JP2001214149A

JP2001214149A - 異方導電接着剤

Info

Publication number: JP2001214149A
Application number: JP2000022670A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Yoshida; 一義吉田
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-07

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高い接続信頼性を保持することのできる異方
導電接着剤を提供する。【解決手段】エポキシ系樹脂、ユリア系樹脂、メラミ
ン系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウ
レタン系樹脂、ポリエステル系樹脂から選択される１種
又は２種以上の樹脂を主成分とする絶縁性接着剤３と、
スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、
ウレタン系樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、ベンゾグア
ナミン系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂から
選択される１種又は２種以上の樹脂からなる１層又は２
層以上の樹脂粒子の最外層に貴金属めっきを施した導電
粒子２とからなる異方導電接着剤１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
パネルやプラズマディスプレイパネル等の表示体とこれ
らの駆動回路を実装した回路基板との間の電気的接続等
に利用される異方導電接着剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】異方導電接着剤は、液晶ディスプレイパ
ネル(以下、ＬＣＤという)やプラズマディスプレイパネ
ル(以下、ＰＤＰという)等の表示体とプリント基板(以
下、ＰＣＢという)やフレキシブルプリント基板(以下、
ＦＰＣという)との接続に使用されたり、あるいはＰＣ
ＢとＦＰＣとの接続に用いられている。

【０００３】この種の異方導電接着剤１は、図１に示す
ように、導電粒子２が絶縁性接着剤３中に分散し、ＦＰ
Ｃ５の導電回路パターン表面の接続部に塗布されるとと
もに、表示体であるＬＣＤ４の接続端子に熱圧着される
ことにより、各々の電極を導電粒子２を介して電気的に
接続する。導電粒子２としては、ファーネスブラック、
チャンネルブラック、アセチレンブラック等のカーボン
ブラック、グラファイト等のカーボン粒子、金、銀、
銅、ニッケルアルミニウム等の金属粒子、表面を金属で
めっきした樹脂粒子等が使用されている。特に近年、絶
縁性接着剤３への分散性に優れ、比重が軽く絶縁性接着
剤３との分散が進行しないことから、表面を金属でめっ
きした樹脂粒子を用いたものが多用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】表面を金属でめっきし
た樹脂粒子を用いた導電粒子２は、熱圧着された状態で
被着面と接触し、この接触面積が広いほど、接触抵抗が
低く安定したものとなる。また、樹脂粒子の復元性が高
いほど、被着体に強い接触圧で接触するために接触抵抗
を低く保つことができる。ところが、接触面積は樹脂粒
子が柔軟なほど大きくなり、復元性は硬いほど強くなる
という相反する関係にある。すなわち、接触面積を大き
くするために柔軟にすると、樹脂粒子が塑性変形しやす
くなり、弾性をもたないために復元率が低くなる。逆
に、硬くすると復元率が大きくなり、接触圧は上がるも
のの接触面積が小さく、点接触に近くなり、どちらの場
合も電気的接続の長期信頼性に欠けることとなる。

【０００５】また、電気的接続の長期信頼性は、導電粒
子２のみに基づくものではなく、絶縁性接着剤３の特性
にも大きく依存する。すなわち、電気的接続の長期信頼
性は、導電粒子２の特性だけを変更しても向上させるこ
とができず、絶縁性接着剤３の特性との兼ね合いで決定
されるものである。この兼ね合いの決定は、従来、実験
結果に頼るしかなく、実施してみてはじめて判明するも
のである。したがって、導電粒子２と絶縁性接着剤３の
組み合わせの決定には、莫大な時間と費用を費やさなけ
ればならない。

【０００６】本発明は、上記に鑑みなされたもので、高
い接続信頼性を保持することのできる異方導電接着剤を
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
課題を達成するため、エポキシ系樹脂、ユリア系樹脂、
メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、
ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂から選択され
る１種又は２種以上の樹脂を主成分とする絶縁性接着剤
と、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹
脂、ウレタン系樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、ベンゾ
グアナミン系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂
から選択される１種又は２種以上の樹脂からなる１層又
は２層以上の樹脂粒子の最外層に貴金属めっきを施した
導電粒子とからなるものであって、上記導電粒子の１０
％圧縮弾性率が1．９６Ｎ／ｍｍ²以上４９Ｎ／ｍｍ²以
下、かつ復元率が５％以上９０％以下であり、熱圧着後
の異方導電接着剤の弾性率Ｅａ(Ｎ／ｍｍ²)、上記絶縁
性接着剤の厚さＴａ(ｍｍ)、上記導電粒子の圧縮弾性率
Ｅｐ(Ｎ／ｍｍ²)、該導電粒子の平均粒径Φ(ｍｍ)、上
記絶縁性接着剤の容積Ｖａ(ｍｍ³)、上記導電粒子の容
積Ｖｐ(ｍｍ³)の間に下記(式１)の関係が成り立つこと
を特徴としている。 (Ｅｐ／Φ)×{Ｖｐ／(Ｖａ＋Ｖｐ)}＜ (Ｅａ／Ｔａ)×{Ｖａ／(Ｖａ＋Ｖｐ)}…( 式１)

【０００８】すなわち、本発明者は、上記課題を解決す
る方法について種々検討した結果、従来、実験結果に頼
らざるを得なかった絶縁性接着剤の特性と導電粒子の特
性との組み合わせが、(式１)による特性の規定を行うこ
とにより可能になることを見出し、異方導電接着剤を構
成する各構成材料の弾性率、容量比等の関係を調節する
ことにより、接続信頼性の向上が期待できる構造を得ら
れることを発見し、各構成材料の弾性率、厚さ、大き
さ、容量等の関係についての研究を重ねて本発明を完成
させた。

【０００９】本発明は、絶縁性接着剤と導電粒子の材料
の弾性率の関係に大きな特徴を有する。弾性率は、各材
料に特有な値で、通常次式で表される。Ｅ＝σ／ε(Ｅ：弾性率(Ｎ／ｍｍ²)、σ：応力(Ｎ／ｍ
ｍ²)、ε：ひずみ) 異方導電接着剤に関し、弾性率の測定は、動的粘弾性測
定装置により測定した貯蔵弾性率を用いる。熱圧着後の
弾性率を再現するため、試験片を１７０℃のオイルバス
に１分間浸した後に測定する。測定は、厚さ１０〜５０
μｍの異方導電接着剤の膜から試験片を作製し、動的粘
弾性測定装置により引張りモードで１０Ｈｚ、２５℃で
の貯蔵弾性率を測定して弾性率を求め、本発明の弾性率
とする。

【００１０】絶縁性接着剤３の厚さＴａは、図２にある
ような個所で測定される値とする。図２(a)は絶縁性接
着剤３の厚さが導電粒子２の大きさよりも大きい場合、
(ｂ)は絶縁性接着剤３の厚さが導電粒子２の大きさと略
等しい場合、(ｃ)は絶縁性接着剤３の厚さが導電粒子２
の大きさよりも薄い場合におけるＴａの測定個所を示
す。(a)、(ｂ)の場合、異方導電接着剤１全体の厚さを
測定すれば、Ｔａを求めることができる。導電粒子２に
関しては、圧縮試験での圧縮弾性率を用いる。この測定
は、島津製作所製の微小圧縮試験機(ＭＣＴＭ‐５００)
を使用し、圧縮速度０．０００９８〜０．０１９６Ｎ／
ｓｅｃで測定した値から圧縮弾性率を算出し、これを用
いれば良い。

【００１１】導電粒子としては、圧縮弾性率、復元率の
調節がしやすい金属被覆樹脂粒子を使用することが最も
好ましい。樹脂粒子の材料としては、スチレン系樹脂、
アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、
ジビニルベンゼン系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、メ
ラミン系樹脂、フェノール系樹脂等があげられ、圧縮弾
性率、復元率の調節のためにこれら樹脂の混合体や複合
体を用いても良く、さらに単一樹脂であっても、分子量
や重合条件等の調節で所定の圧縮弾性率、復元率を得る
こともできる。金属被覆は、通常、樹脂粒子の周りに卑
金属をめっきし、この上に貴金属をめっきして卑金属の
劣化を抑制するとともに、導電性を向上させる。卑金属
としては、銅、ニッケル、半田、真鍮等が用いられ、そ
のめっき厚さは通常０．０５〜０．５μｍ程度である。
さらに、貴金属のめっきとしては、金、銀、パラジウム
等が用いられ、そのめっき厚さは通常０．００５〜０．
０５μｍとすれば良い。このめっきの厚さを変えること
により、圧縮弾性率、復元率の調節も可能であるが、導
電性との絡みから困難なので、好ましくは樹脂粒子の樹
脂材料で調節すると良い。

【００１２】圧縮弾性率と復元率の両立において、特に
調節しやすいのは、同一材料の樹脂材料を内核と外殻と
を有する構造とし、内核の硬度を柔らかくし、外殻の硬
度を硬くした２層以上の構造を有する粒子であり、本発
明者が提案した特開平１１−２０９７１４号公報記載の
ようなアクリル樹脂粒子が最も好ましい。導電粒子の平
均粒径としては、市販のコールターカウンタ(粒度分布
測定器)による測定の重量分布での平均粒径を用いる
が、接続ピッチにより、通常１〜５０μｍのものが使用
される。導電粒子の配合量は(式１)を考慮しながら、絶
縁性接着剤の容積との関係により決定されるが、配合量
が少なすぎると導通不良を起こしやすく、多すぎると絶
縁不良を起こしやすいので、絶縁性接着剤１００容量部
に対して０．０１〜１００容量部、好ましくは１〜５０
容量部が良い。

【００１３】絶縁性接着剤としては、加熱により接着性
を示すものであれば、熱可塑性、熱硬化性のいずれでも
良く、エポキシ系樹脂、ユリア系樹脂、メラミン系樹
脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン
系樹脂、ポリエステル系樹脂から選択される１種又は２
種以上の樹脂をベースに、ＮＢＲ、ＳＢＲ等のゴム成分
や公知の硬化剤、加硫剤、劣化防止剤、粘着付与剤等を
加えても良く、(式１)を考慮して弾性率Ｅａを調節しな
がら配合を決定する。すなわち、異方導電接着剤の弾性
率は絶縁性接着剤の特性と略同等であり、絶縁性接着剤
の弾性率が異方導電接着剤の弾性率になるものであるか
ら、絶縁性接着剤の配合を決定する時点で弾性率を考慮
しておく必要がある。エポキシ系樹脂としては、ビスフ
ェノール型エポキシ樹脂が接着性に優れるので好まし
く、ユリア系樹脂、メラミン系樹脂としては、ユリア‐
ホルムアルデヒド樹脂、メラミン‐ホルムアルデヒド樹
脂が使用される。

【００１４】フェノール系樹脂としては、レゾール型、
ノボラック型のフェノール樹脂が多用される。アクリル
系樹脂としては、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチ
ル、アクリル酸２エチルヘキシル、メタクリル酸エステ
ル等を主成分とするものが多用され、ポリウレタン系樹
脂としては、ポリエステルウレタン、ポリエーテルウレ
タン、εカプロラクタム系ウレタン等が使用される。ま
た、ポリエステル系樹脂としては、飽和共重合ポリエス
テルや不飽和ポリエステルが使用される。

【００１５】絶縁性接着剤の厚さＴａも (式１)を考慮
しながら調節されるが、あまり薄すぎると接着強度が低
くなるために好ましくなく、厚すぎてもコストの増加に
つながるので、通常１〜５０μｍ程度とする。

【００１６】以上のように本発明によれば、異方導電接
着剤が導電粒子を保持する力(Ｅａ／Ｔａ)×{Ｖａ／(Ｖ
ａ＋Ｖｐ)} が導電粒子の反発する力(Ｅｐ／Φ)×{Ｖｐ
／(Ｖａ＋Ｖｐ)}よりも大きいので、導電粒子が圧縮変
形した状態で電極間に保持され、安定した導通が得られ
る。したがって、長期にわたって安定した接続を維持す
ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る異方導電接着剤の実施例
を比較例と共に説明する。実施例 (１)絶縁性接着剤溶液の製作ＮＢＲ５０重量部、エポキシ当量９００〜１２００のビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂２００重量部、重量平均
分子量７５０のｔ‐ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｏｌ１００重量
部、２‐ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌ１０重量部に、
シクロヘキサン３００重量部を加えてこれを溶解した。

【００１８】(２)導電粒子の製作ステアリルアクリレート１００重量部、エチレングリコ
ールジメタクリレート４重量部、ブタジエンゴム２５重
量部、過酸化ベンゾイル０．５重量部を水２００重量部
中で１００℃、１２００ｒｐｍの回転下で２時間懸濁重
合し、冷却、水洗い、乾燥させて平均粒径５μｍの核を
含むアクリル樹脂粒子懸濁液を得た。この核を少量取
り、圧縮弾性率と復元率を測定したところ、圧縮弾性率
８．８Ｎ／ｍｍ²、復元率３％であった。さらに、この
懸濁液の攪拌下にエチルメタクリレート５０重量部、エ
チレングリコールジメタクリレート２重量部を加え、９
０℃、１０００ｒｐｍの回転下で２時間重合して表面に
殻を形成し、冷却、水洗い、乾燥させて平均粒径７μｍ
の２層構造のアクリル樹脂粒子を得た。このアクリル樹
脂粒子を少量取り、圧縮弾性率と復元率を測定したとこ
ろ、圧縮弾性率２０．２Ｎ／ｍｍ²、復元率４５％であ
った。

【００１９】次いで、この粒子表面にニッケルめっき
０．３μｍ、金めっき０．０２μｍの順で無電解めっき
を施して導電粒子(平均粒径７．３２μｍ)を得た。この
導電粒子を少量取り、圧縮弾性率と復元率を測定したと
ころ、圧縮弾性率２１．６Ｎ／ｍｍ²、復元率４９％で
あった。

【００２０】(３)異方導電接着剤の製作製作した絶縁性接着剤溶液の固形分１００容量部(Ｖａ
＝１００(ｍｍ³))に上記導電粒子を５容量部(Ｖｐ＝５
(ｍｍ³))加えて異方導電接着剤を製作した。これを、表
面を離型処理したポリエステルフィルム上に乾燥後の厚
さが２０μｍとなるように塗布、乾燥させて実施例の異
方導電接着剤を得た。この異方導電接着剤を測定したと
ころ、弾性率は２００(Ｎ／ｍｍ²)であった。このもの
を(式１)に当てはめると、(Ｅｐ／Φ)×{Ｖｐ／(Ｖａ＋
Ｖｐ)}＝１４０．５Ｎ／ｍｍ³、(Ｅａ／Ｔａ)×{Ｖａ／
(Ｖａ＋Ｖｐ)} ＝９５２３．８Ｎ／ｍｍ³であり、(式
１)を満たしていた。

【００２１】このようにして得た異方導電接着剤を、面
積抵抗率５０Ω／□の透明導電酸化膜基板(ＩＴＯ)の接
続端子とピッチ０．１５ｍｍのＦＰＣとの間に１７０
℃、４０ｋｇ、１２秒の条件で熱圧着し、高温１１０℃
(１時間)〜低温−２０℃(１時間)、１サイクル２時間の
環境試験、熱衝撃試験を行い、両側接続端子間の抵抗値
を測定したところ、表1の結果を得た。

【００２２】比較例 (１)絶縁性接着剤溶液の製作ＮＢＲ２５０重量部、重量平均分子量７５０のｔ‐ｂｕ
ｔｙｌｐｈｅｎｏｌ１００重量部、２‐ｍｅｔｈｙｌｉ
ｍｉｄａｚｏｌ１０重量部に、シクロヘキサン３００重
量部を加えてこれを溶解した。

【００２３】(２)導電粒子の製作平均粒径６μｍのニッケル粒子表面に、金めっき０．０
２μｍの無電解めっきを施して導電粒子(平均粒径７．
０２μｍ)を得た。この導電粒子の圧縮弾性率と復元率
を測定したところ、圧縮弾性率４３０Ｎ／ｍｍ²、復元
率０％であった。

【００２４】(３)異方導電接着剤の製作製作した絶縁性接着剤溶液の固形分１００容量部(Ｖａ
＝１００(ｍｍ³))に上記導電粒子を５容量部(Ｖｐ＝５
(ｍｍ³))加えて異方導電接着剤を製作した。これを、表
面を離型処理したポリエステルフィルム上に乾燥後の厚
さが２０μｍとなるように塗布、乾燥させて実施例の異
方導電接着剤を得た。この異方導電接着剤を測定したと
ころ、弾性率は１４(Ｎ／ｍｍ²)であった。このものを
(式１)に当てはめると、(Ｅｐ／Φ)×{Ｖｐ／(Ｖａ＋Ｖ
ｐ)}＝２９１６．８Ｎ／ｍｍ³、(Ｅａ／Ｔａ)×{Ｖａ／
(Ｖａ＋Ｖｐ)} ＝６６６．７Ｎ／ｍｍ³であり、(式１)
を満足しなかった。

【００２５】このようにして得た異方導電接着剤を、面
積抵抗率５０Ω／□の透明導電酸化膜基板(ＩＴＯ)の接
続端子とピッチ０．１５ｍｍのＦＰＣとの間に１７０
℃、４０ｋｇ、１２秒の条件で熱圧着し、高温１１０℃
(１時間)〜低温−２０℃(１時間)、１サイクル２時間の
環境試験、熱衝撃試験を行い、両側接続端子間の抵抗値
を測定したところ、表1の結果を得た。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、０．１５
ｍｍピッチ程度の接続が可能となり、本発明に係る異方
導電接着剤を使用すれば、長期にわたって安定した接続
構造を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】異方導電接着剤の使用状態を示す断面説明図で
ある。

【図２】絶縁性接着剤の厚さＴａを示す説明図である。

【符号の説明】

１異方導電接着剤２導電粒子３絶縁性接着剤４ＬＣＤ５ＦＰＣ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4J040 DB012 DF041 DF042 EB031 EB032 EB111 EB131 EB132 EB142 EC001 ED001 EF001 EF002 EK032 JB10 KA03 KA07 KA32 LA06 LA09 NA17 NA20 5G301 DA03 DA05 DA06 DA10 DA11 DA29 DA53 DA55 DA57 DA59 DD03 DE01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ系樹脂、ユリア系樹脂、メラミ
ン系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウ
レタン系樹脂、ポリエステル系樹脂から選択される１種
又は２種以上の樹脂を主成分とする絶縁性接着剤と、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、
ウレタン系樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、ベンゾグア
ナミン系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂から
選択される１種又は２種以上の樹脂からなる１層又は２
層以上の樹脂粒子の最外層に貴金属めっきを施した導電
粒子とからなる異方導電接着剤であって、上記導電粒子の１０％圧縮弾性率が1．９６Ｎ／ｍｍ²以
上４９Ｎ／ｍｍ²以下、かつ復元率が５％以上９０％以
下であり、熱圧着後の異方導電接着剤の弾性率Ｅａ(Ｎ／ｍｍ²)、
上記絶縁性接着剤の厚さＴａ(ｍｍ)、上記導電粒子の圧
縮弾性率Ｅｐ(Ｎ／ｍｍ²)、該導電粒子の平均粒径Φ(ｍ
ｍ)、上記絶縁性接着剤の容積Ｖａ(ｍｍ³)、上記導電粒
子の容積Ｖｐ(ｍｍ³)の間に下記(式１)の関係が成り立
つことを特徴とする異方導電接着剤。 (Ｅｐ／Φ)×{Ｖｐ／(Ｖａ＋Ｖｐ)}＜ (Ｅａ／Ｔａ)×{Ｖａ／(Ｖａ＋Ｖｐ)}…( 式１)