CN107615403A - 导电性粒子、导电材料及连接结构体 - Google Patents

导电性粒子、导电材料及连接结构体 Download PDF

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Abstract

本发明一种容易防止导电性粒子的绝缘性的降低,而且也能够抑制导电性粒子彼此凝聚的导电性粒子。本发明的导电性粒子具有基材粒子和覆盖该基材粒子的表面的金属层而成。上述金属层的表面由树脂及无机材料包覆。上述树脂能够含有树脂粒子,上述无机材料能够含有无机粒子。上述导电性粒子由于金属层的表面由树脂及无机材料包覆,因此,可以容易地防止导电性粒子的绝缘性的降低,而且,也不易引起导电性粒子之间的凝聚。

Description

导电性粒子、导电材料及连接结构体
技术领域
本发明涉及例如能够用于对电极间进行电连接的导电性粒子。
背景技术
目前,各向异性导电糊剂、各向异性导电膜等的各向异性导电材料用于IC芯片与挠性印刷电路基板的连接、或IC芯片与具有ITO电极的电路基板的连接等。更具体而言,上述各向异性导电材料用于挠性印刷基板与玻璃基板的连接(FOG;Film on Glass)、半导体芯片与挠性印刷基板的连接(COF;Chip on Film)、半导体芯片与玻璃基板的连接(COG;Chip on Glass)、以及挠性印刷基板与玻璃环氧基板的连接(FOB;Film on Board)等。各向异性导电材料通过配置于例如IC芯片的电极与电路基板的电极之间,并进一步进行加热及加压,而能够将这些电极彼此进行电连接。
上述那样的各向异性导电材料一般通过在糊剂、油墨或树脂中分散导电性粒子而形成。近年来,从提高各向异性导电材料的性能的观点来看,各向异性导电材料所包含的导电性粒子的开发不断进展,例如,通过利用其它材料包覆基材粒子的表面来提高导电性粒子的性能的尝试正在广泛进行。例如,专利文献1中公开了一种利用二氧化硅包覆的导电性粒子。通过使各向异性导电材料含有这种二氧化硅包覆导电性粒子,在将该各向异性导电材料用于电极间的电连接的情况下,可同时提高导通可靠性及绝缘可靠性这二者。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-241281号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是,专利文献1所公开的技术中,二氧化硅容易从导电性粒子脱落,由于二氧化硅从导电性粒子脱落,引起导电性粒子的绝缘性的降低。另外,还存在如下问题,由于二氧化硅从导电性粒子脱落,导电性粒子彼此容易凝聚,导电性粒子的单分散性逐渐受损。从以上观点来看,关于各向异性导电材料所包含的导电性粒子,抑制绝缘性的降低及凝聚性的技术的开发变得非常重要。
本发明是鉴于上述而研发的,其目的在于,提供导电性粒子、以及具有该导电性粒子的导电材料及连接结构体,所述导电性粒子是容易防止导电性粒子的绝缘性的降低,而且也能够抑制导电性粒子彼此凝聚的导电性粒子。
用于解决技术问题的方案
本发明人为了达成所述目的反复进行了深入研究,结果发现,通过组合使用树脂和无机材料对构成导电性粒子基材的粒子进行包覆,能够达成所述目的,并最终完成本发明。
即,本发明包含例如以下的项所记载的主题。
项1.一种导电性粒子,其具有基材粒子和覆盖该基材粒子表面的金属层,其中,
所述金属层的表面由树脂及无机材料进行了包覆。
项2.如所述项1所记载的导电性粒子,其中,所述树脂含有树脂粒子。
项3.如所述项1或项2所记载的导电性粒子,其中,所述无机材料含有无机粒子。
项4.如所述项1所记载的导电性粒子,其中,所述树脂含有树脂粒子,所述无机材料含有无机粒子,所述无机粒子与所述树脂粒子的平均粒径之比为1/50以上且1以下。
项5.如所述项3或项4所记载的导电性粒子,其中,所述无机粒子的包覆率为80%以上。
项6.如所述项1~5中任一项所记载的导电性粒子,其中,在所述金属层的表面形成有由所述树脂包覆而成的树脂层,在该树脂层的表面形成有由所述无机材料包覆而成的无机层。
项7.一种导电材料,其含有所述项1~6中任一项所记载的导电性粒子和粘合剂树脂。
项8.一种连接结构体,其具备:
表面具有第一电极的第一连接对象部件、
表面具有第二电极的第二连接对象部件、以及
将所述第一连接对象部件和所述第二连接对象部件连接起来的连接部,
所述连接部的材料含有所述项1~6中任一项所记载的导电性粒子或所述项7所述的导电材料,
所述第一电极和所述第二电极通过所述导电性粒子或所述导电材料实现了电连接。
发明效果
本发明的导电性粒子具有基材粒子和覆盖基材粒子表面的金属层,金属层的表面由树脂及无机材料进行了包覆,因此,可以容易地防止导电性粒子的绝缘性的降低,而且,而且不易引起导电性粒子彼此的凝聚。
附图说明
图1表示具备本发明的导电性粒子的连接结构体的一个例子,是其剖面概略图。
具体实施方式
以下,详细地说明本发明的实施方式。
需要说明的是,以下的说明中,包含“(甲基)丙烯酸类”的术语的化学物质是指“丙烯酸类”和“甲基丙烯酸类”之一或二者,例如,“(甲基)丙烯酸”是指“丙烯酸”和“甲基丙烯酸”之一或二者,“(甲基)丙烯酸酯”是指“丙烯酸酯”和“甲基丙烯酸酯”之一或二者。
另外,本说明书中,“含有”及“包含”这样的表述包括“含有”、“包含”、“实质上由~构成”及“仅由~构成”的概念。
本实施方式的导电性粒子具有基材粒子和覆盖该基材粒子表面的金属层,金属层的表面由树脂及无机材料进行了包覆。这种导电性粒子不易发生绝缘性的降低及导电性粒子之间的凝聚。以下,详细说明本实施方式的导电性粒子的结构。
作为上述基材粒子,可举出:树脂粒子、除金属粒子以外的无机粒子、有机无机杂化粒子及金属粒子等。上述基材粒子优选为树脂粒子、除金属粒子以外的无机粒子或有机无机杂化粒子。
例如,在使用具有导电性粒子的各向异性导电材料并用于COG等时,在对电极之间进行连接时,一般在将导电性粒子配置于电极间后,压缩导电性粒子。因此,导电性粒子由容易因上述压缩而变形的材料形成,由此,导电性粒子与电极的接触面积变大,因此,电极间的导通可靠性变高。从这种观点来看,上述基材粒子优选为容易因上述压缩而变形的材料即树脂粒子。
在基材粒子为树脂粒子的情况下,作为用于形成树脂粒子的材料,优选使用各种有机物。作为这种材料,例如可举出:聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚异丁烯、聚丁二烯等的聚烯烃树脂;聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯等的丙烯酸树脂;聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯、聚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、苯酚甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、苯并胍胺甲醛树脂、脲甲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、苯并胍胺树脂、环氧树脂、饱和聚酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚苯醚、聚缩醛、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮、以及聚醚砜、尿素树脂等。
另外,树脂粒子也可以通过使一种或两种以上的具有乙烯性不饱和基团的各种聚合性单体进行聚合而得到。在该情况下,能够设计及合成适于各向异性导电材料的具有任意的压缩时物性的树脂粒子。另外,在该情况下,能够将基材粒子的硬度容易地控制在优选的范围。从这种观点来看,上述树脂粒子的材料优选使一种或两种以上具有多个乙烯性不饱和基团的聚合性单体进行聚合而成的聚合物。
在使具有乙烯性不饱和基团的单体聚合而得到上述树脂粒子的情况下,作为该具有乙烯性不饱和基团的单体,可举出非交联性的单体和/或交联性的单体。
作为上述非交联性的单体,例如可举出:苯乙烯、α-甲基苯乙烯等苯乙烯类单体;(甲基)丙烯酸、马来酸、马来酸酐等含羧基单体;(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十六烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯等(甲基)丙烯酸烷基酯类;(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酸聚氧乙烯酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等含有氧原子的(甲基)丙烯酸酯类;(甲基)丙烯腈等含腈单体;甲基乙烯醚、乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚等乙烯基醚类;醋酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯等酸乙烯酯类;乙烯、丙烯、异戊二烯、丁二烯等不饱和烃;(甲基)丙烯酸三氟甲酯、(甲基)丙烯酸五氟乙酯、氯乙烯、氟乙烯、氯苯乙烯等含卤素单体等。
作为上述交联性的单体,例如可举出:四羟甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、(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、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯等多官能(甲基)丙烯酸酯类;(异)氰脲酸三烯丙酯、苯偏三酸三烯丙酯、二乙烯基苯、苯二甲酸二烯丙酯、二烯丙基丙烯酰胺、二烯丙基醚、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基甲硅烷基苯乙烯、乙烯基三甲氧基硅烷等含硅烷单体等。
交联性及非交联性单体不限定于上述示例化合物中列举出的单体,也可以是其它聚合性单体,例如公知的聚合性单体。
通过使上述具有乙烯性不饱和基团的聚合性单体通过公知的方法聚合,可得到上述树脂粒子。作为其方法,例如可举出在自由基聚合引发剂的存在下进行悬浮聚合的方法、及使用非交联的种粒子与自由基聚合引发剂一起使单体溶胀而聚合的方法(所谓的种子聚合法)等。
在上述基材粒子是除金属粒子以外的无机粒子或有机无机杂化粒子的情况下,作为基材粒子材料的无机物,可举出二氧化硅及碳黑等。该无机物优选不是金属。作为上述由二氧化硅形成的粒子,没有特别限定,例如举出以下粒子:使具有两个以上的水解性烷氧基甲硅烷基的硅化合物进行水解,形成交联聚合物粒子之后,根据需要进行烧成,从而得到的粒子。作为上述有机无机杂化粒子,例如可举出由交联后的烷氧基甲硅烷聚合物与丙烯酸树脂形成的有机无机杂化粒子等。
在上述基材粒子为金属粒子的情况下,作为该金属粒子的材料的金属,可举出:银、铜、镍、硅、金及钛等。但是,优选上述基材粒子不是金属粒子。
上述基材粒子的平均粒径没有特别限定。例如,上述基材粒子的平均粒径可以优选为0.1μm以上,更优选为0.5μm以上,更进一步优选为1μm以上,进一步优选为1.5μm以上,特别优选为2μm以上,优选为1000μm以下,更优选为500μm以下,更进一步优选为300μm以下,进一步优选为100μm以下,进一步优选为50μm以下,更进一步优选为30μm以下,特别优选为5μm以下,最优选为3μm以下。基材粒子的粒径为上述下限以上时,导电性粒子与电极的接触面积变大,因此,电极间的导通可靠性更进一步变高,经由导电性粒子连接的电极间的连接电阻更进一步变低。另外,在基材粒子的表面通过非电解镀敷形成导电部时不易凝聚,不易形成凝聚的导电性粒子。基材粒子的粒径为上述上限以下时,容易充分压缩导电性粒子,能够更进一步降低电极间的连接电阻,而且也能够缩小电极间的间隔。
上述基材粒子的平均粒径特别优选为0.1μm以上、5μm以下。上述基材粒子的平均粒径为0.1以上、5μm以下的范围内时,即使电极间的间隔变小,且增厚金属层的厚度,也可得到较小的导电性粒子。从即使更进一步缩小电极间的间隔,或增厚金属层的厚度,也能够得到更小的导电性粒子的观点来看,上述基材粒子的平均粒径优选为0.5μm以上,更优选为2μm以上,优选为3μm以下。从更进一步提高导通可靠性的观点来看,上述基材粒子的平均粒径为2.5μm以上。
上述基材粒子的上述平均粒径表示数均粒径。该平均粒径可以使用例如库尔特计数器(Beckman Coulter株式会社制造)测定。
需要说明的是,上述基材粒子的形式为用于本实施方式的导电性粒子的一个例子,除此以外,还可以将公知的用作导电性粒子的基材粒子用于本实施方式的导电性粒子。
金属层是以覆盖上述基材粒子表面的方式形成的层。
上述金属层的厚度优选为5nm以上,更优选为10nm以上,进一步优选为20nm以上,特别优选为50nm以上,优选为1000nm以下,更优选为800nm以下,进一步优选为500nm以下,特别优选为400nm以下,最优选为300nm以下。上述金属层的厚度为上述下限以上时,导电性粒子的导电性变得更进一步良好。上述金属层的厚度为上述上限以下时,基材粒子与金属层的热膨胀系数的差变小,金属层不易从基材粒子剥离。需要说明的是,金属层也可以形成为多层,该情况的金属层的厚度是指形成为多层的金属层整体的厚度。
作为在上述基材粒子的表面上形成上述金属层的方法,可举出通过非电解镀敷形成上述金属层的方法、以及通过电镀形成上述金属层的方法等。除此以外,作为在上述基材粒子的表面上形成上述金属层的方法,也可以采用公知的方法。
上述金属层利用含有金属的材料形成,该金属的种类没有特别限定。作为该金属,例如可举出:金、银、铜、铂、钯、锌、铅、铝、钴、铟、镍、铬、钛、锑、铋、锗及镉、以及它们的合金等。另外,作为上述金属,也可以使用锡掺杂氧化铟(ITO)。金属层可以仅由一种金属形成,或也可以由两种以上的金属形成。
需要说明的是,上述的金属层的形式是用于本实施方式的导电性粒子的一个例子,除此以外,也可以将用作导电性粒子的公知的金属层用于本实施方式的导电性粒子。
本实施方式的导电性粒子中,例如,可以在基材粒子的表面具有多个突起。例如,COG等中,大多在利用导电性粒子连接的电极的表面形成有氧化被膜。因此,当使用具有突起的导电性粒子时,通过在电极间配置导电性粒子并进行压接,能否容易地利用突起有效地排除上述氧化被膜。作为其结果,电极与导电性粒子更进一步可靠地接触,电极间的连接电阻更进一步变低。另外,利用突起有效地排除导电性粒子与电极之间的绝缘层,因此,电极间的导通可靠性变高。需要说明的是,如后所述,这里所说的绝缘层表示:由形成于导电性粒子的树脂及无机材料形成的层。另外,在专利文献1那样的现有的由二氧化硅包覆的导电粒子具有突起的情况下,二氧化硅的脱落的课题变得更加突出。在基材粒子具有突起的情况下,可解决上述课题,从该观点来看,优选具有突起。
作为形成上述突起的方法,可举出:在基材粒子的表面附着芯物质后,通过非电解镀敷形成金属层的方法;以及通过非电解镀敷在基材粒子的表面形成金属层后,附着芯物质,进一步通过非电解镀敷形成金属层的方法等。作为,作为形成上述突起的其它方法,可举出:在基材粒子的表面上形成第一金属层后,在该第一金属层上配置芯物质,然后形成第二金属层的方法;以及在基材粒子的表面上形成金属层的中途阶段,添加芯物质的方法等。
作为在上述基材粒子的表面附着芯物质的方法,例如可举出,向基材粒子的分散液中添加芯物质,使芯物质通过例如范德瓦尔斯力集聚、附着于基材粒子的表面的方法;以及向加入有基材粒子的容器中添加芯物质,通过容器旋转等产生机械性作用在基材粒子表面附着芯物质的方法等。特别是从容易控制附着的芯物质的量的观点来看,优选在分散液中的基材粒子的表面集聚附着芯物质的方法。
作为上述芯物质的材料,可举出导电性物质及非导电性物质。作为上述导电性物质,可举出金属、金属的氧化物、石墨等导电性非金属及导电性聚合物等。作为上述导电性聚合物,可举出聚乙炔等。作为上述非导电性物质,可举出二氧化硅、氧化铝、钛酸钡及氧化锆等。特别是从能够提高导电性,能够更有效地降低连接电阻的观点来看,优选为金属。上述芯物质优选为金属粒子。
作为上述金属,例如可举出:金、银、铜、铂、锌、铁、铅、锡、铝、钴、铟、镍、铬、钛、锑、铋、锗及镉等金属、以及锡-铅合金、锡-铜合金、锡-银合金、锡-铅-银合金及碳化钨等由两种以上金属构成的合金等。特别优选为镍、铜、银或金。作为上述芯物质材料的金属可以与作为上述金属层材料的金属相同,也可以不同。上述芯物质的材料优选含有镍。另外,作为上述金属的氧化物,可举出氧化铝、二氧化硅及氧化锆等。
上述芯物质的形状没有特别限定。芯物质的形状优选为块状。作为芯物质,例如可举出粒子状的块、多个微小粒子凝聚的凝聚块及无定形的块等。
上述芯物质的平均直径(平均粒径)优选为0.001μm以上,更优选为0.05μm以上,优选为0.9μm以下,更优选为0.2μm以下。上述芯物质的平均直径为上述下限以上及上述上限以下时,电极间的连接电阻有效地变低。
上述芯物质的平均直径(平均粒径)表示数平均直径(数均粒径)。芯物质的平均粒径通过电子显微镜或光学显微镜观察任意50个芯物质并算出平均值而求得。在测定导电性粒子中芯物质的平均直径的情况下,例如可以如下测定芯物质的平均直径。将导电性粒子以含量为30重量%的方式添加至Kulzer株式会社制造的“Technovit 4000”中,进行分散,制作导电性粒子检测用埋入树脂。使用离子研磨装置(Hitachi High-Technologies株式会社制造的“IM4000”),按照通过该检测用埋入树脂中分散的导电性树脂的中心附近的方式,切出导电性粒子的截面。然后,使用场发射型扫描型电子显微镜(FE-SEM),设定为图像倍率5万倍,随机选择20个导电性粒子,并观察各个导电性粒子的突起50个。测量得到的导电性粒子中的芯物质的直径,对其进行算术平均,作为芯物质的平均直径。
上述导电性粒子中的上述突起的平均高度优选为0.001μm以上,更优选为0.05μm以上,优选为0.9μm以下,更优选为0.2μm以下。上述突起的平均高度为上述下限以上及上述上限以下时,电极间的连接电阻有效地变低。
在测定导电性粒子中上述突起的平均高度时,例如,可以如下测定上述突起的平均高度。将导电性粒子以含量为30重量%的方式,添加至Kulzer株式会社制造的“Technovit 4000”中,进行分散,制作导电性粒子检测用埋入树脂。使用离子研磨装置(Hitachi High-Technologies株式会社制造的“IM4000”),以通过该检测用埋入树脂中分散的导电性树脂的中心附近的方式,切出导电性粒子的截面。然后,使用场发射型扫描型电子显微镜(FE-SEM),设定为图像倍率5万倍,随机选择20个导电性粒子,观察各个导电性粒子的突起50个。将从突起的底面到突起的顶部的高度作为突起的高度,进行算术平均并作为上述突起的平均高度。
如上所述,如果在金属层中埋入芯物质,则能够在金属层的外表面容易形成突起。
上述的金属层的表面进一步由树脂及无机材料进行了包覆。即,金属层的表面具备由树脂及无机材料包覆而形成的层。需要说明的是,下文中,有时将由树脂和/或无机材料包覆而形成的层记载为“绝缘层”。
上述树脂可以列举绝缘性的树脂材料,具体而言,可举出:聚烯烃类、(甲基)丙烯酸酯聚合物、(甲基)丙烯酸酯共聚物、嵌段聚合物、热塑性树脂、热塑性树脂的交联物、热固化性树脂及水溶性树脂等。除此以外,也可以是与形成基材粒子的树脂相同的树脂。
作为上述聚烯烃类,可举出聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物及乙烯-丙烯酸酯共聚物等。
作为上述(甲基)丙烯酸酯聚合物,可举出聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸乙酯及聚(甲基)丙烯酸丁酯等。
作为上述嵌段聚合物,可举出:聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、SB型苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、及SBS型苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、以及它们的氢化物等。
作为上述热塑性树脂,除了上述示例所列举出的树脂以外,还可举出这些以外的乙烯基聚合物及乙烯基共聚物等。
作为上述热固化性树脂,可举出环氧树脂、酚醛树脂及三聚氰胺树脂等。
作为上述水溶性树脂,可举出:聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷及甲基纤维素等。特别是作为水溶性树脂,更优选为聚乙烯醇。
上述树脂的形状没有特别限定。例如,可以将上述树脂形状设为粒子状。即,上述树脂优选含有树脂粒子。下文中,有时将该树脂粒子特别称为绝缘性树脂粒子。在上述树脂含有绝缘性树脂粒子的情况下,该绝缘性粒子的平均粒径可以比导电性粒子的平均粒径小。具体而言,绝缘性树脂粒子的平均粒径优选为0.01μm以上,更优选为0.1μm以上,优选为1.0μm以下,更优选为0.5μm以下。通过将绝缘性树脂粒子的平均粒径调整成上述范围,在分散于粘合剂中时,绝缘粒子不易脱离,可以防止粒子接触。另外,在对电极间进行连接时可以有效地被排除,因此,能够确保低电阻。需要说明的是,这里所说的绝缘性树脂粒子的平均粒径是与上述基材粒子平均粒径相同的定义。
上述绝缘性粒子可以通过例如将一种或两种以上具有不饱和双键的单体进行(共)聚合而制备。作为上述具有不饱和双键的单体,可举出:(甲基)丙烯酸;(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、四羟甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯等(甲基)丙烯酸酯类;乙烯基醚类;氯乙烯;苯乙烯、二乙烯基苯等苯乙烯类化合物、丙烯腈等。除此以外,上述单体也可以是公知的聚合性单体。特别优选使用(甲基)丙烯酸酯类。
另外,上述树脂可以不是粒子状,例如可以是膜状。在上述树脂为膜状的情况下,其厚度优选为10nm以上,更优选为100nm以上,优选为1000nm以下,更优选为500nm以下。通过将绝缘性树脂的厚度调整成上述范围,绝缘粒子分散在粘合剂中时不易脱离,可以防止粒子接触。另外,由于在对电极之间进行连接时可以有效地被排除,因此,能够确保低电阻。
上述树脂的厚度能够如以下测定。例如,将导电性粒子以含量成为30重量%的方式,添加至Kulzer株式会社制造的“Technovit 4000”,使其分散,制作导电性粒子检测用埋入树脂。使用离子研磨装置(Hitachi High-Technologies株式会社制造的“IM4000”),以通过分散于检测用埋入树脂中的导电性粒子的中心附近的方式,切出导电性粒子的截面。然后,使用场发射型扫描型电子显微镜(FE-SEM),设定为图像倍率5万倍,随机选择20个导电性粒子,观察各个导电性粒子的绝缘性树脂膜。测定得到的导电性粒子的绝缘性树脂膜的厚度,对其进行算术平均,求得绝缘性树脂膜的厚度。
上述树脂除了绝缘性树脂粒子以外,也可以是高分子电解质等。作为高分子电解质,可以使用主链或侧链上具有在水溶液中发生电离而带电荷的官能团的高分子(聚阴离子或聚阳离子)。作为聚阴离子,一般可举出磺酸、硫酸、羧酸等具有能够带负电荷的官能团的聚阴离子,能够根据导电性粒子及绝缘层的表面电位适宜选择。作为聚阳离子,一般可以使用聚胺类等具有能够带有正电荷的官能团的聚阳离子,例如含有至少一种以上的PEI、聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)、PDDA、聚乙烯吡啶(PVP)、聚赖氨酸、聚丙烯酰胺及它们的共聚物等。
作为上述无机材料,只要是由无机物质形成的材料即可,没有特别限定。本实施方式中,无机材料优选含有无机粒子。
作为上述无机粒子,可举出:白砂粒子、羟基磷灰石粒子、氧化镁粒子、氧化锆粒子、二氧化硅粒子、氧化铝粒子、氧化锆粒子等。另外,作为上述无机粒子,也可以是由公知的无机元素或无机化合物形成的粒子。
作为上述二氧化硅粒子,可举出粉碎二氧化硅、球状二氧化硅。另外,二氧化硅粒子也可以在表面具有例如羧基、羟基等能够化学键合的官能团。
上述无机粒子的平均粒径优选为0.001μm以上,更优选为0.005μm以上,优选为1.0μm以下,更优选为0.5μm以下,进一步优选为0.2μm以下。通过将上述无机粒子的平均粒径调整成上述范围,绝缘粒子在分散于粘合剂中时不易脱离,能够防止粒子接触。另外,在对电极之间进行连接时可以有效地被排除,因此,能够确保低电阻,能够发挥适当的绝缘性。需要说明的是,这里所说的无机粒子的平均粒径是与上述基材粒子平均粒径相同的定义。
无机材料不限定于无机粒子,例如也可以是由无机化合物形成的膜状的形态。这种由无机化合物形成的膜能够通过例如公知的方法形成,但其形成方法没有特别限定。
上述绝缘层(即,含有树脂及无机材料的层)的结构没有特别限定。
例如,绝缘层可以通过从金属层侧依次叠层由树脂形成的树脂层和由无机材料形成的无机层来形成。即,在该情况下,得到如下结构,在上述金属层的表面形成有由上述树脂包覆而成的树脂层,在该树脂层的表面形成有由上述无机材料包覆而成的无机层。需要说明的是,上述树脂层中,可以含有上述树脂以外的材料,或者也可以仅由上述树脂构成。另外,上述无机层中可以含有上述无机材料以外的材料,或者也可以仅由上述无机材料构成。
作为绝缘层的其它形式,绝缘层可以通过从金属层侧依次叠层由无机材料形成的无机层和由树脂形成的树脂层类形成。即,在该情况下,得到如下结构,在上述金属层的表面形成有由上述无机材料包覆而成的无机层,在该无机层的表面形成有由上述树脂包覆而成的树脂层。
上述示例的绝缘层形成为含有树脂层及无机层的至少双层结构,但不限定于此。例如,绝缘层可以采用含有包括上述树脂及上述无机材料的混合物的材料形成,可以成为单层结构。
上述中,特别优选为双层结构,即,上述金属层的表面形成有由上述树脂包覆而成的树脂层,该树脂层的表面形成有由上述无机材料包覆而成的无机层。在该情况下,假定即使最外层的无机层脱落,则由于树脂层存在于表面,因此,不易引起导电性粒子的绝缘性的降低。另外,通过在最外层存在无机层,导电性粒子之间的反弹作用变高,因此,不易引起导电性粒子之间的凝聚,导电性粒子的单分散性提高。特别是在无机层含有二氧化硅粒子而构成的情况下,容易提高导电性粒子的单分散性。
在形成绝缘层的树脂为树脂粒子,且无机材料为无机粒子的情况下,上述无机粒子的平均粒径与上述树脂粒子的平均粒径之比优选为1/50以上,更优选为1/30以上,进一步优选为1/10以上,优选为1以下,更优选为1/2以下。若上述无机粒子的平均粒径与上述树脂粒子的平均粒径之比为1/50以上,则绝缘粒子之间容易凝聚,包覆性提高。若上述无机粒子的平均粒径与上述树脂粒子的平均粒径之比为1以下,则镀敷表面(金属层)与树脂粒子及无机粒子的密合性变高。
例如,树脂粒子的平均粒径可以设为0.2μm以上、1μm以下,无机粒子的平均粒径可以设为0.01μm以上0.2μm以下。在该情况下,绝缘层的厚度不会过厚,因此,进一步可靠地实现金属层的电连接,另外,树脂粒子及无机粒子的附着性也变高。
树脂粒子及无机粒子的平均粒径表示数均粒径,可以使用市售的粒度分布测定装置等进行测量。例如使用日机装株式会社制造的Microtrac“UPA-EX-150”等粒度分布测定装置求得。在测定导电性粒子中的树脂粒子及无机粒子的平均粒径的情况下,例如,可以如以下测定树脂粒子及无机粒子的平均粒径。将导电性粒子以含量为30重量%的方式添加至Kulzer株式会社制造的“Technovit 4000”,使其分散,制作导电性粒子检测用埋入树脂。使用离子研磨装置(Hitachi High-Technologies株式会社制造的“IM4000”),以通过该检测用埋入树脂中分散的导电性树脂的中心附近的方式,切出导电性粒子的截面。然后,使用场发射型扫描型电子显微镜(FE-SEM),设定为图像倍率5万倍,随机选择20个导电性粒子,观察各个树脂粒子及无机粒子的平均粒径50个。测定得到的导电性粒子中的树脂粒子及无机粒子的平均粒径,对其进行算术平均,并作为树脂粒子及无机粒子的平均粒径。
树脂粒子及无机粒子的CV值优选为20%以下。当CV值为20%以下时,绝缘层的厚度变得均匀,因此,在例如将导电性粒子用于COG等用途的情况下,在电极间进行热压接时,容易均匀施加压力,不易产生导通不良。需要说明的是,上述粒径的CV值通过下述式算出。
粒径的CV值(%)=粒径的标准偏差/平均粒径×100
粒径分布可以在包覆导电性粒子的导电部之前利用粒度分布计等进行测定,在包覆后可以通过SEM照片的图像解析等进行测定。
绝缘层的平均厚度没有限定,能够设为任意的厚度。特别是如果绝缘层的平均厚度比上述的突起的厚度更厚,则能够充分发挥绝缘层的效果,不易引起绝缘性的降低,另外,也容易防止导电性粒子的凝聚。
就绝缘层的平均厚度而言,在将导电性粒子用于COG等用途的情况下,从不易引起泄露,且可以缩小进行热压接时所需要的压力及热量的观点来看,优选为5nm以上,更优选为10nm以上,优选为1000nm以下,更优选为500nm以下。
本实施方式的导电性粒子中,在形成上述绝缘层的无机材料为无机粒子的情况下,优选无机粒子对导电性粒子的包覆率为80%以上。在该情况下,容易防止导电性粒子的绝缘性的降低,而且,导电性粒子成为更接近真球状的形状,因此,也容易抑制导电性粒子之间凝聚,能够提高导电性粒子的单分散性。无机粒子的包覆率的上限为100%。另外,在形成上述绝缘层的树脂为树脂粒子的情况下,优选树脂粒子对导电性粒子的包覆率为40%以上。树脂粒子的包覆率的上限为100%。
需要说明的是,这里所说的包覆率表示导电性粒子(或无机层内侧的层(例如树脂层))的表面积整体中被无机粒子包覆的部分的总面积所占的比例。上述的无机层内侧的层的表面积可以通过将排除了无机层的导电性粒子看作球形,并算出该球的表面积而求得。
例如,使用场发射型扫描型电子显微镜(FE-SEM),设定为图像倍率5万倍,随机选择20个导电性粒子,观察各个导电性粒子的表面。测定得到的导电性粒子中无机粒子所包覆的部分的表面积相对于粒子整体的投影面积的百分比,对其进行算术平均,作为包覆率。
另外,无机层及树脂层的包覆率也可以通过附属于SEM的EDX等的映射分析进行测定。
上述包覆率可以通过例如无机粒子相对于基材粒子的添加量、混合时间等进行调节,因此,调节包覆率的方法没有特别限定。
上述树脂(例如,树脂粒子)及无机材料(例如,无机粒子)优选具有能够形成共价键等化学键的反应性官能团。在该情况下,树脂(例如,树脂粒子)与无机材料(例如,无机粒子)的密合性更强,容易防止它们从导电性粒子上脱落。
作为上述反应性官能团,例如可举出:乙烯基、(甲基)丙烯酰基、硅烷基、硅烷醇基、羧基、氨基、铵基、硝基、羟基、羰基、硫醇基、磺酸基、锍基、硼酸基、噁唑啉基、吡咯烷酮基、磷酸基及腈基等。其中,优选为乙烯基、(甲基)丙烯酰基。
上述反应性官能团可以通过用于向树脂(例如,树脂粒子)及无机材料(例如,无机粒子)导入反应性官能团的化合物进行表面处理来导入。例如,可举出具有(甲基)丙烯酰基的化合物、具有环氧基的化合物及具有乙烯基的化合物等。
作为用于导入乙烯基的化合物(表面处理物质),可举出:具有乙烯基的硅烷化合物、具有乙烯基的钛化合物、及具有乙烯基的磷酸化合物等。上述表面处理物质优选为具有乙烯基的硅烷化合物。作为上述具有乙烯基的硅烷化合物,可举出:乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷及乙烯基三异丙氧基硅烷等。
作为用于导入(甲基)丙烯酰基的化合物(表面处理物质),可举出:具有(甲基)丙烯酰基的硅烷化合物、及具有(甲基)丙烯酰基的钛化合物、及具有(甲基)丙烯酰基的磷酸化合物等。表面处理物质优选为具有(甲基)丙烯酰基的硅烷化合物。作为上述具有(甲基)丙烯酰基的硅烷化合物,可举出(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷及(甲基)丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷等。
作为在金属层表面形成绝缘层的方法,没有特别限定,可以采用公知的方法。作为这种方法,例如可举出:化学性方法及物理性或机械性方法等。作为上述化学性方法,可举出通过范德瓦尔斯力或静电力的杂凝聚法,在金属层的表面上附着树脂(例如,树脂粒子)及无机材料,进一步根据需要进行化学键合的方法。另外,作为上述物理性方法或机械性方法,可举出:喷雾干燥器、杂化法、静电附着法、喷雾法、浸渍法及真空蒸镀的方法等。其中,从绝缘物质不易脱离来看,优选在上述导电层的表面上经由化学键合附着树脂(例如,树脂粒子)及无机材料的方法。
在金属层的表面形成绝缘层时,优选首先使树脂附着于金属层后,接着使无机材料附着于金属层。在该情况下,金属表面与绝缘层的密合性容易变高,因此,能够抑制绝缘层的剥离。例如,当首先使树脂粒子附着于金属层后,接着使无机粒子附着于金属层时,可得到平均粒径较小的无机粒子嵌入平均粒径较大的树脂粒子之间的状态,因此,可以以无机粒子包含于树脂层的状态下形成绝缘层。这样,也可以在形成的绝缘层的表面进一步形成无机粒子的层,在该情况下,绝缘层由含有无机粒子的树脂层和由无机粒子形成的无机层形成。另一方面,在无机粒子为未进入树脂层的空隙的情况下,无机粒子不能嵌入树脂层的空隙,在树脂层的表面形成无机层从而得到绝缘层。
在金属层的表面形成绝缘层时,树脂粒子和无机粒子能够通过同样的方法附着于金属层,但未必需要通过相同的方法附着于金属层。例如,可以采用如下方法,树脂粒子通过例如杂凝聚附着于绝缘层,与金属层表面进行化学键合,无机粒子通过杂化法等方法物理包覆于树脂层表面。
需要说明的是,金属层的表面和上述绝缘层可以不直接化学键合,也可以通过具有反应性官能团的化合物间接地化学键合。例如,也可以在金属层的表面导入羧基后,该羧基经由聚乙烯亚胺等高分子电解质与绝缘层表面的官能团进行化学键合。作为可以在此使用的高分子电解质,可以采用与上述高分子电解质相同的物质。
本实施方式的导电性粒子具有基材粒子和覆盖基材粒子表面的金属层,金属层的表面由树脂及无机材料进行了包覆,因此,与现有的导电性粒子相比,可成为绝缘层的包覆量较大的材料。由此,导电性粒子的绝缘性提高,因此,可以容易地防止绝缘性的降低。另外,由于导电性粒子中绝缘层的包覆量较大,因而容易抑制导电性粒子之间的凝聚,结果,导电性粒子的单分散性得以提高。特别地,如果导电性粒子的最外层为二氧化硅粒子,则更容易抑制导电性粒子之间的凝聚。
而且,当将上述导电性粒子应用于例如COG等并对电极之间进行连接时,可以抑制邻接电极间的短路。具体而言,即使多个导电性粒子彼此在电极间相互接触,通过在多个电极间存在绝缘物质(绝缘层),也能够抑制横方向上相邻的电极间的短路。需要说明的是,通过在对电极之间进行连接时,利用两个电极对导电性粒子进行加压,存在于导电性粒子的导电部(金属层)与电极之间的绝缘物质(绝缘层)很容易地被排除。而且,导电性粒子在金属层表面具有突起时,更进一步容易地排除绝缘物质(绝缘层)。
本实施方式的导电性粒子通过具有包含树脂及无机材料的绝缘层,而兼备适当的硬度和压缩后适当的恢复性。因此,本实施方式的导电性粒子能够特别适用于要求硬度和恢复性的COG。
具体而言,本实施方式的导电性粒子中,优选10%压缩时的应力(10%K值)为3000以上、15000N/mm2以下,优选恢复率为30%以上、80%以下。这样,本实施方式的导电性粒子由于具有上述绝缘层从而成为硬度及恢复性均优异的材料。特别是在本实施方式的导电性粒子应用于COG的情况下,优选10%压缩时的应力(10%K值)为5000以上、12000N/mm2以下,另外,优选恢复率为40%以上、70%以下。
上述导电性粒子的上述10%K值可以如以下测定。使用微小压缩试验机,用圆柱(直径50μm,金刚石制造)的平滑压头端面,在25℃下,施加30秒的最大试验负载90mN的条件下,压缩1个导电性粒子。测定此时的负载值(N)及压缩位移(mm)。可以根据得到的测定值,通过下式求得上述压缩弹性模量。作为上述微小压缩试验机,例如可使用Fischer株式会社制造的“Fischer scopeH-100”等。
K值(N/mm2)=(3/21/2)·F·S-3/2·R-1/2
F:导电性粒子进行10%压缩变形时的负载值(N)
S:导电性粒子进行10%压缩变形时的压缩位移(mm)
R:导电性粒子的半径(mm)
就恢复率而言,在与上述相同的装置中,对1个粒子施加最大试验负载10mN后,除去负载。测定此时的压缩位移L1(mm)和恢复位移L2(mm)。可以根据得到的测定值通过下述计算式求得恢复率。
恢复率(%)=(L2/L1)×100
优选上述导电性粒子分散于粘合剂树脂中,并制成导电材料使用。上述导电材料优选为各向异性导电材料。上述导电材料适用于电极的电连接。上述导电材料优选为电路连接材料。
上述粘合剂树脂没有特别限定。作为上述粘合剂树脂,可使用公知的绝缘性树脂。上述粘合剂树脂优选含有热塑性成分(热塑性化合物)或固化性成分,更优选含有固化性成分。作为上述固化性成分,可举出光固化性成分及热固化性成分。
上述光固化性成分优选含有光固化性化合物及光聚合引发剂。上述热固化性成分优选含有热固化性化合物及热固化剂。
作为上述粘合剂树脂,例如可举出:乙烯基树脂、热塑性树脂、固化性树脂、热塑性嵌段共聚物及弹性体等。上述粘合剂树脂可以仅使用一种,也可以组合使用两种以上。
作为上述乙烯基树脂,例如可举出醋酸乙烯酯树脂、丙烯酸树脂及苯乙烯树脂等。
作为上述热塑性树脂,例如可举出聚烯烃树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物及聚酰胺树脂等。
作为上述固化性树脂,例如可举出环氧树脂、氨酯树脂、聚酰亚胺树脂及不饱和聚酯树脂等。需要说明的是,上述固化性树脂也可以是常温固化型树脂、热固化型树脂、光固化型树脂或湿气固化型树脂。上述固化性树脂也可以与固化剂组合使用。
作为上述热塑性嵌段共聚物,例如可举出: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、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的氢化物、及苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的氢化物等。
作为上述弹性体,例如可举出苯乙烯-丁二烯共聚橡胶、以及丙烯腈-苯乙烯嵌段共聚橡胶等。
上述导电材料除了包含上述导电性粒子及上述粘合剂树脂以外,还可以包含例如填充剂、增量剂、软化剂、增塑剂、聚合催化剂、固化催化剂、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、滑剂、抗静电剂及阻燃剂等的各种添加剂。
上述导电材料可用作导电糊剂及导电膜等。在导电材料为导电膜的情况下,也可以在含有导电性粒子的导电膜上叠层不含有导电性粒子的膜。上述导电糊剂优选为各向异性导电糊剂。上述导电膜优选为各向异性导电膜。
上述导电材料100重量%中,上述粘合剂树脂的含量优选为10重量%以上,更优选为30重量%以上,进一步优选为50重量%以上,特别优选为70重量%以上,优选为99.99重量%以下,更优选为99.9重量%以下。上述粘合剂树脂的含量为上述下限以上及上述上限以下时,可以在电极间有效地配置导电性粒子,由导电材料连接的连接对象部件的连接可靠性更进一步变高。
上述导电材料100重量%中,上述导电性粒子的含量优选为0.01重量%以上,更优选为0.1重量%以上,优选为80重量%以下,更优选为60重量%以下,进一步优选为40重量%以下,特别优选为20重量%以下,最优选为10重量%以下。上述导电性粒子的含量为上述下限以上及上述上限以下时,电极间的导通可靠性更进一步变高。
(连接结构体)
使用上述的导电性粒子,或使用含有上述导电性粒子和粘合剂树脂的导电材料,将连接对象部件连接,由此,能够得到连接结构体。
图1中示出了一个例子,优选的是:上述连接结构体81具备第一连接对象部件82、第二连接对象部件83、连接第一连接对象部件和第二连接对象部件的连接部84,且形成上述连接部的材料为上述导电性粒子1或者是含有上述导电性粒子1和粘合剂树脂的导电材料。上述连接部优选为由上述导电性粒子形成的连接结构体,或者是由含有上述导电性粒子和粘合剂树脂的导电材料形成的连接结构体。在单独使用导电性粒子的情况下,连接部本身为导电性粒子。即,第一、第二连接对象部件由导电性粒子连接。为了得到上述连接结构体所使用的上述导电材料优选为各向异性导电材料。
上述第一连接对象部件优选表面具有第一电极82a。上述第二连接对象部件优选表面具有第二电极83a。上述第一电极82a和上述第二电极83a优选由上述导电性粒子1实现了电连接。
上述连接结构体的制造方法没有特别限定。作为连接结构体的制造方法的一个例子,可举出在第一连接对象部件与第二连接对象部件之间配置上述导电材料,得到叠层体后,对该叠层体进行加热及加压的方法等。上述加压的压力为9.8×104以上、4.9×106Pa以下程度。上述加热的温度优选为120℃以上、220℃以下左右。用于连接挠性印刷基板的电极、配置于树脂膜上的电极及触摸面板的电极而进行的上述加压的压力优选为9.8×104以上、1.0×106Pa以下左右。
作为上述连接对象部件,具体而言,可举出:半导体芯片、电容器及二极管等的电子零件、以及印刷基板、挠性印刷基板、玻璃环氧基板及玻璃基板等的电路基板等的电子零件等。上述导电材料优选为用于连接电子部件的导电材料。优选上述导电糊剂为糊剂状的导电材料,且在糊剂状的状态涂布于连接对象部件上。
上述导电性粒子及上述导电材料也适用于触摸面板。因此,上述连接对象部件还优选为挠性基板、或者在树脂膜的表面上配置有电极的连接对象部件。上述连接对象部件优选为挠性基板,且优选为在树脂膜的表面上配置有电极的连接对象部件。在上述挠性基板为挠性印刷基板等的情况下,挠性基板一般在表面具有电极。
作为设于上述连接对象部件的电极,可举出:金电极、镍电极、锡电极、铝电极、铜电极、银电极、钼电极及钨电极等金属电极。在上述连接对象部件为挠性基板的情况下,优选上述电极为金电极、镍电极、锡电极或铜电极。在上述连接对象部件为玻璃基板的情况下,上述电极优选为铝电极、铜电极、钼电极或钨电极。需要说明的是,在上述电极为铝电极的情况下,可以是仅由铝形成的电极,也可以是在金属氧化物层的表面叠层了铝层的电极。作为上述金属氧化物层的材料,可举出掺杂了三价金属元素的氧化铟及掺杂了三价金属元素的氧化锌等。作为上述三价金属元素,可举出Sn、Al及Ga等。
实施例
以下,通过实施例更具体地说明本发明,但本发明不限定于这些实施例的方式。
(实施例1)
金属层的形成
准备粒径为3.0μm的二乙烯基苯共聚物树脂粒子(积水化学工业株式会社制造的“微球SP-203”)作为基材粒子。在钯催化剂液的含量为5重量%的碱性溶液100重量份中,使用超声波分散器对上述树脂粒子10重量份进行分散之后,过滤溶液,由此,取出树脂粒子。接着,向二甲胺硼烷1重量%溶液100重量份添加树脂粒子,使树脂粒子的表面活性化。将表面被活性化的树脂粒子充分水洗后,添加至蒸馏水500重量份中,使其分散,由此,得到悬浮液。接着,将金属镍粒子浆料(平均粒径100nm)1g经过3分钟添加至上述分散液中,得到附着有芯物质的基材粒子。将附着有芯物质的基材粒子添加至蒸馏水500重量份中,使其分散,由此,得到悬浮液。
另外,作为前期工序中使用的镀镍液,准备将硫酸镍500g/L、次磷酸钠150g/L、柠檬酸钠150g/L、及镀敷稳定剂6mL/L的混合液利用氨调整成pH8的镀敷液。使该镀敷液150mL以20mL/分钟的添加速度通过定量泵,并滴加至悬浮液A中。反应温度设定成50℃。然后,进行搅拌,直到pH稳定,确认氢的发泡停止,由此进行了非电解镀敷前期工序。
接着,作为后期工序用镀镍液,准备将硫酸镍500g/L、二甲胺硼烷80g/L及钨酸钠10g/L的混合液利用氢氧化钠调整成pH11.0的镀敷液。使该镀敷液350mL以10mL/分钟的添加速度通过定量泵,并向悬浮液滴下。反应温度设定成30℃。然后,进行搅拌,直到pH稳定,确认氢的发泡停止,进行非电解镀敷后期工序。
然后,通过过滤悬浮液,取出粒子,并进行水洗、干燥,由此,得到在树脂粒子的表面配置有具有突起的镍导电层(金属层)的导电性粒子。
树脂粒子的制作
在安装有四口可分离式盖、搅拌叶片、三通阀、冷却管及温度探针的1000mL的分离式烧瓶中,以固体成分率成为5重量%的方式在离子交换水中称取含有甲基丙烯酸甲酯100mmol、乙二醇二甲基丙烯酸酯13mmol、N,N,N-三甲基-N-2-甲基丙烯酰氧乙基氯化铵1mmol、2,2’-偶氮二(2-脒基丙烷)二盐酸盐1mmol的单体组合物后,以200rpm进行搅拌,在氮氛围下以70℃进行了24小时聚合。反应结束后,进行冷冻干燥,得到了平均粒径为220nm及且CV值为10%的绝缘性树脂粒子。使绝缘性粒子在超声波照射下分散在离子交换水中,得到绝缘性树脂粒子的10重量%水分散液。
无机粒子
使用日本Aerosil株式会社制造的Aerosil 50(平均粒径30nm)。
导电性粒子的制作
将上述那样得到的配置有金属层的基材粒子10g分散于离子交换水500mL中,添加绝缘性树脂粒子的水分散液4g,并在室温下搅拌6小时。利用0.3μm的筛网过滤器过滤后,进一步利用甲醇清洗、干燥,得到附着有绝缘性树脂粒子的导电性粒子。绝缘性树脂粒子包覆于粒子表面的40%。
将得到的带绝缘性树脂粒子的导电性粒子10g、无机粒子1.5g、平均粒径5mm的氧化锆球100g投入容积1L的球磨容器中,以500rpm的旋转速度搅拌5小时后,分离氧化锆球,得到包覆有绝缘层的导电性粒子(简称为导电性粒子)。得到的导电性粒子进行了如下包覆:在导电性粒子的表面包覆绝缘性树脂粒子,进一步在其上部覆盖无机粒子。无机粒子包覆于粒子表面的98%。
(实施例2~7)
除了按照后面记载的表1那样变更基材粒子的平均粒径、绝缘性树脂粒子及绝缘性无机粒子的平均粒径、以及包覆量以外,与实施例1同样地制作导电性粒子。
(实施例8)
除了在制作树脂粒子时将甲基丙烯酸甲酯100mmol变更为甲基丙烯酸异丁酯150mmol以外,与实施例1同样地制作导电性粒子。
(实施例9)
除了将无机粒子变更成日本Aerosil株式会社制造氧化铝C(平均粒径13nm)以外,与实施例1同样地制作导电性粒子。
(实施例10)
准备实施例1中得到的导电性粒子及绝缘性树脂粒子、无机粒子。将导电性粒子10重量份和绝缘性树脂粒子10重量份后,投入Hybrityzer(奈良机械株式会社制造)进行1小时处理,由此,得到在导电性粒子表面包覆有约100nm厚度的树脂层的导电性粒子。接着,混合无机粒子15重量份后投入Hybrityzer并进行30分钟处理,由此,得到无机粒子均匀地包覆于树脂层上的导电性粒子。
(实施例11)
在实施例1中形成金属层时,不添加金属镍粒子浆料,而使用未附着芯物质的基材粒子,由此,得到在树脂粒子的表面配置有不具有突起的镍导电层(金属层)的基材粒子,除此以外,与实施例1同样地得到导电性粒子。
(比较例1)
除了不包覆无机粒子以外,与实施例1同样地得到导电性粒子。
(比较例2)
除了包覆树脂粒子以外,与实施例1同样地得到导电性粒子。
(比较例3)
除了不包覆树脂粒子及无机粒子以外,与实施例1同样地得到导电性粒子。
(评价)
(1)包覆率
这里所说的包覆率表示:由绝缘层包覆的部分的总面积相对于导电性粒子的表面积整体所占的比例。具体而言,如上述通过SEM的观察,观察20个绝缘层包覆导电性粒子,计算各个导电性粒子中由绝缘层包覆的部分的合计投影面积占据导电性粒子表面积整体的比例作为包覆率。而且,将20个包覆率的平均值作为包覆有绝缘层的导电性粒子的包覆率。
(2)将导电性粒子进行10%压缩时的压缩弹性模量(10%K值)
通过上述方法,使用微小压缩试验机(Fischer株式会社制造的“Fischer scopeH-100”)对得到的导电性粒子的上述压缩弹性模量(10%K值)进行测定。
(3)导电性粒子的恢复率
通过上述的方法,使用微小压缩试验机(Fischer株式会社制造的“Fischer scopeH-100”)对得到的导电性粒子的恢复率进行测定。
(4)单分散性
将苯氧基树脂(Union Carbide株式会社制造的“PKHC”)50重量份、PGMEA30重量份和甲苯20重量份进行24小时搅拌混合,完全溶解苯氧基树脂。向得到的溶解树脂10重量份中投入0.05重量份的导电性粒子并利用行星式搅拌机进行搅拌,得到树脂组合物。将得到的树脂组合物涂布于进行了剥离处理的聚对苯二甲酸乙二醇酯上,对溶剂进行干燥,得到厚度为10μm的各向异性导电膜。利用光学显微镜观察得到的膜,观察相当于100万个导电性粒子的量时,统计不是单分散而是发生了凝聚的粒子的个数。
[单分散性的判定基准]
○○○:凝聚粒子低于3个。
○○:凝聚粒子为3个以上、且低于10个。
○:凝聚粒子为10个以上、且低于20个。
△:凝聚粒子为20个以上、且低于30个。
×:凝聚粒子为30个以上。
(5)导通性(上下电极之间)
将得到的带有绝缘性粒子的导电性粒子以含量成为10重量%的方式添加至三井化学株式会社制造的“Struct.Bond XN-5A”中,使用行星式搅拌机进行分散,得到各向异性导电糊剂。
准备透明玻璃基板,其在L/S为15μm/15μm的Al-Nd合金配线的上表面形成有IZO电极图案。另外,准备下表面形成有L/S为15μm/15μm的金电极图案的半导体芯片。
将得到的各向异性导电糊剂以厚度为30μm的方式涂布于上述透明玻璃基板上,形成各向异性导电糊剂层。接着,在各向异性导电糊剂层上以电极彼此对置的方式叠层上述半导体芯片。然后,一边调整加热头的温度使得各向异性导电糊剂层的温度成为185℃,一边在半导体芯片的上表面载置加压加热头,在单位接触(bump)面积上施加70MPa的压力,使各向异性导电糊剂层在185℃下固化,得到连接结构体。
通过四端子法分别对得到的20个连接结构体的上下电极间的连接电阻进行测定。需要说明的是,可以根据电压=电流×电阻的关系测定流通一定电流时的电压,由此,能够求得连接电阻。通过下述基准判定导通性。
[导通性的判定基准]
○○○:电阻值为3Ω以下的连接结构体的个数比例为90%以上。
○○:电阻值为3Ω以下的连接结构体的个数比例为80%以上且低于90%。
○:电阻值为3Ω以下的连接结构体的个数比例为70%以上且低于80%。
△:电阻值为3Ω以下的连接结构体的个数比例为60%以上且低于70%。
×:电阻值为3Ω以下的连接结构体的个数比例低于60%。
(6)绝缘性(横方向上相邻的电极间)
上述(5)导通性的评价中得到的20个连接结构体中,通过利用测试仪测定电阻来评价邻接的电极间有无漏电。通过下述基准对绝缘性进行判定。
[绝缘性的判定基准]
○○○:电阻值为108Ω以上的连接结构体的个数比例为90%以上。
○○:电阻值为108Ω以上的连接结构体的个数比例为80%以上且低于90%。
○:电阻值为108Ω以上的连接结构体的个数比例为70%以上且低于80%。
△:电阻值为108Ω以上的连接结构体的个数比例为60%以上且低于70%。
×:电阻值为108Ω以上的连接结构体的个数比例低于60%。
表1中,对于各实施例及比较例制作的导电性粒子,示出了绝缘性树脂粒子(或树脂层)及无机粒子的包覆率、以及导电性粒子的10%K值(N/mm2)、恢复率(%)、单分散性、连接电阻值(导通性)及绝缘性的评价结果。
如根据表1可知,各实施例中得到的导电性粒子呈现10%K值(N/mm2)、恢复率(%)、单分散性、连接电阻值及绝缘性任何性能均优异。另一方面,比较例中得到的样品中,基材粒子未被树脂及无机材料包覆,因此,得到如下结果,容易产生凝聚,单分散性差,且绝缘性也比使用实施例的导电性粒子的情况差。

Claims (8)

1.一种导电性粒子,其具有基材粒子和覆盖该基材粒子表面的金属层,其中,
所述金属层的表面由树脂及无机材料进行了包覆。
2.如权利要求1所述的导电性粒子,其中,
所述树脂含有树脂粒子。
3.如权利要求1或2所述的导电性粒子,其中,
所述无机材料含有无机粒子。
4.如权利要求1所述的导电性粒子,其中,
所述树脂含有树脂粒子,所述无机材料含有无机粒子,所述无机粒子与所述树脂粒子的平均粒径之比为1/50以上且1以下。
5.如权利要求3或4所述的导电性粒子,其中,
所述无机粒子的包覆率为80%以上。
6.如权利要求1~5中任一项所述的导电性粒子,其中,
在所述金属层的表面形成有由所述树脂包覆而成的树脂层,在该树脂层的表面形成有由所述无机材料包覆而成的无机层。
7.一种导电材料,其含有权利要求1~6中任一项所述的导电性粒子和粘合剂树脂。
8.一种连接结构体,其包括:
表面具有第一电极的第一连接对象部件、
表面具有第二电极的第二连接对象部件、
将所述第一连接对象部件和所述第二连接对象部件连接起来的连接部,
所述连接部的材料含有权利要求1~6中任一项所述的导电性粒子或权利要求7所述的导电材料,
所述第一电极和所述第二电极通过所述导电性粒子或所述导电材料实现了电连接。
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