JP2006054066A - 導電性粒子および異方導電性材料用組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子回路や基板の接着に用いられる異方導電性材料において導電性がよく信頼性の良い接続が得られるようにする。
【解決手段】 有機ポリマー粒子に中空カーボンファイバーを被覆させて構成した導電性粒子と接着性バインダーにより異方導電性材料を構成する。有機ポリマー粒子は弾力性のあるものを使用し、導電性を確保するに十分な量の中空カーボンファイバーを、密着性良く被覆する。基板や電子回路の接着時において圧着の圧力で導電性粒子が押しつぶされた際、中空カーボンファイバー被覆層が有機ポリマー粒子の変形に追随し、基盤および電子回路の電極との接触面積が広くなり確実な導通が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は電気部品と回路基板の接続、あるいは回路基板相互間の接続に使用される異方導電性材料に関する。さらに詳しくは異方導電性材料の導電性に良好な異方性を与えるための導電性粒子の改良に関する。

近年、電子情報材料の実装の分野において、実装部品の集積化が急速に進んでおり、細かいピッチの接続端子（電極）を電気的に接続することが望まれている。この様な電極の接続方法としては、一般的にはんだ付け方式やワイヤボンディング方式などが知られている。

しかしながら、はんだ付け方式では、細かいピッチの接続端子の接続が難しいという欠点があった。また、使用される接続端子に対してはんだ濡れ性が要求されたり、さらには高温接続をするために絶縁基板に対して高度の耐熱性が要求されたりしていた。

また、ワイヤボンディング法は、金線による接続を行うが、この方法は、微細化した電極の接続には限界がある。

これらの問題を解決するために、近年、電極間に導電性粒子を介在させて信頼性を改善した電気基盤回路が知られている。これまで、このような導電性粒子には、金、銀、ニッケルなどの金属微粒子が用いられてきたが、これらは形状が不均一であったり、バインダー樹脂に比べ比重が大きく導電性ペースト中で沈降したり、さらには均一に分散させることが困難であるため、接続の信頼性に欠けるという欠点があった。

このため、シリカ微粒子または、樹脂微粒子に金属メッキ層を設けた導電性微粒子（例えば、特許文献１または特許文献２参照）が開示されている。また、導電性微粒子として、有機質または無機質を芯材に微細な金属微粒子を被覆した導電性粉末も開示されている（例えば特許文献３参照）。

しかしながら、これらの導電性微粒子は、芯材が硬すぎて電極を破損したり、圧縮変形しないために、接触面積が小さく、接触抵抗を低減させることが困難であったり、熱プレス時に電極に埋まってしまうことがあった。

また、これらの導電性微粒子は、金属薄膜が堅く、クラックが生じるなどの問題が発生しやすく、やはり接続の信頼性に劣るなどの課題がある。
特開昭５９−２８１８５号公報 特公平７−９５１６５号公報 特公平６−９６７７１号公報

特に近年、電子機器の小型化、薄型化の趨勢から、各種部品の高密度化の流れに伴い、多接点電極のファインピッチ化がますます進行しつつあり、このため、ファインピッチの多接点電極等の接続に対しても信頼性の高い導電性粒子の出現が望まれている。

そこで本発明者が鋭意検討した結果、上記課題を解決すべく、現在要求されているファインピッチの多接点電極に対して信頼性の高い導電性粒子、異方導電性接着剤、異方導電性フィルムおよび信頼性の高い電気回路基板を提供することに成功した。即ち本発明は、以下のようなものである。

（１）コア粒子と該コア粒子表面に導電性繊維層を有する導電性粒子。

（２）導電性繊維が炭素のみで構成されることを特徴とする（１）記載の導電性粒子。

（３）導電性繊維が、直径が１μm以下の繊維状炭素または中空カーボンファイバーであることを特徴とする（１）または（２）記載の導電性粒子。

（４）中空カーボンファイバーの壁を構成するグラファイト層の層数が１から５層であることを特徴とする（３）記載の導電性粒子。

（５）中空カーボンファイバーが、単層カーボンナノファイバーまたは２層カーボンナノファイバーであることを特徴とする（４）記載の導電性粒子。

（６）コア粒子と導電性繊維層との間に接着剤層をもつ（１）から（５）のいずれか記載の導電性粒子。

（７）コア粒子が有機ポリマー粒子であることを特徴とする（１）から（６）のいずれか記載の導電性粒子。

（８）コア粒子が、熱可塑性樹脂を主成分とする粒子であることを特徴とする（７）記載の導電性粒子。

（９）熱可塑性樹脂が、ポリアミドであることを特徴とする（８）記載の導電性粒子。

（１０）コア粒子が、グリルアミドおよびエポキシ樹脂を主成分とする有機ポリマー粒子であることを特徴とする（７）記載の導電性粒子。

（１１）コア粒子の平均粒子径が、0.5から1000μmの範囲であることを特徴とする（１）から（１０）のいずれか記載の導電性粒子。

（１２）コア粒子の平均粒子径が、5から100μmの範囲であることを特徴とする（１１）記載の導電性粒子。

（１３）接着性バインダーおよび（１）から（１２）のいずれか記載の導電性粒子を含有する異方導電性材料用組成物。

（１４）絶縁性熱硬化性樹脂および（１）から（１２）のいずれか記載の導電性粒子を含有する異方性導電性接着剤。

（１５）絶縁性熱硬化性樹脂および（１）から（１２）のいずれか記載の導電性粒子を含有する絶縁性熱硬化性樹脂フィルム。

（１６）フィルム表面に導電性粒子から形成された微粒子層を有する（１５）記載の絶縁性熱硬化性樹脂フィルム。

本発明を用いれば、これまで課題であった、ファインピッチの多接点電極に対して、信頼性の高い、安定した接続方法を提供することができ、小型化および微細化が求められている電気回路基板に対して、大きな改善が図られる。

以下、本発明に係る導電性粒子および該粒子を使用した異方導電性接着剤、フィルムおよび該粒子を使用した異方導電性接着剤、異方導電性フィルム、電気回路基板について具体的に説明する。

［導電性粒子の構成］
本発明の導電性粒子は、以下のようなもので構成される。その構成図を図１に示す。
１．コア粒子
２．接着剤層
３．導電性層

以下、それぞれについて詳細に説明する。

１．コア粒子
本発明に用いる、コア粒子はとしては、無機酸化物粒子、有機無機複合粒子、有機ポリマー粒子などを用いることができる。無機酸化物粒子としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ・アルミナ、シリカ・ジルコニア等従来公知の単一の無機酸化物粒子、２種以上の複合無機酸化物粒子が挙げられる。有機無機複合粒子としては金属アルコキシドおよび／または金属アルキルアルコキシドを加水分解して得られる従来公知のポリオルガノシロキサン等の粒子が挙げられる。さらに、有機ポリマー粒子としては、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、有機無機ハイブリッド共重合体等があげられる。また、ここで挙げた材料を２種類以上複合して用いても良い。

また、このときのコア層の平均粒径は、好ましくは1mm以下、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは、80μｍ以下である。この範囲であれば、より微細な接続がしやすくなる。

２．接着剤層
本発明に用いる接着剤層は、存在してもしなくとも良いが、コア層と導電性層が剥離しやすい場合は存在させても良い。この場合の接着剤層の主成分としては、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル-アクリル樹脂、酢酸ビニル-塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エチレン-酢酸ビニル樹脂、エチレン-アクリル樹脂、ポリアミド、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリウレタン、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、天然ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、ＳＢＲ、再生ゴム、ブチルゴム、水性ビニルウレタン、α-オレフィン、シアノアクリレート、変成アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ−フェノール、ブチラール−フェノール、ニトリル−フェノールなどが好ましく、中でも酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル-アクリル樹脂、酢酸ビニル-塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エチレン-酢酸ビニル樹脂、エチレン-アクリル樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。

このときの接着剤層の厚みは、10μm以下であり、好ましくは5μm以下、より好ましくは、１μｍ以下である。

また、接着剤層とコア層を兼ねることもできる。この場合、コア成分と接着成分を混合させ、その後に粒子を形成させる。この場合のコア層及び接着成分は、コア層及び接着剤層の項で説明した物質を用いることが好ましい。このときの「コア−接着層」の平均粒径は、好ましくは1mm以下、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは、80μｍ以下である。この範囲であれば、より微細な接続がしやすくなる。

３．導電性層
本発明に用いる導電性層の材料としては、微少導電性の繊維が好ましい。さらに好ましいものとしては、微少導電性繊維が、炭素で構成されたものであり、より好ましいものとしては、中空カーボンファイバーである。

この微少導電性繊維の外径は、好ましくは１μm以下であり、より好ましくは、100μｍ以下のものである。

この微少導電性繊維の好ましい形態として、中空カーボンファイバーを挙げたが、この中空カーボンファイバーは、グラファイト層を形成したものでもよい。その際構成するグラファイト層の総数は、好ましくは１層から１００層であり、より好ましくは、１層から１０層であり、さらに好ましくは、１層から５層であり、特に好ましいものは、１層（単層）から２層のものである。

また、この中空カーボンファイバーは、層の全長と層の外径の比で表されるアスペクト比が、１から1,000,000のものが好ましく、より好ましくは、１から100,000あり、更に好ましいものは、１から10,000である。

この中空状カーボンファイバーは、必要に応じて金属又は金属化合物を含んだものを用いることができる。金属又は、金属化合物の含有率に特に制限はないが、実用上金属又は金属化合物を含む中空状カーボンファイバーの総重量に対して１wt%以下であることが望ましい。

[導電性粒子の製造方法]
導電性粒子は、以下の方法で作ることができる。

接着層が存在する場合は、まず粒子状のコア層を、均一になった接着剤層成分の溶液に浸す。この際、溶剤は、コア層を完全には溶かさないものであれば何でも良く、コア層を完全に溶かさない溶媒を用いることもできる。

次に、接着剤層を形成した粒子を溶液から分離する。このときの分離法としては特に制限はないが、例示するなら濾過、蒸留などが挙げられる。

次に、別途用意した導電性層成分を分散させた懸濁液中に、接着層を塗布した粒子を投入し、混合する。

引き続き、導電性層を形成した粒子を溶液から、濾過法などにより分離し、場合によっては乾燥工程を経て、導電性粒子を完成させる。

コア成分が接着能を有する場合は、接着剤層の形成は必ずしも必要ではなく、別途用意した導電性層成分を分散させた懸濁液中に直接投入し、混合させ、濾過法などの分離を行い、導電性粒子を完成させる。

このとき用いる溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、n-デカン、n−ドデカン、ｎ−トリデカン、シクロヘキサン、シクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル等のエステル系溶媒、クロロホルム、ブロモホルム、塩化メチレン、１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、クロロベンゼン、２，６−ジクロロトルエン等のハロゲン系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルブチルケトン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−プロパノール等のアルコール系溶媒、ジメチルスルホキシド、N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトアミド、トリメチルリン酸等の極性溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン、ジグライム、ジメトキシエタン等のエーテル系溶媒の中から少なくとも１種類から選ばれる溶媒である。

このようにして得た導電性粒子は、中空状カーボンファイバーを用いることにより、従来知られている、金属粒子または金属層によりコートされた導電性微粒子と同等以上の導電性をもつ。

また、中空状カーボンファイバーを用いることから、ファイバー同士のからまりの効果により、従来知られている金属コートされた導電性微粒子などに見られる層の亀裂、剥離などが起きにくく安定した電気伝導を与える材料となる。

また、中空状カーボンファイバーは、応力に起因する変形に対して極めて強い材料であるため、圧着させて使用する当該分野の材料として好適である。

［導電性粒子の利用方法］
このようにして得られた導電性粒子は、絶縁性熱硬化性樹脂に分散させることにより、異方導電性接着剤として使用することができる。

このときの絶縁性熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、オキサゾリン樹脂であり、好ましいものは、
エポキシ樹脂、オキサゾリン樹脂であり、特に好ましいものは、エポキシ樹脂である。

また、さらにこの導電性粒子は、絶縁性樹脂に分散させ、フィルム状に成形した後に、異方導電性フィルムと使用することができる。

この際の絶縁性樹脂としては、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂であり、好ましいものは、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂であり、特に好ましいものとしては、エポキシ樹脂である。

フィルム作製の際に、導電性粒子が、フィルムの表裏に露出するように配置するのが好ましい。このようにすることにより、フィルムの厚み方向に導通をもたせることが可能になる。

このときの絶縁性フィルムの厚さは、導電性粒子の平均粒子径に対して、下限が１０％、上限が９５％であることが好ましい。１０％未満であると、導電性粒子をフィルム部分で支持しにくくなり、９５％を越えると、導通検査時に、導電性粒子が電極に届かなくな接続不良の原因となる。好ましい下限は２０％、上限は８０％であり、より好ましい下限は３０％、上限は７０％である。

以上のように本発明で得られる、導電性微粒子、またはこの導電性粒子を用いた異方導電性接着剤および異方導電性フィルムを用いれば、ファインピッチの多接点電極に対して、従来にない信頼性の高い接続方法を提供することができる。

本発明を、以下の実施例をもって具体的に説明するが、本実施例は、本発明を何ら制限するものではない。

実施例１
コア粒子の作成
透明ポリアミド（商品名“グリルアミド-TR55”、エムザベルケ社製）90重量部、エポキシ樹脂（商品名“エピコート８２８”、油化シェル（株）社製）7.5重量部および硬化剤（商品名“トーマイド”＃296、富士化成工業（株）社製）2.5重量部をクロロホルム300重量部とメタノール100重量部の混合溶媒中に添加して均一溶液を得た。次に該溶液を塗装用のスプレーガンを用いて霧状にして、良く撹拌して3000重量部のｎ−ヘキサンの液面に向かって吹き付けて溶質を析出させた。析出した固体を濾別し、n-ヘキサンで良く洗浄した後に、100℃、24時間の真空乾燥を行い、コア粒子を得た。

実施例２
導電性微粒子の作成
エタノール100ml中に、中空カーボンファイバー（東レ株式会社製）5gおよび実施例１で得られたコア層２３gを入れ１時間撹拌を行った。得られた懸濁液を減圧下濃縮した。引き続き、アルゴン雰囲気下200℃に加熱し、硬化させることにより、導電性粒子２５gを得た。導電性粒子の断面を電子顕微鏡（図２ 倍率 ２０００倍）にて観察したところ、導電層が0.3μmの厚さで被覆されていた。

実施例３ 異方導電性フィルムの作成
実施例２で得られた導電性粒子３０重量部とポリアリレート１００重量部とからなる混合ペーストを３３０℃で加熱溶融し、２軸延伸機を用いて、厚さ２０μｍの異方導電性フィルムを調整した。

実施例４ 異方導電性フィルムの評価
ITOガラス基盤に実施例３で作製した異方導電性フィルム加熱圧着により貼り付け、セパレーターをはがした後に、金バンプ付きのベアチップを加熱圧着することにより、回路を形成させた。このときの電極間の接続抵抗と隣接する電極間の接続抵抗をそれぞれ測定したところ、接続抵抗は1.2Ω、絶縁抵抗は５E＋11Ωであった。

本発明で得られた導電性粒子及び導電性粒子を用いた異方導電性接着剤、異方導電性フィルムは、電子回路などで求められている、ファインピッチの多接点電極への安定した接続方法を提供することができ、小型化および微細化が求められている電気回路基板用途への利用に役立つ。

導電性粒子の構成の概略である。 実施例２で得た導電性粒子の断面の顕微鏡写真である。

符号の説明

１：コア層
２：接着剤層
３：導電性層

Claims (16)

1. コア粒子と該コア粒子表面に導電性繊維層を有する導電性粒子。
2. 導電性繊維が炭素のみで構成されることを特徴とする請求項１記載の導電性粒子。
3. 導電性繊維が、直径が１μm以下の繊維状炭素または中空カーボンファイバーであることを特徴とする請求項１または２記載の導電性粒子。
4. 中空カーボンファイバーの壁を構成するグラファイト層の層数が１から５層であることを特徴とする請求項３記載の導電性粒子。
5. 中空カーボンファイバーが、単層カーボンナノファイバーまたは２層カーボンナノファイバーであることを特徴とする請求項４記載の導電性粒子。
6. コア粒子と導電性繊維層との間に接着剤層をもつ請求項１から５のいずれか１項記載の導電性粒子。
7. コア粒子が有機ポリマー粒子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の導電性粒子。
8. コア粒子が、熱可塑性樹脂を主成分とする粒子であることを特徴とする請求項７記載の導電性粒子。
9. 熱可塑性樹脂が、ポリアミドであることを特徴とする請求項８記載の導電性粒子。
10. コア粒子が、グリルアミドおよびエポキシ樹脂を主成分とする有機ポリマー粒子であることを特徴とする請求項７記載の導電性粒子。
11. コア粒子の平均粒子径が、0.5から1000μmの範囲であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の導電性粒子。
12. コア粒子の平均粒子径が、5から100μmの範囲であることを特徴とする請求項１１記載の導電性粒子。
13. 接着性バインダーおよび請求項１から１２のいずれか１項記載の導電性粒子を含有する異方導電性材料用組成物。
14. 絶縁性熱硬化性樹脂および請求項１から１２のいずれか１項記載の導電性粒子を含有する異方性導電性接着剤。
15. 絶縁性熱硬化性樹脂および請求項１から１２のいずれか１項記載の導電性粒子を含有する絶縁性熱硬化性樹脂フィルム。
16. フィルム表面に導電性粒子から形成された微粒子層を有する請求項１５記載の絶縁性熱硬化性樹脂フィルム。

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