JP2016192369A - 導電接続構造体の製造方法及び導電接続構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂粒子を金属被覆層とからなる金属被覆樹脂粒子を含有する導電性接着剤を被接着部材間に挟んでプレスして、これら被接着部材を相互に接続する工程を含む導電接続構造体の製造方法であって、導通の長期信頼性が向上した導電接続構造体が得られる効率的な製造方法を提供する。【解決手段】使用する金属被覆樹脂粒子の平均粒子径に相当する粒子径を有する金属被覆樹脂粒子を微小圧縮試験機で圧縮して、この金属被覆樹脂粒子の圧縮に関するパラメータのプロファイルを予め作成し、上記被接着部材間に目的とする導通が得られ、かつ上記金属被覆層の割れが生じないパラメータの範囲を上記プロファイルから求め、上記金属被覆樹脂粒子を含有する導電性接着剤を電極間に挟んでプレスを開始し、上記パラメータの範囲内でプレスを停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、異方導電性接着剤中の導電性粒子の接続状態を判定する工程を含む導電接続構造体の製造方法及びそれにより得られる導電接続構造体に関するものである。

導電性接着剤、導電性フィルム、導電性ペースト、導電性粘着材等の異方性導電材料の主要構成材料として、金属被覆樹脂粒子が広く用いられている。これらの異方性導電材料は、液晶表示ディスプレイ、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の電子機器において、基板同士を電気的に接続したり、半導体素子等の小型部品を基板と電気的に接着したりするために、相対向する基板や電極端子の間に挟み込んで使用される。

上記目的に供される金属被覆樹脂粒子としては、アクリル系樹脂からなる樹脂粒子をまずニッケルで被覆し、さらに金で被覆したものが多く用いられている（例えば特許文献１）。ここでニッケル被覆層は、樹脂粒子に対する金の密着性を向上させるために設けられるが、硬く、割れ易いという特性を有する。

このような金属被覆樹脂粒子を使った導電性接着剤をフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）と透明電極との間に挟み込んでプレスして両者を接続する場合、プレス後に透明電極の外側から金属被覆樹脂粒子を光学顕微鏡等で観察し、ニッケル層のような硬い層が圧縮により破壊されたことが確認された時点で導通が確保されたと判断している。

しかしながら、このように光学顕微鏡等を用いた視覚的確認作業を全ての製品につき確実に行うには非常な時間と手間がかかり、コスト的にも不利である。また、金属被覆層が破壊された不安定な状態で電極との接続がなされているため、導通の安定性に懸念があり、導通の長期信頼性をより向上させることが求められている。

特許第３２４１２７６号公報

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、金属被覆樹脂粒子の金属被覆層が破壊されないため、導通の長期信頼性がより向上した導電接続構造体が得られる製造方法及びその導電接続構造体を提供することを目的とする。また、その製造方法においては、従来行われていた視覚的な確認作業を工程から省くことにより製造効率を向上させることを目的とする。

本発明の導電接続構造体の製造方法は、樹脂粒子とその表面の一部又は全部を被覆する金属被覆層とからなる金属被覆樹脂粒子を含有する導電性接着剤を被接着部材間に挟んでプレスして、上記被接着部材を相互に接続する工程を含む導電接続構造体の製造方法であって、上記の課題を解決するために、樹脂粒子とその表面の一部又は全部を被覆する金属被覆層とからなる金属被覆樹脂粒子を含有する導電性接着剤を被接着部材間に挟んでプレスして上記被接着部材を相互に接続する工程を含む導電接続構造体の製造方法であって、使用する金属被覆樹脂粒子の平均粒子径に相当する粒子径を有する金属被覆樹脂粒子を微小圧縮試験機で圧縮して、この金属被覆樹脂粒子の圧縮に関するパラメータのプロファイルを予め作成し、上記被接着部材間に目的とする導通が得られ、かつ上記金属被覆層の割れが生じないパラメータの範囲を上記プロファイルから求め、上記金属被覆樹脂粒子を含有する導電性接着剤を電極間に挟んでプレスを開始し、上記パラメータの範囲内でプレスを停止する方法とする。

上記本発明の製造方法においては、金属被覆樹脂粒子の電気抵抗が１００００ｍΩ以下となる範囲内において、上記被接着部材間に目的とする導通が得られるとみなすことができる。

上記パラメータとしては、金属被覆樹脂粒子の圧縮に伴う変位量、金属被覆樹脂粒子の圧縮に要する荷重、又は金属被覆樹脂粒子の圧縮により生じる加圧面の面積を採用することができる。

本発明の導電接続構造体は、上記本発明の製造方法により得ることができる。

本発明の導電接続構造体の製造方法によれば、金属被覆層を破壊させることなしに、被接着部材間に目的とする導通が発現する最適な条件でプレスを行うことが可能になり、導通の長期信頼性がより向上した導電接続構造体が得られる。また、金属被覆層の破壊を光学顕微鏡等で観察する視覚的確認作業が不要となるため、製造工程の大幅な効率向上及びコスト削減も可能となる。

プレスされた導電接続構造体と透明電極との間に挟まれている金属被覆樹脂粒子を示す模式端面図である。 微小圧縮試験機のテーブルとプローブの間に挟まれて圧縮されている金属被覆樹脂粒子を示す模式端面図である。 金属被覆樹脂粒子１の圧縮変位量に対する荷重プロファイルを示すグラフである。 金属被覆樹脂粒子１の圧縮変位量に対する電気抵抗プロファイルを示すグラフである。 金属被覆樹脂粒子１の電気抵抗測定方法を示す模式図である。 実施例１で得られたタッチパネルの金属被覆樹脂粒子を透明電極上から撮影した拡大写真（倍率：１０００倍）である。 比較例１により得られたタッチパネルの金属被覆樹脂粒子を実施例１と同様の方法で撮影した写真である。

１，１’……金属被覆樹脂粒子
２……プリント配線板
３……電極
４……導電性接着剤中の樹脂成分
５……プローブ
６……テーブル
７……抵抗測定器

以下、本発明の実施の形態を、図を用いてより具体的に説明する。

図１は、プリント配線板２と電極３との間に挟まれ、プレスされている導電性接着剤中の金属被覆樹脂粒子１を示している。符号４は導電性接着剤中の樹脂成分を示す。

本発明の製造方法では、使用する導電性接着剤に含有される金属被覆樹脂粒子（以下、「粒子」と略称する場合もある）の平均粒径をまず求め、粒子径がその平均粒径にできるだけ近い（好ましくは平均粒子径の±２％）金属被覆樹脂粒子を選択して、微小圧縮試験機で圧縮して、変位量に対する電気抵抗と荷重のプロファイルを事前に作成する。

本発明でいう微小圧縮試験機とは、微小粒子をプローブで圧縮して、その圧縮による変位量に対する微小粒子の電気抵抗または荷重を少なくとも測定することが可能な装置である。図２は、上記プロファイルを作成するために、金属被覆樹脂粒子を微小圧縮試験機のプローブ５の先端部５ａとテーブル６との間に挟んで圧縮している状態を示す模式図である。

図２に示した実施形態では、プローブ５はほぼ円錐形をなし、その先端部５ａは円形の平面をなしている。この先端部５ａで粒子１’をとらえて、粒子を図中に矢印で示した方向に徐々に圧縮し、圧縮による変位量、圧縮に要する荷重、及び金属被覆樹脂粒子１’の電気抵抗をそれぞれ測定し、変位量に対する荷重プロファイル及び電気抵抗プロファイルをそれぞれ作成する。ここでいう「変位量」とは、プローブ５の先端部５ａが金属被覆樹脂粒子１’に接触（圧縮開始）してから鉛直方向（図２中の矢印方向）に移動する距離をいうものとする。「電気抵抗」は、プローブ５とテーブル６との間の電気抵抗を抵抗測定器７により測定し、その測定値から求めることが可能である。また、「荷重」はプローブ５の先端部５ａの面が受ける力として測定される。本図には示していないが、圧縮による粒子１’の割れを、プローブ５の側方から光学顕微鏡等で観察できるようになされていることが好ましい。

図３は、上記測定により得られる変位量に対する荷重のプロファイルの例を示すグラフであり、図４は変位量に対する電気抵抗のプロファイルの例を示すグラフである。

図４の横軸は圧縮による金属被覆樹脂粒子１’の変位量を示し、縦軸は電気抵抗を示す。金属被覆樹脂粒子１’が割れると、電気抵抗が不安定となるので、プロファイルに変化が現れたときに割れが発生したと判断することが可能である。但し、このプロファイルの変化を光学顕微鏡等を用いた観察の結果と照合して、プロファイルの変化と金属被覆層の割れ発生等の形状変化との関連を確認することが好ましい。

上記のようにしてプロファイルが得られると、これらのプロファイルに基づいて、所望の導通（電気抵抗）が得られる変位量と、金属被覆樹脂粒子１の金属被覆層の割れが発生する変位量とがそれぞれ求められる。従って、プリント配線板２と電極３との間に導電性接着剤を挟んでプレスする際に、金属被覆樹脂粒子１による導通が既に確保され、しかし金属被覆樹脂粒子１の金属被覆層の割れは発生しないように、上記所望の導通が得られる変位量と金属被覆層の割れが発生する変位量との間の範囲において適切な停止時の変位量を決定して、プレス時の変位量がその予め決めた変位量に達したときにプレスを停止することができる。よって、従来のように金属被覆層を破壊することなしに、所望の導通が発現するプレスを行うことが可能になる。

なお、導通が得られたと判断してプレスを停止する時の電気抵抗は、目的とする導電接続構造体の種類等によって異なるが、通常は１００００ｍΩ以下で導通が得られたと判断することが好ましく、１０００ｍΩ以下で判断することがより好ましい。

プレス時の変位量は、プレスの始点を公知の方法で検出し、プレスの進行に伴い変化する位置を公知の方法で検出して、両者間の距離として計測することができる。公知の方法とは、接触的な方法、光学的な方法、画像処理的な方法が挙げられる。

また、上記プレスを停止すべき変位量は、上記微小圧縮試験機で金属被覆樹脂粒子にプローブで荷重を加えて圧縮する際に計測される荷重値から判断することもできる。すなわち、プロファイルは粒子１個あたりの荷重値を示すので、プレス時の荷重値をその数値と直接比較することはできないが、粒子径の分布と樹脂に充填される金属被覆樹脂粒子の配合割合から、単位面積当たりの金属被覆樹脂粒子数が概算できるため、その粒子数に応じて必要な荷重を計算し、変位量の代わりにその荷重に基づきプレスを停止することも可能である。

また、上記金属被覆樹脂粒子１がほぼ真球で、電極３が透明電極である場合は、その透明電極３上から金属被覆樹脂粒子１の加圧面の面積（図１における「２ｒ」を加圧面の直径とすると「πｒ²」で求められる数値）が計測できるので、この面積を金属被覆樹脂粒子の変位量に換算し、上記プロファイルに基づいて、所望の導通が確保され、かつ金属被覆層の割れが発生する前の、プレスを停止すべき変位量を決定することもできる。その場合、プロファイルを作成した粒子と平均粒子径が近い粒子を１個探して、その加圧面の面積が所定の面積になったときにプレスを停止すればよい。また、上記と同様に配合割合から粒子数を概算し、複数粒子の総面積と粒子数に基づいてプレスを停止してもよい。

本発明の製造方法で製造される導電接続構造体の種類は限定されないが、例としては各種タッチパネル等が挙げられる。

上記プレス工程以外の工程は、従来の製法に準じて行うことができる。例えば、まず基板上に導電性接着剤をスクリーン印刷等してプリント配線板を製造し、基板ごと加熱して溶剤を揮発させ、固化した接着剤上に透明電極等の電子部品を載せて上記プレスを行う。

接続対象となる電極も限定されないが、透明電極の例としてはＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなるもの等が挙げられる。

また、金属被覆樹脂粒子も特に限定されず、主に異方性導電材料の分野で従来から使用されているものが適宜使用可能である。粒子の核を構成する合成樹脂粒子の形状は、プロファイルの精度向上のためには球状であることが好ましく、できるだけ真球に近いことが好ましい。また、金属被覆樹脂粒子の大きさは特に限定されないが、より良好な導通確保の点から、平均粒径で１〜１００μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。

合成樹脂粒子を構成する樹脂の例としては、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ナイロン系樹脂等が挙げられる。市販されているものでは、日本化学工業（株）製のブライト（商品名）、大日精化工業株式会社製のダイナミックビーズクリアー(商品名）が挙げられる。

次に、上記樹脂粒子の金属被覆層を構成する金属の種類も特に限定されず、具体例としては、金、銀、銅、ニッケル等が挙げられ、代表的なものとしてはニッケル層を介して金層を設けたもの（Ｎｉ−Ａｕ）が挙げられる。金のように硬度の低い金属のみ使用する場合は割れが生じにくいので、本発明の製造方法を用いることによるメリットはさほど大きくないが、硬い金属被覆層を有し、従来は圧縮して割れにより導通を確保していた金属被覆樹脂粒子を用いる場合、割れなしで導通が確保でき、長期信頼性が向上するという本発明の効果が顕著となる。

上記金属被覆層は必ずしも樹脂粒子の表面全体を被覆していなくてもよいが、導通の安定性を確保し、またプロファイルの精度向上のために、表面全体を被覆していることが好ましく、導電性と長期安定性の観点から、金属被覆層の厚みは、平均厚みで２０〜１０００ｎｍが好ましい。また、プロファイルの精度向上のために、厚みはできるだけ均一に近いことが好ましい。

従って、金属被覆層の被覆方法も限定されず、例としては、無電解メッキによる方法、電気メッキによる方法、真空蒸着、イオンプレーティング、イオンスパッタリング等の方法が挙げられるが、厚みが均一な被覆膜が得られ易い点から無電解メッキが好ましい。

導電性接着剤を構成する樹脂成分は、接着対象に対して密着性を有するものであれば特に限定されず、同様の用途に使用されてきたものを広く用いることができる。例えば、熱硬化性樹脂では、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びメラミン樹脂等が挙げられ、熱可塑性樹脂では、ポリオレフィン系樹脂、アクリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂が挙げられる。ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。アクリレート系樹脂としては、例えば、ポリメチル（メタ）アクリレート、ポリエチル（メタ）アクリレート及びポリブチル（メタ）アクリレートが挙げられる。ポリスチレン系樹脂としては、例えば、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体及びこれらの水添加物等のブロックポリマー等が挙げられる。さらに、グリシジル基を有するモノマーやオリゴマー及びイソシアネート等の硬化剤との反応により得られる硬化性樹脂組成物等の、熱や光によって硬化する組成物等も用いられる。また、例えば、特開２０１０−１６８５１０号（特許第４５８００２１号）公報に記載の、ポリアミドエラストマー１０〜８０重量部、ポリウレタンエラストマー１０〜８０重量部、及びスチレン−イソブチレン−スチレンコポリマー１０〜８０重量部からなり、ポリアミドエラストマー中にポリウレタンエラストマー及びスチレン−イソブチレン−スチレンコポリマーが分散した相分離構造を有する樹脂成分も好適に使用可能である。さらに、所定のガラス転移温度を有するフェノキシ樹脂も好適に用いることができる。

導電性接着剤における金属被覆樹脂粒子の含有量は、その接着剤の用途等にもよるが、通常は樹脂成分１００質量部に対して０．１〜１００質量部の割合が好ましく、０．１〜５０質量部がより好ましい。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。なお、以下において配合割合等は、特にことわらない限り質量基準（質量部、質量％）とする。

１．プロファイルの作成
金属被覆樹脂粒子（日本化学工業（株）製、商品名「ブライト６ＧＮＲ３０−ＭＸ」、平均粒子径３０μｍ、金被覆層の表面にニッケル被覆層含有、金被覆層含有量：６．０±２．０％、ニッケル被覆層含有量：１４．０±３．０％）につき、微小圧縮試験機（（株）島津製作所製、ＭＣＴ−５１０）により、変位量に対する荷重プロファイル及び電気抵抗プロファイルを作成した。得られたプロファイルを図３及び図４として示す。

図４に示されたプロファイルには、圧縮変位約２μｍから３μｍにかけて電気抵抗が大きく変化したことが示されており、約４μｍでプローブの先端面全体が金属被覆樹脂粒子表面と密着し、安定な導通が得られたと判断することができる。圧縮が進むにつれ、接触面積が大きくなることにより電気抵抗は低下する。しかし、変位量約１７μｍ以上では電気抵抗が安定しておらず、約１７μｍで金属被覆層が割れたことが読み取れる。プロファイルから読み取られるこれらの変化は、微小圧縮試験機で試験中の金属被覆樹脂粒子を光学顕微鏡で観察した結果と一致していることを確認した。

２．タッチパネルの製造及び評価
下記樹脂１００質量部に対して表１に示した割合で上記金属被覆樹脂粒子を配合して、導電性接着剤を得た。得られた導電性接着剤を用い、図５に示すように、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１１とガラスエポキシ基板１２とを接着し、導電性の評価として下記方法で接続抵抗値を求めた。接着に際しては、各実施例では、上記プロファイルに基づき、導通が確保され、かつ金属被覆層の割れが生じないと判断した、表１に示す変位量までプレスを行った。比較例では、表１に示した変位量でプレスを停止した以外は実施例と同様にした。結果を表１に併記する。なお、ここでは変位量でプレスを制御する例を示したが、上述したように荷重で制御する方法を用いることもできる。その場合、粒子１個の導通が確保されるために必要な荷重値と単位面積あたりの粒子数から求められるプレス圧力が上記変位量に相当する大きさになったときにプレスを停止すればよい。

樹脂：熱可塑性エラストマー（タツタ電線株式会社製「ＣＢＰ−７００」の樹脂成分）
導電性：低抵抗計（日置電機（株）製、直流方式３２２７ミリオームハイテスタ）を用いてフレキシブルプリント基板１１の端末端子間（ａ−ｂ、ｂ−ｃ、及びｃ−ｄ間）の接続抵抗値をそれぞれ測定し、平均値を求めた。

また、実施例１及び比較例１については、透明電極上から金属被覆樹脂粒子を光学顕微鏡で観察し、拡大写真（倍率：１０００倍）を撮影した。撮影した写真を図６（実施例１）及び図７（比較例１）として示す。

表１に示されたように、実施例１の電気抵抗は、７２ｍΩであり、倍率１０００倍で観察した結果、ニッケル被覆層が割れている様子は確認することができなかった。比較例１の電気抵抗は７１ｍΩと実施例１と同等であったが、拡大して観察した結果、ニッケル被覆層の割れが多く見られた。比較例３は、電気抵抗が１８０１ｍΩと大きく、十分な導通が確保されていないことが分かる。

Claims (6)

1. 樹脂粒子とその表面の一部又は全部を被覆する金属被覆層とからなる金属被覆樹脂粒子を含有する導電性接着剤を被接着部材間に挟んでプレスして、前記被接着部材を相互に接続する工程を含む導電接続構造体の製造方法であって、
   使用する金属被覆樹脂粒子の平均粒子径に相当する粒子径を有する金属被覆樹脂粒子を微小圧縮試験機で圧縮して、この金属被覆樹脂粒子の圧縮に関するパラメータのプロファイルを予め作成し、
   前記被接着部材間に目的とする導通が得られ、かつ前記金属被覆層の割れが生じないパラメータの範囲を前記プロファイルから求め、
   前記金属被覆樹脂粒子を含有する導電性接着剤を電極間に挟んでプレスを開始し、前記パラメータの範囲内でプレスを停止する
   ことを特徴とする導電接続構造体の製造方法。
2. 前記金属被覆樹脂粒子の電気抵抗が１００００ｍΩ以下となる範囲内において、前記被接着部材間に目的とする導通が得られるとみなす
   ことを特徴とする、請求項１に記載の導電接続構造体の製造方法。
3. 前記パラメータが金属被覆樹脂粒子の圧縮に伴う変位量である
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の導電接続構造体の製造方法。
4. 前記パラメータが金属被覆樹脂粒子の圧縮に要する荷重である
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の導電接続構造体の製造方法。
5. 前記パラメータが金属被覆樹脂粒子の圧縮により生じる加圧面の面積である
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の導電接続構造体の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法により得られた導電接続構造体。