JP2016094555A - 重合体微粒子、導電性微粒子および異方性導電材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】個数平均粒子径が5μm以上、15μm以下であり、個数基準の粒子径の変動係数(CV値)が10%以下であり、Siの含有量が12質量%以上、35質量%以下であり、重合体微粒子の直径が10%変位したときの圧縮弾性率を10%K値としたとき、10%K値が4500(N/mm2)以上である重合体微粒子。
【選択図】なし
Description
で表される重合性基が少なくとも1つケイ素原子に結合しているシラン単量体(s1)、及び、下記一般式(s−2)
で表される重合性基が少なくとも1つケイ素原子に結合しているシラン単量体(s2)から得られるシード粒子にビニル単量体を吸収させて重合した重合体微粒子であり、粒子径が5μm以上、15μm以下であるシード重合体微粒子も含まれる。
本発明の重合体微粒子は、個数平均粒子径が5μm以上、15μm以下であり、個数基準の粒子径の変動係数(CV値)を10%以下に保ったまま、重合体微粒子の直径が10%変位したときの圧縮弾性率である10%K値を4500(N/mm2)以上としたものである。
(式中、Eは圧縮弾性率(N/mm2)、Fは圧縮荷重(N)、Sは圧縮変位量(mm)、Rは試料粒子の半径(mm)を示す)
ここで、本発明における「平均粒子径」とは、個数平均粒子径を指すものとし、コールター原理を使用した精密粒度分布測定装置(例えば、商品名「コールターマルチサイザーIII型」、ベックマンコールター株式会社製)により測定される値とする。
重合体粒子の変動係数(%)=100×粒子径の標準偏差/個数平均粒子径
また、本発明の重合体微粒子では、複数の重合体粒子が結合した連球状粒子や複数の重合体粒子が凝集した凝集粒子等の発生が抑制されている。本発明の重合体粒子において、連球状粒子及び凝集粒子の合計の含有量は、個数基準で、2%以下であることが好ましく、より好ましくは1%以下、さらに好ましくは0.5%以下、特に好ましくは0.01%以下である。連球状粒子や凝集粒子の個数割合は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて確認することができる。
以下、本明細書において、「ビニル基」は、炭素−炭素二重結合に加えて、炭素−炭素二重結合を少なくともその一部に有する基も含むものとする。具体的には、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロキシ基、アリル基、イソプロペニル基、ビニルフェニル基、イソプロペニルフェニル基等の、重合性炭素−炭素二重結合と他の官能基とから構成される置換基も含まれる。
下記一般式(s−2)で表される重合性基が少なくとも1つケイ素原子に結合しているシラン単量体(s2)が挙げられる。
また、R2としては、単結合又はフェニレン基が好ましく、単結合が特に好ましい。
得られた重合体微粒子は、さらに熱処理をしてもよい。重合体微粒子中には、シラン単量体に由来する未反応のヒドロキシ基やアルコキシ基が残存する場合があり、重合体微粒子を熱処理することで、残存しているヒドロキシ基やアルコキシ基が加水分解・縮合するため、重合体微粒子中のポリシロキサン骨格の密度をさらに向上することができる。
本発明の導電性微粒子では、上記重合体微粒子を基材粒子として、その表面に少なくとも一層の導電性金属層が形成されている。
粒子径の変動係数(%)=100×(粒子径の標準偏差/個数平均粒子径)
なお、導電性微粒子の個数平均粒子径としては、フロー式粒子像解析装置(シスメックス社製「FPIA(登録商標)−3000」)を用いて求めた、3000個の粒子の個数基準の平均粒子径を採用することが好ましい。
前記絶縁性樹脂層としては、導電性微粒子の粒子間における絶縁性が確保でき、一定の圧力及び/又は加熱により容易にその絶縁性樹脂層が崩壊あるいは剥離するものであれば特に限定されず、例えば、ポリエチレンなどのポリオレフィン類;ポリメチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリレート重合体および共重合体;ポリスチレン;等の熱可塑性樹脂やその架橋物;エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂(メラミン樹脂等)等の熱硬化性樹脂;ポリビニルアルコール等の水溶性樹脂およびこれらの混合物;等が挙げられる。但し、基材粒子に比べて絶縁性樹脂層が硬過ぎる場合には、絶縁性樹脂層の破壊よりも先に基材粒子自体が破壊してしまうおそれがある。したがって、絶縁性樹脂層には、未架橋または比較的架橋度の低い樹脂を用いることが好ましい。
本発明の異方性導電材料は、上記本発明の導電性微粒子とバインダー樹脂とを含み、導電性微粒子がバインダー樹脂に分散している。異方性導電材料の形態は特に限定されず、例えば、異方性導電フィルム、異方性導電ペースト、異方性導電接着剤、異方性導電インクなど様々な形態が挙げられる。これらの異方性導電材料を相対向する基板同士や電極端子間に設けることにより、良好な電気的接続が可能になる。なお、本発明の導電性微粒子を用いた異方性導電材料には、液晶表示素子用導通材料(導通スペーサーおよびその組成物)も含まれる。
なお、本発明の異方性導電材料は、前記バインダー樹脂中に本発明の導電性微粒子を分散させ、所望の形態とすることで得られるが、例えば、バインダー樹脂と導電性微粒子とを別々に使用し、接続しようとする基材間や電極端子間に導電性微粒子をバインダー樹脂とともに存在させることによって接続してもかまわない。
各種物性の測定は以下の方法で行った。
<シード粒子および重合体微粒子の個数平均粒子径・変動係数(CV値)>
重合体微粒子の場合には、重合体微粒子0.1部に、乳化剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(第一工業製薬社製「ハイテノール(登録商標)N−08」)の1%水溶液20部を加え、超音波で10分間分散させた分散液を測定試料とし、シード粒子の場合には、加水分解、縮合反応で得られた分散液をポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(第一工業製薬社製「ハイテノール(登録商標)N−08」)の1%水溶液により希釈したものを測定試料として、粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製「コールターマルチサイザーIII型」)により30000個の粒子の粒子径(μm)を測定し、個数平均粒子径を求めた。また重合体微粒子については、個数平均粒子径とともに個数基準での粒子径の標準偏差をも求め、下記式に従って粒子径の変動係数(CV値)を算出した。
粒子径の変動係数(%)=100×(粒子径の標準偏差/個数平均粒子径)
フロー式粒子像解析装置(シスメックス社製「FPIA(登録商標)−3000」)を用いて、基材粒子(重合体微粒子)3000個の個数平均粒子径X(μm)および導電性微粒子3000個の個数平均粒子径Y(μm)を測定した。なお、測定は、粒子0.25部に、乳化剤であるポリオキシエチレンオレイルエーテル(花王株式会社製「エマルゲン(登録商標)430」)の1.4%水溶液17.5部を加え、超音波で10分間分散させた後に行なった。そして、下記式に従って導電性金属層の膜厚を算出した。
導電性金属層膜厚(μm)=(Y−X)/2
微小圧縮試験機(島津製作所社製「MCT−W500」)を用いて、室温(25℃)において、試料台(材質:SKS材平板)上に散布した粒子1個について、直径50μmの円形平板圧子(材質:ダイヤモンド)を用いて、粒子の中心方向へ一定の負荷速度(2.2786N/秒)で荷重をかけ、圧縮変位が粒子径の10%になったときの荷重値(mN)とそのときの変位量(μm)を測定した。なお、測定は各試料について、異なる10個の粒子に対して行い、平均した値を測定値とした。そして、得られた10%圧縮荷重値(mN)を圧縮荷重(N)に換算し、そのとき得られた変位量(μm)を圧縮変位(mm)に換算し、重合体微粒子の平均粒子径(μm)から粒子の半径(mm)を算出し、これらを用いて下記式に基づき算出した。上記測定は、25℃の恒温雰囲気下で行った。
得られた接続構造体の電極間の初期抵抗値を測定し、初期抵抗値が5Ω以下の場合を「○」、5Ωを超える場合を「×」と評価した。
<接続構造体の接続信頼性>
得られた接続構造体を85℃、85%RHの雰囲気下に500時間放置した後、上記初期抵抗の評価と同様にして抵抗値を測定した。そして上記初期抵抗値をaとし、500時間後に測定した抵抗値をbとして、下記式に基づき算出した抵抗値上昇率(%)が3%以下の場合を「○」、3%を超える場合を「×」、と評価した。
抵抗値上昇率(%)=[(b−a)/a]×100
2−1.基材(重合体微粒子)の作製
(製造例1)
冷却管、温度計、滴下口を備えた四つ口フラスコに、イオン交換水572.6部と、25%アンモニア水0.9部、メタノール282.1部を仕込み25℃に保持した。攪拌下、滴下口から、シラン単量体(シード形成モノマー)として3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、「KBM503」)20.1部、ビニルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、「KBM1003」)80.4部を添加し、撹拌しながら3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン及びビニルトリメトキシシランの加水分解、縮合反応を行って、メタクリロイル基を有する重合性ポリシロキサン粒子(シード粒子)の分散液を調製した。撹拌動力は、0.0035kW/m3であった。得られたポリシロキサン粒子の個数基準の平均粒子径は5.99μm、粒子径の変動係数は3.0%であった。
シラン単量体の種類と使用量を表1に示す通りとし、イオン交換水、メタノール、アンモニア水の量を適宜変更してシード粒子を作製した。その後、ビニル単量体の種類と使用量、及び、熱処理温度を表1に示す通りとした以外は製造例1と同様にして、重合体微粒子(2)〜(9)を得た。得られた重合体微粒子の各物性は表1に示すとおりであった。製造例6〜9については、熱処理温度を320℃とすると重合体微粒子が分解したため、熱処理温度を120℃とした。
(実施例1)
重合体微粒子(1)を基材とし、該基材に水酸化ナトリウムによるエッチング処理を施した後、二塩化スズ溶液に接触させることによりセンシタイジングし、次いで二塩化パラジウム溶液に浸漬させることによりアクチベーティングする方法(センシタイジング−アクチベーション法)によって、パラジウム核を形成させた。次に、パラジウム核を形成させた重合体微粒子2部をイオン交換水400部に添加し、超音波分散処理を行った後、得られた重合体微粒子懸濁液を70℃の温浴で加温した。このように懸濁液を加温した状態で、別途70℃に加温した無電解めっき液(日本カニゼン(株)製「シューマー(登録商標)S680」)300部を加えることにより、無電解ニッケルめっき反応を生じさせた。水素ガスの発生が終了したことを確認した後、固液分離を行い、イオン交換水、メタノールの順で洗浄し、100℃で2時間真空乾燥して、ニッケルめっきを施した粒子を得た。次いで、得られたニッケルめっき粒子を、シアン化金カリウムを含有する置換金めっき液に加え、ニッケル層表面にさらに金めっきを施すことにより、導電性微粒子を得た。得られた導電性微粒子における導電性金属層の膜厚は0.12μmであった。
基材として表1に示す重合体微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。得られた導電性微粒子における導電性金属層の膜厚はいずれの例でも0.12μmであった。
実施例および比較例で得られた導電性微粒子を用い、自転公転式攪拌機を用いて、導電性微粒子2.0部に、バインダー樹脂としてエポキシ樹脂(三井化学社製「ストラクトボンド(登録商標)XN−5A」)100部を添加して10分間攪拌して分散させ、導電性ペーストを得た。
得られた異方性導電ペーストを、100μmピッチにITO電極が配線されたガラス基板と100μmピッチにアルミパターンを形成したガラス基板との間に挟みこみ、2MPa、150℃の圧着条件で熱圧着するとともに、バインダー樹脂を硬化させることによって接続構造体を得た。得られた異方性導電材料(異方性導電ペースト)の初期抵抗値を上記の方法で評価した。評価結果は表2に示す。
Claims (5)
- 個数平均粒子径が5μm以上、15μm以下であり、
個数基準の粒子径の変動係数(CV値)が10%以下であり、
Siの含有量が12質量%以上、35質量%以下であり、
重合体微粒子の直径が10%変位したときの圧縮弾性率を10%K値としたとき、10%K値が4500(N/mm2)以上である重合体微粒子。 - 下記一般式(s−1)
[一般式(s−1)中、R1は水素原子又はメチル基を表し、R2は、単結合、又は、2価の芳香族炭化水素基を表す。*はケイ素原子との結合手を表す。]
で表される重合性基が少なくとも1つケイ素原子に結合しているシラン単量体(s1)、及び、
下記一般式(s−2)
[一般式(s−2)中、R1は上記と同義である。R3は、直鎖状若しくは分岐鎖状の2価の脂肪族炭化水素基を表す。*はケイ素原子との結合手を表す。]
で表される重合性基が少なくとも1つケイ素原子に結合しているシラン単量体(s2)から得られるシード粒子にビニル単量体を吸収させて重合した重合体微粒子であり、
粒子径が5μm以上、15μm以下であるシード重合体微粒子。 - ビニル単量体とシラン単量体の質量比(ビニル単量体/シラン単量体)が0.1以上、0.8以下である単量体組成物を重合することにより得られる請求項1または2に記載の重合体微粒子。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の重合体微粒子表面に導電性金属層を有する導電性微粒子。
- 請求項4に記載の導電性微粒子を含有する異方性導電材料。
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