CN105513673A - 一种导电粒子及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种导电粒子，其包括：中心绝缘粒子，其为有机绝缘材料；导电性微粒，分散于中心绝缘粒子中；镍层，覆盖于所述中心绝缘粒子；金属镀敷层，覆盖镍层；第一绝缘粒子，分散于金属镀敷层中并且包覆镍层；第二绝缘粒子，分散于金属镀敷层外围。本发明提供的导电粒子具有良好的导电性和绝缘可靠性，其在使用一段时间后，各导电粒子的绝缘电阻均没有下降，仍保持着良好的导电性能，并且，其导电性能在吸湿实验后，也无明显下降。

Description

一种导电粒子及其制备方法

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及一种导电粒子及其制备方法。

背景技术

具有导电性的粒子可以与粘结树脂混合，在半导体元件、液晶显示器等电子制品中，用作使电路电极连接的所谓的电路连接材料。

随着近几年的液晶显示的高精细化，作为液晶驱动的IC的电路电极的凸起实现了窄间距化和窄面积化，因此产生下述问题，各向异性导电性粘合剂的导电粒子向邻接的电路电极间流出，使短路发生。

另外，如果导电粒子向邻接的电路电极间流出，则产生下述问题：在凸起和玻璃面板之间所补足的各向异性导电性粘合剂中的导电粒子减少，对向的电路电极间的接触电阻升高，引起接触不良。

同时，近几年尽管有提高导电性能、减少短路的导电粒子的技术，但其在使用一段时间后，绝缘可靠性都有不小程度的下降。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种导电粒子，其包括：

中心绝缘粒子，其为有机绝缘材料；

导电性微粒，分散于中心绝缘粒子中；

镍层，覆盖于所述中心绝缘粒子；

金属镀敷层，覆盖镍层；

第一绝缘粒子，分散于金属镀敷层中并且包覆镍层；

第二绝缘粒子，分散于金属镀敷层外围；

其中，该有机绝缘材料的压缩弹性模量为200-300kgf/mm²；

该导电性微粒选自金或银；

该中心绝缘粒子和导电性微粒的体积比为10:6-10:8，中心绝缘粒子由二乙烯基苯、丙烯酸和丙烯腈的共聚物构成；

该金属镀敷层的材质为金或钯，厚度为50-100nm；

该镍层的厚度为50-80nm；

该第一绝缘粒子在镍层上的包覆率为10％-80％；

该第一绝缘粒子选自氧化铝或金刚石；

该第二绝缘粒子选自二氧化硅。

其中，所述金属镀敷层的厚度为80nm。

其中，所述第二绝缘粒子的粒径大于金属镀敷层和镍层的壁厚总和。

本发明另外提供一种导电粒子的制作方法，包括如下步骤：

S1：中心绝缘粒子制备工序：准备10g调整了交联度的由二乙烯基苯、丙烯酸和丙烯腈的共聚物构成的中心绝缘粒子，该中心绝缘粒子表面具有羧基，中心绝缘粒子的压缩弹性模量为200-300kgf/mm²；

S2：在中心绝缘粒子中分散导电性微粒：在制备得到的中心绝缘粒子中加入导电性微粒，并将其投入到10％质量浓度的聚乙烯醇水溶液中，充分搅拌，将得到的悬浮液在100摄氏度下聚合反应4小时，得到分散有导电性微粒的中心绝缘粒子；

S3：镍层形成工序：在分散有导电性微粒的中心绝缘粒子的表面形成镍层，通过取样和原子吸收调节镍层的厚度；

S4：官能团形成工序：用具有巯基、硫醚基和二硫醚基的任一基团的化合物处理镍层的表面，在镍层表面形成官能团；

S5：制备1-2％质量浓度的第一绝缘粒子分散液，在其中加入步骤S4得到的粒子，室温下搅拌15分钟、过滤，用超纯水清洗滤饼，将得到的粒子在90摄氏度下干燥一小时；

S6：金属镀敷层形成工序：准备含有0.03mol/L的乙二胺四乙酸四钠、0.04mol/L的柠檬酸三钠和0.01mol/L的氰化金钾的镀敷液，将步骤S5中得到的复合粒子分散于该溶液中，使复合粒子上形成电解金层，通过取样和原子吸收调整金层厚度，过滤，将得到的过滤物用纯水洗涤10次；

S7：第二绝缘粒子形成工序：将步骤S6中得到的粒子分散在0.3％质量浓度的聚乙烯亚胺溶液中，搅拌、过滤、水洗、过滤，将得到的过滤物分散于0.5％质量浓度的二氧化硅粒子分散液中，搅拌、过滤、水洗、过滤，得到导电粒子。

其中，步骤S2中，所述导电性微粒选自金或银，所述中心绝缘粒子和导电性微粒的体积比为10:6-10:8；

步骤S3中，所制备的镍层的厚度为50-80nm；

步骤S5中，第一绝缘粒子选自氧化铝或金刚石。

其中，所述步骤S6还包括在所镀敷的金层上通过还原性化学镀钯镀敷钯层。

其中，所述步骤S6中制备的金属镀敷层的总厚度为50-100nm。

本发明中，所谓的第一绝缘粒子包覆镍层，是指通过具有巯基、硫醚基和二硫醚基的任一基团的化合物处理镍层表面，使镍层表面形成羟基、羧基或烷氧基等官能团，使第一绝缘粒子与通过与这些官能团形成的共价键或氢键而吸附在镍层表面。

本发明提供的导电粒子及导电粒子制作方法，能保证导电粒子的导电性能和绝缘可靠性，从而使得导电粒子位于两个电极间时，第二绝缘粒子能提供很好的绝缘可靠性，避免短路的情形发生，同时，当导电粒子位于玻璃基板间时，第二绝缘粒子被挤入导电粒子内部，裸露在外的金属镀敷层实现其导电性能，本发明提供的导电粒子，其在使用相当长时间后，仍能保证良好的绝缘可靠性。

附图说明

图1：本发明导电粒子的一个实施例的剖面图。

附图标记说明

1中心绝缘粒子

2导电性微粒

3镍层

4第一绝缘粒子

5金属镀敷层

6第二绝缘粒子。

具体实施方式

图1表示本发明提供的导电粒子的一个实施方式的剖面图。图1所示的导电粒子具有：中心绝缘粒子1和分散在中心绝缘粒子1上的导电性微粒2，包覆中心绝缘粒子1的镍层3，覆盖中心绝缘粒子1和镍层3的金属镀敷层5，分散于金属镀敷层5中并通过化学键吸附于镍层3上的第一绝缘粒子4以及吸附于金属镀敷层5上的第二绝缘粒子6。

迄今为止的导电粒子的母粒子既可以是仅由金属构成的粒子，也可以是使用镀金属等方法用金属覆盖有机物或无机物中心粒子而得到的粒子，但是本申请中，在使用镀敷金属覆盖中心绝缘粒子1的同时，在中心绝缘粒子1中分散导电性微粒2，并且在中心绝缘粒子1上覆盖镍层3，通过对比实验证明，通过在中心绝缘粒子1中分散导电性微粒2能整体增加导电粒子的导电性能和绝缘可靠性，同时，在其它各结构材质和壁厚相同的情况下，可以减少镍层3的用量，并且实现相同的导电性能，同时，此结构的设置，可以解决绝缘性的子粒子覆盖导电粒子表面的过程中存在的子粒子与中心绝缘粒子的粘合性问题，并且可以解决镍容易溶解析出、引起迁移的问题。

中心绝缘粒子1为有机绝缘材料，其压缩弹性模量，即200摄氏度下粒子直径变形20％时的压缩弹性模量，20％K值介于200-300kgf/mm²。

导电性微粒2优选自金或银。

中心绝缘粒子1和分散在中心绝缘粒子1上的导电性微粒2的体积比优选为10:6-10:8。

镍层3的厚度，优选为50-80nm。

金属镀敷层5的材质，优选常见的导电金属，如金或钯等。

金属镀敷层5的厚度，优选为50-100nm，如果金属镀敷层5的厚度小于50nm，则得不到充分的导电性，如果金属镀敷层5的厚度大于100nm，则整个中心绝缘粒子1、镍层3和金属镀敷层5有弹性降低的倾向，则当导电粒子被一对电极夹住、并在纵向被施压时，中心绝缘粒子1、镍层3和金属镀敷层5的弹性降低，金属镀敷层5很难充分地压贴电极表面，同时成本偏高。

第一绝缘粒子4的材料优选比金属镀敷层5硬，例如，第一绝缘粒子4选择氧化铝或金刚石时，能保证安装时导电粒子刺入电极，提高导电性。

从绝缘性、成本和存在羟基易于吸附的角度考虑，第二绝缘粒子6优选二氧化硅。二氧化硅相比较其它材质，其能保证在需要实现导电性的时候顺利挤进导电粒子上的金属镀敷层5，同时在需要实现绝缘可靠性时，使整体的导电粒子不变形。

第二绝缘粒子6的粒径大于金属镀敷层5和镍层3的壁厚总和，这样可以保证在热压接时，第二绝缘粒子6可靠地陷入导电粒子内部。

为分析比较导电粒子中各导电性微粒2、第一绝缘粒子4、金属镀敷层5的材质、厚度、粒径，中心绝缘粒子1的压缩弹性模量以及中心绝缘粒子1和导电性微粒2的体积比等对导电粒子的导电效果和绝缘可靠性的影响，以下列举实施例对本发明做更详细的说明，但本发明不受这些实施例的限定。

实施例1

S1：中心绝缘粒子制备工序：准备10g调整了交联度的由二乙烯基苯、丙烯酸和丙烯腈的共聚物构成的中心绝缘粒子1，该中心绝缘粒子1表面具有羧基。中心绝缘粒子1的压缩弹性模量(200摄氏度下粒子直径变形20％时的压缩弹性模量，20％K值)为250kgf/mm²；

S2：在中心绝缘粒子1中分散导电性微粒2：在制备得到的中心绝缘粒子1中加入导电性微粒2金，并将其投入到10％质量浓度的聚乙烯醇水溶液中，充分搅拌，将得到的悬浮液在100摄氏度下聚合反应4小时，得到分散有导电性微粒2的中心绝缘粒子1，所述中心绝缘粒子1和导电性微粒2金的体积比为10:6；

S3：镍层形成工序：在分散有导电性微粒2的中心绝缘粒子1的表面形成镍层3，通过取样和原子吸收调节镍层3的厚度，所制备的镍层3的厚度为50nm；

S4：官能团形成工序：用具有巯基、硫醚基和二硫醚基的任一基团的化合物处理镍层3的表面，在镍层3表面形成官能团；

S5：制备1-2％质量浓度的金刚石分散液，在其中加入步骤S4得到的粒子，室温下搅拌15分钟、过滤，用超纯水清洗滤饼，将得到的粒子在90摄氏度下干燥一小时；

S6：金属镀敷层形成工序：准备含有0.03mol/L的乙二胺四乙酸四钠、0.04mol/L的柠檬酸三钠和0.01mol/L的氰化金钾的镀敷液，将步骤S5中得到的复合粒子分散于该溶液中，使复合粒子上形成电解金层，通过取样和原子吸收调整金层厚度，到50nm的时候停止镀敷，过滤，将得到的过滤物用纯水洗涤10次，所制备的金属镀敷层5中金层的厚度为50nm；

S7：第二绝缘粒子形成工序：将步骤S6中得到的粒子分散在0.3％质量浓度的聚乙烯亚胺溶液中，搅拌、过滤、水洗、过滤，将得到的过滤物分散于0.5％质量浓度的二氧化硅粒子分散液中，搅拌、过滤、水洗、过滤，得到导电粒子。

实施例2：

步骤S5中，选用氧化铝取代金刚石作为第一绝缘粒子4，其余步骤与实施例1相同。

实施例3：

步骤S2中，调整中心绝缘粒子1和导电性微粒2的体积比为10:8，其余步骤与实施例1相同。

实施例4：

步骤S3中，调节镍层3的厚度为80nm，其余步骤与实施例1相同。

实施例5：

步骤S6中，镀敷50nm的金层后再通过还原性化学镀钯镀敷50nm的钯层，其余步骤与实施例4相同。

实施例6：

步骤S2中，选用银取代金作为导电性微粒2，其余步骤与实施例5相同。

实施例7：

步骤S1中，中心绝缘粒子1的压缩弹性模量为200kgf/mm²，其余步骤与实施例1相同。

实施例8：

步骤S6中，镀敷的钯层的厚度为30nm，其余步骤与实施例5相同。

实施例9：

步骤S1中，中心绝缘粒子1的压缩弹性模量为300kgf/mm²，其余步骤与实施例1相同。

实施例10：

步骤S3中，调节镍层3的厚度为60nm，其余步骤与实施例1相同。

对制备的各导电粒子分别进行绝缘电阻试验和导通电阻试验，结果如下

表1：各导电粒子的绝缘可靠性和导电性能实验结果

从表1中可以看出，本发明提供的导电粒子具有良好的导电性和绝缘可靠性，其在使用一段时间后，各导电粒子的绝缘电阻均没有下降，仍保持着良好的导电性能，并且，其导电性能在吸湿实验后，也无明显下降。

对各实施例的数据分析，可以得出如下结论：

对比实施例1、实施例2和实施例3可知：第一绝缘粒子4的材质选择以及中心绝缘粒子1和导电性微粒2的体积比对导电粒子的导电性和绝缘可靠性没有实质性影响，从节省成本的角度考虑，优选氧化铝材质来制备第一绝缘粒子4。

对比实施例4、实施例10和实施例1可知，镍层3的厚度对导电粒子的导电性无较大影响，但镍层3厚度较薄的情况下，导电粒子的绝缘可靠性较好，从节省成本的角度考虑，优选镍层3厚度为50nm。

对比实施例5和实施例4可知，在金属镀敷层5的形成工序中，镀敷金层后另外镀敷钯层，能同时提高导电粒子的导电性能和绝缘可靠性。

对比实施例6和实施例5可知，选用银取代金作为导电性微粒2，会降低导电粒子的导电性，但是会升高其绝缘可靠性。

对比实施例7和实施例1可知，中心绝缘粒子1的压缩弹性模量降低后，导电粒子的导电性会降低，但绝缘可靠性会升高。

对比实施例8和实施例5可知，金属镀敷层5的总厚度降低后，导电粒子的导电性会升高，但绝缘可靠性会降低。

对比实施例9和实施例1可知，提高中心绝缘粒子1的压缩弹性模量，会提高导电粒子的导电性，但是会降低其绝缘可靠性。

综上，在实际操作的时候，综合考虑成本以及导电粒子的导电性和绝缘可靠性，优选制备压缩弹性模量为200kgf/mm²的中心绝缘粒子1，优选金或银作为导电性微粒2，优选镍层3的厚度为50nm，优选氧化铝为第一绝缘粒子4，优选镀敷50nm的金层和30nm的钯层以形成金属镀敷层5。

本发明所制备的导电粒子中，第一绝缘粒子4在镍层3上的包覆率为10％-80％。

虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本发明所保护的范围，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种导电粒子，其特征在于：其包括：

中心绝缘粒子，其为有机绝缘材料；

导电性微粒，分散于中心绝缘粒子中；

镍层，覆盖于所述中心绝缘粒子；

金属镀敷层，覆盖镍层；

第一绝缘粒子，分散于金属镀敷层中并且包覆镍层；

第二绝缘粒子，分散于金属镀敷层外围；

其中，该有机绝缘材料的压缩弹性模量为200-300kgf/mm²；

该导电性微粒选自金或银；

该中心绝缘粒子和导电性微粒的体积比为10:6-10:8，中心绝缘粒子由二乙烯基苯、丙烯酸和丙烯腈的共聚物构成；

该金属镀敷层的材质为金或钯，厚度为50-100nm；

该镍层的厚度为50-80nm；

该第一绝缘粒子在镍层上的包覆率为10％-80％；

该第一绝缘粒子选自氧化铝或金刚石；

该第二绝缘粒子选自二氧化硅。

2.如权利要求1所述的导电粒子，其特征在于：所述金属镀敷层的厚度为80nm。

3.如权利要求1所述的导电粒子，其特征在于：所述第二绝缘粒子的粒径大于金属镀敷层和镍层的壁厚总和。

4.一种导电粒子的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：中心绝缘粒子制备工序：准备10g调整了交联度的由二乙烯基苯、丙烯酸和丙烯腈的共聚物构成的中心绝缘粒子，该中心绝缘粒子表面具有羧基，中心绝缘粒子的压缩弹性模量为200-300kgf/mm²；

S2：在中心绝缘粒子中分散导电性微粒：在制备得到的中心绝缘粒子中加入导电性微粒，并将其投入到10％质量浓度的聚乙烯醇水溶液中，充分搅拌，将得到的悬浮液在100摄氏度下聚合反应4小时，得到分散有导电性微粒的中心绝缘粒子；

S3：镍层形成工序：在分散有导电性微粒的中心绝缘粒子的表面形成镍层，通过取样和原子吸收调节镍层的厚度；

S4：官能团形成工序：用具有巯基、硫醚基和二硫醚基的任一基团的化合物处理镍层的表面，在镍层表面形成官能团；

S5：制备1-2％质量浓度的第一绝缘粒子分散液，在其中加入步骤S4得到的粒子，室温下搅拌15分钟、过滤，用超纯水清洗滤饼，将得到的粒子在90摄氏度下干燥一小时；

S6：金属镀敷层形成工序：准备含有0.03mol/L的乙二胺四乙酸四钠、0.04mol/L的柠檬酸三钠和0.01mol/L的氰化金钾的镀敷液，将步骤S5中得到的复合粒子分散于该溶液中，使复合粒子上形成电解金层，通过取样和原子吸收调整金层的厚度，过滤，将得到的过滤物用纯水洗涤10次；

S7：第二绝缘粒子形成工序：将步骤S6中得到的粒子分散在0.3％质量浓度的聚乙烯亚胺溶液中，搅拌、过滤、水洗、过滤，将得到的过滤物分散于0.5％质量浓度的二氧化硅粒子分散液中，搅拌、过滤、水洗、过滤，得到导电粒子。

5.如权利要求4所述的导电粒子的制备方法，其特征在于：

步骤S2中，所述导电性微粒选自金或银，所述中心绝缘粒子和导电性微粒的体积比为10:6-10:8。

6.如权利要求4所述的导电粒子的制备方法，其特征在于：

所述步骤S6还包括在所镀敷的金层上通过还原性化学镀钯镀敷钯层。

7.如权利要求6所述的导电粒子的制备方法，其特征在于：

所述步骤S6中制备的金属镀敷层的总厚度为50-100nm。

8.如权利要求4所述的导电粒子的制备方法，其特征在于：

所述步骤S3中，所制备的镍层的厚度为50-80nm。

9.如权利要求4所述的导电粒子的制备方法，其特征在于：

所述步骤S5中，第一绝缘粒子选自氧化铝或金刚石。