可以列举公知的二氧化硅等无机化合物、有机化合物等。其中,在将绝缘包覆导电粒子用于各向异性导电材料时,由于可以在对基板间进行导电连接时的压接时变形而增大基材粒子表面与电极的接合面积,并且连接稳定性优异,因此优选有机化合物。
作为上述有机化合物,没有特别限定,例如,可以列举包含聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、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系树脂,聚对苯二甲酸亚烷基酯等聚酯树脂、苯酚甲醛树脂等酚醛树脂、蜜胺甲醛树脂等蜜胺树脂、苯并胍胺甲醛树脂等苯并胍胺树脂、脲甲醛树脂、环氧树脂、(不)饱和聚酯树脂、聚苯醚、聚缩醛、聚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜等的物质。其中,使用使1种或2种以上的具有乙烯性不饱和基团的各种聚合性单体聚合所形成的树脂而得到的材料由于容易获得适当的硬度,因此优选。
作为非交联性单体,具体来说,可以列举i)苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、邻乙基苯乙烯、间乙基苯乙烯、对乙基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、对正丁基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、对正己基苯乙烯、对正辛基苯乙烯、对正壬基苯乙烯、对正癸基苯乙烯、对正十二烷基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯、对苯基苯乙烯、对氯苯乙烯、3,4-二氯苯乙烯等苯乙烯类;(ii)丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸硬脂基酯、丙烯酸2-氯乙酯、丙烯酸苯酯、α-氯丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸硬脂基酯等(甲基)丙烯酸酯类;(iii)乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、丁酸乙烯酯等乙烯基酯类;(iv)N-乙烯基吡咯、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚、N-乙烯基吡咯烷酮等N-乙烯基化合物;(v)氟乙烯、偏二氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸四氟丙酯等含有氟烷基的(甲基)丙烯酸酯类;以及(vi)丁二烯、异戊二烯等共轭二烯类。
作为交联性单体的具体例子,可以列举二乙烯基苯、二乙烯基联苯、二乙烯基萘等二乙烯基化合物;(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)四亚甲基二醇二(甲基)丙烯酸酯等(聚)亚烷基二醇系二(甲基)丙烯酸酯;1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,8-辛二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,9-壬二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,10-癸二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,12-十二烷二醇二(甲基)丙烯酸酯、3-甲基-1,5-戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、2,4-二乙基-1,5-戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁基乙基丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、3-甲基-1,7-辛二醇二(甲基)丙烯酸酯、2-甲基-1,8-辛二醇二(甲基)丙烯酸酯等链烷二醇系二(甲基)丙烯酸酯;新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化环己烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、1,1,1-三羟基甲基乙烷二(甲基)丙烯酸酯、1,1,1-三羟基甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯、1,1,1-三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯、二烯丙基邻苯二甲酸酯及其异构体、以及三烯丙基异氰脲酸酯及其衍生物。
上述单体及其它聚合性单体可以使用1种,或将2种以上混合使用。作为这种球状芯材粒子的制造方法,可以使用以往公知的方法,没有特别限定,例如,可以列举乳液聚合法、反相乳液聚合、悬浮聚合法、分散聚合法、种子聚合法、无皂析出聚合法等。其中,粒径的控制性优异的种子聚合法是适合的。此外,上述球状芯材粒子还可以使用市售的材料。
<绝缘包覆导电粒子>
本实施方式的绝缘包覆导电粒子是上述基材粒子的表面被上述绝缘包覆用粒子包覆而形成的材料。此处,绝缘包覆用粒子优选其表面积的20%以下与上述基材粒子的表面接触。如果接触的表面积为20%以下,则上述绝缘包覆用粒子的变形小,所得的包覆导电粒子的尺寸更均匀,并且有壳层不易被破坏、容易维持核壳结构的倾向。另外,对于下限,没有特别限定,当绝缘包覆用粒子和基材粒子例如通过链长较长的聚合物进行了连接时,实质上可以为0%。
本实施方式的绝缘包覆导电粒子优选上述基材粒子表面积的5%以上被上述绝缘包覆用粒子包覆。如果包覆的表面积为5%以上,则容易确保绝缘包覆导电粒子的绝缘性。此外,在将绝缘包覆导电粒子用于各向异性导电材料时,绝缘包覆用粒子的包覆率的优选下限为5%,优选上限为60%。如果包覆率为5%以上,则在邻接粒子间,基材粒子的金属表面接触,可以有效地防止横向的漏电,而如果为60%以下,则容易确保充分的导通性。另外,上述基材粒子表面使用绝缘包覆用粒子的包覆率可以通过绝缘包覆用粒子的添加量(浓度)、在基材粒子表面上导入的官能团的量(密度)、反应溶剂的种类等进行控制。
上述基材粒子表面使用绝缘包覆用粒子的包覆率是通过以下式(2)算出的值。
包覆率(%)={(基材粒子表面被绝缘包覆用粒子覆盖部分的面积)/(基材粒子的总表面积)}×100……(2)
绝缘包覆导电粒子可以通过干式的杂化或湿式的异种凝集而制作。从包覆率以及粒子间距离控制的观点考虑,优选采用湿式的异种凝集。作为利用湿式的异种凝集的方法,可以采用使用粒子彼此之间的共价键或静电引力的方法。为了防止绝缘包覆用粒子的脱落,优选利用共价键。包覆率可以通过适当调整导电粒子和绝缘包覆用粒子的比例而调整。此外,在共价键的形成较慢时,可以通过加热溶剂而促进共价键的形成。
具体来说,可以通过将导入了缩水甘油基或环氧基的绝缘包覆用粒子(以下,有时也称为“子粒子”。)和赋予了氨基的导电粒子混合来形成化学键,从而制作绝缘包覆导电粒子。
作为在具有由金或钯所形成的金属层的导电粒子中导入氨基的方法,有以下的方法。通过使用具有与金或钯形成配位键的巯基、硫醚基或二硫醚基、以及羟基、羧基、烷氧基或烷氧基羰基的化合物来处理金属层表面,可以在表面上导入选自羟基、羧基、烷氧基和烷氧基羰基的官能团。作为可以使用的化合物,例如,可以列举巯基乙酸、2-巯基乙醇、巯基乙酸甲酯、巯基丁二酸、硫代甘油和半胱氨酸。
作为用上述化合物处理金属层表面的方法,没有特别限定,有将巯基乙酸等化合物以10~100mmol/L左右的浓度分散在甲醇或乙醇等有机溶剂中,并在其中分散具有金属表面的导电粒子的方法。
当pH为中性区域时,在表面上具有羟基、羧基、烷氧基和烷氧基羰基等官能团的粒子的表面电位(zeta电位)通常为负。另一方面,具有羟基的无机氧化物粒子的表面电位通常也为负。大多情况下难以使用表面电位为负的粒子来充分包覆表面电位为负的粒子的表面,但通过在它们之间设置高分子电解质层,可以有效地使绝缘包覆用粒子附着在导电粒子上。此外,通过设置高分子电解质层,可以将绝缘包覆用粒子无缺陷并均匀地包覆在导电粒子的表面上,因此,即使电路电极间隔为窄间距,也可以确保绝缘性,并且可更显著地起到在电连接的电极间降低连接电阻的效果。
作为形成高分子电解质层的高分子电解质,可以使用在水溶液中电离,并且在主链或侧链上具有带电荷的官能团的高分子,其中优选聚阳离子。作为聚阳离子,通常可以使用像聚胺等那样具有可以带正电荷的官能团的物质,例如,聚乙烯亚胺(PEI)、聚烯丙胺盐酸盐(PAH)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)、聚乙烯基吡啶(PVP)、聚赖氨酸、聚丙烯酰胺以及含有它们的至少一种以上的共聚物。其中,聚乙烯亚胺的电荷密度高,结合力强。
[绝缘包覆导电粒子的有机硅低聚物处理]
当绝缘包覆用粒子在其表面上具有硅醇基时,通过使用硅烷偶联剂或将硅烷偶联剂低聚物化而得的有机硅低聚物进行处理,可以提高后述的绝缘包覆导电粒子的绝缘可靠性。此外,从对粒子表面的反应容易程度的观点考虑,优选对上述硅烷偶联剂进行有机硅低聚物化而使用。有机硅低聚物优选通过缩合反应而预先进行三维交联。此外,有机硅低聚物优选具有疏水性基团以及与二氧化硅等无机材料反应的官能团。
有机硅低聚物通常由具有下述各化学式所表示结构的硅氧烷单元构成。
式中,R1和R2各自独立地表示疏水性基团。R1和R2优选为甲基或乙基等碳数为1或2的烷基、苯基等碳数为6~12的芳基、或乙烯基。R1和R2更优选各自独立地为甲基或苯基。另外,R1和R2彼此可以相同,也可以不同。
有机硅低聚物的聚合度通常为3以上,优选为5以上,更优选为6以上,并进一步优选为10以上。此外,有机硅低聚物的聚合度通常为90以下,优选为80以下,更优选为70以下,并进一步优选为50以下。如果聚合度变大,则在表面处理时不易产生处理不均匀,并且可以提高可靠性。此外,如果聚合度小,则存在有在充分的厚度下,有机硅低聚物容易附着的倾向。
有机硅低聚物的聚合度是基于通过凝胶渗透色谱(GPC)测定所求出的标准聚苯乙烯换算的重均分子量,并通过以下式(3)而算出的。
聚合度=重均分子量/硅氧烷单元的分子量……(3)
另外,当有机硅低聚物中含有多种硅氧烷单元时,由它们的平均值计算聚合度。
进行了三维交联的有机硅低聚物通常优选包含R1SiO3/2所表示的3官能性的硅氧烷单元和SiO4/2所表示的4官能性的硅氧烷单元中的至少一者。例如,有机硅低聚物可以含有R2SiO2/2所表示的2官能性的硅氧烷单元和SiO4/2所表示的4官能性的硅氧烷单元,也可以含有R2SiO2/2所表示的2官能性的硅氧烷单元和R1SiO3/2所表示的3官能性的硅氧烷单元。
有机硅低聚物以总硅氧烷单元为基准,优选包含15摩尔%以上的4官能性的硅氧烷单元,并更优选包含20~60摩尔%。
有机硅低聚物例如可以通过在水的存在下,使用酸催化剂使与所希望的硅氧烷单元对应的氯或烷氧基硅烷进行缩合的方法而合成。缩合反应进行至在使有机硅低聚物附着在亚微米聚合物粒子上之前不形成凝胶状态的程度。为此,通过改变反应温度、反应时间、低聚物的组成比、催化剂的种类及量而进行调整。作为催化剂,可以优选使用乙酸、盐酸、马来酸、磷酸等。
有机硅低聚物大多情况下在附着于亚微米聚合物粒子上的同时,其一部分还附着在导电粒子上。绝缘包覆导电粒子整体中的有机硅低聚物附着量以亚微米聚合物粒子的质量为基准,优选为0.01~10质量%,并更优选为0.05~5.00质量%。如果该附着量为0.01质量%以上,则有容易得到表面粘接性提高的效果,而如果为10质量%以下,则可以防止耐热性的下降。
这种绝缘包覆导电粒子可以用作用于将半导体元件等小型电机部件与基板电连接、或将基板彼此电连接的所谓各向异性导电材料。
<各向异性导电材料>
通过使绝缘包覆导电粒子分散在绝缘性的粘合剂树脂中,可以调制粘接剂组合物。并且,该粘接剂组合物可以用作各向异性导电材料(电路连接材料)。各向异性导电材料可以成型为膜状而作为各向异性导电膜使用。图2所示的各向异性导电膜50是将使绝缘包覆导电粒子10分散在绝缘性的粘合剂树脂20中所得的粘接剂组合物成型为膜状所形成的材料。
<连接结构体>
图3所示的连接结构体100具备相互对向的第1电路部件30和第2电路部件40,并且在第1电路部件30和第2电路部件40之间设有将它们连接的连接部50a。
第1电路部件30具备电路基板(第1电路基板)31、和在电路基板31的主面31a上所形成的电路电极(第1电路电极)32。第2电路部件40具备电路基板(第2电路基板)41、和在电路基板41的主面41a上所形成的电路电极(第2电路电极)42。
作为电路部件的具体例子,可以列举IC芯片(半导体芯片)、电阻器芯片、电容器芯片、驱动器IC等芯片部件以及刚性型的封装基板。这些电路部件具备电路电极,并通常具备多个电路电极。作为连接上述电路部件的另一方的电路部件,可以列举具有金属线路的挠性带状基板、挠性印刷线路板、蒸镀了氧化铟锡(ITO)的玻璃基板等线路基板。通过使用各向异性导电膜50,可以有效并且具有高连接可靠性地将这些电路部件彼此连接。因此,各向异性导电膜50适合于具备多个微细连接端子(电路电极)的芯片部件在线路基板上的COG安装和COF安装。
连接部50a具备电路连接材料中所含的绝缘性的粘合剂树脂的固化物20a和分散在其中的绝缘包覆导电粒子10。并且,在连接结构体100中,对向的电路电极32和电路电极42通过绝缘包覆导电粒子10进行电连接。更具体而言,如图3所示,在绝缘包覆导电粒子10的情况下,绝缘包覆用粒子1通过压缩而变形,从而电路电极32和42双方直接接触。另一方面,在图示的横向上,通过使绝缘包覆用粒子1介于基材粒子2之间,可维持绝缘性。因此,如果使用各向异性导电膜50,则能够提高在10μm水平的狭窄间距中的绝缘可靠性。
作为绝缘性的粘合剂树脂20,可以使用热反应性树脂和固化剂的混合物,具体来说,优选环氧树脂和潜在性固化剂的混合物。
作为环氧树脂,可以单独使用或混合使用2种以上的衍生自表氯醇和双酚A、F、AD等的双酚型环氧树脂;衍生自表氯醇和苯酚酚醛清漆树脂或甲酚酚醛清漆树脂的环氧酚醛清漆树脂;具有含萘环的骨架的萘系环氧树脂;缩水甘油胺、缩水甘油醚、联苯、脂环式等一个分子内具有2个以上缩水甘油基的各种环氧化合物等。
这些环氧树脂优选使用将杂质离子(Na+、Cl等)、水解性氯等减少至300ppm以下的高纯度制品。由此,容易防止防止电迁移。
作为潜在性固化剂,可以列举咪唑系、酰肼系、三氟化硼-胺络合物、锍盐、胺酰亚胺、聚胺的盐、双氰胺等。除此以外,在粘接剂中,还可以使用自由基反应性树脂和有机过氧化物的混合物、或紫外线等能量射线固化性树脂。
为了降低粘接后的应力,或者为了提高粘接性,在绝缘性的粘合剂树脂20中可以混合丁二烯橡胶、丙烯酸系橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、硅橡胶等。
为了将粘接剂组合物形成为膜状,在该组合物中配合具有成膜性的苯氧基树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂等热塑性树脂是有效的。这些成膜性高分子对缓和反应性树脂固化时的应力也有效果。特别是在成膜性高分子具有羟基等官能团时,由于粘接性提高,因此优选。膜的形成可以通过将由环氧树脂、丙烯酸系橡胶、潜在性固化剂以及成膜性高分子构成的粘接组合物溶解或分散在有机溶剂中而使其液状化,并涂布在剥离性基材(隔膜)上,在固化剂的活性温度以下除去溶剂,从而进行。作为这时所用的有机溶剂,在提高材料的溶解性这一点上,优选芳香族烃系和含氧系的混合溶剂。
各向异性导电膜50的厚度可以考虑绝缘包覆导电粒子的粒径和粘接剂组合物的特性而相对地进行确定,但优选为1~100μm。当厚度不到1μm时,无法得到充分的粘接性,而如果超过100μm,则为了得到导电性,需要大量的绝缘包覆导电粒子,因此不现实。由该原因出发,厚度更优选为3~50μm。
<连接结构体的制造方法>
图4是通过概略截面图表示使用各向异性导电材料来制造上述连接结构体的工序的工序图。在本实施方式中,使各向异性导电材料热固化而制造连接结构体。
首先,准备上述的第1电路部件30和各向异性导电膜50。各向异性导电膜50如上所述由含有绝缘包覆导电粒子10的粘接剂组合物形成。
接着,将各向异性导电膜50放置在第1电路部件30的形成了电路电极32的面上。然后,在图4(a)的箭头A和B的方向上对各向异性导电膜50加压,将各向异性导电膜50与第1电路部件30暂时连接(图4(b))。
这时的压力只要在不会对电路部件产生损伤的范围内,就没有特别限制,但通常优选为0.1~30.0MPa。此外,可以一边加热一边加压,加热温度设为各向异性导电膜50实质上不会固化的温度。加热温度通常优选为50~190℃。这些加热和加压优选在0.5~120秒的范围内进行。
接着,如图4(c)所示,将第2电路部件40放置在各向异性导电膜50上,使第2电路电极42朝向第1电路电极30侧。然后,一边加热各向异性导电膜50,一边在图4(c)的箭头A和B的方向上对全体进行加压。
这时的加热温度设为各向异性导电膜50能够固化的温度。加热温度优选为60~200℃,更优选为70~190℃,并进一步优选为80~160℃。如果加热温度不到60℃,则有固化速度变慢的倾向,而如果超过200℃,则有容易进行不希望的副反应的倾向。加热时间优选为0.1~180秒,更优选为0.5~180秒,并进一步优选为1~180秒。
通过各向异性导电膜50的固化而形成连接部50a,从而得到如图3所示的连接结构体100。连接的条件可根据所使用的用途、粘接剂组合物以及电路部件而适当选择。另外,在使用通过光进行固化的材料作为各向异性导电膜50中的绝缘性的粘合剂树脂20时,对各向异性导电膜50适当照射活性光线或能量射线即可。作为活性光线,可以列举紫外线、可见光、红外线等。作为能量射线,可以列举电子束、X射线、γ射线、微波等。
以上,对本发明的优选实施方式进行了说明,但本发明并不受上述实施方式的任何限定。
实施例
以下,列举实施例和比较例,对本发明的内容作更具体的说明。另外,本发明并不限定于下述实施例。
<绝缘包覆用粒子的制作>
(核粒子1的制作)
向500ml烧瓶中一次性加入下述化合物,并在氮气中置换溶存氧1小时,然后在温度为70℃的水浴中加热搅拌约6小时,得到核粒子1。
使用SEM观察核粒子1,结果平均粒径为262nm,粒径的变化系数(C.V.)为4.1%。
(核粒子2~4的制作)
除了使用表1中记载的材料以外,和上述核粒子1的制作步骤同样地制作核粒子2~4。表1中,“KBE-503”表示γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(信越化学工业公司制造,商品名)。
[表1]
(绝缘包覆用粒子1的制作)
向500ml烧瓶中一次性加入下述化合物,并一边在温度为35℃的水浴中搅拌,一边经1小时滴加下述壳原料分散液1,在滴加后继续加热搅拌6小时,得到绝缘包覆用粒子的分散液。
将所得的绝缘包覆用粒子的分散液离心分离,并在甲醇中重复进行几次再分散。然后,使用SEM观察绝缘包覆用粒子,结果平均粒径为300nm,粒径的变化系数(C.V.)为4.2%。此外,将1g所得的绝缘包覆用粒子在高温高湿度试验槽(温度为60℃,湿度为90%)中放置18小时后,再次测定粒子重量,由此算出吸湿率。吸湿率为1.5质量%。另外,将所得的粒子干燥后,使0.5g分散在25g离子交换水中,在耐压容器中于100℃放置12小时后,通过离子色谱测定溶出铵离子浓度,结果为15ppm。
接着,将60gγ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3g甲醇、14g水以及盐酸(总量的1质量%)混合,并在60℃下搅拌4小时,从而合成具有缩水甘油基的有机硅低聚物1。向上述绝缘包覆用粒子的分散液中添加和粒子重量相同量的该有机硅低聚物1,搅拌2小时,得到表面进行了有机硅低聚物处理的绝缘包覆用粒子1。然后,进行3次离心分离,并洗涤粒子,然后将其分散在甲醇中。
(绝缘包覆用粒子2的制作)
在绝缘包覆用粒子1的合成中,除了使壳原料分散液的四乙氧基硅烷的量为2倍以外,同样地制作绝缘包覆用粒子的分散液。使用SEM进行观察,结果平均粒径为325nm,粒径的变化系数(C.V.)为4.0%。算出吸湿率,结果为2.0质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为31ppm。
另外,向上述绝缘包覆用粒子的分散液中添加和粒子重量相同量的有机硅低聚物1,搅拌2小时,得到表面进行了有机硅低聚物处理的绝缘包覆用粒子2。然后,进行3次离心分离,并洗涤粒子,然后将其分散在甲醇中。
(绝缘包覆用粒子3的制作)
在绝缘包覆用粒子1的合成中,除了使壳原料分散液的四乙氧基硅烷的量为3倍以外,同样地制作绝缘包覆用粒子的分散液。使用SEM进行观察,结果平均粒径为363nm,粒径的变化系数(C.V.)为4.4%。算出吸湿率,结果为3.0质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为19ppm。
另外,向上述绝缘包覆用粒子的分散液中添加和粒子重量相同量的有机硅低聚物1,搅拌2小时,得到表面进行了有机硅低聚物处理的绝缘包覆用粒子3。然后,进行3次离心分离,并洗涤粒子,然后将其分散在甲醇中。
(绝缘包覆用粒子4的制作)
向500ml烧瓶中一次性加入下述化合物,并一边在温度为80℃的水浴中搅拌,一边经1小时滴加下述壳原料分散液2,在滴加后继续加热搅拌5小时,静置20小时后,得到绝缘包覆用粒子的分散液。
将所得的粒子分散液离心分离,并在甲醇中重复进行几次再分散,然后,使用SEM进行观察,结果平均粒径为312nm,粒径的变化系数(C.V.)为4.5%。和实施例1同样地算出吸湿率,结果为1.2质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为21ppm。
另外,向上述绝缘包覆用粒子的分散液中添加和粒子重量相同量的有机硅低聚物1,搅拌2小时,得到表面进行了有机硅低聚物处理的绝缘包覆用粒子4。然后,进行3次离心分离,并洗涤粒子,然后将其分散在甲醇中。
(绝缘包覆用粒子5的制作)
向500ml烧瓶中一次性加入下述化合物,并一边在温度为80℃的水浴中搅拌,一边经1小时滴加下述壳原料分散液3,在滴加后继续加热搅拌5小时,静置20小时后,得到绝缘包覆用粒子的分散液。
将所得的粒子分散液离心分离,在甲醇中重复进行几次再分散后,使用SEM进行观察,结果平均粒径为315nm,粒径的变化系数(C.V.)为5%。算出吸湿率,结果为0.7质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为30ppm。
另外,向上述绝缘包覆用粒子的分散液中添加和粒子重量相同量的有机硅低聚物1,搅拌2小时,得到表面进行了有机硅低聚物处理的绝缘包覆用粒子5。然后,进行3次离心分离,并洗涤粒子,然后将其分散在甲醇中。
(绝缘包覆用粒子6的制作)
在绝缘包覆用粒子4的合成中,除了经2小时添加2倍量的壳原料分散液2以外,同样地制作绝缘包覆用粒子的分散液。使用SEM进行观察,结果平均粒径为365nm,粒径的变化系数(C.V.)为4.8%。算出吸湿率,结果为1.0质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为40ppm。
另外,向上述绝缘包覆用粒子的分散液中添加和粒子重量相同量的有机硅低聚物1,搅拌2小时,得到表面进行了有机硅低聚物处理的绝缘包覆用粒子6。然后,进行3次离心分离,并洗涤粒子,然后将其分散在甲醇中。
(绝缘包覆用粒子7的制作)
在绝缘包覆用粒子4的合成中,除了使用核粒子2代替核粒子1,以及经3小时添加3倍量的壳原料分散液2以外,同样地制作绝缘包覆用粒子的分散液。使用SEM进行观察,结果平均粒径为316nm,粒径的变化系数(C.V.)为3.5%。算出吸湿率,结果为1.2质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为20ppm。
另外,向上述绝缘包覆用粒子的分散液中添加和粒子重量相同量的有机硅低聚物1,搅拌2小时,得到表面进行了有机硅低聚物处理的绝缘包覆用粒子7。然后,进行3次离心分离,并洗涤粒子,然后将其分散在甲醇中。
(绝缘包覆用粒子8的制作)
在绝缘包覆用粒子1的合成中,除了使用核粒子2以外,同样地制作绝缘包覆用粒子的分散液。使用SEM进行观察,结果平均粒径为152nm,粒径的变化系数(C.V.)为4.8%。算出吸湿率,结果为1.0质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为18ppm。
另外,向上述绝缘包覆用粒子的分散液中添加和粒子重量相同量的有机硅低聚物1,搅拌2小时,得到表面进行了有机硅低聚物处理的绝缘包覆用粒子8。然后,进行3次离心分离,并洗涤粒子,然后将其分散在甲醇中。
(绝缘包覆用粒子9的制作)
在绝缘包覆用粒子1的合成中,除了使用核粒子4代替核粒子1以外,同样地制作绝缘包覆用粒子的分散液。使用SEM进行观察,结果平均粒径为405nm,粒径的变化系数(C.V.)为5.0%。算出吸湿率,结果为1.2质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为22ppm。
另外,向上述绝缘包覆用粒子的分散液中添加和粒子重量相同量的有机硅低聚物1,搅拌2小时,得到表面进行了有机硅低聚物处理的绝缘包覆用粒子9。然后,进行3次离心分离,并洗涤粒子,然后将其分散在甲醇中。
(绝缘包覆用粒子10的制作)
以核粒子1作为绝缘包覆用粒子10。算出吸湿率,结果为0.5质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为30ppm。
(绝缘包覆用粒子11的制作)
在制作核粒子3之后,经1小时将下述化合物的混合物滴加到上述所得的核粒子3的分散液中,再进行4小时聚合,制作绝缘包覆用粒子11。
使用SEM对粒子进行观察,结果平均粒径为320nm,粒径的变化系数(C.V.)为6%。算出吸湿率,结果为1.0质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为40ppm。
(绝缘包覆用粒子12的制作)
以胶体二氧化硅分散液(浓度为20质量%,扶桑化学工业公司制造,商品名为QUARTRON PL-13,平均粒径为130nm)作为绝缘包覆用粒子12。算出吸湿率,结果为4.0质量%。测定溶出铵离子浓度,结果为12ppm。
(壳层厚度的测定)
对于上述绝缘包覆用粒子1~12,由壳形成前后的平均粒径算出壳层的厚度。将结果示于表2。
[表2]
<导电粒子的绝缘包覆以及各向异性导电膜的安装试验>
(导电粒子)
通过无电解镀在平均粒径为3.0μm的交联聚苯乙烯粒子的表面上形成厚度为0.2μm的镍层,再在该镍的外侧形成厚度为0.04μm的钯层,得到导电粒子。
(导电粒子的绝缘包覆)
使8mmol巯基乙酸溶解在200mL甲醇中,调制反应液。向该反应液中加入10g导电粒子,在室温下使用THREE-ONE MOTOR和直径为45mm的搅拌叶片搅拌2小时,并用巯基乙酸处理导电粒子的表面。通过使用φ(孔径)为3μm的膜过滤器(Millipore公司制造)的过滤而取出处理后的导电粒子,并用甲醇洗涤取出的导电粒子,得到1g表面具有羧基的导电粒子。
用超纯水稀释分子量为70000的30%聚乙烯亚胺水溶液(和光纯药公司制造),得到0.3质量%的聚乙烯亚胺水溶液。向该聚乙烯亚胺水溶液中加入1g上述所得的表面具有羧基的导电粒子,并在室温下搅拌15分钟。接着,通过使用φ为3μm的膜过滤器(Millipore公司制造)的过滤而取出导电粒子,并将取出的导电粒子放入到200g超纯水中,在室温下搅拌5分钟。然后,通过使用φ为3μm的膜过滤器(Millipore公司制造)的过滤而取出导电粒子,并用200g的超纯水对膜过滤器上的导电粒子洗涤2次,除去未吸附的聚乙烯亚胺。通过以上操作,得到表面吸附了聚乙烯亚胺的导电粒子。
接着,将用聚乙烯亚胺进行了处理的导电粒子浸渍在异丙醇中,并分别滴加绝缘包覆用粒子1~12的分散液,从而制作微粒包覆率为30%的绝缘包覆导电粒子。包覆率通过滴加量进行调整。
接着,通过使用φ为3μm的膜过滤器(Millipore公司制造)的过滤而取出导电粒子,并将取出的导电粒子放入到200g超纯水中,在室温下搅拌5分钟。然后,通过使用φ为3μm的膜过滤器(Millipore公司制造)的过滤而取出导电粒子,并用200g的超纯水对膜过滤器上的导电粒子洗涤2次,除去绝缘包覆用粒子未吸附的导电粒子。接着,按照80℃下30分钟、120℃下1小时的顺序进行加热,使绝缘包覆导电粒子干燥。
接着,将10g绝缘包覆导电粒子放入到100g溶解了和粒子重量相同量的有机硅低聚物2(信越化学工业公司制,商品名:KR-212)的处理液中,并在常温1小时的条件下使用THREE-ONE MOTOR进行搅拌。然后,通过过滤取出粒子,并用甲醇洗涤取出的绝缘包覆导电粒子,然后干燥,从而得到表面附着了有机硅低聚物2的绝缘包覆导电粒子1~12。
(绝缘包覆用粒子的耐溶剂性试验)
将所得的绝缘包覆导电粒子浸渍在甲苯/乙酸乙酯(混合比:50质量份/50质量份)溶液中,进行5分钟超声波照射(24kHz)后,通过SEM确认绝缘包覆导电粒子,确认绝缘包覆用粒子是否剥离。当绝缘包覆用粒子的吸附量没有变化时记作A,当绝缘包覆用粒子部分剥离时记作C。将结果示于表3。
(各向异性导电膜的制作以及使用该导电膜的电路连接)
将100g苯氧基树脂(Union Carbide公司制造,商品名:PKHC)和75g丙烯酸系橡胶(丙烯酸丁酯40质量份、丙烯酸乙酯30质量份、丙烯腈30质量份、甲基丙烯酸缩水甘油酯3质量份的共聚物,重均分子量:85万)溶解在400g甲苯/乙酸乙酯(混合比:50质量份/50质量份)中,得到30质量%溶液。向该溶液中加入300g含有微胶囊型潜在性固化剂的液状环氧树脂(环氧当量为185,旭化成Epoxy株式会社制造,商品名:Novacure HX-3941)并搅拌,准备粘接剂溶液。
使表面附着了有机硅低聚物的上述绝缘包覆导电粒子分散在该粘接剂溶液中。以粘接剂溶液的量为基准,其浓度设为9体积%。使用辊涂机将所得的分散液涂布在隔片(进行了有机硅处理的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜,厚度为40μm)上,在90℃通过10分钟加热而使其干燥,在隔片上形成厚度为25μm的各向异性导电膜。
接着,使用制作出的各向异性导电膜,按照以下所示的i)~iii)的步骤进行带有金凸块(面积:30μm×90μm,间距为12μm,高度:15μm,凸块数为362)的芯片(1.7mm×1.7mm,厚度:0.5μm)与带有ITO电路的玻璃基板(厚度:0.7mm)的连接,制作连接结构体样品(实施例1~9和比较例1~3)。
i)在80℃、0.98MPa(10kgf/cm2)的压力下,将各向异性导电粘接膜(2mm×19mm)粘贴在带有ITO电路的玻璃基板上。
ii)剥离隔片,进行芯片的凸块与带有ITO电路的玻璃基板的位置对准。
iii)在190℃、40MPa(低压安装条件)、10秒钟的条件下,从芯片上方进行加热和加压,进行正式连接。
(绝缘电阻试验以及导通电阻试验)
对制作出的连接结构体样品进行绝缘电阻试验和导通电阻试验。对于各向异性导电膜来说,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。测定10个样品的芯片电极间的绝缘电阻。对于绝缘电阻来说,测定初期值和在气温60℃、湿度90%、施加20V的条件下放置1000小时的可靠性试验(迁移试验)后的值。并且,算出以可靠性试验后的绝缘电阻为109Ω以上的样品作为良品时的成品率。
对于芯片电极/玻璃电极间的导通电阻,测定14个样品的平均值。对于导通电阻来说,测定初期值和在气温85℃、湿度85%的条件下放置1000小时的可靠性试验(吸湿耐热试验)后的值。将测定结果示于表3。
将表3中的绝缘电阻试验和导通电阻试验的结果汇总示于表4。作为导通电阻评价,将可靠性试验前的导通电阻为1Ω以下的情况记作A,将超过1Ω且为5Ω以下的情况记作B,将超过5Ω的情况记作C。作为绝缘可靠性的评价,将可靠性试验前的成品率为100%以下80%以上的情况记作A,将不到80%且为50%以上的情况记作B,将不到50%的情况记作C。进一步,作为连接可靠性的评价,将可靠性试验后的导通电阻为0Ω以上且不到50Ω的情况记作A,将50Ω以上且不到100Ω的情况记作B,将100Ω以上的情况记作C。
[表3]
*1目标为>109Ω。成品率由10个样品算出,并将109Ω以上记作良品。
*214个样品中的平均值。
[表4]
导通电阻 绝缘可靠性 连接可靠性
实施例1 A A A
实施例2 A A A
实施例3 A A A
实施例4 A A A
实施例5 A A A
实施例6 A A A
实施例7 A A A
实施例8 A A A
实施例9 B A A
比较例1 A B C
比较例2 A B B
比较例3 B A B
如表3所示,实施例1~9的连接结构体样品在可靠性试验前后都显示出了良好的导通电阻、绝缘可靠性和连接可靠性。可以推断其原因在于,通过用有机硅系化合物在核粒子上形成壳层,可以赋予粒子耐热性和耐溶剂性。此外,实施例1~9即使在可靠性试验后也维持了100%的成品率。
在使用不具有核壳结构的聚合物粒子或者核与壳均相同的由聚合物所形成的粒子作为绝缘包覆用粒子时,为初期导通电阻良好,但绝缘可靠性和连接可靠性差的结果(比较例1和2)。可以推断这是由于聚合物粒子的耐溶剂性差,因此绝缘包覆用粒子在树脂混炼中剥离,从而导致绝缘可靠性低的结果。此外,可以推断由于聚合物粒子的耐热性低,热膨胀系数高,因此对连接可靠性产生了影响。此外,在使用二氧化硅粒子作为绝缘包覆用粒子时,为导通电阻高的结果(比较例3)。可以推断这是由于粒子的弹性模量高,因此粒子难以变形,导通困难。

Claims (22)

1.一种绝缘包覆用粒子,其为用于包覆表面包含具有导电性的金属的基材粒子而形成绝缘包覆导电粒子的绝缘包覆用粒子,
其具备具有核粒子以及壳层的核壳结构,
所述核粒子包含有机高分子,
所述壳层包含具有选自由SiO4/2单元、RSiO3/2单元和R2SiO2/2单元所组成的组中的至少一种单元的有机硅系化合物,这里,所述R表示选自由碳数为1~4的烷基、碳数为6~24的芳香族基团、乙烯基以及γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基所组成的组中的至少一种,
所述壳层具备对所述基材粒子具有结合性的官能团,
对所述基材粒子具有结合性的官能团为环氧基或缩水甘油基。
2.如权利要求1所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述壳层通过具有环氧基或缩水甘油基的有机硅低聚物进行了处理。
3.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述壳层的厚度为1~150nm。
4.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述壳层由仅具有SiO4/2单元的有机硅系化合物构成,所述壳层的厚度为1~50nm。
5.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其平均粒径为1μm以下,并且粒径的变化系数为10%以下。
6.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其吸湿率为5质量%以下。
7.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其溶出铵离子浓度为100ppm以下。
8.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述壳层通过以叔胺或磺酸化合物作为催化剂的反应而形成。
9.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述核粒子的表面具有氨基或羧基。
10.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述核粒子具有双离子性的官能团。
11.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述有机高分子包含选自由聚烯烃、丙烯酸系树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、蜜胺树脂、苯并胍胺树脂、脲甲醛树脂、环氧树脂、聚苯醚、聚缩醛、聚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺和聚醚醚酮所组成的组中的至少一种树脂。
12.如权利要求11所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述聚酯树脂为饱和聚酯树脂。
13.如权利要求11所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述聚酯树脂为不饱和聚酯树脂。
14.如权利要求11所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述聚砜为聚醚砜。
15.如权利要求11所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚异丁烯和聚丁二烯,所述丙烯酸系树脂为聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸甲酯,所述聚酯树脂为聚对苯二甲酸亚烷基酯,所述酚醛树脂为苯酚甲醛树脂,所述蜜胺树脂为蜜胺甲醛树脂,所述苯并胍胺树脂为苯并胍胺甲醛树脂。
16.如权利要求1或2所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述核粒子通过将非交联性单体和交联性单体聚合而制造。
17.如权利要求16所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述非交联性单体包含选自由苯乙烯类、(甲基)丙烯酸酯类、乙烯基酯类、N-乙烯基化合物、含有氟烷基的(甲基)丙烯酸酯类和共轭二烯类所组成的组中的至少一种。
18.如权利要求16所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述交联性单体包含选自由二乙烯基化合物、聚亚烷基二醇系二(甲基)丙烯酸酯和链烷二醇系二(甲基)丙烯酸酯所组成的组中的至少一种。
19.如权利要求16所述的绝缘包覆用粒子,其中,所述交联性单体包含具有甲硅烷基的单体。
20.一种绝缘包覆导电粒子,其具备权利要求1~19中任一项所述的绝缘包覆用粒子和通过所述绝缘包覆用粒子而包覆了表面至少一部分的基材粒子。
21.一种各向异性导电材料,其具备绝缘性的粘合剂树脂和分散在所述绝缘性的粘合剂树脂中的权利要求20所述的绝缘包覆导电粒子。
22.一种连接结构体,其具备对向配置的一对电路部件和连接部,所述连接部由权利要求21所述的各向异性导电材料的固化物形成,并且按照介于所述一对电路部件之间、将各电路部件所具有的电路电极彼此电连接的方式粘接该电路部件彼此。
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