JP2022175801A - 導電粒子、及び導電粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた導通特性が得られる導電粒子、及び導電粒子の製造方法を提供する。【解決手段】導電粒子１０は、多孔質樹脂粒子１１と、多孔質樹脂粒子１１の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子１２とを備える。導電粒子の製造方法は、多孔質樹脂粒子と金属ナノ粒子とをメカノケミカル法により混合し、多孔質樹脂粒子の孔及び内部に金属ナノ粒子を埋め込ませる。これにより、導電粒子１０の圧縮により多孔質樹脂粒子１１内部に導電経路が形成され、優れた導通特性を得ることができる。【選択図】図１
Description
本技術は、樹脂粒子を用いた導電粒子、及び導電粒子の製造方法に関する。
従来、メカノケミカル法により母粒子の表面に小粒子を物理的に衝突させ、母粒子の表面に小粒子で膜を形成する技術がある（例えば、特許文献１、２参照。）。例えば、異方性導電フィルムに使用される導電粒子は、半田や金属粒子を使用すると低抵抗になるが、大きさを均一にすることが難しいため、導通信頼性が安定しないことがある。このため、球状樹脂粒子の表面に金属膜が形成されている導電粒子が用いられることがある。
図７は、従来の樹脂粒子表面に金属膜を形成した導電粒子の加圧前を説明するための断面図であり、図８は、従来の導電粒子を加圧した際の金属膜を説明するための断面図である。図７に示すように、従来法により樹脂粒子１１１表面に金属膜１１２を形成する場合、金属粒子の種類によっては、金属膜１１２を形成することが困難な場合があった。また、金属膜１１２を形成することができても金属膜１１２が脆いことがあり、図８に示すように、第１の電子部品１２０及び第２の電子部品１３０の端子間に導電粒子を挟持した場合、金属膜１１２に割れ１１３が生じたり、金属膜１１２が樹脂粒子１１１から剥がれたりすることがあった。
本技術は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、優れた導通特性が得られる導電粒子、及び導電粒子の製造方法を提供する。
本技術に係る導電粒子は、多孔質樹脂粒子と、前記多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える。
本技術に係る導電粒子の製造方法は、多孔質樹脂粒子と金属ナノ粒子とをメカノケミカル法により混合し、前記多孔質樹脂粒子の孔及び内部に前記金属ナノ粒子を埋め込ませる。
本技術に係る異方性導電材料は、多孔質樹脂粒子と前記多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子と、バインダーとを含有する。
本技術に係る接続構造体は、第１の電子部品の第１の電極と第２の電子部品の第２の電極との間に、多孔質樹脂粒子と多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子が圧縮されてなる。
本技術に係る接続構造体の製造方法は、多孔質樹脂粒子と前記多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子と、バインダーとを含有する異方性導電材料を、第１の電子部品の第１の電極と第２の電子部品の第２の電極との間に介在させ、前記導電粒子の圧縮により、前記第１の電子部品の第１の電極と前記第２の電子部品の第２の電極とを接続させる。
本技術によれば、多孔質樹脂粒子の孔及び内部に金属ナノ粒子を埋め込むことにより、導電粒子の圧縮により多孔質樹脂粒子内部に導電経路が形成され、優れた導通特性を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．導電粒子
２．導電粒子の製造方法
３．異方性導電材料
４．接続構造体、及び接続構造体の製造方法
５．実施例
１．導電粒子
２．導電粒子の製造方法
３．異方性導電材料
４．接続構造体、及び接続構造体の製造方法
５．実施例
＜１．導電粒子＞
図１は、本技術を適用した導電粒子の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、導電粒子１０は、多孔質樹脂粒子１１と、多孔質樹脂粒子１１の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子１２とを備える。これにより、導電粒子１０の圧縮により多孔質樹脂粒子１１内部に導電経路が形成され、優れた導通特性を得ることができる。また、圧縮前には、内部に導電経路が形成されていないため、優れた絶縁特性を得ることができ、また、圧縮による内部のクラックを抑制することができる。
図１は、本技術を適用した導電粒子の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、導電粒子１０は、多孔質樹脂粒子１１と、多孔質樹脂粒子１１の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子１２とを備える。これにより、導電粒子１０の圧縮により多孔質樹脂粒子１１内部に導電経路が形成され、優れた導通特性を得ることができる。また、圧縮前には、内部に導電経路が形成されていないため、優れた絶縁特性を得ることができ、また、圧縮による内部のクラックを抑制することができる。
多孔質樹脂粒子１１内部に導電経路が形成された状態は、例えば、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＴＥＭ／ＥＤＳ）を用いて、圧縮された導電粒子１０の断面を観察することにより確認することができる。
多孔質樹脂粒子１１は、圧縮により内部に導電経路が形成可能であれば、特に限定されるものではない。多孔質樹脂粒子１１の材料としては、例えば、スチレン－ジビニルベンゼン共重合体、ベンゾグアナミン樹脂、架橋ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン－シリカ複合樹脂などが挙げられる。母粒子が樹脂粒子であることにより、粒径のばらつきを抑制することができる。
多孔質樹脂粒子１１における孔の占める割合は、好ましくは１０～７０％、より好ましくは２０～６０％、さらに好ましくは３０～６０％である。孔の占める割合が小さ過ぎる場合、金属ナノ粒子１２による、樹脂粒子内の導電経路が構築されず、導通特性の向上が困難となる。また、孔の占める割合が大き過ぎる場合、樹脂粒子の強度が低くなり、異方性導電材料として圧着した際に樹脂粒子が割れてしまうことがある。
多孔質樹脂粒子１１における孔の占める割合は、多孔質樹脂粒子１１の全体積に占める空間の体積の割合で定義することができ、多孔質樹脂粒子１１の全体積は、粒子の中心から最も遠い点を繋ぎ合わせた球体として計算することができる。また、光学的測定方法として、多孔質樹脂粒子１１の断面を顕微鏡観察し、樹脂面積および視認可能な空隙の面積を決定することにより計算することができる。ランダムな構造を持つ多孔質体では、面積空隙率と体積空隙率とは等しいとみなすことができる。
図２は、多孔質樹脂粒子の一例を模式的に示す断面図である。図２に示すように、多孔質樹脂粒子１１は、内部に複数の孔１１ａを有し、金属ナノ粒子１２を内部に埋め込み可能となっている。
図３は、多孔質樹脂粒子の他の例を模式的に示す側面図である。図２に示すように、多孔質樹脂粒子１１は、外側に向かって延びる針状の突起により孔を形成し、金属ナノ粒子１２を内部に埋め込み可能となっている。
図２及び図３に示す多孔質樹脂粒子１１の構成例によれば、金属ナノ粒子１２を内部に埋め込むことにより、圧縮により多孔質樹脂粒子１１内部に導電経路を形成することができる。すなわち、導電粒子１０は、圧縮により抵抗値を低下させることができる。導電粒子１０の圧縮率は、好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上、さらに好ましくは４０％以上である。導電粒子の圧縮率は、例えば、微小圧縮試験機を用いて、円柱（直径５０μｍ、ダイヤモンド製）の平滑圧子端面で、圧縮速度２．６ｍＮ／秒、及び最大試験荷重１０ｇｆの条件下で導電粒子を圧縮することにより測定することができる。また、接続構造体における導電粒子の圧縮率は、例えば、導電粒子の平均粒径と、第１の電子部品の第１の電極と第２の電子部品の第２の電極との間の距離とに基づいて算出することができる。
また、導電粒子は、多孔質樹脂粒子の中心から最も遠い点を繋ぎ合わせた球体表面に、金属ナノ粒子１２からなる金属膜をさらに備えてもよい。金属膜の厚みは、好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。金属膜は、圧着時に割れることがあるものの、多孔質樹脂粒子１１内部に導電経路されるため、導通特性を維持することができる。
また、導電粒子が金属膜を備えない場合は、導電粒子が端子と端子の間に並んでも絶縁性を確保することできるため、絶縁特性の向上、粒子密度の高密度化、被着体の端子スペースの狭小化などの利点が考えられる。
多孔質樹脂粒子１１の平均粒径は、好ましくは１μｍ～５０μｍ、より好ましくは３μｍ～４０μｍ、さらに好ましくは５μｍ～３０μｍである。多孔質樹脂粒子１１の平均粒径が小さ過ぎる場合、異方性導電フィルム用途においては、異方性導電フィルムで接続する２つの端子を含めた部材の高さバラつきにより、圧着不良が発生することがある。また、メカノケミカル法で導電粒子１０を製造する場合、多孔質樹脂粒子１１が小さいと均一な金属膜形成が困難となる。また、多孔質樹脂粒子１１の平均粒径が大き過ぎる場合、異方性導電フィルム用途においては、異方性導電フィルムの成形が難しく、また絶縁性の確保ができずショートが発生することがある。また、メカノケミカル法で導電粒子１０を製造する場合、多孔質樹脂粒子１１の孔内部まで、金属ナノ粒子１２を入れ込むことが困難となる。なお、平均粒径は、画像型粒度分布計（一例として、ＦＰＩＡ－３０００：マルバーン社製）により測定した値とすることができる。測定個数は１０００個以上、好ましくは２０００個以上であることが好ましい。
金属ナノ粒子１２は、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＩｎ、ＳｎＡｇＣｕからなる群から選択される１種以上であることが好ましい。金属ナノ粒子１２は、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎなどの単組成金属粒子の他、ＳｎＢｉ、ＳｎＩｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの半田粒子を用いることができる。
半田に使用されるＳｎは、低温環境下で著しい強度の低下または微細な結晶粒の粉末となる。これは金属錫が１３℃以下で非金錫へ変態する結果、容積が約２７％増加して亀裂が生じて析出物が粉状になると考えられる。そのため、従来の球状樹脂粒子の表面に半田粒子からなる金属膜が形成された導電粒子では、特に低温環境を含む温度サイクルの信頼性試験においては、クラックが発生しやすい。
本技術では、半田粒子を多孔質樹脂粒子１１の孔内部まで入れ込むことにより、半田粒子が溶融しなくても、圧着した際に孔の空洞が潰れ、孔にある半田粒子が接触して導通経路が形成され、導通特性を向上させることができる。半田粒子を用いた場合、導電粒子１０と電極との接合は共晶組成であることが好ましいが、共晶組成ではなくても導通経路形成による導通特性の向上が期待できる。また、半田粒子は、ＳｎＩｎなどの低融点で柔らかい粒子であってもよい。
金属ナノ粒子１２の平均粒径は、好ましくは１０ｎｍ～１０００ｎｍ、より好ましくは１０ｎｍ～１０００ｎｍ、さらに好ましくは１０ｎｍ～１０００ｎｍである。金属ナノ粒子１２の平均粒径が大き過ぎる場合、多孔質樹脂粒子１１の孔に入り込めず、樹脂粒子内の導電経路を構築することができない。
＜２．導電粒子の製造方法＞
本実施の形態に係る導電粒子の製造方法は、多孔質樹脂粒子と金属ナノ粒子とをメカノケミカル法により混合し、多孔質樹脂粒子の孔及び内部に金属ナノ粒子を埋め込ませる。これにより、導電粒子の圧縮により多孔質樹脂粒子内部に導電経路が形成され、優れた導通特性を得ることができる。
本実施の形態に係る導電粒子の製造方法は、多孔質樹脂粒子と金属ナノ粒子とをメカノケミカル法により混合し、多孔質樹脂粒子の孔及び内部に金属ナノ粒子を埋め込ませる。これにより、導電粒子の圧縮により多孔質樹脂粒子内部に導電経路が形成され、優れた導通特性を得ることができる。
ここで、メカノケミカル法とは、衝撃、圧縮、粉砕、混合、混練などの機械的操作において、物質に加えられる機械的エネルギーにより生じる化学反応を利用するものであり、例えば、高速撹拌型粉体球状化装置、ハイブリダイザーなどを用いた混合法を挙げることができる。
具体的には、カップに、多孔質樹脂粒子及び金属ナノ粒子を測量し、これらを混ぜ合わせ、高速撹拌型粉体球状化装置を使用し、窒素雰囲気化で金属ナノ粒子を多孔質樹脂粒子に衝突させて造粒を行うことにより、導電粒子を作製することができる。攪拌条件は、好ましくは１０００ｒｐｍ以上、より好ましくは１５００ｒｐｍ以上、さらに好ましくは２０００ｒｐｍ以上である。これにより、多孔質樹脂粒子内部まで金属ナノ粒子が入り込むため、優れた導通特性を得ることができる。
＜３．異方性導電材料＞
本実施の形態に係る異方性導電材料は、多孔質樹脂粒子と多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子と、バインダーとを含有する。これにより、導電粒子の圧縮により多孔質樹脂粒子内部に導電経路が形成され、優れた導通特性を得ることができる。導電粒子は、前述の導電粒子と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施の形態に係る異方性導電材料は、多孔質樹脂粒子と多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子と、バインダーとを含有する。これにより、導電粒子の圧縮により多孔質樹脂粒子内部に導電経路が形成され、優れた導通特性を得ることができる。導電粒子は、前述の導電粒子と同様であるため、ここでは説明を省略する。
異方性導電材料の形状は、特に限定されず、フィルム状、ペースト状など用途に応じて適宜選択することができる。異方性導電材料としては、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）などを挙げることができる。
バインダーは、熱可塑型バインダーでも構わないが、熱、光などのエネルギーにより硬化する、例えば、熱硬化型バインダー、光硬化型バインダー、熱・光併用硬化型バインダーなどであることが好ましい。具体例として、膜形成樹脂と、熱硬化性樹脂と、硬化剤とを含有する熱硬化型バインダーを挙げて説明する。熱硬化型バインダーとしては、特に限定されるものではなく、例えば、エポキシ化合物と熱アニオン重合開始剤とを含む熱アニオン重合型樹脂組成物、エポキシ化合物と熱カチオン重合開始剤とを含む熱カチオン重合型樹脂組成物、（メタ）アクリレート化合物と熱ラジカル重合開始剤とを含む熱ラジカル重合型樹脂組成物などが挙げられる。なお、（メタ）アクリレート化合物とは、アクリルモノマー（オリゴマー）、及びメタクリルモノマー（オリゴマー）のいずれも含む意味である。
＜４．接続構造体、及び接続構造体の製造方法＞
本実施の形態に係る接続構造体は、第１の電子部品の第１の電極と第２の電子部品の第２の電極との間に、多孔質樹脂粒子と多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子が圧縮されてなる。
本実施の形態に係る接続構造体は、第１の電子部品の第１の電極と第２の電子部品の第２の電極との間に、多孔質樹脂粒子と多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子が圧縮されてなる。
また、本実施の形態に係る接続構造体の製造方法は、多孔質樹脂粒子と前記多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子と、バインダーとを含有する異方性導電材料を、第１の電子部品の第１の電極と第２の電子部品の第２の電極との間に介在させ、導電粒子の圧縮により、第１の電子部品の第１の電極と第２の電子部品の第２の電極とを接続させる。
これにより、導電粒子の圧縮により多孔質樹脂粒子内部に導電経路が形成され、優れた導通特性を得ることができる。導電粒子及び異方性導電材料は、前述の導電粒子及び異方性導電材料と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図４は、本技術を適用した導電粒子の加圧前の状態を説明するための断面図であり、図５は、本技術を適用した導電粒子の加圧した際の状態を説明するための断面図である。第１の電子部品２０及び第２の電子部品３０は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。第１の電子部品２０としては、例えば、セラミック基板、リジット基板、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）、ガラス基板、プラスチック基板、樹脂多層基板などが挙げられる。また、第２の電子部品３０としては、例えば、セラミック基板、リジット基板、フレキシブル基板、ガラス基板、プラスチック基板、樹脂多層基板、ＩＣ（Integrated Circuit）モジュール、ＩＣチップ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ等が挙げられる。
図４及び図５に示すように、第１の電子部品２０及び第２の電子部品３０の端子間に導電粒子１０を挟持した場合、金属膜に割れ１３が生じたとしても、多孔質樹脂粒子内部に導電経路が形成されるため、優れた導通特性を得ることができる。
＜５．実施例＞
以下、本技術の実施例について説明する。本実施例では、メカノケミカル法により、母粒子と金属ナノ粒子とを混合し、導電粒子を作製した。そして、導電粒子を含有する異方性導電フィルムを作製し、異方性導電フィルムを用いて接続構造体を作製し、導通特性について評価した。なお、本技術は、これらの実施例に限定されるものではない。
以下、本技術の実施例について説明する。本実施例では、メカノケミカル法により、母粒子と金属ナノ粒子とを混合し、導電粒子を作製した。そして、導電粒子を含有する異方性導電フィルムを作製し、異方性導電フィルムを用いて接続構造体を作製し、導通特性について評価した。なお、本技術は、これらの実施例に限定されるものではない。
［異方性導電フィルムの作製］
導電粒子５質量部と、下記成分からなる絶縁性バインダー９５質量部とを遊星式撹拌装置に投入し、１分間撹拌して異方性導電接着組成物を作製した。そして、異方性導電接着組成物を厚み５０μｍのＰＥＴフィルム上に塗布し、８０℃のオーブンで５分間乾燥させ、異方性導電接着組成物からなる粘着層をＰＥＴフィルム上に形成し、幅２．０ｍｍ、厚さ２５μｍの異方性導電フィルムを作製した。
導電粒子５質量部と、下記成分からなる絶縁性バインダー９５質量部とを遊星式撹拌装置に投入し、１分間撹拌して異方性導電接着組成物を作製した。そして、異方性導電接着組成物を厚み５０μｍのＰＥＴフィルム上に塗布し、８０℃のオーブンで５分間乾燥させ、異方性導電接着組成物からなる粘着層をＰＥＴフィルム上に形成し、幅２．０ｍｍ、厚さ２５μｍの異方性導電フィルムを作製した。
絶縁性バインダーは、フェノキシ樹脂（商品名：ＹＰ－５０、新日化エポキシ製造株式会社製）４７質量部、単官能モノマー（商品名：Ｍ－５３００、東亞合成株式会社製）３質量部、ウレタン樹脂（商品名：ＵＲ－１４００、東洋紡績株式会社製）２５質量部、ゴム成分（商品名：ＳＧ８０Ｈ、ナガセケムテックス株式会社製）１５質量部、シランカップリング剤（商品名：Ａ－１８７、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製）２質量部、及び有機過酸化物（商品名：ナイパーＢＷ、日油株式会社製）３質量部を、固形分が５０質量％となるように含有する、酢酸エチルとトルエンとの混合溶液とした。
［接続構造体の作製］
異方性導電フィルムを介して、評価用基板（ガラスエポキシ基板（ＦＲ４）、２００μｍピッチ、ライン：スペース＝１：１、端子厚み１０μｍ、Ｃｕ（下地）／Ｎｉ／Ａｕメッキ）と、ＦＰＣ（ポリイミドフィルム、２００μｍピッチ、ライン：スペース＝１：１、端子厚み１２μｍ、Ｃｕ（下地）／Ｎｉ／Ａｕメッキ）とを熱圧着し、接続構造体を作製した。熱圧着は、ＦＰＣ上の厚み２００μｍのシリコンラバーを介してツールを押し下げ、温度：１５０℃、圧力：２ＭＰａ、時間：１０ｓｅｃの条件で行った。
異方性導電フィルムを介して、評価用基板（ガラスエポキシ基板（ＦＲ４）、２００μｍピッチ、ライン：スペース＝１：１、端子厚み１０μｍ、Ｃｕ（下地）／Ｎｉ／Ａｕメッキ）と、ＦＰＣ（ポリイミドフィルム、２００μｍピッチ、ライン：スペース＝１：１、端子厚み１２μｍ、Ｃｕ（下地）／Ｎｉ／Ａｕメッキ）とを熱圧着し、接続構造体を作製した。熱圧着は、ＦＰＣ上の厚み２００μｍのシリコンラバーを介してツールを押し下げ、温度：１５０℃、圧力：２ＭＰａ、時間：１０ｓｅｃの条件で行った。
［導通特性の評価］
デジタルマルチメータ（横河電機社製）を用いて、４端子法にて電流１ｍＡを流したときの接続構造体の初期の導通抵抗値を測定した。接続構造体の初期の導通抵抗値に応じて下記Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの評価とした。初期の導通抵抗値の評価は、「Ａ」及び「Ｂ」であることが好ましい。
Ａ：５０ｍΩ未満
Ｂ：５０ｍΩ以上７５ｍΩ未満
Ｃ：７５ｍΩ以上１００ｍΩ未満
Ｄ：１００ｍΩ以上
デジタルマルチメータ（横河電機社製）を用いて、４端子法にて電流１ｍＡを流したときの接続構造体の初期の導通抵抗値を測定した。接続構造体の初期の導通抵抗値に応じて下記Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの評価とした。初期の導通抵抗値の評価は、「Ａ」及び「Ｂ」であることが好ましい。
Ａ：５０ｍΩ未満
Ｂ：５０ｍΩ以上７５ｍΩ未満
Ｃ：７５ｍΩ以上１００ｍΩ未満
Ｄ：１００ｍΩ以上
また、温度８５℃、湿度８５％、時間５００ｈの条件の環境試験後の接続構造体の導通抵抗値を測定した。接続構造体の環境試験後の導通抵抗値に応じて下記Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの評価とした。環境試験後の導通抵抗値の評価は、「Ａ」及び「Ｂ」であることが好ましい。
Ａ：７５ｍΩ未満
Ｂ：７５ｍΩ以上１００ｍΩ未満
Ｃ：１００ｍΩ以上１０００Ω未満
Ｄ：１０００ｍΩ以上
Ａ：７５ｍΩ未満
Ｂ：７５ｍΩ以上１００ｍΩ未満
Ｃ：１００ｍΩ以上１０００Ω未満
Ｄ：１０００ｍΩ以上
＜実施例１＞
カップに、平均粒径２０μｍ、粒子全体における孔体積の割合が１０％である多孔質樹脂粒子、及び、平均粒径１００ｎｍのＳｎＢｉナノ粒子を測量し、これらを１分間ウッドバーで混ぜ合わせた。高速撹拌型粉体球状化装置（ＮＳＭ－２００、セイシン企業）を使用し、窒素雰囲気化、２０００ｒｐｍ－１ｍｉｎの条件で、ＳｎＢｉナノ粒子を多孔質樹脂粒子に衝突させて造粒を行い、導電粒子を作製した。そして、この導電粒子を使用して前述のように異方性導電フィルムを作製し、前述のように評価基板を使用して加熱圧着サンプルの接続構造体を作製した。
カップに、平均粒径２０μｍ、粒子全体における孔体積の割合が１０％である多孔質樹脂粒子、及び、平均粒径１００ｎｍのＳｎＢｉナノ粒子を測量し、これらを１分間ウッドバーで混ぜ合わせた。高速撹拌型粉体球状化装置（ＮＳＭ－２００、セイシン企業）を使用し、窒素雰囲気化、２０００ｒｐｍ－１ｍｉｎの条件で、ＳｎＢｉナノ粒子を多孔質樹脂粒子に衝突させて造粒を行い、導電粒子を作製した。そして、この導電粒子を使用して前述のように異方性導電フィルムを作製し、前述のように評価基板を使用して加熱圧着サンプルの接続構造体を作製した。
表１に示すように、接続構造体の初期の導通抵抗値は４０ｍΩを示し、「Ａ」の評価であり、環境試験後の導通抵抗値は６０ｍΩを示し、実施例２－４と比較して、やや高い導通抵抗値が得られ、「Ｂ」の評価であった。また、環境試験後の接続構造体の断面を観察したところ、圧着前と比較して粒子表面に形成された金属膜の厚みは薄くなったものの、粒子の断面で内部にＳｎＢｉの経路が形成されているのが確認された。
＜実施例２＞
粒子全体における孔体積の割合が３０％である多孔質樹脂粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
粒子全体における孔体積の割合が３０％である多孔質樹脂粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
表１に示すように、接続構造体の初期の導通抵抗値は４０ｍΩを示し、「Ａ」の評価であり、環境試験後の導通抵抗値は５０ｍΩを示し、「Ａ」の評価であった。また、環境試験後の接続構造体の断面を観察したところ、圧着前と比較して粒子表面に形成された金属膜の厚みは薄くなったものの、粒子の断面で内部にＳｎＢｉの経路が形成されているのが確認された。
＜実施例３＞
粒子全体における孔体積の割合が５０％である多孔質樹脂粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
粒子全体における孔体積の割合が５０％である多孔質樹脂粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
表１に示すように、接続構造体の初期の導通抵抗値は４０ｍΩを示し、「Ａ」の評価であり、環境試験後の導通抵抗値は５０ｍΩを示し、「Ａ」の評価であった。また、環境試験後の接続構造体の断面を観察したところ、圧着前と比較して粒子表面に形成された金属膜の厚みは薄くなったものの、粒子の断面で内部にＳｎＢｉの経路が形成されているのが確認された。
また、熱圧着の条件（温度：１５０℃、時間：１０ｓｅｃ）において、実施例３における導電粒子が所定の圧縮率になるように加圧し、接続構造体を作製した。そして、デジタルマルチメータ（横河電機社製）を用いて、４端子法にて電流１ｍＡを流したときの接続構造体の初期の導通抵抗値を測定した。
図６は、導電粒子の圧縮率に対する接続構造体の初期の導通抵抗値を示すグラフである。図６に示すように、導電粒子の圧縮率が０～１０％である場合、導通抵抗値は１０００Ω以上であり、導電粒子の圧縮率が２０％である場合、導通抵抗値は８００Ω程度であった。導電粒子の圧縮率が３０～７０％である場合、導通抵抗値は４０Ω程度であった。図６より、導電粒子の圧縮率が３０～７０％である場合、粒子内部に導電経路が形成され、導通抵抗値を低下させることができる、適切な圧着状態と考えられる。なお、導電粒子の圧縮率が８０％以上に到達する熱圧着条件は無く、測定ができなかった。
＜実施例４＞
粒子全体における孔体積の割合が７０％である多孔質樹脂粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
粒子全体における孔体積の割合が７０％である多孔質樹脂粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
表１に示すように、接続構造体の初期の導通抵抗値は４０ｍΩを示し、「Ａ」の評価であり、環境試験後の導通抵抗値は５０ｍΩを示し、「Ａ」の評価であった。また、環境試験後の接続構造体の断面を観察したところ、圧着前と比較して粒子表面に形成された金属膜の厚みは薄くなったものの、粒子の断面で内部にＳｎＢｉの経路が形成されているのが確認された。
＜比較例１＞
多孔質樹脂粒子の代わりに平均粒径２０ｎｍの球状のアクリル樹脂粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
多孔質樹脂粒子の代わりに平均粒径２０ｎｍの球状のアクリル樹脂粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
表１に示すように、接続構造体の初期の導通抵抗値は５０ｍΩを示し、「Ｂ」の評価であり、環境試験後の導通抵抗値は２０００ｍΩを示し、「Ｄ」の評価であった。また、環境試験後の接続構造体の断面を観察したところ、圧着前と比較して粒子に形成された金属膜の割れが確認された。環境試験における導通抵抗値の急激な増加は、金属膜の割れにより金属膜と端子とが接触不良になったことが原因であると考察した。
＜比較例２＞
５００ｒｐｍ－３０ｓｅｃの条件で、ＳｎＢｉナノ粒子を、多孔質樹脂粒子に衝突させて造粒を行った以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
５００ｒｐｍ－３０ｓｅｃの条件で、ＳｎＢｉナノ粒子を、多孔質樹脂粒子に衝突させて造粒を行った以外は、実施例１と同様にして導電粒子を作製し、異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。
表１に示すように、接続構造体の初期の導通抵抗値は５０ｍΩを示し、「Ｂ」の評価であり、環境試験後の導通抵抗値は２０００ｍΩを示し、「Ｄ」の評価であった。また、環境試験後の接続構造体の断面を観察したところ、圧着前と比較して粒子に形成された金属膜の割れが確認された。環境試験における導通抵抗値の急激な増加は、多孔質樹脂粒子内部に導電経路が形成されず、金属膜の割れにより金属膜と端子とが接触不良になったことが原因であると考察した。
＜比較例３＞
予めＮｉメッキされた平均粒径２０μｍの球状の樹脂粒子を使用して異方性導電フィルムを作製した以外は、実施例１と同様にして接続構造体を作製した。
予めＮｉメッキされた平均粒径２０μｍの球状の樹脂粒子を使用して異方性導電フィルムを作製した以外は、実施例１と同様にして接続構造体を作製した。
表１に示すように、接続構造体の初期の導通抵抗値は６０ｍΩを示し、やや高い抵抗値が得られ、評価が「Ｂ」であり、環境試験後の導通抵抗値は１００ｍΩを示し、実施例１－４と比較して、高い導通抵抗値が得られ、評価が「Ｃ」であった。また、環境試験後の接続構造体の断面を観察したところ、Ｎｉメッキの割れが少し確認された。環境試験における導通抵抗値の増加は、Ｎｉメッキの割れにより金属膜と端子とがやや接触不良になったことが原因であると考察した。
＜比較例４＞
平均粒径２０μｍの球状のＳｎＢｉ半田粒子を使用して異方性導電フィルムを作製した以外は、実施例１と同様にして接続構造体を作製した。
平均粒径２０μｍの球状のＳｎＢｉ半田粒子を使用して異方性導電フィルムを作製した以外は、実施例１と同様にして接続構造体を作製した。
表１に示すように、接続構造体の初期の導通抵抗値は３０ｍΩを示し、評価が「Ａ」であり、環境試験後の導通抵抗値は２０００ｍΩを示し、評価が「Ｄ」であった。また、環境試験後の接続構造体の断面を観察したところ、半田粒子の無数の割れが確認された。また、粒子径のバラつきが大きく、粒子が端子間にあって端子に接触していない箇所も確認された。環境試験における導通抵抗値の急激な増加は、半田粒子の割れにより端子との接触が不安定になったことが原因であると考察した。
＜比較例５＞
平均粒径２０μｍの球状のＣｕ粒子を使用して異方性導電フィルムを作製した以外は、実施例１と同様にして接続構造体を作製した。
平均粒径２０μｍの球状のＣｕ粒子を使用して異方性導電フィルムを作製した以外は、実施例１と同様にして接続構造体を作製した。
表１に示すように、接続構造体の初期の導通抵抗値は３０ｍΩを示し、評価が「Ａ」であり、環境試験後の導通抵抗値は１００ｍΩを示し、高い導通抵抗値が得られ、評価が「Ｃ」であった。また、環境試験後の接続構造体の断面を観察したところ、粒子径のバラつきが大きく、粒子が端子間にあって端子に接触していない箇所も確認された。環境試験における導通抵抗値の急激な増加は、粒子と端子との接触が不安定になったことが原因であると考察した。
表１に示すように、粒子全体における孔体積の割合が１０～７０％である多孔質樹脂粒子の孔に金属ナノ粒子を埋め込むことにより、異方性導電フィルムの用途において、従来の金属メッキ樹脂粒子や半田粒子と比較して、初期及び環境試験後の導通抵抗値を改善することができた。これは、多孔質樹脂粒子内部に導電経路が形成されたことが原因であると考察した。
１０ 導電粒子、１１ 多孔質樹脂粒子、１２ 金属ナノ粒子、１３ 割れ、２０ 第１の電子部品、３０ 第２の電子部品、１１０ 導電粒子、１１１ 樹脂粒子、１１２ 金属膜、１１３ 割れ、１２０ 第１の電子部品、１３０ 第２の電子部品
Claims (10)
- 多孔質樹脂粒子と、
前記多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子と
を備える導電粒子。 - 当該導電粒子の圧縮により抵抗値が低下する請求項１記載の導電粒子。
- 当該導電粒子の圧縮率が、３０％以上である請求項２記載の導電粒子。
- 前記多孔質樹脂粒子の粒子径が、１～５０μｍであり、
前記金属ナノ粒子の粒子径が、１０～１０００ｎｍである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電粒子。 - 前記多孔質樹脂粒子における孔の占める割合が、１０～７０％である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導電粒子。
- 前記金属ナノ粒子が、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＩｎ、ＳｎＡｇＣｕからなる群から選択される１種以上である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の導電粒子。
- 多孔質樹脂粒子と金属ナノ粒子とをメカノケミカル法により混合し、前記多孔質樹脂粒子の孔及び内部に前記金属ナノ粒子を埋め込ませる導電粒子の製造方法。
- 多孔質樹脂粒子と前記多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子と、バインダーとを含有する異方性導電材料。
- 第１の電子部品の第１の電極と第２の電子部品の第２の電極との間に、多孔質樹脂粒子と多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子が圧縮されてなる接続構造体。
- 多孔質樹脂粒子と前記多孔質樹脂粒子の孔及び内部に埋め込まれた金属ナノ粒子とを備える導電粒子と、バインダーとを含有する異方性導電材料を、第１の電子部品の第１の電極と第２の電子部品の第２の電極との間に介在させ、前記導電粒子の圧縮により、前記第１の電子部品の第１の電極と前記第２の電子部品の第２の電極とを接続させる接続構造体の製造方法。
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2022
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- 2022-05-10 TW TW111117473A patent/TW202309932A/zh unknown
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| Publication number | Publication date |
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| TW202309932A (zh) | 2023-03-01 |
| WO2022239738A1 (ja) | 2022-11-17 |
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