JP3420809B2 - 導電性粒子およびこれを用いた異方導電接着剤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電性粒子およびこれを
用いた異方導電接着剤、特には２つの回路基板間の端子
間に載置し、これらの回路基板を接着するとともにその
両端子間を電気的に接続するために用いられる導電性粒
子およびこれを用いた異方導電接着剤に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】導電性粒子は各種用途、例えば２つの回
路基板間に電気的導通を与えるため、絶縁性接着剤中に
導電性粒子を分散した異方導電接着剤に用いることが知
られている。この導電性粒子としてはファーネスブラッ
ク、チャンネルブラック、アセチレンブラックなどのカ
ーボンブラックやグラファイトなどのカーボン粒子、
金、銀、銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属粒子、
表面を金属でメッキした有機高分子物質粒子などが例示
される。

【０００３】しかして、この導電性粒子はあまり低抵抗
を必要としない箇所にはカーボン粒子が、低抵抗が必要
とされる箇所には金属粒子が使用されているが、これら
の粒子は硬度が大きいために熱圧着時の加熱、加圧によ
る絶縁性接着剤の物性の変移量に容易に追従できず、接
続後の種々の使用環境下において絶縁性接着剤の残存応
力を受けて微視的に動き、部分的な導通不良、高抵抗値
化などを生じさせるので、電気的接続の信頼性に重大な
影響を及ぼしている。したがって、これについては低硬
度の有機高分子粒子を核とし、その表面に金属メッキを
施した導電性粒子を使用するということも行なわれてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このものは容
易に変形するために、使用環境下での絶縁性接着剤の微
視的な動きを吸収して導通不良、高抵抗値化を防ぐけれ
ども、熱圧着された状態で回路基板と面接触すると、回
路基板上の接触端子との接触圧力が点接触する高硬度の
ものを用いたものよりも低くなり、より苛酷な使用環境
下においては接触圧力の減少により電気的接続の信頼性
が不安定になるという問題点がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題点を解決した導電性粒子およびこれを用いた異
方導電接着剤に関するものであり、この導電性粒子は粒
径の大きい金属粒子（Ａ）と粒径の小さい有機高分子物
質粒子（Ｂ）からなり、これらの粒子の粒径の比率が
（Ａ／Ｂ）＝（１０／１）〜（１００／１）であり、か
つＡの表面にＢが固着され、少なくともＢの表面に固着
前および／または固着後に金属メッキが施されてなるこ
とを特徴とするものであり、この異方導電接着剤はこの
導電性粒子を絶縁性接着剤中に分散させてなることを特
徴とするものである。

【０００６】すなわち、本発明は種々の使用環境下にお
いても、絶縁性接着剤などのマトリックス中に導電性粒
子を分散配合したときに、この残存応力による微視的な
動きを吸収することができると共に、異方導電接着剤と
して用いた場合に接続端子と導電性粒子とが点接触する
ことにより接触圧力を高い状態に保つことができ、電気
的信頼性を大きく向上することのできる異方導電接着剤
を開発すべく種々検討した結果、この導電性粒子を粒径
の大きい金属粒子（Ａ）と粒径の小さい有機高分子物質
粒子（Ｂ）からなるものとし、これらの粒子の粒径の比
率が（Ａ／Ｂ）＝（１０／１）〜（１００／１）のもの
とし、このＡの表面にＢを固着したものとしたところ、
絶縁性接着剤の残存応力による微視的な動きが吸収さ
れ、接触点の面積を小さくすることで接触圧力が増大さ
れるので、導電性粒子の接触状態に起因して、接触圧力
が高いほど電気的接続の信頼性が向上することを見出
し、この粒径の大きいＡと粒径の小さいＢとの固着の構
造およびこの材料などについて種々検討して本発明を完
成させた。以下にこれをさらに詳述する。

【０００７】

【作用】本発明は導電性粒子およびこれを用いた異方導
電接着剤に関するもので、この導電性粒子は粒径の大き
い金属粒子（Ａ）と粒径の小さい有機高分子物質粒子
（Ｂ）からなり、これらの粒子の粒径の比率が（Ａ／
Ｂ）＝（１０／１）〜（１００／１）であり、かつＡの
表面にＢが固着され、少なくともＢの表面に固着前およ
び／または固着後に金属メッキが施されてなることを特
徴とするものであり、この異方導電接着剤はこの導電性
粒子を絶縁性接着剤中に分散させてなることを特徴とす
るものであるが、このものには種々の使用環境下での絶
縁性接着剤の微視的な動きが吸収されるので導通不良、
高抵抗値化が防止される。さらに、接続端子と導電性粒
子との点接触で接触圧力は高い状態が保たれるので、電
気的接続の信頼性が高いものになるという有利性が与え
られる。

【０００８】本発明の導電性粒子を構成する粒子は、粒
径の大きい金属粒子と粒径の小さい有機高分子物質粒子
とされる。この粒径の小さい有機高分子物質粒子はこれ
に長期にわたる信頼性、高温、高湿、低温などの各種環
境下における安定性が望ましいものとされることから、
化学的、熱的に安定なものとすることがよく、したがっ
て溶融点が８０℃以上、好ましくは１２０℃以上で、脆
化温度が−４０℃以下の樹脂、プラスチック、ゴムなど
から作られたものとすることが好ましい。

【０００９】なお、この有機高分子物質粒子はポリスチ
レン系、ポリイミド系、ポリアクリル系、ポリウレタン
系、ポリアミド系、フェノール系、エポキシ系、ポリオ
レフィン系、ポリビニル系などの樹脂、またはこれらの
共重合体、およびこれらのエラストマー樹脂や、イソプ
レン系、ブタジエン系などの合成ゴム、天然ゴムなどで
作られたものとすればよいが、これは弾性率、成形性な
どの点から、ポリウレタン系、ポリアミド系、フェノー
ル系の樹脂粒子が好ましいものとされる。また、この導
電性粒子としての粒径の大きい金属粒子としては、金、
銀、プラチナなどの貴金属、パラジウム、ニッケル、銅
などの金属類さらにはこれらの合金類（例えばリン青
銅）などが例示される。

【００１０】本発明の導電性粒子は粒径の異なる、粒径
の大きい金属粒子（Ａ）と粒径の小さい有機高分子物質
粒子（Ｂ）とからなるものとされるが、この粒径の大き
いもの（Ａ）と小さいもの（Ｂ）との粒径の比率（Ａ／
Ｂ）は、これが（１０／１）未満では小なる粒子が有機
高分子物質粒子であるため接触状態が面接触に近くな
り、導電性の信頼性に対する効果が薄くなりやすく、他
方、これが（１００／１）より大きいと、小さい粒子が
種々の環境下で接着剤などのマトリックスの微視的な動
きに追従できなくなり、導電性の信頼性が低下するの
で、（１０／１）以上（１００／１）以下とすることが
必要とされる。この粒径の大きい粒子は粒径が５〜５０
μｍのものとし、粒径の小さい粒子は粒径が０．０１〜
５μｍ程度のものとするのがよい。

【００１１】本発明の導電性粒子はこの粒径の異なる大
小２種の粒子を使用し、固着させるのであるが、これは
粒径の大きい粒子の表面周囲に粒径の小さい粒子を圧
力、衝撃、熱などの物理的外力による公知の装置によっ
て固着させればよい。なお、この固着前または固着後に
粒径の小さい粒子の表面に金属メッキが施される。これ
はその表面に金、銀、銅、パラジウム、ニッケルなどの
従来、金属メッキに用いられている金属の１種または２
種以上を単層または複層でメッキしたものとすればよい
が、好ましくはその最上層を金やパラジウムなどの変質
を起こしづらい金属としたものとすることがよい。

【００１２】なお、この粒径の大きい粒子の表面周囲に
粒径の小さい粒子を固着させた導電性粒子については、
例えば図１（ａ）に示したように粒径の大きい金属粒子
１の表面に粒径の小さい有機高分子物質粒子２を多数固
着し、その表面に金属メッキ３を施したもの、さらには
図１（ｂ）に示したように粒径が大きい金属粒子１の表
面に、粒径が小さく、かつその表面に金属メッキ４が施
された有機高分子物質粒子２が固着されたものが好まし
く例示される。すなわち、本発明の導電性粒子はこれを
構成する粒子の材質、粒径の大小、メッキを施す時期
（固着前後）の条件により表１の通りになるが、これら
のうちでは図示した態様のものがより好ましい。なお、
本発明の導電性粒子は導電性付与剤として単独に用いた
り、または各種プラスチック、ゴムに添加される。

【００１３】

【表１】

【００１４】他方、異方導電接着剤を構成する絶縁性接
着剤は公知のものでよく、これは加熱によって接着性を
示すものであれば熱可塑性、熱硬化性のいずれでもよい
が、これはエチレン−酢酸ビニル共重合体、カルボキシ
ル変性エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−イソ
ブチルアクリレート共重合体、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルエーテル、
ポリビニルブチラール、ポリウレタン、スチレン−ブチ
レン−スチレン（ＳＢＳ）共重合体、カルボキシル変性
ＳＢＳ共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン（Ｓ
ＩＳ）共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチ
レン（ＳＥＢＳ）共重合体、マレイン酸変性ＳＥＢＳ共
重合体、ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム（Ｃ
Ｒ）、カルボキシル変性ＣＲ、スチレンーブタジエンゴ
ム、イソブチレン−イソプレン共重合体、アクリロニト
リル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、カルボキシル変性Ｎ
ＢＲ、エポキシ樹脂、シリコーンゴム（ＳＲ）などから
選ばれる１種または２種以上の組合せにより得られるも
のを主剤として調製されたものとすればよい。

【００１５】しかし、この絶縁性接着剤には上記した主
剤に粘着付与剤としてのロジン、ロジン誘導体、テルペ
ン樹脂、テルペン−フェノール共重合体、石油樹脂、ク
マロン−インデン樹脂、スチレン系樹脂、イソプレン系
樹脂、アルキルフェノール樹脂、フェノール樹脂などの
１種または２種以上、および反応性助剤、架橋剤として
のフェノール樹脂、ポリオール類、イソシアネート類、
メラミン樹脂、尿素樹脂、ウロトロピン類、アミン類、
酸無水物、過酸化物、金属酸化物、トリフルオロ酢酸ク
ロム塩などの有機金属塩、チタン、ジルコニア、アルミ
ニウムなどのアルコキシド、ジブチルすずジオキサイド
などの有機金属化合物、２，２−ジエトキシアセトフェ
ノン、ベンジルなどの光開始剤、アミン類、リン化合
物、塩素化合物などの増感剤などを添加することは任意
とされるし、これにはまた硬化剤、加硫剤、劣化防止
剤、耐熱添加剤、熱伝導向上剤、軟化剤、着色剤、各種
カップリング剤、金属不活性剤などを適宜添加してもよ
い。

【００１６】なお、本発明の異方導電接着剤は接着、粘
着成分が常温、無溶剤で固形状態あるいは高粘度液状の
場合には、これを適当な溶剤に溶解して印刷、コーティ
ング、スプレーなどの公知の方法で接続すべき電極上に
直接塗布し、塗膜を形成して使用すればよいが、これは
セパレーター上に形成したのち所望の寸法にカットし、
これを接続電極上に転写して用いたり、また接着剤成分
が液状である場合には接続作業時にこれを接続電極上に
塗布して用いることもできる。

【００１７】本発明の異方導電接着剤は前記した絶縁性
接着剤中に上記した導電性粒子を常法にしたがって分
散、好ましくは均一に分散することによって得られる
が、この導電性粒子の配合量は、絶縁性接着剤に対する
導電性粒子の配合量が多くなり過ぎるとこれが平面方向
に連なって異方導電性を失いやすく、これが少なすぎる
と接続すべき電極上に導電性粒子が少なくなって接続不
良をきたしやすく、断線、高抵抗値化を招きやすいの
で、通常は絶縁性接着剤１００容量部に対して０．１〜
３０容量部、好ましくは１〜１５容量部とされる。

【００１８】このようにして得られた本発明の異方導電
接着剤は図２に示したように、導電性粒子５を絶縁性接
着剤６の中に分散させた本発明の異方導電接着剤７を、
例えばＩＴＯガラス基板８とフレキシブルプリント回路
基板（ＦＰＣ）９との間に設けることによって使用され
る。このものは一般に２つの相対抗する電子、電気回路
基板上の電極群間に介在させ、一方の電子、電気回路基
板上方から加圧し、同時に加熱、あるいは光、電子線を
照射して接着剤を活性化させ、２つの回路基板を異方導
電接着剤で固定し、相対抗する電極群を導電性粒子を介
して電気的に接続するのであるが、この回路基板として
は具体的に表示パネルなどのガラス、ＬＳＩチップなど
の金属、金属酸化物、あるいはポリイミド、ポリエステ
ル樹脂などをベースとしたフレキシブルプリント回路基
板などとされる。

【００１９】しかし、これらの表面には−ＯＨ、−ＣＯ
ＯＨ、−Ｃ＝Ｏ、−ＣＯＯＣＨ₃ などの極性基が備えら
れているために、絶縁性接着剤にはこれに相当した官能
基をもつことが望ましく、その溶解度パラメーターとし
ては８．５以上、特には９．０以上のものが好ましい。
この溶解度パラメーターの調整に際してはアクリル樹
脂、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、酢酸ビニル樹脂
などを主剤とする接着剤、粘着剤ではベースポリマーが
高い溶解度パラメーターをもっているのでこのままでよ
いが、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリスチレ
ンなどのように低い溶解度パラメーターをもつ樹脂を主
剤としたものの場合には前述したフェノール系などの粘
着付与剤を加えて極性を相応させることがよい。

【００２０】

【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげるが、
例中における実験結果は、実施例および比較例で得られ
たフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ）を面積抵抗
率３０ΩのＩＴＯと１４０℃、３０ｋｇ、１２秒の条件
でヒートシールし、−４０℃、３０分〜８５℃、３０分
を１サイクルとしてＦＰＣの隣接電極間の抵抗値測定を
行なうと共に、この熱衝撃試験１，０００時間の抵抗値
測定結果を示したものである。なお、実施例中の大きい
粒子と小さい粒子との混合機中に投入した比率は１０
０：７０重量部である。

【００２１】実施例１ 平均粒径が１５μｍのニッケル粒子の表面に、平均粒径
が１．２μｍのフェノール樹脂粒子を、粉体衝撃装置・
ハイブリダイゼーションシステムＮＨＳ−Ｏ［（株）奈
良機械製作所製］を用いて処理時間２分、温度５０℃、
円盤回転数６，５００回／分の条件で固着して得られた
粒子表面にニッケルメッキを施し、さらにその表面に金
メッキを行なって本発明の導電性粒子を製造した。

【００２２】また、クロロプレンゴム（ＣＲ）１００重
量部、飽和ポリエステル樹脂１０重量部、アルキルフェ
ノール系粘着付与剤４５重量部、テルペンフェノール系
粘着付与剤１５重量部、ＭｇＯ５重量部およびＺｎＯ４
重量部を混合し、これをトルエンに溶解して粘着剤３０
重量％の絶縁性接着剤を製造し、この接着剤１００容量
部に対して上記の導電性粒子１０容量部を加えて本発明
の異方導電接着剤を製造した。

【００２３】ついで厚さが２５μｍのポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）フィルム上に、銀ペーストで
０．３ｍｍピッチの回路を形成したフレキシブルプリン
ト回路基板（ＦＰＣ）上に、乾燥後の膜厚が１４μｍと
なるように上記の異方導電接着剤層を設けて異方導電接
着剤付きＦＰＣを作り、このものの抵抗値を測定したと
ころ、後記した表２に示したとおりの結果が得られた。

【００２４】実施例２ 平均粒径が１５μｍであるニッケル粒子の表面に、平均
粒径が１．２μｍであるフェノール樹脂粒子の表面にニ
ッケルメッキ、またさらにその表面に金メッキを施した
粒子を固着し、実施例１と同様にして導電性粒子および
異方導電接着剤層付きＦＰＣを作り、この抵抗値を測定
したところ、後記する表２に示したとおりの結果が得ら
れた。

【００２５】比較例１ 平均粒径が１５μｍであるニッケル粒子のみを導電性粒
子として用いたほかは実施例１と同様にして異方導電接
着剤付きＦＰＣを作り、この抵抗値を測定したところ、
後記する表２に示したとおりの結果が得られた。

【００２６】比較例２ 平均粒径が１５μｍであるフェノール樹脂粒子の表面に
ニッケルメッキ、さらにその表面に金メッキを施した粒
子のみを導電性粒子として、実施例１と同様にして異方
導電接着剤付きＦＰＣを作り、この抵抗値を測定したと
ころ、つぎの表２に示したとおりの結果が得られた。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【発明の効果】本発明は導電性粒子およびこれを用いた
異方導電接着剤に関するものであり、前記したようにこ
の導電性粒子は、粒径の大きい金属粒子（Ａ）と粒径の
小さい有機高分子物質粒子（Ｂ）からなり、これらの粒
子の粒径の比率が（Ａ／Ｂ）＝（１０／１）〜（１００
／１）であり、かつＡの表面にＢが固着され、少なくと
もＢの表面に固着前および／または固着後に金属メッキ
が施されてなることを特徴とするものであり、この異方
導電接着剤はこの導電性粒子を絶縁性接着剤中に分散さ
せてなることを特徴とするものであるが、これを用いれ
ば接触圧を高く保持しつつ、使用環境下での様々な動的
ストレスが緩和されるので、高温、高湿などの厳しい条
件下でも高い信頼性をもつ電子、電気部品が提供される
という有利性が与えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の導電性粒子の態様例
の縦断面図を示したものである。

【図２】本発明の異方導電接着剤の使用の一例を縦断面
図で示したものである。

【符号の説明】

１……金属粒子 ２……有機高分子物質粒子 ３，４……金属メッキ ５……導電性粒子 ６……絶縁性接着剤 ７……異方導電接着剤 ８……ＩＴＯガラス基板 ９……ＦＰＣ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒径の大きい金属粒子（Ａ）と粒径の小
   さい有機高分子物質粒子（Ｂ）からなり、これらの粒子
   の粒径の比率が（Ａ／Ｂ）＝（１０／１）〜（１００／
   １）であり、かつＡの表面にＢが固着され、少なくとも
   Ｂの表面に固着前および／または固着後に金属メッキが
   施されてなることを特徴とする導電性粒子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の導電性粒子を絶縁性接着
   剤中に分散させてなる異方導電接着剤。