JP4099475B2 - 導電性シリコンパウダーとその製造方法、並びにこれを適用した異方導電性フィルム及び導電性ペースト - Google Patents

Description

本発明は、導電性シリコンパウダーとその製造方法、並びにこれを適用した異方導電性フィルム及び導電性ペーストに関し、より詳しくは、弾性を持つシリコンコアの表面にニッケルと金の金属層を連続的にメッキして形成した導電性シリコンパウダー及びその製造方法に関する。

さらに、本発明は、このような導電性シリコンパウダーを適用した異方導電性フィルム及び導電性ペーストに関する。

一般的に、ＦＰＣ(Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)などの回路をＬＣＤなどのガラス電極に電気的かつ機構的に連結するために、異方導電性フィルム(Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ;ＡＣＦ)や富士ポリマー(Ｆｕｊｉ Ｐｏｌｙｍｅｒ)社のゼブラ(Ｚｅｂｒａ)コネクタが主に利用される。

すなわち、ＬＣＤ用ガラスの透明電極としてＩＴＯを使用するが、ＩＴＯはスパッタ法により数ミクロン以下の厚さでコーティングされるので、既存の半田付けや機械的接合法のコネクタでは電気的かつ機械的な接合が不可能になる。よって、ＡＣＦやゼブラコネクタが使用される。

異方導電性フィルムは、熱硬化性エポキシ樹脂及び熱硬化性エポキシ樹脂に熱可塑性ポリエステルが一部含まれたポリマー樹脂の中の何れか一つに、導電性パウダーが分散混合されて構成される。

このようなＡＣＦを互いに対向する電極が形成された対象物間に位置させ、対象物に熱と圧力を加えてから熱と圧力を除去すれば、ＡＣＦのポリマー樹脂が溶融-硬化を経ることにより対象物は熱接着され、ポリマー樹脂に分散されていた導電性パウダーは電極間に電気通路を形成する。
特開平９−２３７５１７号公報

しかしながら、ここに適用される導電性パウダーは、カーボン、ニッケル、銀又は金のパウダー、或いはポリエステルにニッケルと金をコーティングしたパウダーを使用してきたため、対向する電極間に信頼性に優れた電気通路の提供、及び、低い電気抵抗の提供において多くの困難がある。

すなわち、カーボン、ニッケル、銀又は金のパウダーを使用する場合、対向する対象物間に位置したＡＣＦに、通常約１８０℃の熱と８０ＭＰａの圧力を加えれば、エポキシポリマー樹脂は溶融され押下されるが、ポリマー樹脂の内部に分散されたカーボン、ニッケル、銀又は金は溶融されず、弾性もないため、対象物のガラス上のＩＴＯ電極を傷つけ、激しい場合には電極を破損させて、信頼性に優れた電気通路の形成において多くの困難がある。

さらに、カーボン、ニッケル、銀又は金のパウダーは、弾性がないため、エポキシポリマー樹脂の硬化後にも、物理的衝撃が加えられれば、対向する電極間の電気的な接触が不安定になり得る。

一方、ソニー(Ｓｏｎｙ)社の導電性パウダーは、矩形状の熱可塑性ポリスチレンパウダーにニッケルを無電解メッキした後、その上にさらに金をメッキした構造により、対向する対象物間でポリマー樹脂が熱と圧力により溶融されて押下される時、導電性パウダーの内部にあるポリスチレンも熱と圧力により溶融されて押下されるため、導電性パウダーの外形が変化する。このとき、ポリスチレン上にメッキしたニッケルと金は金属なので、内部のポリマーと溶融温度において差が発生する。このため、同一に熱変形されず、圧力によりニッケルと金のメッキ層が破壊されて電気抵抗が大きくなる。また、ＡＣＦに加えられた熱と圧力が除去されれば、冷却されたポリスチレンは圧力を受けた状態をそのまま維持するため、対向する対象物の電極と信頼性に優れた電気通路を作るのに困難がある。

本発明は前記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、弾性を持つことにより、外部の熱と圧力及び衝撃に対しても、信頼性に優れた電気通路及び低い電気接触抵抗を持つ導電性シリコンパウダーを提供することにある。

本発明の他の目的は、このような導電性シリコンパウダーの製造方法を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、このような導電性シリコンパウダーを適用した異方導電性フィルム及び導電性ペーストを提供することにある。

本発明の目的と特徴は、後述する望ましい実施例により明確になろう。

本発明に係る金属パウダーは、金属メッキ時にシード（ｓｅｅｄ）の役割をする金属パウダーの少なくとも一部が表面外部に露出するように混合分散されたシリコンコア；シリコンコアの表面全体にメッキされる第１金属層；及び、第１金属層の表面全体にメッキされる第２金属層を含む。

望ましくは、第１金属層はニッケルからなり、第２金属層は金、銀、すず−鉛及びすずからなる群から選択される何れか一つからなる。

望ましくは、第１金属層と第２金属層は、無電解メッキで形成される。

金属パウダーとしては、ニッケル、カーボン、銅、金及び銀からなる群から選択される何れか一つが用いられる。

望ましくは、製造される導電性シリコンパウダーのサイズは、４μｍ乃至１ｍｍの範囲内である。

本発明によれば、液状のシリコンに金属パウダーを均一に混合分散させる撹はん工程を行った後、金属パウダーの少なくとも一部が表面外部に露出するように、液状のシリコンを硬化して固体状のシリコンコアを形成し、シリコンコアの表面全体に第１金属層と第２金属層を順次形成して、導電性シリコンパウダーを製造できる。

望ましくは、金属パウダーのサイズは５０ｎｍ乃至３０μｍであり、形成された固体状のシリコンコアのサイズは２μｍ乃至９５０μｍである。

望ましくは、固体状のシリコンコアは、超音波噴霧方式又は遠心噴霧方式により形成されることができる。

本発明によれば、液状のシリコンコアに、金属パウダー又は非導電性かつ無電解メッキが可能なポリマーパウダーを混合した後、固体状のシリコンコアを作れれば、金属パウダー又は非導電性かつ無電解メッキが可能なポリマーパウダーが、シリコンコアの表面外部に露出してシードの役割をするため、シリコン上に湿式無電解メッキが可能になる。

また、金属パウダーが均一に混合されたシリコンコアは、弾性を持つため、対向する対象物間で圧力を与えれば、弾性的に押下されることにより、対象物間の接触面積が増加して電気接触抵抗を低減できる。

また、外部からの物理的な衝撃が加えられても、導電性シリコンパウダーの弾性によりこれを吸収できるので、対象物間の信頼性に優れた電気的な接触を維持できる。

また、外部からの熱と圧力により、外部の金属層にクラックが発生しても、熱と圧力が除去されれば、シリコンの弾性により破損された金属層が元来の位置に復元されて電気的に連結する。

特に、シリコンコアの内部にも金属パウダーが均一に分散されているため、外部圧力により押下される場合、金属パウダーを通した電気通路を形成することができる。よって、単純に内部のポリマー上に金属がメッキされた従来の他社製品よりも電気抵抗を低減できる。

以下、添付図面に基づき、本発明の一実施例による導電性シリコンパウダーを詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例による導電性シリコンパウダーを示す一部切断斜視図である。

弾性を持つシリコンコア１０には、金属パウダー１５が均一に分散され、少なくとも一部がシリコンコア１０の外部に露出する。

理論的には、固体状のシリコン上に金属をメッキする場合、シリコンと金属がよく結合されるように、シリコン外部に化学物質でエッチングして表面に凹凸を形成させることにより、アンカリング効果(ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ)を果たし、その凹凸にパラジウム(Ｐｄ)のような触媒剤がシード(ｓｅｅｄ)として形成される。形成されたシードはシリコンと金属メッキ層の密着性を向上させ、シリコン上にメッキが可能になる。

しかしながら、このようなシリコンの化学物質によるエッチングは、現在まで開発されておらず、シリコン自体が持つ排水性のためメッキし難しかったが、本発明では、シリコンに金属パウダーを均一に混合分散させれば、金属パウダーは、前述したように、エッチング工程でシードの役割をすることになり、後述するように、遠心噴霧工程や超音波噴霧工程により金属パウダーを含む矩形に近い固体のシリコンコアを製造できる。

このとき、シリコンコアに混合されていながら、外部表面に露出する金属パウダー１５は、シードの役割をすることにより、シリコンコア上に金属をメッキでき、金属のシードがシリコンの排水性をある程度弱化させることにより、湿式の金属メッキが可能になる。

金属パウダー１５の材質としては、ニッケル、カーボン、銅及び銀等の低価格の導電物質を利用することができ、サイズは５０ｎｍ乃至３０μｍの範囲内に含まれることができる。

一方、金属パウダーの代わりに、無電解メッキが可能な非導電性ポリマーパウダー、例えば、ポリエチレン(ＰＥＴ)やポリスチレン(ＰＳ)パウダーを用いることができる。この場合、ポリマーパウダーは導電性を持ってはいないが、前記のような方式により、無電解メッキが可能なパウダーがシリコンコアの外部表面に一部露出してメッキの際にシードの役割をする。

したがって、シリコンコア１０の外部表面に別途の処理をすることなく、ニッケルなどの金属を無電解メッキできる。

外部に露出される金属パウダー１５を含むシリコンコア１０の表面全体には、ニッケル層２０が形成され、ニッケル層２０の表面全体にさらに金層３０が形成される。望ましくは、ニッケル層２０と金層３０は、湿式無電解メッキ方式により形成されることができる。

当然、金層３０の代わりに、銀、すず−鉛及びすずからなる金属層を形成することができる。

こうした構造の導電性シリコンパウダーによれば、金属パウダーが混合されたシリコンコアは弾性を持つため、対向する対象物間で圧力を受ければ、弾性的に押下されることにより、対象物間の接触面積が増加して電気接触抵抗を低減できる。

また、外部からの物理的な衝撃が加えられても、これを吸収できるため、対象物間の電気的な接触をそのまま維持できる。

また、外部からの熱と圧力により、外部の金属層にクラックが発生しても、熱と圧力が除去されれば、内部にあるシリコンの弾性により破損された金属層が元来の位置に復元されて電気的に連結する。

特に、シリコンコアの内部にも金属パウダーが均一に分散されるため、外部圧力により押下される場合、金属パウダーを通した電気通路を形成することができる。よって、単純に内部にポリマーがあり、その上に金属がメッキされた従来の他社製品よりも電気抵抗を低減できる。

図２は本発明に係る導電性シリコンパウダーの製造方法を説明するフローチャートである。

まず、液状の非導電性シリコンに、金属パウダーまたは非導電性無電解メッキが可能なパウダーを撹はんする(段階Ｓ２１)。

続いて、金属パウダーが混合された液状のシリコンを、遠心噴霧工程(ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ)や超音波噴霧工程(ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ)により硬化させながら、矩形状のシリコンコアを形成する(段階Ｓ２２)。

液状のシリコンは高温や湿気により硬化して固体化するが、本発明では、硬化時間を短縮するために、高温硬化型液状シリコンを使用する場合は、遠心分離器や超音波噴霧器の内部の温度が約２００℃以上で作業し、湿気硬化型液状シリコンを使用する場合は、内部の湿度が約７０％以上で作業する。すなわち、通常の液状のシリコンを矩形状の粉末パウダーで作る工程を使用する。

例えば、遠心噴霧工程では、金属パウダーが混合された液状のシリコンを高速回転するセラミック基板に落下させて、セラミックの遠心力を利用して噴射しながら、急速冷却させれば、矩形状の固体シリコンコアが形成される。

このとき、液状のシリコンに分散混合された金属パウダーは、一部が表面外部に露出されて金属シードの役割をすることになる。

硬化したシリコンコアのサイズは、望ましくは２μｍ乃至９５０μｍである。

続いて、シリコンコアの表面全体にニッケルを湿式無電解メッキして第１金属層を形成し(段階Ｓ２３)、さらに、その上に金、銀、すず−鉛またはすずを湿式無電解メッキして第２金属層を形成する(段階Ｓ２４)。

このように金属層を形成して、最終的に完成された導電性シリコンパウダーは、望ましくは４μｍ乃至１ｍｍ程度の大きさを持つ。

このように製造された導電性シリコンパウダーは、異方導電性フィルム(ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｆｉｌｍ)、異方導電性ペースト(ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐａｓｔｅ)または導電性弾性ボール(ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ ｂａｌｌ)に適用される。

図３は本発明の導電性シリコンパウダーが異方導電性フィルムに適用された場合を示す断面図である。

異方導電性フィルム(ＡＣＦ）は、熱硬化性エポキシ系などのポリマー樹脂に導電性パウダーが分散混合されている製品である。ＡＣＦを互いに対向する対象物間に位置させた後、互いに対向する対象物間に熱と圧力を加えてから熱と圧力を除去すれば、ＡＣＦのポリマー樹脂は溶融−硬化を経ることにより、互いに対向する対象物がＡＣＦのポリマー樹脂によって熱接着され、このとき、ポリマー樹脂の内部に分散されていた導電性パウダーは、互いに対向する相対物の電極に電気通路を形成する。

図３を参照すれば、異方導電性フィルム４０は、ポリマー樹脂６０とこれに分散混合された導電性シリコンパウダー５０からなり、ＦＰＣ(Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)２００の電極２１０と、ＬＣＤ用有機基板１００に形成されたＩＴＯ電極１１０との間に位置する。

この状態において、ＦＰＣ２００とＬＣＤ用ガラス基板１００に熱と圧力を与えれば、異方導電性フィルム４０は溶融し始め、電極２１０とＩＴＯ電極１１０との間には導電性シリコンパウダー５０の直径に対応する幅に導電性シリコンパウダー５０が一列に配列された状態で硬化される。

このとき、本発明に係る導電性シリコンパウダーは、シリコンコアにより弾性を持つため、熱と圧力を加えても、ガラス基板１００に形成されたＩＴＯ電極１１０に損傷を与えない。

特に、外部の衝撃などを弾性のシリコンコアが吸収することにより、電極２１０とＩＴＯ電極１１０との間の信頼性に優れた電気通路を提供する。

また、導電性ペーストとして使用する場合には、リフロー(ｒｅｆｌｏｗ)による表面実装作業(ＳＭＤ)が可能になる。その理由は、シリコンコアが２５０℃以上でも１０分以上弾性を維持しながら耐えることができるからである。

以上では本発明の望ましい製造方法及び実施例を中心として説明したが、当業者の水準で多様に変更できる。

したがって、本発明の権利範囲は、前記の一実施例に限定されず、特許請求の範囲によって判断されるべきである。

本発明の一実施例による導電性シリコンパウダーを示す一部切断斜視図である。 本発明による導電性シリコンパウダーの製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の導電性シリコンパウダーが異方導電性フィルムに適用された場合を示す断面図である。

符号の説明

１０ シリコンコア
１５ 金属パウダー
２０ ニッケル層
３０ 金層
４０ 異方導電性フィルム
５０ 導電性シリコンパウダー
６０ ポリマー樹脂
１００ ガラス基板
１１０ ＩＴＯ電極
２００ ＦＰＣ
２１０ 電極

Claims (17)

1. 金属メッキ時にシード（ｓｅｅｄ）の役割をする金属パウダーの少なくとも一部が表面外部に露出するように混合分散されたシリコンコア；
   前記シリコンコアの表面全体にメッキされる第１金属層；及び、
   前記第１金属層の表面全体にメッキされる第２金属層を含むことを特徴とする、導電性シリコンパウダー。
2. 前記第１金属層はニッケルからなり、前記第２金属層は金、銀、すず−鉛及びすずからなる群から選択される何れか一つからなることを特徴とする、請求項１に記載の導電性シリコンパウダー。
3. 前記第１金属層と第２金属層は、湿式無電解メッキで形成されることを特徴とする、請求項１に記載の導電性シリコンパウダー。
4. 前記金属パウダーは、ニッケル、カーボン、銅、金及び銀からなる群から選択される何れか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の導電性シリコンパウダー。
5. 前記導電性シリコンパウダーのサイズは、４μｍ乃至１ｍｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の導電性シリコンパウダー。
6. 液状のシリコンに金属パウダーを混合分散させる段階；
   前記金属パウダーの少なくとも一部が表面外部に露出するように、前記液状のシリコンを硬化して固体状のシリコンコアを形成する段階；
   前記シリコンコアの表面全体に第１金属層を形成する段階；及び、
   前記第１金属層の表面全体に第２金属層を形成する段階を含むことを特徴とする、導電性シリコンパウダーの製造方法。
7. 前記第１金属層はニッケルからなり、前記第２金属層は金、銀、すず−鉛及びすずからなる群から選択される何れか一つからなることを特徴とする、請求項６に記載の導電性シリコンパウダーの製造方法。
8. 前記金属パウダーのサイズは５０ｎｍ乃至３０μｍであり、形成された固体状のシリコンコアのサイズは２μｍ乃至９５０μｍであることを特徴とする、請求項６に記載の導電性シリコンパウダーの製造方法。
9. 前記固体状のシリコンコアは、超音波噴霧方式又は遠心噴霧方式により形成されることを特徴とする、請求項６に記載の導電性シリコンパウダーの製造方法。
10. 非導電性ポリマー樹脂と、請求項１に記載の導電性シリコンパウダーとを含み、前記導電性シリコンパウダーが前記非導電性ポリマー樹脂に分散されてなることを特徴とする、異方導電性フィルム。
11. 非導電性ポリマー樹脂と、請求項１に記載の導電性シリコンパウダーとを含み、前記導電性シリコンパウダーが前記非導電性ポリマー樹脂に分散されてなることを特徴とする、導電性ペースト。
12. 非導電性かつ無電解メッキが可能なポリマーパウダー及び金属メッキ時にシード（ｓｅｅｄ）の役割をする導電性パウダーの中の何れか一つの少なくとも一部が、表面外部に露出するように混合分散されたシリコンコアと、前記シリコンコアの表面全体にメッキされる金属層とを含むことを特徴とする、導電性シリコンパウダー。
13. 前記金属層は異種の金属により連続的に積層形成されることを特徴とする、請求項１２に記載の導電性シリコンパウダー。
14. 液状のシリコンに、非導電性かつ無電解メッキが可能なポリマーパウダーまたは導電性パウダーを混合分散させる段階；
    前記ポリマーパウダーの少なくとも一部が表面外部に露出するように、前記液状のシリコンを硬化して固体状のシリコンコアを形成する段階；及び、
    前記シリコンコアの表面全体に金属層を形成する段階を含むことを特徴とする、導電性シリコンパウダーの製造方法。
15. 前記金属層は異種の金属により連続的に積層形成されることを特徴とする、請求項１４に記載の導電性シリコンパウダーの製造方法。
16. 非導電性ポリマー樹脂と、請求項１２に記載の導電性シリコンパウダーとを含み、前記導電性シリコンパウダーが前記非導電性ポリマー樹脂に分散されてなることを特徴とする、異方導電性フィルム。
17. 非導電性ポリマー樹脂と、請求項１２に記載の導電性シリコンパウダーとを含み、前記導電性シリコンパウダーが前記非導電性ポリマー樹脂に分散されてなることを特徴とする、導電性ペースト。
    

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