JP3741841B2

JP3741841B2 - 異方導電性接着剤

Info

Publication number: JP3741841B2
Application number: JP29902997A
Authority: JP
Inventors: 一義吉田
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: JPH11134934A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やＰＤＰ（プラズマディスプレイ）などの表示体同士、あるいはそれらの駆動回路を搭載した回路基板（ＰＣＢ、ＦＰＣ）や回路基板同士との間の電気的接続に利用される、異方導電性接着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から異方導電性接着剤は、ＬＣＤやＰＤＰなどの表示体とＰＣＢ、ＦＰＣとの接続、あるいはＰＣＢ、ＦＰＣ間の接続などに用いられている。この異方導電性接着剤は、絶縁性接着剤中に導電性粒子を分散させたもので、そ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プラスチック粒子などが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかして、これらの導電性粒子の中で、金属粒子やカーボン粒子などのように圧力によって変形しにくいものは、熱圧着時の加熱、加圧による絶縁性接着剤の物性の変位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長期信頼性に重大な悪影響を及ぼしている。従ってこれを解消するため、変形しやすいプラスチック粒子を核として、その表面に金属メッキを施した導電性粒子を使用することが行われている。
【０００４】
しかし、このような導電性粒子は、容易に変形に追随して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、高抵抗値化を防ぐことはできるが、熱圧着された状態では被接続電極と面接触になるため、接触圧力が点接触する高硬度なものを用いたときよりも結果的に抵抗値が高くなり、初期の導通抵抗が設定したものとなりにくく、不安定なものになるという欠点があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、熱圧着後、初期の導通抵抗を低く安定にするとともに、長期にわたって接続信頼性を保つことができる優れた異方導電性接着剤を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、絶縁性接着剤に分散配合させる導電性粒子を、複数の突起を有する高硬度の第１の導電性粒子と、略真球状を有する低硬度の第２の導電性粒子との混合粒子を採用し、これら各粒子の材料、硬度、配合比、粒径などについて研究を進め、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、表面に複数の突起を持ち、且つ１０％圧縮変位強度１０kgf/mm² 以上の第１の導電性粒子と、表面に突起を持たない略真球状を有し、かつ１０％圧縮変位強度が０kgf/mm²を超え５kgf/mm² 以下の第２の導電性粒子との混合粒子を絶縁性接着剤中に分散してなり、前記第１の導電性粒子と第２の導電性粒子の平均粒径の比が、１００：５０ないし２０：１００の範囲内であることを特徴とするものである。
また、本発明は、第１の導電性粒子と第２の導電性粒子との混合割合が、容量比で９５：５ないし５：９５の範囲である異方導電性接着剤が好ましい。
【０００７】
本発明は、第１の導電性粒子として、複数の突起を持つ１０％圧縮変位強度１０kgf/mm² 以上の導電性粒子を用い、この複数の突起が被着体に多点で、且つ高い接触圧力で接触することにより初期の接続安定性を発現し、また第２の導電性粒子として略真球状を有する１０％圧縮変位強度が０kgf/mm² を超え５kgf/mm² 以下の導電性粒子を用いることで、絶縁性接着剤の熱圧着時に蓄積した残存応力による使用環境下での微視的な動きを吸収して長期接続の信頼性が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の異方導電性接着剤について、詳細に説明する。
本発明を構成する第１の導電性粒子としては、表面に複数の突起を持つ金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、ステンレス、真鍮、半田などの金属または合金粒子、タングステンカーバイト、シリカカーバイトなどのセラミック粒子、カーボン粒子、表面に金属メッキした高硬度のプラスチック粒子、セラミック粒子、カーボン粒子などが挙げられる。
これらの中には、製造方法によって複数の突起を持たないものも存在するが、真球状の粒子でも通常用いられている技術、例えばメカノフュージョン法などによって表面に複数の突起を持たせたものとすればよい。
【０００９】
なお、例示した第１の導電性粒子の中では、絶縁性接着剤中に分散剤配合したときの沈降安定性を考慮するとカーボン粒子やプラスチック粒子など絶縁性接着剤マトリックスの比重に近い比重を有する粒子を使用することが望ましい。また、電気絶縁性のものや抵抗値が高いものにあっては、突起の表面にさらに貴金属メッキを施すことにより良好な導電性を持たせることができる。
この貴金属メッキは、通常用いられる方法により、金、銀、銅、パラジウム、ニッケルなどの金属や合金を単層または複層でメッキすればよいが、その際、最外表面は金やパラジウムなどの変質を起こしにくい金属にするのが好ましい。
【００１０】
本発明を構成する第１の導電性粒子は、接触点を増やすために複数の突起を有するものが採用される。この突起が小さすぎたり、少なすぎると、前記したような効果が小さくなるので、導電性粒子の内接球径より０．３μｍ以上、好ましくは１μｍ以上突出した突起を粒子１個当り３個以上、好ましくは４個以上、通常は４〜８個有するものがよい。ここでいう、内接球とは粒子の内部に含まれ得る最大の球をいう。
【００１１】
このような第１の導電性粒子は、複数の突起を持つことに加えて、高硬度であることも重要であって、具体的には、１０％圧縮変位強度が１０kgf/mm² 以上、特には３０kgf/mm² 以上が好ましく、通常は１００kgf/mm² 以下である。
本発明において１０％圧縮変位強度とは、通常使用される微小圧縮試験機（島津製作所：ＭＣＴＭ−５００）などの圧縮試験機を用いた場合の導電性粒子の粒子径が１０％変位したときの強度を示すもので、この値が１０kgf/mm² 未満であると、良好な初期抵抗を得るだけの接触圧力を得ることができない。
このような強度を有する導電性粒子は、上記で例示した材料を用いることにより得られる。
【００１２】
第２の導電性粒子としては、例えばポリアクリル系、ポリスチレン系、フェノール系、ポリウレタン系、ポリイミド系、シリコーン系、ベンゾグアナミン系、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、及びこれらのエラストマー樹脂や、アクリル系、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プラスチック粒子の表面に貴金属メッキを施したものなどが挙げられるが、これらの中で、弾性率、成形性などの点から、ポリスチレン系、ポリウレタン系、ポリイミド系、ポリアクリル系、ポリブタジエン系の樹脂を使用したものが好ましく採用される。
また、前記した貴金属メッキは、第１の導電性粒子と同様に、通常用いられる方法により、金、銀、銅、パラジウム、ニッケルなどの金属を単層または複層でメッキすればよいが、その際表面は金やパラジウムなどの変質を起こしにくい金属、合金にするのが好ましい。
【００１３】
この第２の導電性粒子は、略真球状であるが、この略真球状とは、内接球径と外接球径との半径の比（％）が１３０％以内、好ましくは１２０％以内、より好ましくは１１０％以内の範囲のものをいう。
また、この第２の導電性粒子は、略真球状であることに加えて、低硬度であることも重要であって、具体的には、１０％圧縮変位強度が０kgf/mm² を超え５kgf/mm² 以下、特には０．３kgf/mm² 以上、３kgf/mm² 以下がより好ましく、この範囲が０kgf/mm² であると、変形しすぎて初期抵抗が不安定となり、逆に５kgf/mm² を超えると、接着剤の残存応力に追従できず、長期の接続信頼性が得られない。
【００１４】
これら第１の導電性粒子と第２の導電性粒子との混合割合は容量比で９５：５ないし５：９５の範囲が好ましく、８０：２０ないし２０：８０の範囲がさらに好ましい。第１の導電性粒子が多すぎると長期にわたる接続の信頼性が悪くなり、逆に第２の導電性粒子が多すぎると初期の接続安定性が低下しやすくなる。
【００１５】
また、これら第１の導電性粒子と第２の導電性粒子の平均粒径の比は、１００：５０ないし２０：１００の範囲が好ましく、１００：８０ないし５０：１００の範囲がより好ましい。第１の導電性粒子と第２の導電性粒子との平均粒径がこの範囲外の場合には、小さい方の導電性粒子の作用が小さくなる。すなわち第１の導電性粒子が大きすぎると長期にわたる接続の信頼性が悪くなり、第２の導電性粒子が大きすぎると初期の接続安定性が低下しやすくなる。
【００１６】
第１及び第２の導電性粒子の平均粒径は、接続すべき基板の端子ピッチにもよるが、通常、１〜５０μｍの範囲である。基板の端子ピッチが小さくなるほど小さな平均粒径の導電性粒子を使わなければ接続の信頼性、線間絶縁抵抗を良好にできなくなる。また、各々の導電性粒子の粒子径はできるだけ均一に揃っていることが望ましく、各々のＣＶ値として４０％以下がより好ましい。
なお、ここでいう平均粒径とは市販のコールターカウンター（粒度分布測定器）による測定の重量分布での平均粒径を示し、ＣＶ値は（標準偏差／平均粒径）×１００を示す。
【００１７】
また、本発明の異方導電性接着剤を構成する絶縁性接着剤としては、通常用いられているものでよく、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。具体的には、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（ＳＩＳ）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（ＣＲ）、カルボキシル変性ＣＲ、スチレン−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ＮＢＲ、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種以上の組み合わせにより得られるものを主剤として調製されたものが挙げられる。
【００１８】
この絶縁性接着剤には上記したものに、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；反応性助剤；架橋剤としてのフェノール樹脂、ポリオール樹脂、イソシアネート類、メラミン樹脂、尿素樹脂、ウトロピン類、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、ジブチル錫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、燐化合物、塩素化合物などの増感剤などを添加することは任意であり、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。
【００１９】
本発明の異方導電性接着剤は、前記した絶縁性接着剤中に第１及び第２の導電性粒子を常法にしたがって分散、混合することによって得られるが、この第１及び第２の導電性粒子の合計の配合量は、前記絶縁性接着剤１００容量部に対して、０．０１〜１００容量部、好ましくは０．５〜５０容量部、より好ましくは１〜１０容量部の範囲であり、この配合量が０．０１容量部未満であると導通不良を起こしやすく、逆に１００容量部を超えると絶縁不良を起こしやすいので好ましくない。
【００２０】
なお、この絶縁性接着剤は、接着、粘着成分が常温で固形、あるいは高粘度液体の場合には、これをエステル系、ケトン系、エーテルエステル系、エーテル系、アルコール系、炭化水素系の溶剤、例えば、酢酸エチル、メチルエチルケトン、酢酸ブチルセロソルブ、酢酸エチルカルビトール、ジイソアミルエーテル、シクロヘキサノール、石油スピリット、トルエンなどの溶剤に溶解して溶液とし、これを適宜のコート法、印刷法によって接続すべき電極上の所望の位置に塗布すればよく、またセパレータ上に形成した後、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、あるいは接着、粘着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。
【００２１】
このようにして得られた本発明の異方導電性接着剤は、例えば図１に示したように、複数の突起２を持つ第１の導電性粒子３と略真球状を有する第２の導電性粒子４とを絶縁性接着剤５中に分散させてなる異方導電性接着剤１をＩＴＯガラス基板６とフレキシブルプリント基板７との間に設けることによって使用に供される。
【００２２】
この異方導電性接着剤は、一般に２つの対向する電子、電気回路基板上の電極群間に介在させ、一方の電子・電気回路基板の上方から加圧し、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性接着剤で固定し、対向する電極群を導電性粒子を介して電気的に接続する。
この回路基板としては、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樹脂、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などが使用される。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げる。
（実施例１）
１）絶縁性接着剤溶液の調製
ＮＢＲ１００重量部、固形ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂５０重量部、アルキルフェノール１００重量部、酸化チタン２０重量部に、トルエン３００重量部を加えてこれらを溶解して調製した。
【００２４】
２）第１の導電性粒子の調製
平均粒径１０μｍの球状フェノール樹脂粒子を焼成して平均粒径７μｍのカーボン粒子を作り、このカーボン粒子とタールを自動乳鉢で攪拌してカーボン粒子表面にタールを付着させた後、３０００℃で焼成し、複数の突起を持つ平均粒径８μｍ、ＣＶ値１８％のカーボン粒子を得た。この表面にニッケルメッキを０．１μｍ、さらにその表面に金メッキを０．０２μｍ行って、平均粒径８．１μｍ、高さ０．１〜１μｍの複数の突起を持つ第１の導電性粒子を得た。この導電性粒子の１０％圧縮変位強度は２１kgf/mm² であった。
【００２５】
３）第２の導電性粒子の調製
平均粒径８μｍ、ＣＶ値１０％の球状アクリルゴム粒子の表面にニッケルメッキを０．１μｍ、さらにその表面に金メッキを０．０２μｍ行って、平均粒径８．１μｍで略真球状（１０５％）を有する第２の導電性粒子を得た。この導電性粒子の１０％圧縮変位強度は１kgf/mm² であった。
【００２６】
４）異方導電性接着剤の製作
前記１）の絶縁性接着剤溶液の固形分１００容量部に対して、前記２）の第１の導電性粒子及び前記３）の第２の導電性粒子を各々５容量部づつ加えて攪拌機で１時間混合し、異方導電性接着剤を得た。
【００２７】
５）異方導電性接着剤付きフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）の製作
厚さ２５μｍのＰＥＴフィルムからなる可撓性基材の上に、市販の銀ペースト・ＤＷ−２５０Ｈ−５（東洋紡績社製、商品名）をスクリーン印刷により印刷して０．２mmピッチの導電ラインを形成した後、１３０℃のオーブンで５時間乾燥させ、硬化させた。次いで、その接続端子部に上記で製作した異方導電性接着剤を、溶媒を除去した後の厚さが７μｍとなるようにスクリーン印刷で塗布して異方導電性接着剤層を形成し、残る部位に市販の絶縁レジスト・ＪＥＨ−１１２（日本アチソン社製、商品名）を設け、これを所望の寸法に切断して異方導電性接着剤付きＦＰＣを得た。
【００２８】
次に、このようにして得た異方導電性接着剤付きＦＰＣを面積抵抗率５０Ω／□の透明導電酸化膜基板（ＩＴＯ）の接続端子とＦＰＣの間に１６０℃、４０kg１２秒の条件で熱圧着し、高温１１０℃〜低温−２０℃の環境試験を行って、両接続端子間の抵抗値を初期と１０００時間後で測定したところ、表１に示した通りの結果が得られた。
【００２９】
（実施例２）
実施例１において、第１の導電性粒子を金属メッキする前のカーボン粒子（１０％圧縮変位強度２０kgf/mm² ）を用いて、異方導電性接着剤を得た以外は実施例１と同様にして環境試験を行い、その結果を表１に示した。
【００３０】
（比較例１）
実施例１の２）第１の導電性粒子の調製で得た第１の導電性粒子１０容量部のみを、前記１）絶縁性接着剤溶液の調製で得た絶縁性接着剤１００容量部に加えて撹拌機で１時間混合し、異方導電性接着剤を得た以外は実施例１と同様にして環境試験を行い、その結果を表１に示した。
【００３１】
（比較例２）
前記実施例１の３）第２の導電性粒子の調製で得た第２の導電性粒子１０容量部のみを、前記１）絶縁性接着剤溶液の調製で得た絶縁性接着剤１００容量部に加えて撹拌機で１時間混合し、異方導電性接着剤を得た以外は実施例１と同様にして環境試験を行い、その結果を表１に示した。
【００３２】
（比較例３）
実施例１（２）において、焼成温度を２５００℃とした以外は、前記（２）と同様にして第１の導電性粒子を得た。
この第１の導電性粒子の１０％圧縮変位強度は９kgf/mm² であった。
これについて、第１の導電性粒子以外は実施例１と同様にして異方導電性接着剤を作製し、同様の環境試験を行い、その結果を表１に示した。
【００３３】
（比較例４）
実施例１（３）において、球状フェノール樹脂粒子を使用した以外は、前記（３）と同様にして第２の導電性粒子を得た。
この第２の導電性粒子の１０％圧縮変位強度は６kgf/mm² であった。
これについて、第２の導電性粒子以外は実施例１と同様にして異方導電性接着剤を作製し、同様の環境試験を行い、その結果を表１に示した。
【００３６】
（比較例５）
実施例１において、第１の導電性粒子の平均粒径を１２μｍ、第２の導電性粒子の平均粒径を５μｍとして異方導電性接着剤を得た以外は実施例１と同様にして環境試験を行い、その結果を表１に示した。
【００３７】
（比較例６）
実施例１において、第１の導電性粒子の平均粒径を２μｍ（ＣＶ値１０％）、第２の導電性粒子の平均粒径を１２μｍ（ＣＶ値１８％）として異方導電性接着剤を得た以外は実施例１と同様にして環境試験を行い、その結果を表１に示した。
【００３８】
（比較例７）
実施例１において、第１の導電性粒子の平均粒径を５５μｍ、ＣＶ値４５％として異方導電性接着剤を得た以外は実施例１と同様にして熱圧着を行い、端子間の絶縁抵抗を測定したが、端子間で短絡を生じていた。
【００３９】
（比較例８）
実施例１において、第１の導電性粒子を平均粒径８μｍの球状カーボン粒子にニッケルメッキ、金メッキを同様に行って、平均粒径８．１μｍ、１０％圧縮変位強度２１kgf/mm²として表面に突起を持たない粒子とした以外は、実施例１と同様にして環境試験を行い、その結果を表１に示した。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【発明の効果】
本発明の異方導電性接着剤によれば、初期の接続安定性を保持するための高硬度の第１の導電性粒子と接続の長期信頼性を保持するための第２の導電性粒子によって、初期抵抗値及び長期信頼性の両者に優れた性能を有する異方導電性接着剤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の異方導電性接着剤の一使用例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…異方導電性接着剤
２…突起
３…第１の導電性粒子
４…第２の導電性粒子
５…絶縁性接着剤
６…ＩＴＯガラス基板
７…フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）

Claims

表面に複数の突起を持ち、且つ１０％圧縮変位強度が１０kgf/mm² 以上の第１の導電性粒子と、表面に突起を持たない略真球状を有し、且つ１０％圧縮変位強度が０kgf/mm²を超え５kgf/mm² 以下の第２の導電性粒子との混合粒子０．０１〜１００容量部を絶縁性接着剤１００容量部中に分散してなり、前記第１の導電性粒子と第２の導電性粒子の平均粒径の比が、１００：５０ないし２０：１００の範囲内であることを特徴とする異方導電性接着剤。
第１の導電性粒子と第２の導電性粒子との混合割合が、容量比で９５：５ないし５：９５の範囲である請求項１記載の異方導電性接着剤。