JP2017069543A - 接続構造体および電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】導電性を維持しつつ、耐電圧性に優れた導電性の接続構造体および該接続構造体を有する電子部品を提供する。【解決手段】第1の電極を有する部材と第2の電極を有する部材とが導電粒子を0.01〜4.0体積%の濃度で含む接着剤層中の導電粒子からなる導電物質を介して電気的に接続している異方導電性の接続構造体であって、前記第1の電極と前記第2の電極との電気的接続箇所の接着剤層の膜厚が、前記導電粒子の最大粒子径の2分の1未満であり、かつ、非電気的接続箇所の接着剤層の膜厚が、前記導電粒子の最大粒子径以上であることを特徴とする接続構造体等である。【選択図】図1
Description
本発明は、第1の電極と第2の電極が接着剤層中で電気的に接続している異方導電性の接続構造体および電子部品に関する。
近年のエレクトロニクス機器の軽薄短小化に伴うプリント配線板の高密度化に伴い、電子部品の電気的接続、例えば配線板と電子素子との電気的接続や配線板間の電気的接続に用いる技術として、導電性接着剤の開発・改良が進められている(例えば特許文献1、2)。導電性接着剤は、電気的に接続したい部材間に塗布し、熱圧着することによって、軽量かつ省スペースで電気的接続を可能とする。
導電性接着剤自体は絶縁性であるが、熱圧着により、導電性接着剤に含有される導電粒子が電極間に挟まり押し付けられることによって導電する経路が形成されるため、部材間の電気的な接続が可能となる。一方、熱圧着後も電極間に挟まれずに圧力がかからなかった領域は、導電粒子は分散したままであるため、絶縁性が維持される。これによって、いわゆる異方導電性の接続構造体となる。
上記のような導電性接着剤を用いて形成した異方導電性の接続構造体は、圧力がかからなかった領域には絶縁性が維持されているものの、その領域には導電粒子が存在するため、優れた耐電圧性を付与することが困難であった。
そこで本発明の目的は、導電性を維持しつつ、耐電圧性に優れた異方導電性の接続構造体、および、該接続構造体を有する電子部品を提供することにある。
本発明者等は上記に鑑み鋭意検討した結果、特定の構造を有する接続構造体が、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の接続構造体は、第1の電極を有する部材と第2の電極を有する部材とが導電粒子を0.01〜4.0体積%の濃度で含む接着剤層中の導電粒子からなる導電物質を介して電気的に接続している異方導電性の接続構造体であって、前記第1の電極と前記第2の電極との電気的接続箇所の接着剤層の膜厚が、前記導電粒子の最大粒子径の2分の1以下であり、かつ、非電気的接続箇所の接着剤層の膜厚が、前記導電粒子の最大粒子径以上であることを特徴とするものである。
本発明の他の接続構造体は、第1の電極を有する部材と第2の電極を有する部材とが導電粒子を0.01〜4.0体積%の濃度で含む接着剤層中の導電粒子からなる導電物質を介して電気的に接続している異方導電性の接続構造体であって、前記第1の電極と前記第2の電極との電気的接続箇所の電気的に接続する方向から見た前記導電物質の長手方向の径が、非電気的接続箇所の接着剤層中の前記導電粒子の長手方向の径の2倍以上であることを特徴するものである。
本発明の接続構造体は、前記接続箇所の導電物質が、電気的接続方向に加圧変形されていることが好ましい。
本発明の接続構造体は、前記導電粒子が、熱溶融性の導電粒子からなることが好ましい。
本発明の接続構造体は、前記接続箇所が2MPa以下の圧力で圧着されていることによって、前記第1の電極と前記第2の電極とが電気的に接続された積層構造体であることが好ましい。
本発明の接続構造体は、プリント配線板同士を電気的に接続していることが好ましい。
本発明の接続構造体は、前記プリント配線板の少なくとも一方がフレキシブルプリント配線板であることが好ましい。
本発明の電子部品は、前記接続構造体を有することを特徴とするものである。
本発明によれば、導電性を維持しつつ、耐電圧性に優れた異方導電性の接続構造体、および、該接続構造体を有する電子部品を提供することができる。
図1は本発明の一実施形態に係る接続構造体を模式的に示す部分断面図である。図1に示す接続構造体1は、接着剤層2、第1の電極3、および、第2の電極4を有する。第1の電極3と第2の電極4は接着剤層2中で複数の導電物質5を介して電気的に接続している。接着剤層2は、導電粒子6を0.01〜4.0体積%の濃度で含む。第1の電極3と第2の電極4との電気的接続箇所の接着剤層の膜厚(即ち、第1の電極3と第2の電極4との間の距離)が、導電粒子6の最大粒子径の2分の1以下であり、かつ、非電気的接続箇所(即ち、Z軸方向に電極に挟まれていない箇所)の接着剤層の膜厚が、導電粒子6の最大粒子径以上である。また、Z軸方向から見た前記導電物質の長手方向の径(楕円形の場合は長径、円形の場合は直径)が前記導電粒子の長手方向の径(楕円形の場合は長径、円形の場合は直径)の2倍以上である。図2は、前記第1の電極3と前記第2の電極4が電気的に接続する方向(Z軸方向)から見た、図1に示す接続構造体1のX−X方向の略断面図である。
本発明の接続構造体は、熱溶融性の導電粒子を固形分換算で0.01〜4.0体積%含む導電性接着剤を用いることによって、後述するように、170℃以下、2MPa以下の熱圧着条件であっても容易に形成することが可能であり、これによって部材同士を容易に異方導電接着することができる。導電粒子の配合量を少なくしたことにより、電極間の導電粒子が少なくなるものの、これによって熱圧着時に電極間に挟まれた導電粒子1つ当たりにかかる圧力の増加に伴い、導電粒子のつぶれ具合(加圧方向(Z軸方向)の一次元収縮とX−Y方向の二次元伸長)が増加し、Z軸方向から見た導電物質の長手方向の径が、導電粒子の長手方向の径の2倍以上の導電物質を電極間に形成することができる。
ここで、前記体積%の算出方法としては、JIS K−5400に準拠し100mlの比重カップを用いて熱溶融性の導電粒子以外の組成物(接着剤)の比重を測定し、熱溶融性の導電粒子の真比重を用いて下記式にて算出する。
(式)
導電粒子の濃度(体積%)=100×(熱溶融性の導電粒子の配合量/熱溶融性の導電粒子の真比重)/((熱溶融性の導電粒子の配合量/熱溶融性の導電粒子の真比重)+(熱溶融性の導電粒子以外の組成物の配合量/熱溶融性の導電粒子以外の組成物の比重))
ここで、前記体積%の算出方法としては、JIS K−5400に準拠し100mlの比重カップを用いて熱溶融性の導電粒子以外の組成物(接着剤)の比重を測定し、熱溶融性の導電粒子の真比重を用いて下記式にて算出する。
(式)
導電粒子の濃度(体積%)=100×(熱溶融性の導電粒子の配合量/熱溶融性の導電粒子の真比重)/((熱溶融性の導電粒子の配合量/熱溶融性の導電粒子の真比重)+(熱溶融性の導電粒子以外の組成物の配合量/熱溶融性の導電粒子以外の組成物の比重))
詳しいメカニズムは明らかではないが、上記のとおり、導電性接着剤を用いて製造した接続構造体においては、導電粒子が電極間に挟まれることによって電気的に接続されるため、電極間に挟まれる導電粒子が減少すると導電性が低下すると考えられるが、本発明の接続構造体においては、導電粒子のつぶれ具合が大きく、広い表面積で導電物質が電極間に挟まれることになるため、挟まれた導電物質の数が少量であっても、導電性が確保できると考えられる。一方で、接着剤層に含まれる導電粒子の配合量を少量にしたことにより、非電気的接続箇所の接着剤層においては、分散している導電粒子の濃度が低くなってより絶縁性が高まり、X−Y方向で隣り合う電極間の耐電圧性が向上したと考えられる。
[第1の電極および第2の電極]
第1の電極および第2の電極は、導電材料であれば特に限定されず、例えば、銅、金めっき、はんだめっき、Cu−Ni−Au、Mo−Al−Mo等の材料を用いることができる。また、第1の電極を支持する第1の支持部材、および、第2の電極を支持する第2の支持部材は絶縁性であれば特に限定されない。第1の電極および第2の電極が由来する電子部品は特に限定されず、例えば、リジッドプリント配線板、フレキシブルプリント配線板等のプリント配線板、トランジスタ、ダイオード等の電子素子等が挙げられる。
第1の電極および第2の電極は、導電材料であれば特に限定されず、例えば、銅、金めっき、はんだめっき、Cu−Ni−Au、Mo−Al−Mo等の材料を用いることができる。また、第1の電極を支持する第1の支持部材、および、第2の電極を支持する第2の支持部材は絶縁性であれば特に限定されない。第1の電極および第2の電極が由来する電子部品は特に限定されず、例えば、リジッドプリント配線板、フレキシブルプリント配線板等のプリント配線板、トランジスタ、ダイオード等の電子素子等が挙げられる。
本発明の接続構造体は、図1に示す部分断面図のように、第1の電極および第2の電極をそれぞれ2以上有していてもよい。
第1の電極および第2の電極はそれぞれ、Z軸方向の厚さが0.01〜50μmであることが好ましく、0.01〜20μmであることがより好ましく、0.01〜10μmであることがさらに好ましい。
[導電物質]
本願発明において、前記導電物質は、第1の電極と第2の電極が電気的に接続する方向(Z軸方向)から見た長手方向の径が、前記接着剤層中の導電粒子の長手方向の径の好ましくは2倍以上、より好ましくは2.5倍以上、さらに好ましくは3倍以上になった導電粒子からなる物質である。また、導電物質の形成のしやすさの観点から、上限は好ましくは10倍以下、より好ましくは5倍以下である。
本願発明において、前記導電物質は、第1の電極と第2の電極が電気的に接続する方向(Z軸方向)から見た長手方向の径が、前記接着剤層中の導電粒子の長手方向の径の好ましくは2倍以上、より好ましくは2.5倍以上、さらに好ましくは3倍以上になった導電粒子からなる物質である。また、導電物質の形成のしやすさの観点から、上限は好ましくは10倍以下、より好ましくは5倍以下である。
前記導電物質のZ軸方向から見た長手方向の径は、例えば、接続構造体を、第1の電極と第2の電極間で、Z軸方向と直角な方向(X−Y面)に切断または剥離した後に、Z軸方向から観察して評価することができる。前記導電物質のZ軸方向の長手方向の径として、電極上の前記導電物質の長手方向の径を測定し、その平均値をAとし、また、前記接着剤層中の導電粒子の長手方向の径として、非電気的接続箇所の導電粒子の長手方向の径を測定し、その平均値をaとして、得られたAの値をaの値で除して、前記導電物質と前記接着剤層中の導電粒子の長手方向の径を比較する。
前記導電物質は、Z軸方向から見た形状が、略円形または略楕円形であることが好ましい。前記導電物質は、前記接着剤層中の導電粒子と同じ材料からなるか、一部または全部が前記接着剤層中の導電粒子と同じ材料と電極との合金であることが好ましい。後述するような導電粒子を含有する導電性接着剤を塗布した後、熱圧着することによって、電極間で導電粒子を加圧変形させることにより、上記のような導電物質を電極間に容易に形成することができる。また、前記導電物質は、後述するような熱溶融性の導電粒子からなることが好ましい。
[接着剤層中の導電粒子]
前記接着剤層中の導電粒子の濃度は0.01〜4.0体積%である。好ましくは、0.01〜3.5体積%であり、より好ましくは0.1〜3.0体積%であり、さらに好ましくは0.1〜2.5体積%であり、特に好ましくは0.1〜2.0体積%である。ここで、導電粒子とは体積固有抵抗が1×106Ω・cm以下である物質の粒子を意味する。
前記接着剤層中の導電粒子の濃度は0.01〜4.0体積%である。好ましくは、0.01〜3.5体積%であり、より好ましくは0.1〜3.0体積%であり、さらに好ましくは0.1〜2.5体積%であり、特に好ましくは0.1〜2.0体積%である。ここで、導電粒子とは体積固有抵抗が1×106Ω・cm以下である物質の粒子を意味する。
前記接着剤層中の導電粒子は、熱溶融性の導電粒子であることが好ましい。特に170℃以下、2MPa以下での熱圧着で溶融するような導電粒子を用いることが好ましく、なかでも低融点はんだ粒子がより好ましい。
ここで、低融点はんだ粒子とは、融点が200℃以下、好ましくは170℃以下、より好ましくは150℃以下のはんだ粒子を意味する。
また、低融点はんだ粒子としては鉛を含まないはんだ粒子が好ましく、この鉛を含まないはんだ粒子とは、JIS Z 3282(はんだ−化学成分及び形状)で規定されている、鉛含有率0.10質量%以下のはんだ粒子を意味する。
鉛を含まないはんだ粒子としては、錫、ビスマス、インジウム、銅、銀、アンチモンから選択される1 種類以上の金属から構成される低融点はんだが好適に用いられる。特に、コスト、取り扱い性、接合強度のバランスの観点から、錫(Sn)とビスマス(Bi)との合金が好ましく用いられる。
このようなはんだ粒子中のBiの含有量は、15〜65質量%、好ましくは35〜65質量%、より好ましくは55〜60質量%の範囲で適宜選択される。
Biの含有量を15質量%以上とすることにより、その合金は約160℃で溶融を開始する。さらにBiの含有量を増加させると溶融開始温度は低下していき、20質量%以上で溶融開始温度が139℃となり、58質量%で共晶組成となる。Bi含有量を15〜65質量%の範囲とすることにより、低融点化効果が十分に得られる結果、低温であっても十分な導通接続が得られる。
このような導電粒子は、球状であることが好ましく、レーザー回折式粒度分布測定による平均粒径D50が0.1〜20μm、好ましくは3〜17μm、より好ましくは7〜15μmであることが好ましい。導電粒子の平均粒径D50を20μm以下とすることにより、微細な箇所であっても十分な導電接続が可能となる。また、導電粒子の平均粒径D50を0.1μm以上とすることにより、接着剤層中での導電粒子の凝集を抑制することができる。なお、本発明において、球状の導電粒子とは、導電粒子の形状が確認できる倍率において、球状粉の長径と短径の比が1〜1.5のものを90%以上含むものをいう。
[接着剤層]
接着剤層は、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物を硬化または固化して形成した層である。接着剤層の厚さは、前記第1の電極と前記第2の電極との電気的接続箇所では、前記導電粒子の最大粒子径の2分の1未満であることが好ましく、5分の1未満であることがより好ましく、7分の1未満であることがさらに好ましく、9分の1未満であることが特に好ましく、15分の1未満であることがより好ましく、19分の1未満であることがもっとも好ましい。非電気的接続箇所の接着剤層の膜厚は、前記導電粒子の最大粒子径以上である。
接着剤層は、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物を硬化または固化して形成した層である。接着剤層の厚さは、前記第1の電極と前記第2の電極との電気的接続箇所では、前記導電粒子の最大粒子径の2分の1未満であることが好ましく、5分の1未満であることがより好ましく、7分の1未満であることがさらに好ましく、9分の1未満であることが特に好ましく、15分の1未満であることがより好ましく、19分の1未満であることがもっとも好ましい。非電気的接続箇所の接着剤層の膜厚は、前記導電粒子の最大粒子径以上である。
前記接着剤用の樹脂成分としては、公知慣用の熱硬化型、熱溶融型、紫外線硬化型、湿気硬化型の樹脂のうち少なくとも何れか1種を用いることができる。これらの樹脂のなかでも、熱圧着による電気的な接続が容易であることから、熱硬化型、紫外線硬化型の樹脂が好ましい。熱硬化型の樹脂としては、アクリレート樹脂等のエチレン性不飽和結合を有する化合物、エポキシ樹脂等が挙げられる。熱溶融型の樹脂としては、熱可塑性のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンが挙げられる。紫外線硬化型の樹脂としては、ウレタンアクリレート、アクリル樹脂アクリレート(即ちアクリル共重合樹脂のアクリレート)、エポキシアクリレートが挙げられる。湿気硬化型の樹脂としては湿気硬化形のポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、シアノアクリレートが挙げられる。なかでも、熱硬化型の樹脂がより好ましく、エチレン性不飽和結合を有する化合物が特に好ましい。また、異方導電性の接続構造体を容易に得ることができる観点から、前記接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物が、導電性接着剤であることがより好ましい。前記接着剤層が導電性接着剤を硬化または固化して形成した層であることが好ましい。以下、熱硬化型の接着剤用成分について説明する。
(エチレン性不飽和結合を有する化合物)
熱硬化型の樹脂として、エチレン性不飽和結合を有する化合物を配合することによって、170℃以下、2MPa以下で熱圧着可能な導電性接着剤を容易に得ることができる。
熱硬化型の樹脂として、エチレン性不飽和結合を有する化合物を配合することによって、170℃以下、2MPa以下で熱圧着可能な導電性接着剤を容易に得ることができる。
エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、単官能または多官能の(メタ)アクリロイル基含有化合物を好ましく用いることができる。本願明細書において(メタ)アクリロイル基とは、アクリロイル基およびメタクリロイル基を総称する用語であり、他の類似の表現についても同様である。
このような(メタ)アクリロイル基含有化合物としては、例えば、置換または非置換の脂肪族アクリレート、脂環式アクリレート、芳香族アクリレート、ヘテロ環含有アクリレート、およびこれらのエチレンオキサイド変性アクリレート、エポキシアクリレート、芳香族ウレタンアクリレート、脂肪族ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ポリオールアクリレート、アルキッドアクリレート、メラミンアクリレート、シリコーンアクリレート、ポリブタジエンアクリレート、並びにこれらに対応するメタクリレート類などを用いることができる。
より具体的には、単官能の(メタ)アクリロイル基含有化合物としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ブトキシメチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート等の脂肪族(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−(メタ)アクリロキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、イソボルニル(メタ)アクリレート等の脂環式(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート等の芳香族(メタ)アクリレート、脂肪族エポキシ変性(メタ)アクリレート等変性(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、γ−(メタ)アクリロキシアルキルトリアルコキシシランなどを用いることができる。
また、多官能の(メタ)アクリロイル基含有化合物としては、ビスフェノール−A−ジ(メタ)アクリレート、アルキレンオキサイド変性ビスフェノール−A−ジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオ−ルジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ビス[4−(メタ)アクリロキシメチル]トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、ビス[4−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピルオキシフェニル]プロパン、イソホロンジイソシアネート変性ウレタン(メタ)アクリレート、ヘキサメチレンジイソシアネート変性ウレタン(メタ)アクリレート、オリゴシロキサニルジ(メタ)アクリレート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート変性ウレタン(メタ)アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ビニル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレートなどを用いることができる。
このほか、以下の化合物も用いることができる。
(1)2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートを、2,4−トリレンジイソシアネートを介して液状ポリブタジエンのヒドロキシル基とウレタン付加反応させることにより得られる液状ポリブタジエンウレタン(メタ)アクリレート、
(2)無水マレイン酸を付加したマレイン化ポリブタジエンに、2−ヒドロキシアクリレートをエステル化反応させて得られる液状ポリブタジエンアクリレート、
(3)ポリブタジエンのカルボキシル基と、(メタ)アクリル酸グリシジルとのエポキシエステル化反応により得られる液状ポリブタジエン(メタ)アクリレート、
(4)液状ポリブタジエンにエポキシ化剤を作用させて得られるエポキシ化ポリブタジエンと、(メタ)アクリル酸とのエステル化反応により得られる液状ポリブタジエン(メタ)アクリレート、
(5)ヒドロキシル基を有する液状ポリブタジエンと、(メタ)アクリル酸クロリドとの脱塩素反応によって得られる液状ポリブタジエン(メタ)アクリレート、および、
(6)分子両末端にヒドロキシル基を有する液状ポリブタジエンの二重結合を水素添加した液状水素化1,2ポリブタジエングリコールを、ウレタン(メタ)アクリレート変成した液状水素化1,2ポリブタジエン(メタ)アクリレート。
(1)2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートを、2,4−トリレンジイソシアネートを介して液状ポリブタジエンのヒドロキシル基とウレタン付加反応させることにより得られる液状ポリブタジエンウレタン(メタ)アクリレート、
(2)無水マレイン酸を付加したマレイン化ポリブタジエンに、2−ヒドロキシアクリレートをエステル化反応させて得られる液状ポリブタジエンアクリレート、
(3)ポリブタジエンのカルボキシル基と、(メタ)アクリル酸グリシジルとのエポキシエステル化反応により得られる液状ポリブタジエン(メタ)アクリレート、
(4)液状ポリブタジエンにエポキシ化剤を作用させて得られるエポキシ化ポリブタジエンと、(メタ)アクリル酸とのエステル化反応により得られる液状ポリブタジエン(メタ)アクリレート、
(5)ヒドロキシル基を有する液状ポリブタジエンと、(メタ)アクリル酸クロリドとの脱塩素反応によって得られる液状ポリブタジエン(メタ)アクリレート、および、
(6)分子両末端にヒドロキシル基を有する液状ポリブタジエンの二重結合を水素添加した液状水素化1,2ポリブタジエングリコールを、ウレタン(メタ)アクリレート変成した液状水素化1,2ポリブタジエン(メタ)アクリレート。
これらの市販品の例としては、NISSO PB TE−2000、NISSO PB TEA−1000、NISSO PB TE−3000、NISSO PB TEAI−1000(以上いずれも日本曹達社製)、MM−1000−80、MAC−1000−80(以上いずれも日本石油化学社製)、ポリベックACR−LC(日本ヒドラジン工業社製)、HYCAR VT VTR 2000×164(宇部興産社製)、Quinbeam101(日本ゼオン社製)、Chemlink5000(SARTOMER社製)、BAC−15(大阪有機化学工業社製)、BAC−45(大阪有機化学工業社製)、UAT−2000(共栄社化学社製)、エポリード PB−3600(ダイセル化学工業社製)、EY RESIN、BR−45UAS(ライトケミカル工業社製)などが挙げられる。
このような(メタ)アクリロイル基含有化合物のうち、特に、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−アクリロイロキシエチルフタル酸、脂肪族ウレタンアクリレートが好ましい。
これらエチレン性不飽和結合を有する化合物は、1種または2種以上混合して使用することができる。
以上説明したようなエチレン性不飽和結合を有する化合物は、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物中に、溶剤を除く有機成分中のエチレン性不飽和結合当量が260〜1000となるように配合することが好ましい。より好ましくは260〜700、さらに好ましくは350〜700、特に好ましくは350〜550、もっとも好ましくは400〜500である。エチレン性不飽和結合当量を260以上とすることで、硬化の際に生じる硬化収縮が抑えられ、十分な接着強度を得ることができる。また、エチレン性不飽和結合当量を1000以下とすることで、十分な硬化性を得ることができる。ここで、エチレン性不飽和結合当量とは、グラム当量でエチレン性不飽和結合数あたりの質量である。エチレン性不飽和基が(メタ)アクリロイル基である場合は一般的に(メタ)アクリル当量とも呼ばれる。例えば、エチレン性不飽和基が(メタ)アクリロイル基である場合は、(メタ)アクリロイル基1個あたりの有機成分(溶剤を含む場合は溶剤を除く)の質量と定義される。すなわち、エチレン性不飽和結合当量は、有機成分(溶剤を含む場合は溶剤を除く)の質量合計を組成物中のエチレン性不飽和結合の数で除することにより得ることができる。
また、ここでいう、有機成分とは、無機成分以外の全ての成分をいい、具体的には樹脂成分や後述するパーオキサイド、湿潤分散剤、消泡剤等が挙げられる。
また、ここでいう、有機成分とは、無機成分以外の全ての成分をいい、具体的には樹脂成分や後述するパーオキサイド、湿潤分散剤、消泡剤等が挙げられる。
このようなエチレン性不飽和結合を有する化合物の重合開始剤として後述のパーオキサイドを用いることにより、反応が速やかに開始され、迅速な硬化が可能となり、接着強度が良好となる。
エチレン性不飽和結合を有する化合物の配合量は、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の総質量に対して10〜90質量%、好ましくは30〜60質量%、より好ましくは40〜55質量%である。エチレン性不飽和結合を有する化合物の配合量を、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の総質量に対して10質量%以上とすることにより、十分な硬化性が得られ、接着強度も良好とされる。また、エチレン性不飽和結合を有する化合物の配合量を、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の総質量に対して90質量%以下とすることにより、硬化収縮が抑えられ接着強度も良好となる。
接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物が、熱硬化型の樹脂として前記エチレン性不飽和結合を有する化合物を含有する場合、前記化合物以外の有機バインダーをさらに含有することが好ましい。有機バインダーを添加することにより、熱硬化の際に生じる応力を緩和し、接着強度をさらに向上することができる。
有機バインダーとは有機樹脂成分であり、公知慣用の天然樹脂、合成樹脂を用いることができる。このような有機バインダーとしては、セルロース、およびロジン等の天然樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、アセタール樹脂、ブチラール樹脂などの合成樹脂を用いることができる。なかでもアクリル樹脂、ブチラール樹脂、飽和ポリエステル樹脂を用いることが好ましく、飽和ポリエステル樹脂がより好ましい。
アクリル樹脂の具体例としては、クラリティシリーズ(クラレ社製)のクラリティLA2330等が挙げられる。
ブチラール樹脂の具体例としては、積水化学エスレックシリーズ(積水化学工業社製)のエスレックBL−1、BL−1H、BL−2、BL−2H、BL−5、BL−10、BL−10、BL−S、BL−L等が挙げられる。
飽和ポリエステル樹脂の具体例としては、東洋紡バイロンシリーズ(東洋紡績社製)のバイロン200、220、240、245、270、280、290、296、300、337、500、530、550、560、600、630、650、BX1001、GK110、130、140、150、180、190、250、330、590、640、680、780、810、880、890等が挙げられる。
有機バインダーは、室温(25℃)、大気圧において固形のものを用いるのが好ましい。固形の有機バインダーを用いることで接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の硬化後の強度を維持しやすくなる。有機バインダーのTg(ガラス転移温度)は−20〜150℃、好ましくは0〜120℃、より好ましくは10〜70℃であることが好ましい。
有機バインダーの分子量は1,000〜100,000、好ましくは3,000〜80,000、より好ましくは5,000〜60,000であることが好ましい。分子量が1,000以上であれば硬化時にブリードアウトすることなく応力緩和することができ、100,000以下であればエチレン性不飽和結合を有する化合物と容易に相溶し十分な流動性を得ることができる。
有機バインダーの配合量は、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の総質量に対して1〜90質量%、好ましくは3〜60質量%、より好ましくは5〜60質量%、さらに好ましくは5〜45質量%、さらに好ましくは10〜45質量%、特に好ましくは20〜40質量%である。
接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物が、熱硬化型の樹脂としてエチレン性不飽和結合を有する化合物を含有する場合、重合開始剤としてパーオキサイドを含有することが好ましい。パーオキサイドにより、エチレン性不飽和結合を有する化合物のラジカル反応が開始される。その結果、エチレン性不飽和結合を有する化合物の硬化が低温にて短時間で行われ、電子部品における部材同士の接着力を向上することができる。
前記パーオキサイドとしては液状および粉末のパーオキサイドが含まれ、具体例としては、以下の材料を挙げることができる。
メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、およびアセチルアセトンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、および1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン等のパーオキシケタール、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン、n−ブチル4,4−ジ−(t−ブチルパーオキシ)バレレート、および2,2−ジ(4,4−ジ−(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキシル)プロパン等のパーオキシケタール、p−メンタンヒドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルヒドロパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド、およびt−ブチルヒドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド、ジ(2−t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ヘキシルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、および2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3等のジアルキルパーオキサイド、ジイソブチルパーオキサイド、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、ジコハク酸パーオキサイド、ジ−(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド、ベンゾイル(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、およびジ−(4−メチルベンゾイル)パーオキサイド等のジアシルパーオキサイド、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート等のパーオキシジカーボネート、クミルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパ−オキシネオデカノエート、t−ブチルパ−オキシネオヘプタノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシピバレート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシマレイン酸、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシ−3−メチルベンゾエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、およびt−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート等のパーオキシエステル、および3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン。
このようなパーオキサイドのなかでも、液状のものを用いることが好ましい。液状のパーオキサイドを用いることにより、保存安定性にも優れた接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物を得ることができる。ここで、液状のパーオキサイドとは、室温(25℃)、大気圧において液状のパーオキサイドをいう。
通常、熱硬化性の樹脂組成物では、粉体の硬化剤を配合し、潜在性硬化剤としての機能を付与しているが、前記エチレン性不飽和結合を有する化合物を含有する場合には、意外にも、液状のパーオキサイドを用いることにより、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の保存安定性が向上する。その結果、液状のパーオキサイドによれば、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物中に良好に分散して、エチレン性不飽和結合を有する化合物に対して良好に作用し硬化を促進する。
液状のパーオキサイドとしては、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、およびアセチルアセトンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、および1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン等のパーオキシケタール、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン、n−ブチル4,4−ジ−(t−ブチルパーオキシ)バレレート、および2,2−ジ(4,4−ジ−(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキシル)プロパン等のパーオキシケタール、p−メンタンヒドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルヒドロパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド、およびt−ブチルヒドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ヘキシルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、および2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3等のジアルキルパーオキサイド、ジイソブチルパーオキサイド、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド、ジ−(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド、およびベンゾイル(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート等のパーオキシジカーボネート、クミルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパ−オキシネオデカノエート、t−ブチルパ−オキシネオヘプタノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシピバレート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシ−3−メチルベンゾエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、およびt−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート等のパーオキシエステル、および3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノンを挙げることができる。
なかでも、本発明において好ましいパーオキサイドとしては、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ジ−(t−ブチルパーオキシ)バレレート等のパーオキシケタール、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ヘキシルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)3−ヘキシン等のジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシカーボネート、および1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシ−3−メチルベンゾエート、およびt−ブチルパーオキシベンゾエート等のパーオキシエステルが挙げられる。また、上記の特に好ましいパーオキサイドのうち、パーオキシエステルを用いることにより優れた密着性が得られる。なかでも下記構造を有するアルキルパーオキシエステルを用いることにより、極めて優れた接着強度が得られる。
(式中、RおよびR´はそれぞれ独立にアルキル基を表す。)
(式中、RおよびR´はそれぞれ独立にアルキル基を表す。)
以上説明したようなパーオキサイドは、1分間半減期温度が80〜160℃、好ましくは85〜145℃、より好ましくは90〜135℃のものを用いることが好ましい。1分間半減期温度を80℃以上とすることにより、室温での使用において十分な可使時間を確保することができる。また、1分間半減期温度を160℃以下とすることにより、十分な硬化性を確保することができる。
パーオキサイドは、単独でも使用されるが、複数種類を組み合わせて使用することもできる。
このようなパーオキサイドの配合量は、エチレン性不飽和結合を有する化合物100質量部に対して0.1〜20質量部、好ましくは3〜15質量部、より好ましくは5〜10質量部の範囲で適宜選択される。パーオキサイドの配合量をエチレン性不飽和結合を有する化合物100質量部に対して0.1質量部以上とすることにより、十分な硬化性を確保することができる。パーオキサイドの配合量をエチレン性不飽和結合を有する化合物100質量部に対して20質量部以下とすることにより、十分な密着性を確保することができる。
接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物は、チクソトロピー性付与剤を配合することが好ましい。チクソトロピー性付与剤を配合することにより、比重の高い導電粒子の沈降を防止することができる。
チクソトロピー性付与剤としては、公知慣用のものを使用でき、例えば、ベントナイト、ワックス、ステアリン酸金属塩、変性ウレア、シリカなどを用いることができる。これらの中でもシリカが好ましい。前記シリカはアモルファスシリカであることが好ましく、一次粒子の平均粒子径が50nm以下のアモルファスシリカであることがさらに好ましく、表面を疎水化処理した疎水性アモルファスシリカであることが特に好ましい。
このようなチクソトロピー性付与剤の配合量は、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の総質量に対して0.01〜20質量%、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは1〜5質量%の範囲で適宜選択される。配合量を0.01質量%以上とすることで比重の高い導電粒子の沈降を防止することができ、20質量%以下とすることで十分な密着性を確保することができる。
接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物は、湿潤分散剤を配合することが好ましい。湿潤分散剤を配合することにより、導電粉の分散が良好となり凝集による粗粒の発生を防止することができる。
湿潤分散剤としては、公知慣用のものを使用でき、例えば、脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸塩、高級アルコール硫酸エステル、アルキルスルホン酸、リン酸エステル、ポリエーテル、ポリエステルカルボン酸やこれらの塩類を用いることができる。これらの中でもリン酸エステルが好ましい。
このような湿潤分散剤の配合量は、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の総質量に対して0.01〜10質量%、好ましくは0.05〜5質量%、より好ましくは0.1〜3質量%の範囲で適宜選択される。配合量を0.01質量%以上とすることで粗粒の発生を防止することができ、配合量を10質量%以下とすることで十分な絶縁性を確保することができる。
接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物は、消泡剤を配合することが好ましい。消泡剤を配合することにより、気泡の発生を抑制することが可能となりボイドの発生を防止することができる。
消泡剤としては、公知慣用のものを使用でき、例えば、シリコン樹脂、変性シリコン樹脂、有機高分子ポリマー、有機オリゴマーなど用いることができる。これらの中でも有機高分子ポリマーや有機オリゴマーが好ましく、ビニルエーテルの重合物がより好ましい。
このような消泡剤の配合量は、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の総質量に対して0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.5〜3質量%の範囲で適宜選択される。配合量を0.01質量%以上とすることでボイドの発生を防止することができ、配合量を10質量%以下とすることで十分な密着性を確保することができる。
接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物は、必要に応じてレベリング剤などの公知慣用の添加剤を配合することができる。
接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物は、溶剤を含まないことが好ましい。ここで、「溶剤を用いない」とは、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物が実質的に溶剤を含まず、接着剤用の樹脂成分を含む樹脂組成物の、150℃、30分加熱による質量の減少が、加熱前の質量と比較して、3質量%以下であることをいう。
前記接着剤層の厚さは0.01〜5μmが好ましく、0.01〜2μmがより好ましく、0.01〜1μmがさらに好ましい。
本発明の接続構造体は、電子部品における部材同士の電気的接続に用いることができる。例えば、プリント配線板と電子素子との電気的接続やプリント配線板間の電気的接続に用いることができ、なかでも、リジッドプリント配線板とフレキシブルプリント配線板の電気的接続に用いることが好ましい。また、スマートフォン、タブレット端末、ウェアラブル端末における電気的接続にも好適に用いることができる。さらに高周波特性が良好であるため、高周波特性が求められる電子機器における電気的接続にも好適に用いることができる。
本発明の接続構造体は、170℃以下、2MPa以下で熱圧着することによって部材同士を異方導電接着する、熱溶融性の導電粒子を含む導電性接着剤であって、前記熱溶融性の導電粒子からなる導電粒子の配合量が固形分換算で0.01〜4.0体積%である導電性接着剤を用いることによって容易に形成することができる。
導電性接着剤の塗布方法は特に限定されず、例えば、前記導電性接着剤は、プリント配線板等における接続部材の電気的接続箇所に、スクリーンメッシュやメタルマスクによる塗布、あるいはディスペンサーなどの塗布装置により塗布することができる。
接続箇所に導電性接着剤が十分に供給されたことを確認した後、被接続部材(部品)を接続部材(基板)の接続箇所に載せ、所定温度、所定圧力での熱圧着を行うことにより硬化する。これにより、接続部材(基板)と被接続部材(部品)とが電気的に接続することができる。
熱圧着時の熱圧着温度は100〜240℃、好ましくは120〜200℃、より好ましくは140〜160℃とし、熱圧着圧力は0.05〜2.0MPa、好ましくは0.1〜1.5MPa、より好ましくは0.5〜1.0MPaとし、熱圧着時間は1〜60秒、好ましくは1〜20秒、より好ましくは1〜9秒で熱圧着される。100℃以上の温度での処理によると、熱反応が良好に進行し、240℃以下の温度での処理を行うことにより、接着対象の電子部品等が加熱による損傷を受けずに本来の性能を保持する。また、圧力を0.05MPa以上とすることにより、電子部品間に十分な接合が形成され、導電性も十分となる。また、熱圧着圧力を小さくすることにより、電子部品への過剰な負荷の印加による損傷が回避される。また、熱圧着時間は、短時間とすることで電子部品への熱による損傷が回避される。
前記導電性接着剤によれば、導電粒子を0.01〜4.0体積%としたことによって、電極に挟まれる導電粒子の数が少なくなり、導電粒子にかかる圧力が増大するため、低温かつ低圧力、具体的には170℃以下さらには150℃以下でかつ2.0MPa以下、1.5MPa以下さらには1.0MPa以下の熱圧着でも部材同士を異方導電接着することができる。その結果、150℃、0.8MPaという、かなりの低温かつ低圧力でも異方導電接着することも可能である。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、以下において特に断りのない限り、「部」、「%」は質量基準であるものとする。
(導電性接着剤の調製)
表1に示す配合割合(質量部)にて各成分を配合撹拌し、導電性接着剤1〜6を調製した。
表1に示す配合割合(質量部)にて各成分を配合撹拌し、導電性接着剤1〜6を調製した。
*2:エチレン性不飽和結合を有する化合物(A−2):フェノキシエチルアクリレート(共栄社化学社製ライトアクリレートPO−A、分子量:192 、Tg:−22℃、粘度:0.125dPa・s/25℃)
*3:エチレン性不飽和結合を有する化合物(A−3):脂肪族ウレタンアクリレート(ダイセル・オルネクス株式会社製EBECRYL270、分子量:1500、Tg:−27℃、粘度:30dPa・s/60℃)
*4:飽和ポリエステル樹脂(東洋紡績社製バイロン337、分子量:10000、Tg:14℃)
*5:1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(日油社製パーオクタO、性状:液体、1分間半減期温度:124.3℃、10時間半減期温度:65.3℃)
*6:低融点はんだ粒子(42Sn−58Bi[42Sn−58Bi組成の球状粒子:平均粒径(レーザー回折式粒度分計測定による平均粒子径D50)、13.12μm)])
*7:シリカ微粒子[比表面積170m2/g](日本アエロジル社製アエロジルR974)
*8:リン酸エステル(共栄社化学社製ライトエステルP−2M)
*9:ビニルエーテルポリマー(共栄社化学社製フローレンAC−326F)
* 各樹脂組成物(各導電性接着剤)に含まれる、有機成分中のエチレン性不飽和結合当量は、導電性接着剤1〜6いずれも、457であった(導電性接着剤はいずれも無溶剤)。
(有機成分中のエチレン性不飽和結合当量の算出方法)
(有機成分の質量合計)/(組成物中のエチレン性不飽和結合の数)
=67.0/0.1466=457
(熱溶融性の導電粒子の含有量(導電粒子の濃度)(体積%)の算出方法)
JIS K−5400に準拠し100mlの比重カップ(ヨシミツ精機(株))を用いてはんだ粉(低融点はんだ粒子)以外の組成物(接着剤)の比重を測定し、はんだ粉(低融点はんだ粒子)の真比重を用いて下記式にて体積%を算出した。
なお、42Sn−58Biの真比重は8.7、はんだ粉以外の組成物(接着剤)の比重は1.13であった。
(式)
導電粒子の濃度(体積%)=100×(はんだ粉の配合量/はんだ粉の真比重)/((はんだ粉の配合量/はんだ粉の真比重)+(はんだ粉以外の組成物の配合量/はんだ粉以外の組成物の比重))
JIS K−5400に準拠し100mlの比重カップ(ヨシミツ精機(株))を用いてはんだ粉(低融点はんだ粒子)以外の組成物(接着剤)の比重を測定し、はんだ粉(低融点はんだ粒子)の真比重を用いて下記式にて体積%を算出した。
なお、42Sn−58Biの真比重は8.7、はんだ粉以外の組成物(接着剤)の比重は1.13であった。
(式)
導電粒子の濃度(体積%)=100×(はんだ粉の配合量/はんだ粉の真比重)/((はんだ粉の配合量/はんだ粉の真比重)+(はんだ粉以外の組成物の配合量/はんだ粉以外の組成物の比重))
(実施例1〜4および比較例1、2)
(導通抵抗の評価)
試験片の作製
上記にて調製した導電性接着剤1〜6を、リジッド基板(基材:FR−4、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、コの字型電極数70、直線型電極1、フラッシュAu処理)上に、メタルマスク(マスク厚:80μm、開口:15mm×1mm)を介してスクレイパーにより塗布した。次に、導電性接着剤を塗布した状態のリジッド基板に対し、フレキシブル基板(幅:16mm、基材:ポリイミド、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、コの字型電極数70、直線型電極数1、フラッシュAu処理)を載置した。この載置に際しては、リジッド基板の電極とフレキシブル基板の電極の位置をデイジーチェーンが形成されるように合わせ、双方の電極の重なり合う長さが3.5mmとなるようにした。このようにして載置した基板同士の接合面に対し、0.79MPa(ツール:幅3mm 長さ18mm、荷重:42.7N)、150℃、6秒で熱圧着を行い、70個の電気的接続箇所を有するデイジーチェーン回路試験片を作製した。
(導通抵抗の評価)
試験片の作製
上記にて調製した導電性接着剤1〜6を、リジッド基板(基材:FR−4、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、コの字型電極数70、直線型電極1、フラッシュAu処理)上に、メタルマスク(マスク厚:80μm、開口:15mm×1mm)を介してスクレイパーにより塗布した。次に、導電性接着剤を塗布した状態のリジッド基板に対し、フレキシブル基板(幅:16mm、基材:ポリイミド、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、コの字型電極数70、直線型電極数1、フラッシュAu処理)を載置した。この載置に際しては、リジッド基板の電極とフレキシブル基板の電極の位置をデイジーチェーンが形成されるように合わせ、双方の電極の重なり合う長さが3.5mmとなるようにした。このようにして載置した基板同士の接合面に対し、0.79MPa(ツール:幅3mm 長さ18mm、荷重:42.7N)、150℃、6秒で熱圧着を行い、70個の電気的接続箇所を有するデイジーチェーン回路試験片を作製した。
導通抵抗の測定
上記方法によって得られた試験片の抵抗値をテスター(日置電機社製ミリオームハイテスタ3540)を用いて測定した。
上記方法によって得られた試験片の抵抗値をテスター(日置電機社製ミリオームハイテスタ3540)を用いて測定した。
(耐電圧の評価)
試験片の作製
上記にて調製した導電性接着剤1〜6を、リジッド基板(基材:FR−4、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、櫛型電極数71、フラッシュAu処理)上に、メタルマスク(マスク厚:80μm、開口:15mm×1mm)を介してスクレイパーにより塗布した。次に、導電性接着剤を塗布した状態のリジッド基板に対し、フレキシブル基板(幅:16mm、基材:ポリイミド、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、櫛型電極数71、フラッシュAu処理)を載置した。この載置に際しては、リジッド基板の電極とフレキシブル基板の電極の位置を耐電圧が測定できるように合わせ、双方の電極の重なり合う長さが3.5mmとなるようにした。このようにして載置した基板同士の接合面に対し、0.79MPa(ツール:幅3mm 長さ18mm、荷重:42.7N)、150℃、6秒で熱圧着を行い、試験片を作製した。
試験片の作製
上記にて調製した導電性接着剤1〜6を、リジッド基板(基材:FR−4、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、櫛型電極数71、フラッシュAu処理)上に、メタルマスク(マスク厚:80μm、開口:15mm×1mm)を介してスクレイパーにより塗布した。次に、導電性接着剤を塗布した状態のリジッド基板に対し、フレキシブル基板(幅:16mm、基材:ポリイミド、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、櫛型電極数71、フラッシュAu処理)を載置した。この載置に際しては、リジッド基板の電極とフレキシブル基板の電極の位置を耐電圧が測定できるように合わせ、双方の電極の重なり合う長さが3.5mmとなるようにした。このようにして載置した基板同士の接合面に対し、0.79MPa(ツール:幅3mm 長さ18mm、荷重:42.7N)、150℃、6秒で熱圧着を行い、試験片を作製した。
耐電圧の測定
上記方法によって得られた試験片の耐電圧をテスター(アドバンテスト社製TR8601 HIGH MEGOHM METER)を用いて測定した。
上記方法によって得られた試験片の耐電圧をテスター(アドバンテスト社製TR8601 HIGH MEGOHM METER)を用いて測定した。
(密着強度の評価)
試験片の作製
上記にて調製した導電性接着剤1〜6を、リジッド基板(基材:FR−4、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、コの字型電極数70、直線型電極1、フラッシュAu処理)上に、メタルマスク(マスク厚:80μm、開口:15mm×1mm)を介してスクレイパーにより塗布した。次に、導電性接着剤を塗布した状態のリジッド基板に対し、フレキシブル基板(幅:16mm、基材:ポリイミド、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、コの字型電極数70、直線型電極数1、フラッシュAu処理)を載置した。この載置に際しては、リジッド基板の電極とフレキシブル基板の電極の位置をデイジーチェーンが形成されるように合わせ、双方の電極の重なり合う長さが3.5mmとなるようにした。このようにして載置した基板同士の接合面に対し、0.79MPa(ツール:幅3mm 長さ18mm、荷重:42.7N)、150℃、6秒で熱圧着を行い、70個の電気的接続箇所を有するデイジーチェーン回路試験片を作製した。
試験片の作製
上記にて調製した導電性接着剤1〜6を、リジッド基板(基材:FR−4、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、コの字型電極数70、直線型電極1、フラッシュAu処理)上に、メタルマスク(マスク厚:80μm、開口:15mm×1mm)を介してスクレイパーにより塗布した。次に、導電性接着剤を塗布した状態のリジッド基板に対し、フレキシブル基板(幅:16mm、基材:ポリイミド、電極幅:100μm、電極長さ:6mm、ピッチ幅:0.2mm、コの字型電極数70、直線型電極数1、フラッシュAu処理)を載置した。この載置に際しては、リジッド基板の電極とフレキシブル基板の電極の位置をデイジーチェーンが形成されるように合わせ、双方の電極の重なり合う長さが3.5mmとなるようにした。このようにして載置した基板同士の接合面に対し、0.79MPa(ツール:幅3mm 長さ18mm、荷重:42.7N)、150℃、6秒で熱圧着を行い、70個の電気的接続箇所を有するデイジーチェーン回路試験片を作製した。
密着強度の測定
上記方法によって得られた試験片の密着強度をボンドテスター(ノードソン・アドバンスト・テクノロジー社製4000Plus)を用いてJIS K 6854−1に準じてフレキシブル基板を垂直方向にピールして密着強度を測定した。
上記方法によって得られた試験片の密着強度をボンドテスター(ノードソン・アドバンスト・テクノロジー社製4000Plus)を用いてJIS K 6854−1に準じてフレキシブル基板を垂直方向にピールして密着強度を測定した。
(Z軸方向から見た導電粒子のつぶれ具合の評価)
上記接着強度の測定で引きはがしたリジッド基板を電子顕微鏡(日本電子社(JEOL)製JSM−5610LV)で観察し、基板中央部に位置する電極上(1本、重なり合った長さ3.5mmの部分)のZ軸方向から見た導電物質の長手方向の径をすべて測定し、その平均値をAとした。次に基板中央部に位置する電極間(1本、重なり合った長さ3.5mmの部分)のZ軸方向から見た導電粒子の長手方向の径をすべて測定し、その平均値をaとした。得られたAの値をaの値で除して導電性粒子のつぶれ具合(倍)を求めた。
上記接着強度の測定で引きはがしたリジッド基板を電子顕微鏡(日本電子社(JEOL)製JSM−5610LV)で観察し、基板中央部に位置する電極上(1本、重なり合った長さ3.5mmの部分)のZ軸方向から見た導電物質の長手方向の径をすべて測定し、その平均値をAとした。次に基板中央部に位置する電極間(1本、重なり合った長さ3.5mmの部分)のZ軸方向から見た導電粒子の長手方向の径をすべて測定し、その平均値をaとした。得られたAの値をaの値で除して導電性粒子のつぶれ具合(倍)を求めた。
(導電粒子の最大粒径の評価)
上記密着強度の測定で引きはがしたリジッド基板を電子顕微鏡(日本電子社(JEOL)製JSM−5610LV)で観察し、基板中央部に位置する電極間(1本、重なり合った長さ3.5mmの部分)のZ軸方向から見た導電粒子の長手方向の径をすべて測定し、その中から最大の径を最大粒径とした。
上記密着強度の測定で引きはがしたリジッド基板を電子顕微鏡(日本電子社(JEOL)製JSM−5610LV)で観察し、基板中央部に位置する電極間(1本、重なり合った長さ3.5mmの部分)のZ軸方向から見た導電粒子の長手方向の径をすべて測定し、その中から最大の径を最大粒径とした。
(電気的接続箇所の接着剤層膜厚の評価)
密着強度の評価と同様の方法で作製した試験片を切断し、その断面をデジタルマイクロスコープ(キーエンス社製VHX−5000)で観察し、電気的接続箇所の接着剤層膜厚を測定した。
密着強度の評価と同様の方法で作製した試験片を切断し、その断面をデジタルマイクロスコープ(キーエンス社製VHX−5000)で観察し、電気的接続箇所の接着剤層膜厚を測定した。
(温度サイクル試験)
上記導通抵抗と同じ方法で試験片を作成した。試験片を楠本化成社製WINTECH NT1531Wを用いて−40℃キープ時間1分、125℃キープ時間1分の条件で1000サイクル経過した試験片の導通抵抗を測定し初期値との変化率(%)を算出し、変化率が0〜2%のものを○、2%超〜10%を△、10%超を×と評価した。
上記導通抵抗と同じ方法で試験片を作成した。試験片を楠本化成社製WINTECH NT1531Wを用いて−40℃キープ時間1分、125℃キープ時間1分の条件で1000サイクル経過した試験片の導通抵抗を測定し初期値との変化率(%)を算出し、変化率が0〜2%のものを○、2%超〜10%を△、10%超を×と評価した。
上記表中に示すように、本発明の接続構造体は、導電性を維持しつつ、耐電圧性に優れることがわかる。
1 接続構造体
2 接着剤層
3 第1の電極
4 第2の電極
5 導電物質
6 導電粒子
7 第1の電極の支持部材
8 第2の電極の支持部材
2 接着剤層
3 第1の電極
4 第2の電極
5 導電物質
6 導電粒子
7 第1の電極の支持部材
8 第2の電極の支持部材
Claims (8)
- 第1の電極を有する部材と第2の電極を有する部材とが導電粒子を0.01〜4.0体積%の濃度で含む接着剤層中の導電粒子からなる導電物質を介して電気的に接続している異方導電性の接続構造体であって、前記第1の電極と前記第2の電極との電気的接続箇所の接着剤層の膜厚が、前記導電粒子の最大粒子径の2分の1未満であり、かつ、非電気的接続箇所の接着剤層の膜厚が、前記導電粒子の最大粒子径以上であることを特徴とする接続構造体。
- 第1の電極を有する部材と第2の電極を有する部材とが導電粒子を0.01〜4.0体積%の濃度で含む接着剤層中の導電粒子からなる導電物質を介して電気的に接続している異方導電性の接続構造体であって、前記第1の電極と前記第2の電極との電気的接続箇所の電気的に接続する方向から見た前記導電物質の長手方向の径が、非電気的接続箇所の接着剤層中の前記導電粒子の長手方向の径の2倍以上であることを特徴する接続構造体。
- 前記導電物質が、電気的接続方向に加圧変形されていることを特徴とする請求項1または2記載の接続構造体。
- 前記導電粒子または前記導電物質が、熱溶融性であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の接続構造体。
- 前記接続箇所が2MPa以下の圧力で圧着されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の接続構造体。
- プリント配線板同士を電気的に接続していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の接続構造体。
- 前記プリント配線板の少なくとも一方がフレキシブルプリント配線板であることを特徴とする請求項6記載の接続構造体。
- 請求項1〜7のいずれか一項記載の接続構造体を有する電子部品。
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