JP5204365B2 - 異方性導電塗料及びそれを用いてなる異方性導電膜 - Google Patents
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ところが、電気機器や電子部品が小型化するにつれ、基板等の配線が微細になることによる接続部の抵抗が問題化している。また、一方では、プラズマディスプレイ用の素子等は、大電流による駆動が必要となるため、電流容量を大きく取る等の工夫が進められている。
また、固形状エポキシ樹脂と液状エポキシ樹脂の双方を用い、これに硬化剤と、粒子状の樹脂に金属メッキした導電性粒子とを加えたものを、溶解性パラメータ(SP値)が8以上9以下の有機溶剤で溶解したものを用いた異方性導電膜の例もある(特許文献2参照)。
また、異方性導電膜として保管する場合は、既に溶剤が大部分除去された状態であるが、該導電膜を使用する際に、溶融し硬化することにより、接着が強固となるように、潜在硬化剤を含めておくのが良い。
式1:V=ΣaiVi(ai:i成分の重量分率、Vi:i成分の相対蒸発速度)
即ち、蒸発速度を好ましい範囲に設定することにより、作業性を向上する。
こうした蒸発速度を得るためには、使用する樹脂と溶剤の相溶性が関わってくる。絶縁性樹脂としてエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂が使用されるが、これらの樹脂の溶解パラメータ(SP)は約10であるため、SP値が8〜12の範囲である溶剤を用いるのが好ましい。特に好ましくは、その溶剤が環状エーテルを含有するとよい。
本発明では、前記蒸発速度が酢酸n−ブチルの常温での蒸発速度を1として、これに対する相対蒸発速度が0.1以上、5以下であるものが好ましい結果を得ることを見いだした。この相対蒸発速度は、ASTM D3539にその測定法と共に記載されており、酢酸n−ブチルの常温での蒸発速度を1として基準としている。この相対蒸発速度が0.1未満であると、蒸発が緩慢なため作業時間を長くさせる。また、蒸発を早めるために加熱温度を上昇させると、あらかじめ配合されている潜在性硬化剤に悪影響を及ぼす。作業時間を短くすれば、出来上がった被膜中の残存溶剤が多くなるため、基板等を接着する際に気泡不良等の原因になる。また、相対蒸発速度が5を越えると、蒸発が早まるため、形成される被膜表面からの乾燥が早く、表面がフィルム化することにより、内部からの溶剤が抜けられず、気泡発生の原因となる。この気泡は、出来上がった被膜中に存在すると、基板等を接着する際に、加熱によるガス膨張で接着を阻害する原因になる。以上から、使用する溶剤の相対蒸発速度が、0.1以上、5以下の溶剤を用いるのが好ましい。
ここで、使用する溶剤を複数用いる場合のSP値は、各溶剤のSP値とその溶剤の体積分率を掛け合わせたものを加えることにより計算できる。ただし、溶剤同士が均一に混合できることが必要である。
磁性体金属塩化物と、錯化剤(クエン酸ナトリウムなど)を水溶液として用意する。別途、四塩化チタンを水溶液として用意し、これを陰極電解法により還元し、チタンイオンの一部を三価チタンイオンにする。以上の水溶液を約70℃に加温した後混合し、これにアンモニア水を加えて撹拌すると数分後に磁性体金属微粉末が析出する。磁性体金属は、Fe、Co、Niであるが、これらの合金を作製する場合は、合金を形成させる元素の塩化物、硫酸化物、硝酸化物等を最初に加えておけばよい。また、複合化する場合は、複合化させる元素の塩化物、硫酸化物、硝酸化物等の水溶液と、錯化剤水溶液と、前記三価チタンイオンを含む水溶液を用い、混合した後、アンモニア水を加え、これに前記析出物を投入することにより、前記析出物の表面に、複合化させる金属が析出する。複合化させる金属は、Cu、Ag、Au等の導電性が大きい金属元素を選択するとよい。
(配合例1)導電性金属微粒子に、液相還元法で得られたNiの微粉を用いた。このNi微粉は、粒径が約300nmの微粒子が鎖状に繋がり、長さが10〜13μmのものを主体とする金属微粉末である。
絶縁性樹脂には、固形のエポキシ樹脂(エピコート(登録商標)1009:ジャパンエポキシレジン株製)を用い、これに潜在性硬化剤を加える。潜在性硬化剤は、マイクロカプセル型潜在性硬化剤(HX3721;旭化成エポキシ株製)を用いた。
溶剤には、ジオキサン(相対蒸発速度1.6,SP値9.7)を用いた。
まず、溶剤に絶縁性樹脂を溶解し、常温(25℃)での粘度が15Pa・sの溶液とした(樹脂/溶剤=60/40)。これに絶縁性樹脂/潜在性硬化剤/導電性金属微粒子=80/19/1となる比率で潜在性硬化剤と導電性金属微粒子を添加し、均一になるまで混合し、異方性導電塗料を得た。
(配合例3)溶剤に、ジオキサン/アセトン=50/50の混合溶剤(相対蒸発速度3.6,SP値ジオキサン9.7、アセトン9.8)を用いた(樹脂/溶剤=60/40)。他は、配合例1と同様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は15Pa・sであった。
(配合例4)溶剤にジオキサンを用いた(樹脂/溶剤=30/70)。他は、配合例1と同様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は5Pa・sであった。
(配合例5)溶剤にジオキサンを用いた(樹脂/溶剤=70/30)。他は、配合例1と同様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は45Pa・sであった。
(配合例7)溶剤にエチレングリコールモノエチルエーテル(相対蒸発速度0.4,SP値11.8)を用いた(樹脂/溶剤=50/50)。他は、配合例1と同様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は15Pa・sであった。
(配合例8)溶剤に、エタノール(相対蒸発速度1.5、SP値12.9)を用いた(樹脂/溶剤=20/80)。他は、配合例1と同様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は15Pa・sであった。
(配合例9)溶剤に、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(相対蒸発速度0.001、SP値9.4)を用いた(樹脂/溶剤=60/40)。他は、配合例1と同様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は15Pa・sであった。
(配合例11)溶剤に、ヘキサン(相対蒸発速度7.2、SP値7.2)をもちいた(樹脂/溶剤=15/85)。他は、配合例1と同様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は15Pa・sであった。
(配合例12)溶剤に、ジオキサン/ジエチルエーテル=50/50の混合溶剤(相対蒸発速度6.3、SP値ジオキサン9.7,ジエチルエーテル7.6)を用いた(樹脂/溶剤=45/55)。他は、配合例1と伺様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は15Pa・sであった。混合溶剤のSP値は8.6相当である。
(配合例13)溶剤に、ジオキサンを用いた(樹脂/溶剤=20/80)。他は、配合例1と同様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は0.5Pa・sであった。
(配合例14)溶剤に、ジオキサンを用いた(樹脂/溶剤=75/25)。他は、配合例1と同様にして異方性導電塗料を得た。常温での粘度は60Pa・sであった。
膜の作製には、離型処理したPETフィルムを用い、これに最終厚み40μmを目標に異方性導電塗料を塗布した。
加温乾燥中は膜厚方向に磁束密度40000μTの磁場をかけておいた。乾燥後、皮膜中の残存溶剤量を重量変化から求め、残存溶剤量が1.5重量%となるように乾燥時間を変化させた。
なお、配合例1の塗料を用いて乾燥時間を変え、残存溶剤量が5重量%になる時点のサンプルを用意し、これを(配合例16)とした。
また、配合例1の塗料を用意し、乾燥固化する間、磁場をかけずにおいたサンプルを用意し、これを(配合例17)とした。
各配合例における皮膜の乾燥時間及びポットライフ、出来た皮膜の問題点(気泡の有無、接続信頼性)について調査した結果を、表1に示す。なお、評価の判断は以下に示す。
各配合例に用いた溶剤の沸点により、乾燥温度は異なるため、乾燥温度の判断を以下のようにした。
使用した溶剤の沸点が110℃以下の時は、その沸点から10℃下げた温度を採用。使用した溶剤の沸点が110℃を越える場合は、沸点に関係なく100℃とする。これは、配合中の潜在性硬化剤が100℃を越えると反応するためである。
この判断により採用した乾燥温度を用い、乾燥を進め、残存溶剤量が目標値に達する時間を、乾燥時間とした。その結果を表1に示す。表1における記号の評価基準は以下の通りである。
◎:乾燥時間が20分以下で、概観も問題ないもの。
○:乾燥時間が20分を越え、30分以下であり、概観も問題ないもの。
△:乾燥時間が30分を越えるか、概観が良くないもの。
出来た塗料を冷暗所に保管し、定期的に取り出し異方性導電膜を作製し、これを用いてフレキシブルプリント回路(以下FPCと略)とガラス基板とを接着させた。その後の接着強度を90度剥離法でチェックし、接着強度が1kg/cm以下になった時点を、塗料のポットライフとした。結果を表1に示す。なお、表1における記号の判断基準は以下の通りである。
◎:ポットライフが3ヶ月以上ある。
○:ポットライフが1ヶ月を越え、3ヶ月未満である。
△:ポットライフが1ヶ月未満である。
作製された異方性導電膜を光学顕微鏡で観察し、1cm2あたりの気泡の数を数えた。気泡が多いものは、異方性導電膜として使用する際に、接続不良になりやすい。結果を表1に示す。なお、表1における記号の判断基準は以下の通りである。
◎:気泡がほとんど見られず、1cm2での気泡数は1個未満。概観も良い。
○:1cm2あたりの気泡数が1個以上、3個未満。概観も良い。
△:1cm2あたりの気泡数が3個以上、概観は難がある。
幅25μm、長さ50μm、厚み9μmのAu電極が25μm間隔で配列されている電極を有するFPCを用意した。この電極パターン上に前記配合例を用いて作製した異方性導電膜を載せた。さらにその上にAl膜を蒸着したガラス基板を載せ、100℃に加熱し、Au電極の1電極あたり10gの加重を加え接着した。この試料を接続抵抗計測用試料とした。接続抵抗の計測値は、隣り合う2つのAu電極間の抵抗を計測し、その値を1/2したものを用いた。
次に、同じFPCと異方性導電膜のペアに、Al膜のないガラス基板を載せ、100℃に加熱し、Au電極の1電極あたり10gの加重を加え接着した。この試料を絶縁抵抗計測用試料とした。絶縁抵抗の計測値は、隣り合う2つのAu電極間の抵抗値を用いた。
以上の用意された試料を、温度85℃、湿度85%RHに保った恒温恒温槽に入れ、500時間放置した。その後、取り出して室温状態で抵抗測定を行った。その結果を表1に示す。なお、表1における記号の判断基準は以下の通りである。
良否の基準を、接続抵抗が1Ω以下を良好とし、1Ωを越える場合を不良と判断。また、絶縁抵抗は、100MΩを越える場合を良好とし、100MΩ以下の場合は、不良と判断。
◎:不良発生率0%。
○:不良発生率1%以下。
△:不良発生率が1%を越える。
また、導電膜とする際に、膜中の残存溶剤量を1.5%目標で乾燥したが、配合例1を用いて、残存溶剤量が5%とする配合例16を作製した。この試料の接続信頼性を計測した結果、表2に示すように不良率が18%となり、膜中の残存溶剤量は2%以下としておくのがよい。この不良原因は、残存溶剤が空気中の水分を吸収する結果、接続不良を引き起こしていることが確認された。
配合例17は、配合例1の塗料を製膜する際、磁場をかけずに製摸したものであるが、表2に示すように、導通性不十分による不良が多発した。
Claims (1)
- 粒状の磁性金属粒子が鎖状に繋がった形状を有する磁性体金属微粉末を含む導電性金属粒子、エポキシ系樹脂またはアクリル系樹脂、潜在性硬化剤及び溶剤を主成分とし、常温における粘度が1Pa・s以上50Pa・s以下の範囲であり、
前記溶剤の、式1で表される相対蒸発速度(V)が、酢酸n−ブチルを1としたときに、0.1以上5以下であり、かつ、
前記溶剤の、溶解パラメータ(SP)が8〜12の範囲である異方性導電塗料を用いた異方導電膜の製造方法であって、膜の厚み方向に磁場をかけた状態で膜を形成し、前記磁性体金属微粉末を膜の厚み方向に配向させることを特徴とする異方性導電膜の製造方法。
式1:V=ΣaiVi (ai:i成分の重量分率、Vi:i成分の相対蒸発速度)
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