JP2021150039A - Conductive composition, electronic apparatus, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、伸縮性を有する導電性組成物および電子機器に関する。 The present invention relates to elastic compositions and electronic devices.
電子機器の用途拡大に伴い、電子機器に伸縮性が要求される場合がある。例えば、生体情報をセンシングする分野では、柔軟な生体にダイレクトに電子機器を貼り付けることや、伸縮する衣服に電子機器を搭載することが求められる。そこで、特許文献1および2は、金属粉と特定の樹脂とを含み、伸縮性に優れる樹脂組成物を提案している。この樹脂組成物は、例えば、基材上に配線パターンを形成するため用いられる。
With the expansion of applications of electronic devices, elasticity may be required for electronic devices. For example, in the field of sensing biological information, it is required to directly attach an electronic device to a flexible living body or to mount an electronic device on stretchable clothes. Therefore,
特許文献1は、導電性金属粉(A)及び樹脂(B)を含有した導電性膜であって、比抵抗が1.0×10−3Ωcm未満であり、少なくとも1方向に元の長さの36%以上伸長可能であり、基材および導電性膜を包持する包持部を設けない自立膜の状態で、元の長さの100%伸長した時の比抵抗増加比が10未満であることを特徴とする導電性膜を提案している。
特許文献2は、ブロック共重合体および官能基含有エラストマーのうちから選ばれる少なくともいずれか1種と、微小粒子が集合し集合粒子を形成している連鎖状銀粉とを含有し、前記連鎖状銀粉のタップ密度が2.0g/cm3以下であることを特徴とする導電性組成物を提案している。
特許文献1、2が提案する樹脂(B)、ブロック共重合体もしくは官能基含有エラストマーでは、配線パターンに必要な柔軟性および靭性を十分に確保することが困難である。
With the resin (B), block copolymer or functional group-containing elastomer proposed in
本発明は、芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂と、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂と、アミン硬化剤と、導電性材料と、を含み、前記導電性材料は、アスペクト比2以上のフィラーを含む、配線パターン用の導電性組成物に関する。 The present invention includes a flexible epoxy resin containing an aromatic ring structure, a dicyclopentadiene type epoxy resin, an amine curing agent, and a conductive material, and the conductive material has an aspect ratio of 2. The present invention relates to a conductive composition for a wiring pattern containing the above fillers.
また、本発明は、伸縮性基材と、前記伸縮性基材の表面に形成された配線パターンと、前記配線パターンに接続された電極を備える回路部材と、を備え、前記配線パターンは、上記導電性組成物の硬化物を含み、前記電極の少なくとも一部は、前記配線パターンに埋没している、電子機器に関する。 The present invention also includes a stretchable base material, a wiring pattern formed on the surface of the stretchable base material, and a circuit member including an electrode connected to the wiring pattern. The wiring pattern is described above. The present invention relates to an electronic device containing a cured product of a conductive composition and having at least a part of the electrodes embedded in the wiring pattern.
さらに、本発明は、上記導電性組成物を準備する工程と、前記導電性組成物を伸縮性基材上に塗布する工程と、塗布された前記導電性組成物と回路部材の電極とが接触するように、前記伸縮性基材に前記回路部材を搭載する工程と、塗布された前記導電性組成物を加熱して、前記導電性組成物の硬化物を含む配線パターンを形成するとともに、前記電極と前記配線パターンとを接続する工程と、を備える、電子機器の製造方法に関する。 Further, in the present invention, the step of preparing the conductive composition, the step of applying the conductive composition on the stretchable base material, and the contact between the applied conductive composition and the electrodes of the circuit member. As described above, the step of mounting the circuit member on the elastic base material and the applied conductive composition are heated to form a wiring pattern including a cured product of the conductive composition. The present invention relates to a method for manufacturing an electronic device, comprising a step of connecting an electrode and the wiring pattern.
本発明によれば、強度、柔軟性および靭性に優れた硬化物を与える導電性組成物が提供される。 According to the present invention, there is provided a conductive composition that provides a cured product having excellent strength, flexibility and toughness.
配線パターン上には、通常、様々な回路部材が実装される。回路部材は電極を備えており、この電極を配線パターンに接続させることにより、回路部材は機能する。回路部材と配線パターンとの接続は、通常、はんだを用いて行われる。一般的には、はんだペーストを基材(基板等)に印刷した後、回路部材を基材に搭載する。最後に、リフロー工程によりはんだを溶融し、再度はんだを固化することで、回路部材の電極と、基板の配線パターンとが電気的に接続される。伸縮性基材を用いる場合、固化したはんだは変形し難いため、基材の伸縮に追随できずに電極から剥離してしまう場合がある。 Various circuit members are usually mounted on the wiring pattern. The circuit member includes electrodes, and by connecting the electrodes to the wiring pattern, the circuit member functions. The connection between the circuit member and the wiring pattern is usually made by using solder. Generally, after printing the solder paste on a base material (board or the like), the circuit member is mounted on the base material. Finally, the solder is melted by the reflow process and the solder is solidified again, so that the electrodes of the circuit member and the wiring pattern of the substrate are electrically connected. When an elastic base material is used, the solidified solder is hard to be deformed, so that it may not be able to follow the expansion and contraction of the base material and may be peeled off from the electrode.
本実施形態では、伸縮性を有する樹脂の原料を含む導電性組成物を用いて、配線パターンの形成とともに、回路部材と配線パターンとの電気的接続を行う。基材が伸張、収縮および/または屈曲する(以下、単に伸縮すると称する。)と、配線パターンは基材に追随して伸縮する。よって、配線パターン自体の断線、基材と配線パターンとの剥離、さらには配線パターンと回路部材との剥離が抑制される。本実施形態は、この導電性組成物およびその硬化物を含む電子機器を包含する。本実施形態に係る導電性組成物は、特にフリップチップ実装技術などの表面実装(SMT:Surface Mount Technology)に好適に用いられる。 In the present embodiment, a conductive composition containing a raw material of a stretchable resin is used to form a wiring pattern and electrically connect the circuit member and the wiring pattern. When the substrate expands, contracts and / or bends (hereinafter, simply referred to as expansion and contraction), the wiring pattern expands and contracts following the substrate. Therefore, disconnection of the wiring pattern itself, peeling of the base material and the wiring pattern, and further peeling of the wiring pattern and the circuit member are suppressed. The present embodiment includes an electronic device containing the conductive composition and a cured product thereof. The conductive composition according to this embodiment is particularly preferably used for surface mount technology (SMT) such as flip chip mounting technology.
[導電性組成物]
本実施形態に係る配線パターン用の導電性組成物は、芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂と、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂と、アミン硬化剤と、導電性材料とを含み、導電性材料は、アスペクト比2以上のフィラー(以下、扁平フィラーとも称する。)を含む。このような導電性組成物は、適度な流動性とタック性とを備える。そのため、導電性組成物は基材に密着しやすく、これを硬化させた硬化物もまた、基材に対して高い密着性を有する。
[Conductive composition]
The conductive composition for the wiring pattern according to the present embodiment includes a flexible epoxy resin containing an aromatic ring structure, a dicyclopentadiene type epoxy resin, an amine curing agent, and a conductive material. The conductive material contains a filler having an aspect ratio of 2 or more (hereinafter, also referred to as a flat filler). Such a conductive composition has appropriate fluidity and tackiness. Therefore, the conductive composition easily adheres to the base material, and the cured product obtained by curing the conductive composition also has high adhesion to the base material.
導電性組成物が加熱されると、可撓性エポキシ樹脂およびジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂がアミン硬化剤と反応し、三次元網目構造を有する硬化物が生成する。可撓性エポキシ樹脂は、柔軟成分を有するとともに芳香族性を有する環構造を含むため、硬化物に柔軟性と靭性を付与する。また、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂は、硬化物に機械的強度と靭性を付与する。また、アミン硬化剤は、硬化物に弾性と靭性を付与する。よって、硬化物は、柔軟性および靭性に優れるとともに優れた強度を有する。例えば、導電性組成物の硬化物のJIS K 6251に準拠した引張試験において、応力の最大点における伸びは3%以上、更には4%以上を達成し得る。 When the conductive composition is heated, the flexible epoxy resin and the dicyclopentadiene type epoxy resin react with the amine curing agent to produce a cured product having a three-dimensional network structure. Since the flexible epoxy resin contains a ring structure having a soft component and an aromatic property, it imparts flexibility and toughness to the cured product. Further, the dicyclopentadiene type epoxy resin imparts mechanical strength and toughness to the cured product. In addition, the amine curing agent imparts elasticity and toughness to the cured product. Therefore, the cured product has excellent flexibility and toughness as well as excellent strength. For example, in a tensile test according to JIS K 6251 of a cured product of a conductive composition, the elongation at the maximum point of stress can be achieved to be 3% or more, and further 4% or more.
さらに、導電性組成物には、扁平フィラーが含まれている。これにより、基材が伸縮する場合にも導電性は確保され、硬化物の電気抵抗は小さく維持される。例えば、硬化物を第1方向に伸張したとき、第1方向において、伸張後の硬化物の電気抵抗値が伸張前の硬化物の電気抵抗値の115%になるときの硬化物の伸張率は、5%以上であり得る。回路部材が硬化物に接合されている場合、硬化物の上記伸長率は4%以上であってよい。 In addition, the conductive composition contains a flat filler. As a result, conductivity is ensured even when the base material expands and contracts, and the electrical resistance of the cured product is kept small. For example, when the cured product is stretched in the first direction, the elongation rate of the cured product when the electrical resistance value of the cured product after stretching becomes 115% of the electrical resistance value of the cured product before stretching in the first direction is It can be 5% or more. When the circuit member is bonded to the cured product, the elongation rate of the cured product may be 4% or more.
さらに、可撓性エポキシ樹脂およびジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂がアミン硬化剤と反応する際、わずかに導電性組成物の体積は収縮する。よって、さらに基材に対する密着性が高まるとともに、硬化物中に分散している導電性材料同士が接触し易くなって、導電性も高まる。なお、エポキシ樹脂として可撓性エポキシ樹脂のみを用いても硬化の際の収縮が小さく、導電性材料同士の接触が十分に確保されにくい。一方、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を併用することで体積の収縮が大きくなり、導電性組成物が十分な導電性を発現するようになる。 Furthermore, when the flexible epoxy resin and the dicyclopentadiene type epoxy resin react with the amine curing agent, the volume of the conductive composition shrinks slightly. Therefore, the adhesion to the base material is further enhanced, and the conductive materials dispersed in the cured product are easily brought into contact with each other, and the conductivity is also enhanced. Even if only the flexible epoxy resin is used as the epoxy resin, the shrinkage during curing is small, and it is difficult to sufficiently secure the contact between the conductive materials. On the other hand, when the dicyclopentadiene type epoxy resin is used in combination, the volume shrinkage becomes large, and the conductive composition exhibits sufficient conductivity.
導電性組成物は流動性とタック性とを有するため、導電性組成物で配線を描画し、その配線上に回路部材を搭載すると、回路部材の電極の少なくとも一部は配線(導電性組成物)中に埋没し、その状態で密着することができる。この状態で導電性組成物を加熱すると、電極の少なくとも一部を埋没させた状態のまま配線パターン(硬化物)が形成される。つまり、配線パターンは、電子機器の配線であるとともに、回路部材と配線とを接着し、電気的に接続する接合材として機能する。 Since the conductive composition has fluidity and tackiness, when the wiring is drawn with the conductive composition and the circuit member is mounted on the wiring, at least a part of the electrodes of the circuit member is wired (conductive composition). ) Can be buried in it and adhere to it in that state. When the conductive composition is heated in this state, a wiring pattern (cured product) is formed with at least a part of the electrodes buried. That is, the wiring pattern is not only the wiring of the electronic device but also functions as a joining material that adheres the circuit member and the wiring and electrically connects them.
上記の通り、本実施形態に係る導電性組成物を用いると、配線パターンの形成とともに、回路部材と配線パターンとの電気的接続が行われるため、工数を削減することが可能となり、電子機器の生産性を向上させることができる。さらに、工数削減による製造コストの低減も期待できる。さらに、導電性組成物を用いて回路部材と配線パターンとの電気的接続を行うことで、リフロー工程、さらには熱圧着工程を省略することができる。したがって、基材として、あまり耐熱性の高くない材料を用いることができる。伸縮性を有する材料の多くは、耐熱性があまり高くない。 As described above, when the conductive composition according to the present embodiment is used, the wiring pattern is formed and the circuit member and the wiring pattern are electrically connected, so that the man-hours can be reduced and the electronic device can be used. Productivity can be improved. Furthermore, it can be expected that the manufacturing cost will be reduced by reducing the man-hours. Further, by electrically connecting the circuit member and the wiring pattern using the conductive composition, the reflow step and the thermocompression bonding step can be omitted. Therefore, as the base material, a material having not so high heat resistance can be used. Many elastic materials do not have very high heat resistance.
A.可撓性エポキシ樹脂
芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂とは、分子内に、芳香族性を有する環構造を含む剛直骨格と、柔軟骨格と、を有するエポキシ樹脂であり、硬化物に柔軟性および靭性を付与する。可撓性エポキシ樹脂が、芳香族性を有する環構造を含む場合、環構造がゴムの架橋点のように作用し、柔軟性および靭性と同時に優れた機械的強度が発揮される。例えば、導電性組成物の硬化物のJIS K 6251に準拠した引張試験において、最大応力が大きく、かつ応力の最大点における伸びが大きくなる。このような導電性組成物の硬化物は、伸縮性基材の伸縮に追随しやすく、かつ回路部材を強固に保持することができる。
A. Flexible Epoxy Resin The flexible epoxy resin containing an aromatic ring structure is an epoxy resin having a rigid skeleton containing an aromatic ring structure and a flexible skeleton in the molecule. Gives the cured product flexibility and toughness. When the flexible epoxy resin contains an aromatic ring structure, the ring structure acts like a cross-linking point of rubber, and exhibits excellent mechanical strength as well as flexibility and toughness. For example, in a tensile test based on JIS K 6251 of a cured product of a conductive composition, the maximum stress is large and the elongation at the maximum point of stress is large. The cured product of such a conductive composition can easily follow the expansion and contraction of the elastic base material and can firmly hold the circuit member.
芳香族性を有する環構造は、特に限定されず、縮合芳香環構造でもよく、ヘテロ環式構造でもよい。芳香族性を有する環構造は、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環、フルオレン環、ピロール環、チオフェン環、ビフェニル環、ビスフェノール構造、カルド構造などの少なくとも1つであればよい。 The ring structure having aromaticity is not particularly limited, and may be a condensed aromatic ring structure or a heterocyclic structure. The ring structure having an aromatic property may be, for example, at least one such as a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a pyrene ring, a fluorene ring, a pyrrole ring, a thiophene ring, a biphenyl ring, a bisphenol structure, and a cardo structure.
可撓性エポキシ樹脂が有する柔軟骨格は、特に限定されないが、例えば、可撓性エポキシ樹脂として、脂肪族変性エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂およびゴム変性エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を用いることができる。脂肪族変性エポキシ樹脂は、柔軟な脂肪族基を有する。ポリエーテル変性エポキシ樹脂は、柔軟なポリオキシアルキレン基等を有する。ウレタン変性エポキシ樹脂は、柔軟なウレタンプレポリマーとエポキシ樹脂とを結合させたものである。ゴム変性エポキシ樹脂は、イソプレン、ブタジエン、スチレン、アクリロニトリルなどを重合させたゴム状の重合体をエポキシ樹脂と結合させたものである。 The flexible skeleton of the flexible epoxy resin is not particularly limited, and for example, the flexible epoxy resin includes a group consisting of an aliphatic modified epoxy resin, a polyether-modified epoxy resin, a urethane-modified epoxy resin, and a rubber-modified epoxy resin. At least one selected can be used. Aliphatic modified epoxy resins have flexible aliphatic groups. The polyether-modified epoxy resin has a flexible polyoxyalkylene group and the like. The urethane-modified epoxy resin is a combination of a flexible urethane prepolymer and an epoxy resin. The rubber-modified epoxy resin is a rubber-like polymer obtained by polymerizing isoprene, butadiene, styrene, acrylonitrile, etc., bonded to the epoxy resin.
中でも、脂肪族変性エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂などは高い柔軟性を有する点で望ましい。例えば、可撓性エポキシ樹脂は、炭素数1〜8(好ましくは3〜7)のアルキレン基および炭素数1〜8(好ましくは3〜7)のポリオキシアルキレン基からなる群より選択される少なくとも1種を有することが望ましい。 Among them, an aliphatic modified epoxy resin, a polyether modified epoxy resin, and the like are desirable because they have high flexibility. For example, the flexible epoxy resin is at least selected from the group consisting of an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms (preferably 3 to 7) and a polyoxyalkylene group having 1 to 8 carbon atoms (preferably 3 to 7). It is desirable to have one.
芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂は、例えば、芳香族性を有する環構造を有するエポキシ樹脂のユニットと柔軟骨格を有するエポキシ樹脂のユニットとを含む共重合体(もしくは重縮合体)であってもよい。芳香族性を有する環構造を有するエポキシ樹脂の中では、例えばビスフェノール型エポキシ樹脂の取り扱いが容易であり、中でもビスフェノールF型エポキシ樹脂は可撓性エポキシ樹脂にビスフェノール構造を導入するのに適している。また、柔軟骨格を有するエポキシ樹脂の中では、例えば脂肪族変性エポキシ樹脂が適しており、中でも炭素数3〜7のアルキレン基を有するアルキレングリコールジエポキシ樹脂などが適している。 The flexible epoxy resin containing an aromatic ring structure is, for example, a copolymer (or polycondensation) containing an epoxy resin unit having an aromatic ring structure and an epoxy resin unit having a flexible skeleton. It may be a body). Among the epoxy resins having an aromatic ring structure, for example, the bisphenol type epoxy resin is easy to handle, and among them, the bisphenol F type epoxy resin is suitable for introducing the bisphenol structure into the flexible epoxy resin. .. Further, among the epoxy resins having a flexible skeleton, for example, an aliphatic modified epoxy resin is suitable, and among them, an alkylene glycol diepoxy resin having an alkylene group having 3 to 7 carbon atoms is suitable.
芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂は、例えば、下記式(1)で示すような構造を有する。式(1)中、Aはアルキレン基であり、XはCR2基を示し、Rはそれぞれ独立に水素原子、メチル基、フェニル基などを示す。 The flexible epoxy resin containing an aromatic ring structure has, for example, a structure represented by the following formula (1). In the formula (1), A is an alkylene group, X represents two CR groups, and R independently represents a hydrogen atom, a methyl group, a phenyl group, or the like.
可撓性エポキシ樹脂のエポキシ当量は、例えば800g/eq以上、1400g/eq以下であってもよい。上記範囲のエポキシ当量を有する可撓性エポキシ樹脂は、柔軟骨格の割合が多く、硬化物が過度に硬くなって脆くなることを抑制するとともに硬化物に柔軟性を付与する。一方、可撓性エポキシ樹脂とジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とを組み合わせることで硬化物の十分な機械的強度も確保される。 The epoxy equivalent of the flexible epoxy resin may be, for example, 800 g / eq or more and 1400 g / eq or less. The flexible epoxy resin having an epoxy equivalent in the above range has a large proportion of the flexible skeleton, suppresses the cured product from becoming excessively hard and brittle, and imparts flexibility to the cured product. On the other hand, by combining the flexible epoxy resin and the dicyclopentadiene type epoxy resin, sufficient mechanical strength of the cured product is also ensured.
可撓性エポキシ樹脂の含有量は、導電性組成物中の不揮発性成分から導電性材料を除いた残部(以下、樹脂成分ともいう。)の、例えば30質量%以上、70質量%以下であってよい。導電性組成物中の不揮発性成分の質量は、調製された導電性組成物から溶媒の質量を引いて算出される。また、乾燥後および硬化後の導電性組成物の質量は、導電性組成物中の不揮発性成分の質量とみなしてよい。なお、溶媒は用いなくてもよい。 The content of the flexible epoxy resin is, for example, 30% by mass or more and 70% by mass or less of the balance (hereinafter, also referred to as a resin component) obtained by removing the conductive material from the non-volatile component in the conductive composition. It's okay. The mass of the non-volatile component in the conductive composition is calculated by subtracting the mass of the solvent from the prepared conductive composition. Further, the mass of the conductive composition after drying and curing may be regarded as the mass of the non-volatile component in the conductive composition. It is not necessary to use a solvent.
B.ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とは、分子内に複数のエポキシ基とジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂をいう。ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂は、嵩高い構造を有することから、硬化物に適度な機械的強度を付与しつつ、優れた靭性を与える。可撓性エポキシ樹脂とジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とが組み合わさることで、硬化物の物性バランスが伸縮性基材に形成する配線パターンに更に適するようになる。
B. Dicyclopentadiene type epoxy resin The dicyclopentadiene type epoxy resin refers to an epoxy resin having a plurality of epoxy groups and a dicyclopentadiene skeleton in the molecule. Since the dicyclopentadiene type epoxy resin has a bulky structure, it imparts excellent toughness while imparting appropriate mechanical strength to the cured product. The combination of the flexible epoxy resin and the dicyclopentadiene type epoxy resin makes the physical characteristic balance of the cured product more suitable for the wiring pattern formed on the stretchable base material.
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂は、例えば、下記式(2)で示すようなノボラック構造を有してもよい。 The dicyclopentadiene type epoxy resin may have, for example, a novolak structure as represented by the following formula (2).
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、例えば150g/eq以上、200g/eq以下であってもよい。上記範囲のエポキシ当量を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂は、粘度が低く、反応性に優れ、かつ導電性組成物の印刷性を向上させ得る点で好ましい。 The epoxy equivalent of the dicyclopentadiene type epoxy resin may be, for example, 150 g / eq or more and 200 g / eq or less. A dicyclopentadiene type epoxy resin having an epoxy equivalent in the above range is preferable because it has a low viscosity, is excellent in reactivity, and can improve the printability of the conductive composition.
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の量は、例えば、可撓性エポキシ樹脂100質量部に対して、30〜110質量部であってもよく、50〜100質量部であってもよい。 The amount of the dicyclopentadiene type epoxy resin may be, for example, 30 to 110 parts by mass or 50 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the flexible epoxy resin.
なお、導電性組成物は、上記エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を少量であれば含有してもよいが、その量は可撓性エポキシ樹脂100質量部に対して10質量部以下であることが望ましい。このような任意成分のエポキシ樹脂として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ポリエーテル型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The conductive composition may contain an epoxy resin other than the above epoxy resin in a small amount, but the amount is preferably 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the flexible epoxy resin. .. Examples of such optional component epoxy resins include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, fluorene type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, and glycidyl. Amine type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, polyether type epoxy resin, novolak type epoxy resin and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
C.アミン硬化剤
アミン硬化剤としては、脂肪族(脂環式を含む)ポリアミン、芳香族ポリアミン等のポリアミン、ヒドラジン類、ジアリルアミン化合物などの不飽和ジアミンなどを用い得る。脂肪族ポリアミンとしては、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジプロピレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ビスヘキサミチレントリアミン、シクロヘキシルアミノプロピルアミン、アミノエチルエタノールアミン、モノヒドロキシエチルジエチレントリアミン、ビスヒドロキシエチルジエチレントリアミン、N−(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、ジエチルアミノプロピルアミン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラスオキサスピロ[5,5]ウンデカン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、N−アミノエチルピペラジンなどが挙げられる。芳香族ポリアミンとしては、フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノアニソール、トルエンジアミン、キシリレンジアミン(例えばメタキシリレンジアミン)、ジアミノジフェニルスルホン(例えば4,4′−ジアミノジフェニルスルホン)、3,3′−ジクロロ−4,4′−ジアミノジフェニルメタン、4,4′−メチレンビス(フェニルアミン)、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル等が挙げられる。中でも機械的強度と靭性に優れる点で、メタキシリレンジアミンが好ましい。
C. Amine curing agent As the amine curing agent, polyamines such as aliphatic (including alicyclic) polyamines and aromatic polyamines, hydrazines, unsaturated diamines such as diallylamine compounds and the like can be used. The aliphatic polyamines include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, dipropylenetriamine, tetraethylenepentamine, dimethylaminopropylamine, bishexamitylenetriamine, cyclohexylaminopropylamine, aminoethylethanolamine, monohydroxyethyldiethylenetriamine, and bis. Hydroxyethyldiethylenetriamine, N- (2-hydroxypropyl) ethylenediamine, hexamethylenediamine, diethyleneglycolbis (3-aminopropyl) ether, diethylaminopropylamine, 3,9-bis (3-aminopropyl) -2,4,8, Examples thereof include 10-tetraspoxaspiro [5,5] undecane, mensendiamine, isophoronediamine, bis (4-amino-3-methylcyclohexyl) methane, N-aminoethylpiperazine and the like. Aromatic polyamines include phenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminoanisole, toluenediamine, xylylenediamine (eg, metaxylylenediamine), diaminodiphenylsulfone (eg, 4,4'-diaminodiphenylsulfone), 3,3'-dichloro. Examples thereof include −4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-methylenebis (phenylamine), 4,4′-diaminodiphenyl ether and the like. Of these, m-xylylenediamine is preferable because it has excellent mechanical strength and toughness.
アミン硬化剤の量は、例えば、可撓性エポキシ樹脂およびジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂の全量100質量部に対して、20〜60質量部であってもよく、25〜40質量部であってもよい。また、可撓性エポキシ樹脂およびジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂の全量が有するエポキシ基(エポキシ当量)に対する、アミン硬化剤が有する活性水素基の当量比(NH基/エポキシ基)は、硬化時間と導電性組成物のポットライフとのバランスを考慮すると、例えば、1以上、2以下がよい。 The amount of the amine curing agent may be 20 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the epoxy resin including the flexible epoxy resin and the dicyclopentadiene type epoxy resin, for example, 25 to 40 parts by mass. It may be. The equivalent ratio of active hydrogen groups (NH group / epoxy group) of the amine curing agent to the epoxy group (epoxy equivalent) of the total amount of the epoxy resin including the flexible epoxy resin and the dicyclopentadiene type epoxy resin is Considering the balance between the curing time and the pot life of the conductive composition, for example, 1 or more and 2 or less are preferable.
D.導電性材料
導電性材料は、扁平フィラーを含む。これにより、硬化物の伸縮時の導電性が確保される。扁平フィラーとしては、フレーク状フィラー、鱗片状フィラーおよび繊維状フィラー(金属ナノワイヤー、金属ナノチューブ等)が例示できる。
D. Conductive material The conductive material contains a flat filler. As a result, the conductivity of the cured product during expansion and contraction is ensured. Examples of the flat filler include flake-like fillers, scaly fillers, and fibrous fillers (metal nanowires, metal nanotubes, etc.).
扁平フィラーのアスペクト比は、3以上であってよく、10以上であってよく、20以上であってよい。フレーク状フィラーおよび鱗片状フィラーのアスペクト比は、厚み方向の最大径の平均長さと、面方向の平均長さとの比である。繊維状フィラーのアスペクト比は、長手方向の平均長さと、短手方向の平均長さとの比である。面方向の平均長さは、その面の面積と同じ面積を有する円の直径とすればよい。その他の平均長さは、10個のフィラーの平均値である。 The aspect ratio of the flat filler may be 3 or more, 10 or more, and 20 or more. The aspect ratio of the flake-like filler and the scaly filler is the ratio of the average length of the maximum diameter in the thickness direction to the average length in the plane direction. The aspect ratio of the fibrous filler is the ratio of the average length in the longitudinal direction to the average length in the lateral direction. The average length in the plane direction may be the diameter of a circle having the same area as the area of the plane. Other average lengths are average values of 10 fillers.
アスペクト比は、乾燥後の導電性組成物あるいはその硬化物(配線パターン)の厚み方向の断面から求めてもよい。例えば、配線パターンの厚み方向の任意の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて倍率100倍以上で撮影する。この画像の観察視野内から任意の複数個(例えば、20個)のフィラーを選択して長径と短径とを測定する。長径は最大径であり、短径は最大径に垂直な方向における最大径である。長径と短径との比が2以上であるフィラーを扁平フィラーとする。このようにして10個の扁平フィラーを選出し、それぞれの長径と短径との比を算出し、これらの平均値を、扁平フィラーのアスペクト比とする。その他のフィラーのアスペクト比も同様にして求められる。 The aspect ratio may be determined from the cross section of the dried conductive composition or its cured product (wiring pattern) in the thickness direction. For example, an arbitrary cross section in the thickness direction of the wiring pattern is photographed with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100 times or more. Arbitrary plurality of (for example, 20) fillers are selected from the observation field of view of this image, and the major axis and the minor axis are measured. The major axis is the maximum diameter, and the minor axis is the maximum diameter in the direction perpendicular to the maximum diameter. A filler having a ratio of a major axis to a minor axis of 2 or more is defined as a flat filler. In this way, 10 flat fillers are selected, the ratio of each major axis to the minor axis is calculated, and the average value of these is used as the aspect ratio of the flat filler. The aspect ratios of other fillers are also obtained in the same manner.
扁平フィラーの平均粒径は、例えば1μm以上、20μm以下であってよく、1μm以上、10μm以下であってよい。扁平フィラーの平均粒径が上記範囲内にあると、硬化物の伸縮時の導電性が確保され易い。 The average particle size of the flat filler may be, for example, 1 μm or more and 20 μm or less, and may be 1 μm or more and 10 μm or less. When the average particle size of the flat filler is within the above range, the conductivity of the cured product during expansion and contraction can be easily ensured.
平均粒径は、体積基準の粒度分布における累積体積50%における粒径(D50。以下同じ。)である。D50は、レーザー回折式の粒度分布測定装置により測定できる。あるいは、平均粒径は、乾燥後の導電性組成物あるいはその硬化物(配線パターン)の厚み方向の断面から求めてもよい。例えば、上記のようにして選出された複数個(例えば、10個)の扁平フィラーについて粒子径を算出し、平均化することにより求めることができる。扁平フィラーの断面の面積と同じ面積を有する円の直径を、その扁平フィラーの粒子径とすればよい。その他のフィラーの平均粒径も同様にして求められる。 The average particle size is the particle size (D50; the same applies hereinafter) at a cumulative volume of 50% in the volume-based particle size distribution. D50 can be measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device. Alternatively, the average particle size may be determined from the cross section of the dried conductive composition or its cured product (wiring pattern) in the thickness direction. For example, it can be obtained by calculating the particle size of a plurality of (for example, 10) flat fillers selected as described above and averaging them. The diameter of a circle having the same area as the cross-sectional area of the flat filler may be defined as the particle size of the flat filler. The average particle size of the other fillers is also determined in the same manner.
導電性材料の含有量は、可撓性エポキシ樹脂およびジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂の全量とアミン硬化剤と導電性材料との合計を100体積%として、例えば30体積%以上、80体積%以下であってよく、50体積%以上、80体積%以下であってよい。導電性材料の含有量が上記範囲であると、電気的接続の信頼性が確保され易くなる。 The content of the conductive material is, for example, 30% by volume or more, 80, where the total amount of the epoxy resin including the flexible epoxy resin and the dicyclopentadiene type epoxy resin and the total of the amine curing agent and the conductive material is 100% by volume. It may be 50% by volume or less, and may be 50% by volume or more and 80% by volume or less. When the content of the conductive material is in the above range, the reliability of the electrical connection can be easily ensured.
導電性材料の含有量(体積割合)は、各エポキシ樹脂、アミン硬化剤および導電性材料のそれぞれの質量に、それぞれの比重を考慮することによって算出できる。導電性材料の含有量は、乾燥後の導電性組成物あるいはその硬化物(配線パターン)の厚み方向の断面から求めてもよい。例えば、上記のようにして得られたSEM画像あるいはTEM画像を、有機成分と導電性材料とにわけて二値化する。二値化された画像の観察視野内において、有機成分および導電性材料が占める面積割合をそれぞれ算出する。これら面積割合を、有機成分および導電性材料の体積割合とみなして、導電性材料の体積割合(含有量)を算出すればよい。 The content (volume ratio) of the conductive material can be calculated by considering the specific gravity of each epoxy resin, amine curing agent and conductive material. The content of the conductive material may be determined from the cross section of the dried conductive composition or its cured product (wiring pattern) in the thickness direction. For example, the SEM image or TEM image obtained as described above is divided into an organic component and a conductive material and binarized. The area ratios occupied by the organic component and the conductive material in the observation field of view of the binarized image are calculated respectively. The volume ratio (content) of the conductive material may be calculated by regarding these area ratios as the volume ratios of the organic component and the conductive material.
扁平フィラーに含まれる元素としては、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、黄銅、モリブデン、タンタル、ニオブ、鉄、白金、錫、クロム、鉛、チタン、マンガン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、カドミウム、オスミウム、イリジウム等が挙げられる。扁平フィラーは、これら元素を合金として含んでいてもよい。これらは、1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いられる。なかでも、導電性の観点から、扁平フィラーは銀を含むことが好ましい。 Elements contained in the flat filler include silver, copper, gold, aluminum, magnesium, tungsten, cobalt, zinc, nickel, brass, molybdenum, tantalum, niobium, iron, platinum, tin, chromium, lead, titanium, manganese, and ruthenium. , Rhodium, palladium, cadmium, osmium, iridium and the like. The flat filler may contain these elements as an alloy. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, from the viewpoint of conductivity, the flat filler preferably contains silver.
導電性組成物は、導電性材料として、さらにアスペクト比が2未満のフィラー(以下、球状フィラーと称する。)を含んでもよい。球状フィラーの平均粒径は特に限定されないが、扁平フィラーの平均粒径より小さくてよい、これにより、扁平フィラー同士の隙間に入り込みやすくなって、硬化物の伸縮時の導電性がより維持され易くなる。球状フィラーの平均粒径は、例えば1μm以上、20μm以下であってよく、1μm以上、10μm以下であってよい。球状フィラーに含まれる元素としては、扁平フィラーと同様のものが挙げられる。 The conductive composition may further contain a filler having an aspect ratio of less than 2 (hereinafter, referred to as a spherical filler) as the conductive material. The average particle size of the spherical filler is not particularly limited, but may be smaller than the average particle size of the flat filler, which makes it easier to enter the gap between the flat fillers and more easily maintains the conductivity of the cured product during expansion and contraction. Become. The average particle size of the spherical filler may be, for example, 1 μm or more and 20 μm or less, and may be 1 μm or more and 10 μm or less. Examples of the element contained in the spherical filler include the same elements as the flat filler.
E.その他
導電性組成物には、さらに、溶媒(溶剤)、触媒、鎖延長剤、バインダ、カップリング剤、導電助剤、無機フィラー、有機フィラー等が添加されてもよい。
E. In addition, a solvent (solvent), a catalyst, a chain extender, a binder, a coupling agent, a conductive auxiliary agent, an inorganic filler, an organic filler and the like may be further added to the conductive composition.
溶媒は、導電性組成物の粘度調製のために適宜使用される。触媒としては、例えば、スズ系触媒、アミン系触媒、有機金属化合物系触媒等が挙げられる。 The solvent is appropriately used for adjusting the viscosity of the conductive composition. Examples of the catalyst include tin-based catalysts, amine-based catalysts, organometallic compound-based catalysts and the like.
導電助剤は特に限定されず、公知のものを使用することができる。導電助剤としては、例えば、導電性高分子、イオン液体、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等が挙げられる。これらは、1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いられる。 The conductive auxiliary agent is not particularly limited, and known ones can be used. Examples of the conductive auxiliary agent include conductive polymers, ionic liquids, carbon black, acetylene black, carbon nanotubes and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
バインダは特に限定されず、公知のものを使用することができる。バインダとしては、伸縮率が高く、不飽和結合を分子内に含まないポリマーが好ましい。具体的には、ウレタン樹脂、ウレタンゴム、アクリル樹脂、アクリルゴム、ブチルゴム、クロロスルフォン化ゴム、フッ素ゴム、シリコーン等が挙げられる。ウレタン樹脂およびウレタンゴムは、溶媒蒸発型であってもよく、熱硬化型であってもよい。これらは、1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いられる。 The binder is not particularly limited, and a known binder can be used. As the binder, a polymer having a high stretch ratio and containing no unsaturated bond in the molecule is preferable. Specific examples thereof include urethane resin, urethane rubber, acrylic resin, acrylic rubber, butyl rubber, chlorosulphonized rubber, fluororubber, and silicone. The urethane resin and urethane rubber may be a solvent evaporation type or a thermosetting type. These may be used alone or in combination of two or more.
[電子機器]
本実施形態に係る電子機器は、伸縮性基材と、伸縮性基材の表面に形成された配線パターンと、配線パターンに接続された電極を備える回路部材と、を備える。配線パターンは、上記の導電性組成物の硬化物を含む。そのため、基材が伸縮する場合、配線パターンは伸縮性基材に追随して変形して、配線パターン自体の断線、基材と硬化物との剥離が抑制される。さらに、電極の少なくとも一部は、伸縮性を有する配線パターンに埋没している。つまり、電極の底面が配線パターンに接触するとともに、側面の少なくとも一部も配線パターンに接触している。そのため、基材が伸縮する場合であっても、硬化物と回路部材との剥離も抑制される。よって、本実施形態に係る電子機器は、フレキシブルおよび/またはストレッチャブルでありながら、高い接続信頼性を有する。
[Electronics]
The electronic device according to the present embodiment includes a stretchable base material, a wiring pattern formed on the surface of the stretchable base material, and a circuit member including electrodes connected to the wiring pattern. The wiring pattern includes a cured product of the above conductive composition. Therefore, when the base material expands and contracts, the wiring pattern deforms following the elastic base material, and the disconnection of the wiring pattern itself and the peeling of the base material and the cured product are suppressed. Further, at least a part of the electrodes is embedded in a stretchable wiring pattern. That is, the bottom surface of the electrode is in contact with the wiring pattern, and at least a part of the side surface is also in contact with the wiring pattern. Therefore, even when the base material expands and contracts, peeling between the cured product and the circuit member is suppressed. Therefore, the electronic device according to the present embodiment has high connection reliability while being flexible and / or stretchable.
電子機器は、電気的な入出力、演算および通信等を行う。本実施形態に係る電子機器は、特に身体に近接あるいは密着させて使用するウェアラブル機器として適している。このようなウェアラブル機器は、例えば、縫製あるいは熱接着により衣服に取り付けられたり、粘着剤で身体に貼り付けて用いられたりする。 Electronic devices perform electrical input / output, calculation, communication, and the like. The electronic device according to the present embodiment is particularly suitable as a wearable device used in close proximity to or in close contact with the body. Such wearable devices are used, for example, by being attached to clothes by sewing or heat bonding, or by being attached to the body with an adhesive.
回路部材と配線パターンとを接着する接合材と、配線パターンとが異なる伸縮性の材料により形成される場合、基材が伸縮することによりそれぞれの材料にかかる応力、および、それぞれの材料に残留する応力が異なる。そのため、電子機器の電気的特性や着用感等が低下し易い。本実施形態に係る電子機器は、配線パターンが接合材としても機能するため、上記のような不具合は生じ難い。 When the bonding material that adheres the circuit member and the wiring pattern and the wiring pattern are formed of different elastic materials, the stress applied to each material due to the expansion and contraction of the base material and the stress remaining on each material remain. The stress is different. Therefore, the electrical characteristics and wearing feeling of the electronic device are likely to deteriorate. In the electronic device according to the present embodiment, since the wiring pattern also functions as a joining material, the above-mentioned problems are unlikely to occur.
図1は、本実施形態に係る電子機器の一部を模式的に示す側面図である。図2は、本実施形態に係る電子機器の要部を模式的に示す側面図である。 FIG. 1 is a side view schematically showing a part of the electronic device according to the present embodiment. FIG. 2 is a side view schematically showing a main part of the electronic device according to the present embodiment.
電子機器100は、伸縮性基材10と、伸縮性基材10の表面に形成された配線パターン20と、配線パターン20に接続された電極31を備える回路部材30と、を備える。配線パターン20は、上記の導電性組成物の硬化物を含む。電極31の少なくとも一部は、配線パターン20に埋没している。すなわち、電極31の底面31aおよび側面31bの少なくとも一部が配線パターン20に接触している。
The
基材は特に限定されない。基材としては、配線板として使用される従来公知のガラス基板、樹脂基板、セラミック基板およびシリコン基板等の他、フレキシブル基板、ストレッチャブル基板等と言われる伸縮性および/または屈曲性を有する基板が挙げられる。本実施形態に係る導電性組成物は、さらに、伸縮および/または屈曲可能な他の基材にも適している。これら伸縮および/または屈曲可能な基材を伸縮性基材と総称する。 The base material is not particularly limited. As the base material, in addition to conventionally known glass substrates, resin substrates, ceramic substrates, silicon substrates and the like used as wiring boards, elastic and / or flexible substrates such as flexible substrates and stretchable substrates can be used. Can be mentioned. The conductive composition according to this embodiment is also suitable for other stretchable and / or flexible substrates. These stretchable and / or flexible base materials are collectively referred to as stretchable base materials.
伸縮性基材の形態としては、例えば、織物、編物および不織布等の繊維構造体、ゴム、樹脂フィルム等が挙げられる。基材の素材は特に限定されない。繊維構造体は、例えば、ポリエステル、ナイロン、アクリル、ウレタン、ポリビニルアルコール等の合成繊維;レーヨン、キュプラ等の再生セルロース繊維;綿、麻、羊毛、絹等の天然繊維;およびこれらの複合繊維を含んでいてよい。ゴムは、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、イソブチレンイソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム等を含んでいてよい。樹脂フィルムは、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンスルホン、ウレタン、シリコーン等などを含んでよい。これらは、1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いられる。 Examples of the form of the stretchable base material include fiber structures such as woven fabrics, knitted fabrics and non-woven fabrics, rubber, resin films and the like. The material of the base material is not particularly limited. The fiber structure includes, for example, synthetic fibers such as polyester, nylon, acrylic, urethane and polyvinyl alcohol; regenerated cellulose fibers such as rayon and cupra; natural fibers such as cotton, linen, wool and silk; and composite fibers thereof. You can go out. The rubber may include styrene butadiene rubber, butadiene rubber, chloroprene rubber, isoprene rubber, isoprene isoprene rubber, ethylene propylene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, silicone rubber, fluororubber, acrylic rubber, urethane rubber and the like. The resin film may contain, for example, polyester, polypropylene, polycarbonate, polyethylene sulfone, urethane, silicone and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
基材がゴムあるいは樹脂フィルムである場合、JIS K 7126またはJIS K 7127に準拠して測定された破断時伸びが3%以上である場合、伸縮性基材であると評価できる。 When the base material is a rubber or resin film, it can be evaluated as a stretchable base material when the elongation at break measured according to JIS K 7126 or JIS K 7127 is 3% or more.
基材が繊維構造体である場合、JIS L 1096の引張強さ及び伸び率A法(ストリップ法)に準拠して測定された伸び率が3%以上である場合、伸縮性基材であると評価できる。 When the base material is a fiber structure, when the tensile strength and elongation rate measured according to the JIS L 1096 A method (strip method) is 3% or more, it is considered to be a stretchable base material. Can be evaluated.
伸縮性基材の厚みは特に限定されず、用途等に応じて適宜設定すればよい。 The thickness of the stretchable base material is not particularly limited, and may be appropriately set according to the intended use.
電子機器は、例えば、以下の方法により製造することができる。
本実施形態に係る電子機器は、(1)芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂と、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂と、アミン硬化剤と、アスペクト比2以上のフィラーを含む導電性材料とを含む導電性組成物を準備する工程(S1)と、(2)導電性組成物を伸縮性基材上に塗布する工程(S2)と、(3)塗布された導電性組成物と回路部材の電極とが接触するように、伸縮性基材に回路部材を搭載する工程(S3)と、塗布された導電性組成物を加熱して、導電性組成物の硬化物を含む配線パターンを形成する工程(S4)と、を備える方法により製造される。図3は、本実施形態に係る電子機器の製造方法を示すフローチャートである。
The electronic device can be manufactured, for example, by the following method.
The electronic device according to the present embodiment is (1) conductive including a flexible epoxy resin containing an aromatic ring structure, a dicyclopentadiene type epoxy resin, an amine curing agent, and a filler having an aspect ratio of 2 or more. A step (S1) of preparing a conductive composition containing a conductive material, (2) a step of applying the conductive composition on a stretchable substrate (S2), and (3) a applied conductive composition. The step (S3) of mounting the circuit member on the elastic base material so that the electrodes of the circuit member come into contact with each other, and the wiring containing the cured product of the conductive composition by heating the applied conductive composition. It is manufactured by a method comprising a step of forming a pattern (S4). FIG. 3 is a flowchart showing a method of manufacturing an electronic device according to the present embodiment.
(1)導電性組成物の準備工程
導電性組成物は、上記の導電性材料、可撓性エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、アミン硬化剤およびその他の添加物を、例えばミキサーなどで混合することによって調製される。
(1) Preparation Step of Conductive Composition In the conductive composition, the above-mentioned conductive material, flexible epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, amine curing agent and other additives are mixed, for example, with a mixer or the like. Prepared by
(2)導電性組成物の塗布工程
導電性組成物を基材に塗布する方法は特に限定されない。塗布方法としては、例えば、アプリケーター、ワイヤーバー、コンマロール、グラビアロール等を用いるコーティング法:スクリーン、平板オフセット、フレキソ、インクジェット、スタンピング、ディスペンサ等を用いる印刷法等が挙げられる。
(2) Coating Step of Conductive Composition The method of applying the conductive composition to the substrate is not particularly limited. Examples of the coating method include a coating method using an applicator, a wire bar, a comma roll, a gravure roll and the like: a printing method using a screen, a flat plate offset, a flexo, an inkjet, a stamping, a dispenser and the like.
導電性組成物の塗布量は特に限定されず、電子機器の用途、導電性材料の平均粒径、搭載される回路部材等に応じて適宜設定すればよい。電極を埋没させ易くするために、電極と接触する部分に、厚めに導電性組成物を塗布してもよい。 The amount of the conductive composition applied is not particularly limited, and may be appropriately set according to the application of the electronic device, the average particle size of the conductive material, the circuit member to be mounted, and the like. In order to facilitate the burial of the electrode, a thick conductive composition may be applied to the portion in contact with the electrode.
(3)回路部材の搭載工程
伸縮性基材に塗布された加熱前の導電性組成物は、流動性およびタック性を有している。そのため、導電性組成物上に回路部材を搭載すると、回路部材の電極の少なくとも一部は導電性組成物中に埋没し、その状態で導電性組成物に密着する。
(3) Mounting Step of Circuit Member The conductive composition before heating applied to the stretchable base material has fluidity and tackiness. Therefore, when the circuit member is mounted on the conductive composition, at least a part of the electrodes of the circuit member is buried in the conductive composition and adheres to the conductive composition in that state.
回路部材は、基材との対向面に外部端子を有するものであれば特に限定されない。回路部材としては、例えば、ICチップ等のベアチップ部品や、インターポーザを具備するパッケージ部品、電子部品モジュール、受動素子などのチップ部品、貫通電極を有する積層半導体等が挙げられる。 The circuit member is not particularly limited as long as it has an external terminal on the surface facing the base material. Examples of circuit members include bare chip components such as IC chips, package components including interposers, electronic component modules, chip components such as passive elements, and laminated semiconductors having through electrodes.
(4)加熱工程
導電性組成物を加熱することにより、各エポキシ樹脂とアミン硬化剤とが反応する。これにより、電極の少なくとも一部を埋没させた状態のままで、配線パターン(硬化物)が形成されるとともに、電極と配線パターンとが接続される。つまり、配線パターンは、電子機器の配線であるとともに、回路部材と配線とを電気的に接続する接合材である。さらに言い換えれば、導電性組成物は、配線形成用の材料であり、かつ、接合用の材料である。そのため、それぞれの材料の相性や互いの物性の違い等を考慮することが省略されるとともに、材料間での剥離等の懸念も解消される。
(4) Heating step By heating the conductive composition, each epoxy resin reacts with the amine curing agent. As a result, a wiring pattern (cured product) is formed while at least a part of the electrode is buried, and the electrode and the wiring pattern are connected to each other. That is, the wiring pattern is not only the wiring of the electronic device but also the joining material that electrically connects the circuit member and the wiring. In other words, the conductive composition is a material for forming wiring and a material for joining. Therefore, it is omitted to consider the compatibility of each material and the difference in physical properties between the materials, and the concern about peeling between the materials is also eliminated.
加熱工程により、配線パターンの形成とともに、回路部材と配線パターンとの電気的接続が行われるため、工数を削減することが可能となり、電子機器の生産性が向上する。さらに、工数削減による製造コストの低減も期待できる。使用する材料も限定されるため、さらに製造コストは低減され得る。 By the heating process, the wiring pattern is formed and the circuit member and the wiring pattern are electrically connected, so that the man-hours can be reduced and the productivity of the electronic device is improved. Furthermore, it can be expected that the manufacturing cost will be reduced by reducing the man-hours. Since the materials used are also limited, the manufacturing cost can be further reduced.
加熱温度は、各エポキシ樹脂とアミン硬化剤との反応温度、基材の融点等に応じて適宜決定される。加熱温度は、例えば、100℃〜150℃であってよく、110℃〜140℃であってよい。加熱時間は特に限定されないが、60分以下であってよく、45分以下であってよく、30分以下であってよい。 The heating temperature is appropriately determined according to the reaction temperature of each epoxy resin and the amine curing agent, the melting point of the base material, and the like. The heating temperature may be, for example, 100 ° C. to 150 ° C., and may be 110 ° C. to 140 ° C. The heating time is not particularly limited, but may be 60 minutes or less, 45 minutes or less, and 30 minutes or less.
[実施例1〜7、比較例1〜3]
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
[Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 to 3]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(i)導電性組成物の準備
表1に示す配合量で各成分を混合し、自転・公転ミキサーにて混練し、ペースト状の実施例1〜7の導電性組成物A1〜A7および比較例1〜3の導電性組成物B1〜B3を調製した。
(I) Preparation of Conductive Composition Each component is mixed in the blending amount shown in Table 1, kneaded with a rotation / revolution mixer, and paste-like conductive compositions A1 to A7 and Comparative Examples of Examples 1 to 7. Conductive compositions B1 to B3 of 1 to 3 were prepared.
実施例1〜7および比較例1〜3で使用した各成分は、以下の通りである。 The components used in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 are as follows.
第1エポキシ樹脂(可撓性エポキシ樹脂):脂肪族変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量約1000、製品名:jERYX7110B80、三菱ケミカル(株)製
第2エポキシ樹脂(ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂):エポキシ当量約165、製品名:EP−4088L、(株)ADEKA製
第3エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂):エポキシ当量約190、製品名:jER828、三菱ケミカル(株)製
硬化剤(アミン硬化剤):ST12(メタキシリレンジアミン)、三菱ケミカル(株)製
導電性材料:フレーク状銀粉、製品名:AgC−2351、平均粒径(D50)6.95μm、福田金属箔粉工業(株)製、アスペクト比:2.2以上
1st epoxy resin (flexible epoxy resin): aliphatic modified bisphenol F type epoxy resin, epoxy equivalent about 1000, product name: jERYX7110B80, 2nd epoxy resin (dicyclopentadiene type epoxy resin) manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd .: Epoxy equivalent about 165, product name: EP-4088L, manufactured by ADEKA Co., Ltd. Third epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin): epoxy equivalent about 190, product name: jER828, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd. Hardener (amine curing) Agent): ST12 (metaxylylene diamine), manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd. Conductive material: flaky silver powder, product name: AgC-2351, average particle size (D50) 6.95 μm, Fukuda Metal Epoxy Co., Ltd. Made, Aspect ratio: 2.2 or more
(ii)電子機器の作製
伸縮性基材(ウレタンフィルム、日本マタイ(株)製、エスマーURS)上に、調製した導電性組成物を図4に示されるパターンで塗布した。
(Ii) Preparation of Electronic Equipment The prepared conductive composition was applied on an elastic base material (urethane film, manufactured by Nihon Matai Co., Ltd., Esmer URS) in the pattern shown in FIG.
導電性組成物は、メッシュスクリーンを用いて印刷により形成した。配線パターン20は、幅0.3mmの4本の第1方向に延びる配線21と、4個の抵抗値測定用の2.0mm×1.0mmサイズの端子部22A〜22Dと、2個の1.0mm×1.25mmサイズのチップ部品実装部23とで構成されている。配線パターン20の第1方向における全長は25mmである。硬化前の導電性組成物の塗膜の2個の実装部23に跨がるように、チップ部品(0Ωのチップ抵抗)30(2125サイズ)を搭載し、チップ部品の2つの電極をそれぞれの実装部23に接触させた。この状態で、120℃で30分間加熱して、配線パターン20を形成するとともに回路部材を実装し、電子機器を得た。
The conductive composition was formed by printing using a mesh screen. The
[評価]
導電性組成物、配線パターンおよび電子機器について、以下の評価を行った。
(1)体積抵抗値
ガラス板上に、調製した導電性組成物を塗布した後、上記の条件で加熱して、ガラス板上に60mm×10mm矩形のフィルム(導電性組成物の硬化物)を形成し、フィルムの長手方向の抵抗値を測定した。測定された抵抗値を用いて、下記式によりフィルムの体積抵抗値(比抵抗値)を算出した。
[evaluation]
The following evaluations were performed on the conductive composition, wiring pattern and electronic device.
(1) Volume resistance value After applying the prepared conductive composition on a glass plate, it is heated under the above conditions to form a 60 mm × 10 mm rectangular film (cured product of the conductive composition) on the glass plate. It was formed and the resistance value in the longitudinal direction of the film was measured. Using the measured resistance value, the volume resistivity value (specific resistance value) of the film was calculated by the following formula.
体積抵抗値R=(抵抗値×フィルムの膜厚×フィルムの短手方向の長さ/フィルムの長手方向の長さ)×100 Volume resistance value R = (resistance value x film thickness x length in the lateral direction of the film / length in the longitudinal direction of the film) x 100
抵抗値の測定は、JIS K 7194に準じた4端子法により行った。測定温度は25℃であり、抵抗値の温度による補正は省略した。以下の抵抗値も同様にして測定した。 The resistance value was measured by the 4-terminal method according to JIS K 7194. The measurement temperature was 25 ° C., and the correction of the resistance value by the temperature was omitted. The following resistance values were also measured in the same manner.
体積抵抗値Rは以下の指標で評価した。
◎:1.0mΩ・cm未満
○:1.0〜2.0mΩ・cm
×:2.0mΩ・cmより大きい
The volume resistance value R was evaluated by the following index.
⊚: less than 1.0 mΩ ・ cm ○: 1.0 to 2.0 mΩ ・ cm
×: Larger than 2.0 mΩ · cm
(2)機械的特性
シリコーンシート上にダンベル型の印刷マスクを用いて導電性組成物を塗布し、120℃で30分間加熱して、JIS K 6251に準拠したダンベル状6号形の試験片を作製し、引張試験を行った。試験装置には、株式会社エー・アンド・デイのテンシロン万能材料試験機RTCシリーズを用いた。最大応力と、最大点における伸び(歪み)を測定した。
(2) Mechanical properties A conductive composition is applied onto a silicone sheet using a dumbbell-shaped printing mask, and heated at 120 ° C. for 30 minutes to obtain a dumbbell-shaped No. 6 test piece conforming to JIS K 6251. It was prepared and subjected to a tensile test. As the test device, A & D Co., Ltd.'s Tensilon universal material tester RTC series was used. The maximum stress and the elongation (strain) at the maximum point were measured.
最大応力は以下の指標で評価した。
◎:4.5N/mm2より大きい
○:3.0〜4.5N/mm2
×:3.0N/mm2より小さい
The maximum stress was evaluated by the following indexes.
⊚: greater than 4.5 N / mm 2 ○: 3.0 to 4.5 N / mm 2
×: Less than 3.0 N / mm 2
伸びは以下の指標で評価した。
◎:3.5%より大きい
○:3.0〜3.5%
×:3.0%より小さい
Growth was evaluated using the following indicators.
⊚: greater than 3.5% ○: 3.0 to 3.5%
×: Less than 3.0%
(3)5%伸張時における硬化物の抵抗増加率(ΔRA)
上記(ii)で得られた電子機器の配線パターン20の4つの端子部22A〜22Dにテスターの所定の端子を接続し、初期の抵抗値ER0を上記と同様の4端子法により25℃で測定した。この抵抗値には、チップ抵抗の内部抵抗が加味されている。
(3) Rate of increase in resistance of cured product at 5% elongation (ΔRA)
The predetermined terminals of the tester are connected to the four
次いで、ウレタンフィルムの両端部を挟持して配線パターンを第1方向(図4における左右方向)に伸張し、ウレタンフィルムの伸張率が5%のときの配線パターン間の電気抵抗値ERを25℃で求め、初期の抵抗値ER0からの抵抗値の増加率ΔRAを算出した。このとき、増加率が15%に満たなければ、伸張後の導電性組成物の硬化物の電気抵抗値が伸張前の115%になるときの伸張率は5%以上であるといえる。 Next, both ends of the urethane film are sandwiched and the wiring pattern is stretched in the first direction (left-right direction in FIG. 4), and the electric resistance value ER between the wiring patterns when the stretch ratio of the urethane film is 5% is 25 ° C. The rate of increase ΔRA of the resistance value from the initial resistance value ER 0 was calculated. At this time, if the rate of increase is less than 15%, it can be said that the rate of elongation is 5% or more when the electric resistance value of the cured product of the conductive composition after stretching reaches 115% before stretching.
なお、ウレタンフィルムの伸張率は、配線パターンの伸張率とみなすことができる。 The stretch rate of the urethane film can be regarded as the stretch rate of the wiring pattern.
ΔRAは以下の指標で評価した。
◎:10%より小さい
○:10〜15%
×:15%より大きい
ΔRA was evaluated by the following indicators.
⊚: less than 10% ○: 10 to 15%
×: Greater than 15%
(4)伸張時における硬化物の抵抗増加率ΔRB
上記(ii)で得られた電子機器の配線パターン20の4つの端子部のうち、2つの端子部22A、22Bにテスターの所定の端子を接続し、初期の抵抗値PR0を2端子法により25℃で測定した。この抵抗値には、チップ抵抗の内部抵抗は加味されない。
(4) Rate of increase in resistance of cured product during stretching ΔRB
Of the four terminal portions of the
次いで、ウレタンフィルムの両端部を挟持して配線パターンを第1方向(図4における左右方向)に伸張し、ウレタンフィルムの伸張率が5%のときの配線パターン間の電気抵抗値PRを25℃で求め、初期の抵抗値PR0からの抵抗値の増加率ΔRBを算出した。このとき、増加率が15%に満たなければ、伸張後の導電性組成物の硬化物の電気抵抗値が伸張前の115%になるときの伸張率は5%以上であるといえる。 Next, both ends of the urethane film are sandwiched and the wiring pattern is stretched in the first direction (left-right direction in FIG. 4), and the electric resistance value PR between the wiring patterns when the stretch ratio of the urethane film is 5% is 25 ° C. The rate of increase ΔRB of the resistance value from the initial resistance value PR 0 was calculated. At this time, if the rate of increase is less than 15%, it can be said that the rate of elongation is 5% or more when the electric resistance value of the cured product of the conductive composition after stretching reaches 115% before stretching.
ΔRBは以下の指標で評価した。
◎:15%より小さい
○:15〜20%
×:20%より大きい
ΔRB was evaluated by the following indexes.
⊚: less than 15% ○: 15-20%
×: Greater than 20%
実施例1〜7で調製した導電性組成物の硬化物は、いずれも初期の抵抗値が低く、抵抗増加率ΔRA、ΔRBの評価も高かった。これは、硬化物を伸張させても、抵抗値が増加し難いことを示している。抵抗増加率ΔRAの評価も高く、伸縮性基材の伸張時にもチップの電気抵抗は小さく維持されている。なお、導電性組成物のタック性も高いことから、チップは硬化物に強固に密着されていることがわかる。抵抗増加率ΔRAを評価する際に作製された電子機器をみると、電極の一部は硬化物に埋没していた。 The cured products of the conductive compositions prepared in Examples 1 to 7 had low initial resistance values and high evaluations of resistance increase rates ΔRA and ΔRB. This indicates that the resistance value is unlikely to increase even if the cured product is stretched. The resistance increase rate ΔRA is also highly evaluated, and the electrical resistance of the chip is kept small even when the stretchable base material is stretched. Since the conductive composition has a high tack property, it can be seen that the chip is firmly adhered to the cured product. Looking at the electronic devices manufactured when evaluating the resistance increase rate ΔRA, a part of the electrodes was buried in the cured product.
導電性組成物がジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を含まない比較例1では、体積抵抗が大きく、伸長時の抵抗増加率も大きかった。これは、導電性組成物の硬化時の収縮が小さく、導電性材料同士の接点が得られにくいためと考えられる。また、導電性組成物が可撓性エポキシ樹脂を含まない比較例2では、引張試験において伸びが非常に小さく、伸長時の抵抗増加率の測定ができなかった。また、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の代わりにビスフェノールA型エポキシ樹脂を用いた比較例3では、伸長時の抵抗増加率が相当に大きくなった。これは、硬化物の機械的強度が不足して配線パターンに微細な破断が生じたことや、配線パターンとチップ部品との密着力の減少によるものと考えられる。 In Comparative Example 1 in which the conductive composition did not contain the dicyclopentadiene type epoxy resin, the volume resistance was large and the rate of increase in resistance during elongation was also large. It is considered that this is because the shrinkage of the conductive composition during curing is small and it is difficult to obtain contact points between the conductive materials. Further, in Comparative Example 2 in which the conductive composition did not contain the flexible epoxy resin, the elongation was very small in the tensile test, and the resistance increase rate at the time of elongation could not be measured. Further, in Comparative Example 3 in which the bisphenol A type epoxy resin was used instead of the dicyclopentadiene type epoxy resin, the resistance increase rate at the time of elongation was considerably increased. It is considered that this is because the mechanical strength of the cured product was insufficient and the wiring pattern was finely broken, and the adhesion between the wiring pattern and the chip component was reduced.
本発明の導電性組成物は、導電性およびタック性を有し、その硬化物は、導電性および伸縮性を有し、柔軟性および靭性に優れている。よって、本発明の導電性組成物は、伸縮性基材を有する電子機器の配線を形成する材料および接合材として、好ましく使用できる。本発明の電子機器は、伸縮性、屈曲性および高い接続信頼性を有するため、ヘルスケア製品、各種ディスプレイ、太陽電池、RFID等の高性能エレクトロニクス分野の製品に好適に用いられる。 The conductive composition of the present invention has conductivity and tackiness, and the cured product thereof has conductivity and elasticity, and is excellent in flexibility and toughness. Therefore, the conductive composition of the present invention can be preferably used as a material and a joining material for forming wiring of an electronic device having a stretchable base material. Since the electronic device of the present invention has elasticity, flexibility, and high connection reliability, it is suitably used for products in the field of high-performance electronics such as healthcare products, various displays, solar cells, and RFID.
100 電子機器
10 伸縮性基材
20 配線パターン(導電性組成物の硬化物)
21 配線
22A〜22D 端子部
23 実装部
30 回路部材(チップ部品)
31 電極
31a 底面
31b 側面
100
21
31
Claims (12)
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂と、
アミン硬化剤と、
導電性材料と、を含み、
前記導電性材料は、アスペクト比2以上のフィラーを含む、配線パターン用の導電性組成物。 Flexible epoxy resin containing an aromatic ring structure,
Dicyclopentadiene type epoxy resin and
Amine hardener and
Including conductive materials,
The conductive material is a conductive composition for a wiring pattern, which contains a filler having an aspect ratio of 2 or more.
前記伸縮性基材の表面に形成された配線パターンと、
前記配線パターンに接続された電極を備える回路部材と、を備え、
前記配線パターンは、請求項1に記載の導電性組成物の硬化物を含み、
前記電極の少なくとも一部は、前記配線パターンに埋没している、電子機器。 With elastic base material
The wiring pattern formed on the surface of the elastic base material and
A circuit member including electrodes connected to the wiring pattern, and
The wiring pattern includes a cured product of the conductive composition according to claim 1.
An electronic device in which at least a part of the electrodes is embedded in the wiring pattern.
前記導電性組成物を伸縮性基材上に塗布する工程と、
塗布された前記導電性組成物と回路部材の電極とが接触するように、前記伸縮性基材に前記回路部材を搭載する工程と、
塗布された前記導電性組成物を加熱して、前記導電性組成物の硬化物を含む配線パターンを形成するとともに、前記電極と前記配線パターンとを接続する工程と、を備える、電子機器の製造方法。 The step of preparing the conductive composition according to claim 1 and
The step of applying the conductive composition on the stretchable base material and
A step of mounting the circuit member on the stretchable base material so that the coated conductive composition and an electrode of the circuit member come into contact with each other.
Manufacture of an electronic device including a step of heating the applied conductive composition to form a wiring pattern containing a cured product of the conductive composition, and connecting the electrode and the wiring pattern. Method.
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