JP6355474B2 - 導電性粒子、導電材料及び接続構造体 - Google Patents
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Description
[基材粒子]
上記基材粒子としては、樹脂粒子、金属を除く無機粒子、有機無機ハイブリッド粒子及び金属粒子等が挙げられる。上記基材粒子は、金属粒子を除く基材粒子であることが好ましく、樹脂粒子、金属を除く無機粒子又は有機無機ハイブリッド粒子であることがより好ましい。上記基材粒子は、コアとコアの表面上に配置されたシェルとを備えていてもよく、コアシェル粒子であってもよい。
上記導電部は導電層であることが好ましい。上記導電部の材料である金属は特に限定されない。上記導電部の材料である金属としては、金、銀、銅、パラジウム、白金、亜鉛、鉄、錫、鉛、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス、タリウム、ゲルマニウム、カドミウム、ケイ素、タングステン、モリブデン及びこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)及びはんだ等が挙げられる。なかでも、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができるので、錫を含む合金、ニッケル、パラジウム、銅又は金が好ましく、ニッケル又はパラジウムがより好ましい。上記導電部を構成する金属はニッケルを含むことが好ましい。上記導電部は、ニッケル、タングステン、モリブデン、パラジウム、リン及びボロンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、ニッケルと、リン又はボロンとを含むことがより好ましい。上記導電部の材料は、リン及びボロンなどを含む合金であってもよい。上記導電部では、ニッケルとタングステン又はモリブデンとが合金化していてもよい。上記導電部の融点は、好ましくは300℃以上、より好ましくは450℃以上である。
導電性粒子は、導電性の表面に突起を有し、導電部の表面に突起を有する。該突起は複数である。導電性粒子により接続される電極の表面には、酸化膜が形成されていることが多い。導電部の表面に突起を有する導電性粒子を用いることで、電極間に導電性粒子を配置して圧着させることにより、突起により上記酸化膜を効果的に排除できる。このため、電極と導電部とがより一層確実に接触し、電極間の接続抵抗がより一層低くなる。さらに、電極間の接続時に、導電性粒子の突起によって、導電性粒子と電極との間の絶縁物質を効果的に排除できる。このため、電極間の導通信頼性が高くなる。
本発明に係る導電性粒子は、上記導電部の表面上に配置された絶縁物質を備えることが好ましい。この場合には、導電性粒子を電極間の接続に用いると、隣接する電極間の短絡を防止できる。具体的には、複数の導電性粒子が接触したときに、複数の電極間に絶縁物質が存在するので、上下の電極間ではなく横方向に隣り合う電極間の短絡を防止できる。なお、電極間の接続の際に、2つの電極で導電性粒子を加圧することにより、導電部と電極との間の絶縁物質を容易に排除できる。導電性粒子が導電部の外表面に複数の突起を有する場合には、導電性粒子の導電部と電極との間の絶縁物質をより一層容易に排除できる。
本発明に係る導電材料は、上述した導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。上記導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散され、導電材料として用いられることが好ましい。上記導電材料は、異方性導電材料であることが好ましい。上記導電材料は、電極の電気的な接続に好適に用いられる。上記導電材料は、回路接続材料であることが好ましい。上記バインダー樹脂は特に限定されない。上記バインダー樹脂として、公知の絶縁性の樹脂が用いられる。
本発明に係る導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料を用いて、接続対象部材を接続することにより、接続構造体を得ることができる。
パラジウム付着工程:
粒子径が3.0μmであるジビニルベンゼン共重合体樹脂粒子(積水化学工業社製「ミクロパールSP−203」)を用意した。
パラジウムが付着された樹脂粒子をイオン交換水300mL中で3分間攪拌し、分散させ、分散液を得た。次に、芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)を10重量%で含むスラリー1gを3分間かけて上記分散液に添加し、芯物質が付着された樹脂粒子を得た。
次いで、芯物質が付着された樹脂粒子をジメチルアミンボラン1重量%溶液100重量部に添加し、樹脂粒子の表面を活性化させた。表面が活性化された樹脂粒子を十分に水洗した後、蒸留水500重量部に加え、分散させることにより、懸濁液を得た。
芯物質の材料を変更したこと、すなわち芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)を、芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化亜鉛、平均粒子径150nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
芯物質の材料を変更したこと、すなわち芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)を、芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化アルミニウム、平均粒子径150nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
芯物質の材料を変更したこと、すなわち芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)を、芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:タングステンカーバイド、平均粒子径250nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
芯物質の使用量をかえて、導電性粒子1個あたりの突起の数を80個に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
芯物質の形状を変更したこと、すなわち芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)を、芯物質(楕円球状、アスペクト比3.5以下、円形度0.95以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
絶縁粒子の作製:
4ツ口セパラブルカバー、攪拌翼、三方コック、冷却管及び温度プローブが取り付けられた1000mLのセパラブルフラスコに、メタクリル酸メチル100mmolと、N,N,N−トリメチル−N−2−メタクリロイルオキシエチルアンモニウムクロライド1mmolと、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩1mmolとを含むモノマー組成物を固形分率が5重量%となるようにイオン交換水に秤取した後、200rpmで攪拌し、窒素雰囲気下70℃で24時間重合を行った。反応終了後、凍結乾燥して、表面にアンモニウム基を有し、平均粒子径220nm及びCV値10%の絶縁粒子を得た。
芯物質を用いなかったこと以外は実施例1と同様にして、樹脂粒子の表面上に配置されており、かつ外表面に突起を有さないニッケル−ボロン導電部(厚み0.1μm)を備える導電性粒子を得た。
芯物質の形状を変更したこと、すなわち芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)を、芯物質(球状、アスペクト比1、円形度約1、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。得られた導電性粒子の円形度は1.0であった。
芯物質の材料を変更したこと、すなわち芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)を、芯物質(球状、アスペクト比1.0、円形度1.0、材料:シリカ、平均粒子径250nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
芯物質の材料を変更したこと、すなわち芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)をを、芯物質(楕円球状、アスペクト比1.2、円形度0.99以下、材料:ジルコニア、平均粒子径250nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
基材粒子径を変更したこと、すなわち粒子径が3.0μmであるジビニルベンゼン共重合体樹脂粒子(積水化学工業社製「ミクロパールSP−203」)を粒子径が2.5μmであるジビニルベンゼン共重合体樹脂粒子(積水化学工業社製「ミクロパールSP−2025」)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
芯物質の平均粒子径を変更したこと、すなわち芯物質の平均粒子径150nmを30n
mに変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
芯物質の平均粒子径を変更したこと、すなわち芯物質の平均粒子径150nmを300nmに変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
芯物質の使用量をかえて、導電性粒子1個あたりの突起の数を4個に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
芯物質の材料を変更したこと、すなわち芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:酸化チタン、平均粒子径150nm)を、芯物質(楕円球状、アスペクト比1.5、円形度0.99以下、材料:タングステン、平均粒子径150nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
(1)芯物質の円形度
芯物質を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し撮影し、画像解析ソフト(積水化学社製画像計測システム)から芯物質の面積S及び周囲長Lを得て、円形度=4π×S/L2より算出した。
芯物質を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し撮影し、長辺と短辺の比率から算出した。
芯物質を細孔電気抵抗法コールターカウンター マルチサイザー4(ベックマンコールター社製)によって測定し、数平均粒子径を算出した。
得られた導電性粒子を含有量が10重量%となるように、三井化学社製「ストラクトボンドXN−5A」に添加し、分散させて、異方性導電ペーストを作製した。
○○:接続抵抗が2.0Ω以下
○:接続抵抗が2.0Ωを超え、3.0Ω以下
△:接続抵抗が3.0Ωを超え、5.0Ω以下
×:接続抵抗が5.0Ωを超える
得られた導電性粒子を用いて、300ccのガラス製ビーカーに導電性粒子1g:ジルコニアボール(φ1.0mm)45g:トルエン17gの比率で各材料を混合し、直径30mmのステンレス製羽根で400rpm/2分攪拌する条件で、導電性粒子に荷重をかけた。その後、導電部の芯物質の表面からの剥離の有無を確認した。芯物質と導電部との密着性を下記の基準で判定した。導電部が芯物質の表面から剥離していないことが好ましい。
○:導電部が芯物質の表面から剥離していない
△:導電部がわずかに芯物質の表面から剥離した
×:導電部が多く芯物質の表面から剥離した
1a…突起
2…基材粒子
3…導電部(導電層)
3a…突起
4…芯物質
5…絶縁物質
11…導電性粒子
11a…突起
12…第1の導電部
12a…突起
13…第2の導電部
13a…突起
21…導電性粒子
21a…突起
22…第1の導電部
23…第2の導電部
23a…突起
31…導電性粒子
31a…突起
32…導電部
32a…突起
41…導電性粒子
41a…突起
42…導電部
42a…突起
43…芯物質
51…接続構造体
52…第1の接続対象部材
52a…第1の電極
53…第2の接続対象部材
53a…第2の電極
54…接続部
Claims (5)
- 基材粒子と、
前記基材粒子の表面上に配置されており、かつ外表面に複数の突起を有する導電部と、
前記導電部内に埋め込まれた複数の芯物質とを備え、
前記導電部の外表面の前記突起の内側に、前記芯物質が配置されており、
前記芯物質の材料が酸化チタンであり、
前記芯物質の平均粒子径が、0.05μm以上、0.9μm以下である、導電性粒子。 - 前記導電部がニッケルを含む、請求項1に記載の導電性粒子。
- 前記導電部の外表面上に配置された絶縁物質をさらに備える、請求項1又は2に記載の導電性粒子。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む、導電材料。
- 第1の接続対象部材と、
第2の接続対象部材と、
前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備え、
前記接続部が、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電性粒子により形成されているか、又は前記導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料により形成されている、接続構造体。
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