JP7077963B2 - 絶縁被覆導電粒子、異方導電フィルム、異方導電フィルムの製造方法、接続構造体及び接続構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
図1の(a)は本発明に係る絶縁被覆導電粒子の一実施形態の外観を示す図であり、図1の(b)は(a)に示される中心軸Pに沿った断面を模式的に示す図である。絶縁被覆導電粒子10は、導電性を有する基材粒子1と、基材粒子1の表面を被覆する絶縁性微粒子2とを備えて構成される。中心軸Pは、基材粒子1の中心を通る軸を意味する。
図3の(a)は、本発明に係る異方導電フィルムの一実施形態を示す模式的断面図であり、図3の(b)は異方導電フィルムの要部拡大模式図である。図に示される剥離フィルム付き異方導電フィルム11は、剥離フィルム12と、絶縁被覆導電粒子10及び接着剤成分が含まれる導電性接着剤層(異方導電フィルム)13とから構成されている。絶縁被覆導電粒子10は導電性接着剤層13中に分散している。本明細書においては、導電性接着剤層13を厚み方向と垂直な面で切断したときの断面に絶縁被覆導電粒子10が含まれていない領域を接着剤領域といい、絶縁被覆導電粒子10が含まれている領域を導電領域という場合もある。
(測定条件)
装置:東ソー株式会社製 GPC-8020
検出器:東ソー株式会社製 RI-8020
カラム:日立化成株式会社製 Gelpack GLA160S+GLA150S
試料濃度:120mg/3mL
溶媒:テトラヒドロフラン
注入量:60μL
圧力:2.94×106Pa(30kgf/cm2)
流量:1.00mL/min
次に、本発明に係る異方導電フィルムの製造方法の一実施形態について、図4~図6を参照しながら説明する。
導電性を有する基材粒子1と、該基材粒子1の表面を被覆する絶縁性微粒子2と、を備える複合粒子20を用意するステップ1と、
閉鎖端面Sを有する孔32が設けられた粒子収容部材30の孔32に複合粒子20を収容するステップ2(図4の(a)を参照)と、
孔32から露出する複合粒子20の球冠領域3にある絶縁性微粒子2の一部又は全部を除去するステップ3(図4の(b)を参照)と、
第1の接着剤層13a上に、球冠領域3の絶縁性微粒子2が除去された複合粒子20を、球冠領域3側が第1の接着剤層13aに接するように粒子収容部材30から移しつつ、複合粒子20の絶縁性微粒子2の一部を粒子収容部材30の閉鎖端面Sに付着させて除去することにより、第1の接着剤層13a上に絶縁被覆導電粒子10を設けるステップ4(図5の(a)及び(b)を参照)と、
第1の接着剤層13aの絶縁被覆導電粒子10が配されている側に第2の接着剤層13bを貼り合せるステップ5(図5の(c)を参照)と、
を備える。
図8は、本発明に係る接続構造体の一実施形態を示す模式的断面図である。同図に示すように、接続構造体50は、互いに対向する第1の回路部材52及び第2の回路部材53と、これらの回路部材52,53を接続する導電性接着剤(異方導電フィルム)の硬化物54とを備えて構成されている。
図9及び図10は、図8に示した接続構造体の製造工程を示す模式的断面図である。接続構造体50の形成にあたっては、まず、剥離フィルム付き異方導電フィルム11から剥離フィルム12を剥離し、実装面7aと対向するようにして導電性接着剤層(異方導電フィルム)13を第2の回路部材53上にラミネートする。次に、図10に示すように、バンプ電極6と回路電極8とが対向するように、導電性接着剤層(異方導電フィルム)13がラミネートされた第2の回路部材53上に第1の回路部材52を配置する。そして、導電性接着剤層(異方導電フィルム)13を加熱しながら第1の回路部材52と第2の回路部材53とを厚み方向に加圧する。
以下に示す方法で接着剤層をそれぞれ形成した。
ジムロート冷却管、塩化カルシウム管、及び攪拌モーターに接続されたポリテトラフルオロエチレン製の攪拌棒を装着した3000mLの3つ口フラスコ中で、4,4’-(9-フルオレニリデン)-ジフェノール45g(シグマアルドリッチジャパン株式会社製)、及び3,3’,5,5’-テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテル50g(三菱化学株式会社製:YX-4000H)を、N-メチルピロリドン1000mLに溶解して反応液とした。これに炭酸カリウム21gを加え、マントルヒーターで110℃に加熱しながら攪拌した。3時間攪拌後、1000mLのメタノールが入ったビーカーに反応液を滴下し、生成した沈殿物を吸引ろ過することによってろ取した。ろ取した沈殿物を300mLのメタノールで3回洗浄して、フェノキシ樹脂aを75g得た。
(測定条件)
装置:東ソー株式会社製 GPC-8020
検出器:東ソー株式会社製 RI-8020
カラム:日立化成株式会社製 Gelpack GLA160S+GLA150S
試料濃度:120mg/3mL
溶媒:テトラヒドロフラン
注入量:60μL
圧力:2.94×106Pa(30kgf/cm2)
流量:1.00mL/min
(測定条件)
示差走査熱量測定装置(株式会社パーキンエルマージャパン製、Pyeis)を用いて、窒素雰囲気下にて昇温速度:10℃/min、30~250℃の範囲にて2回測定し、2度目の測定結果をガラス転移温度とした。
接着剤層1の形成と同様にして、厚みが0.8μmの接着剤層2を形成した。
ビスフェノールF型エポキシ樹脂(三菱化学社製:jER807)を45質量部、硬化剤として4-ヒドロキシフェニルメチルベンジルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートを5質量部、及びフィルム形成材としてフェノキシ樹脂YP-70(新日鉄住金化学社製)を55質量部混合し、接着剤ペーストを調製した。
以下に示す方法で複合粒子をそれぞれ調製した。
平均粒径3.0μmの架橋ポリスチレン粒子(樹脂微粒子)3gを、アルカリ脱脂の後、酸で中和した。次いで、樹脂微粒子を、pH6.0に調整したカチオン性高分子液100mLに添加し、60℃で1時間攪拌した後、直径3μmのメンブレンフィルタ(ミリポア社製)で濾過し、水洗を行った。パラジウム触媒であるアトテックネオガント834(アトテックジャパン(株)製、商品名)を8質量%含有するパラジウム触媒化液100mLに水洗後の樹脂微粒子を添加し、35℃で30分攪拌した後濾過し、水洗を行った。
500mL三ツ口フラスコに、ラジカル重合性二重結合及びアルコキシシリル基を有するシランカップリング剤(3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業(株)製:KBM-5103)7.5gと、メタクリル酸(和光純薬工業(株)製)6.9gと、アクリル酸メチル(和光純薬工業(株)製)4.1gと、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.36gと、アセトニトリル350gとを入れてこれらを混合した。窒素(100mL/分)により1時間かけて溶存酸素を置換した後、80℃に加熱しながら6時間重合反応を進行させて、一次粒子径300nmの有機無機ハイブリッド粒子を得た。この有機無機ハイブリッド粒子を含む分散液を20mLの容器に入れ、3000r.p.m.で30分間の遠心分離(株式会社コクサン製:H-103N)により、未反応のモノマーを除去した。更にメタノールを20mL追加し、超音波分散させ再度遠心分離を行った。そこに、硬化触媒として、カルボキシル基の量に対して等モルのトリエチルアミンを入れ、メタノールを追加して超音波分散させて、架橋反応を進行させた。再度の遠心分離後、トリエチルアミンを除去し、得られた絶縁性微粒子をメタノールに分散させた。
<基材粒子に表面官能基を形成する工程>
メルカプト酢酸(和光純薬工業株式会社製、商品名)8mmolをメタノール200mlに溶解し、そこに上記で用意した基材粒子を10g加えた。直径45mmの攪拌羽を取り付けたスリーワンモーター(新東科学株式会社製、商品名:BL3000)を用いて室温(25℃)で2時間攪拌し、メタノールで洗浄したφ3μmのメンブレンフィルタ(ミリポア社製 :コーテッドタイプメンブレンフィルター)で濾過して、表面官能基としてカルボキシル基を有する基材粒子10gを得た。
重量平均分子量70000のポリエチレンイミンを含む30質量%ポリエチレンイミン水溶液(和光純薬工業株式会社製、商品名:30%ポリエチレンイミン P-70溶液)を超純水で希釈して0.3質量%ポリエチレンイミン水溶液を得た。この0.3質量%ポリエチレンイミン水溶液に、上述のカルボキシル基が導入された基材粒子10gを加えた。室温(25℃)で15分間攪拌し、φ3μmのメンブレンフィルタで濾過して、高分子電解質であるポリエチレンイミンが表面に吸着した粒子を得た。この粒子を、超純水200gに混合して室温(25℃)で5分攪拌し、濾過を行った。濾過して得られた粒子を該メンブレンフィルタ上で200gの超純水で2回洗浄して、粒子に吸着していないポリエチレンイミンを除去した。
ポリエチレンイミンが吸着した基材粒子10gを、上記で用意した絶縁性微粒子を2-プロパノール(和光純薬工業(株)製)で希釈して得られた2質量%の絶縁性微粒子分散液50gを滴下しながら室温(25℃)で30分間攪拌して、基材粒子及びこれを被覆する絶縁性微粒子から構成される複合粒子1を得た。濾過により取り出した複合粒子1を、重量平均分子量1000のシリコーンオリゴマー(日立化成コーテッドサンド株式会社製:SC-6000)50gとメタノール150gの混合液に入れて、室温(25℃)で1時間攪拌して濾過を行った。最後に、複合粒子をトルエン(和光純薬工業(株)製)に入れて3分攪拌し、濾過を行った。
得られた複合粒子1を150℃、1時間の条件で真空乾燥した。その後、旋回気流式ふるい分け分級機(株式会社セイシン企業)で凝集物を取り除いた。
複合粒子1と同様にして、表面官能基としてカルボキシル基を有する基材粒子10gを得た。
複合粒子1と同様にして、表面官能基としてカルボキシル基を有する基材粒子10gを得た。
以下に示す粒子収容部材をそれぞれ用意した。
厚み5.0μmのメタクリレートの重合によって得られた板に、閉鎖端面(底面)を有する円筒形状(直径4.0μm、深さ3.8μm)の孔を、正三角形型に29000個/mm2の密度で配列するように設けた。
厚み5.0μmのメタクリレートの重合によって得られた板に、閉鎖端面(底面)を有する円筒形状(直径4.0μm、深さ3.8μm)の孔を、正方形型に20000個/mm2の密度で配列するように設けた。
厚み5.0μmのメタクリレートの重合によって得られた板に、閉鎖端面(底面)を有する円筒形状(直径4.6μm、深さ3.8μm)の孔を、正三角形型に25000個/mm2の密度で配列するように設けた。
厚み5.0μmのメタクリレートの重合によって得られた板に、閉鎖端面(底面)を有する円筒形状(直径5.2μm、深さ3.8μm)の孔を、正三角形型に20000個/mm2の密度で配列するように設けた。
厚み5.0μmのメタクリレートの重合によって得られた板に、閉鎖端面(底面)を有する円筒形状(直径3.7μm、深さ3.8μm)の孔を、正三角形型に29000個/mm2の密度で配列するように設けた。
図4の(a)及び(b)に示される方法と同様にして、粒子収容部材1の孔に複合粒子1を収容し、端面が水平なウレタンゴム製のスキージを用いて、孔から露出する複合粒子の球冠領域にある絶縁性微粒子を除去した。なお、この操作により、複合粒子の球冠領域には、絶縁性微粒子数が0個である領域が54.7μm2設けられたことをSEMによる観察によって確認した。
粒子収容部材2を用いて、接着剤層1上に正方形型に20000個/mm2の粒子密度で配置された絶縁被覆導電粒子を設けたこと以外は実施例1と同様にして、異方導電フィルムを得た。
複合粒子1に代えて複合粒子2を、また、粒子収容部材1に代えて粒子収容部材3を用いたこと以外は実施例1と同様にして、異方導電フィルムを得た。この場合も、複合粒子の球冠領域には、絶縁性微粒子数が0個である領域が50.2μm2設けられたことを確認でき、絶縁被覆導電粒子の接着剤層1と接する部分とは反対側には、絶縁性微粒子数が0個である領域が48.7μm2設けられたことを確認できた。
複合粒子1に代えて複合粒子3を、また、粒子収容部材1に代えて粒子収容部材4を用いたこと以外は実施例1と同様にして、異方導電フィルムを得た。この場合も、複合粒子の球冠領域には、絶縁性微粒子数が0個である領域が53.3μm2設けられたことを確認でき、絶縁被覆導電粒子の接着剤層1と接する部分とは反対側には、絶縁性微粒子数が0個である領域が48.7μm2設けられたことを確認できた。
粒子収容部材1に代えて粒子収容部材5を用いたこと以外は実施例1と同様にして、異方導電フィルムを得た。この場合も、複合粒子の球冠領域には、絶縁性微粒子数が0個である領域が52.6μm2設けられたことを確認でき、絶縁被覆導電粒子の接着剤層1と接する部分とは反対側には、絶縁性微粒子数が0個である領域が47.9μm2設けられたことを確認できた。
接着剤層1に代えて接着剤層3を用いたこと以外は実施例1と同様にして、異方導電フィルムを得た。
実施例1~6の異方導電フィルムについて、FIB-SEMにて断面加工及び断面観察を行った。なお、断面観察は、絶縁被覆導電粒子の基材粒子の中心を通り且つ導電性接着剤層の厚み方向に平行な面において行い、このときの絶縁被覆導電粒子の、導電性接着剤層の厚み方向に平行な方向における粒子径Xと、導電性接着剤層の厚み方向と直交する方向における粒子径Yとを測定するとともに、絶縁被覆導電粒子と、導電性接着剤層の一方面との最短距離Dを測定した。結果を表1に示す。
第1の回路部材として、バンプ電極を一列に配列したストレート配列構造を有するICチップ(外形2mm×20mm、厚み0.55mm、バンプ電極の大きさ100μm×30μm、バンプ電極間距離8μm、バンプ電極厚み15μm)を準備した。また、第2の回路部材として、ガラス基板(コーニング社製:#1737、38mm×28mm、厚み0.3mm)の表面にITOの配線パターン(パターン幅21μm、電極間スペース17μm)を形成したものを準備した。
得られた接続構造体について、バンプ電極と回路電極との間の接続抵抗、及び隣り合う回路電極間の絶縁抵抗を評価した。なお、接続抵抗の評価は、四端子測定法にて実施し、14箇所の測定の平均値を用いた。また、絶縁抵抗の評価は、接続構造体に50Vの電圧を印加し、計1440か所の回路電極間の絶縁抵抗を一括で測定した。結果を表2に示す。
Claims (15)
- 導電性を有する基材粒子と、該基材粒子の表面を被覆する絶縁性微粒子と、を備え、
単位面積当たりの絶縁性微粒子数が少ない若しくは0である粗領域と、前記粗領域よりも単位面積当たりの絶縁性微粒子数が多い密領域と、を有し、
前記粗領域が、前記絶縁性微粒子の粒子密度が0個/μm 2 である領域を含み、
前記密領域が、前記絶縁性微粒子の粒子密度が2.0個/μm 2 ~5.0個/μm 2 である領域を含む、絶縁被覆導電粒子。 - 前記基材粒子の中心を通る中心軸が通る前記粗領域を2つ有する、請求項1に記載の絶縁被覆導電粒子。
- 前記基材粒子の表面積をS 0 μm 2 としたときに、前記2つの粗領域に、絶縁性微粒子数が0である領域が0.1×S 0 μm 2 以上含まれる、請求項2に記載の絶縁被覆導電粒子。
- 導電性を有する基材粒子と、該基材粒子の表面を被覆する絶縁性微粒子と、を備える複合粒子の、前記基材粒子を二つの平行な平面で切ったときの2つの球冠領域にある前記絶縁性微粒子の一部又は全部を除去してなり、
前記2つの球冠領域が、前記絶縁性微粒子の粒子密度が0個/μm 2 である領域を含み、
前記基材粒子を二つの前記平面で切ったときの球帯領域が、前記絶縁性微粒子の粒子密度が2.0個/μm 2 ~5.0個/μm 2 である領域を含む、絶縁被覆導電粒子。 - 前記基材粒子の表面積をS 0 μm 2 としたときに、前記2つの球冠領域に、絶縁性微粒子数が0である領域が0.1×S 0 μm 2 以上含まれる、請求項4に記載の絶縁被覆導電粒子。
- 導電性を有する基材粒子と、該基材粒子の表面を被覆する絶縁性微粒子と、を備え、
前記基材粒子を二つの平行な平面で切ったときの球帯領域に前記絶縁性微粒子が偏在し、
前記球帯領域が、前記絶縁性微粒子の粒子密度が2.0個/μm 2 ~5.0個/μm 2 である領域を含む、絶縁被覆導電粒子。 - 前記基材粒子を二つの前記平面で切ったときの2つの球冠領域に、前記基材粒子の表面積をS 0 μm 2 としたときに、絶縁性微粒子数が0である領域が0.1×S 0 μm 2 以上含まれる、請求項6に記載の絶縁被覆導電粒子。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の絶縁被覆導電粒子と、接着剤成分と、が含まれる導電性接着剤層、を備える、異方導電フィルム。
- 請求項2に記載の絶縁被覆導電粒子を含み、
前記絶縁被覆導電粒子は、前記基材粒子の中心を通り且つ前記導電性接着剤層の厚み方向に平行な軸が2つの前記粗領域を通るように配されている、請求項8に記載の異方導電フィルム。 - 請求項4に記載の絶縁被覆導電粒子を含み、
前記絶縁被覆導電粒子は、前記基材粒子の中心を通り且つ前記導電性接着剤層の厚み方向に平行な軸が2つの前記球冠領域を通るように配されている、請求項8に記載の異方導電フィルム。 - 請求項4又は6に記載の絶縁被覆導電粒子を含み、
前記絶縁被覆導電粒子は、前記基材粒子の中心を通り且つ前記導電性接着剤層の厚み方向に平行な軸と前記二つの平行な平面とが直交するように、配されている、請求項8に記載の異方導電フィルム。 - 前記絶縁被覆導電粒子が前記導電性接着層の両主面の一方面側に偏在しており、前記絶縁被覆導電粒子と前記一方面との最短距離が0μmより大きく1μm以下である、請求項8~11のいずれか一項に記載の異方導電フィルム。
- 導電性を有する基材粒子と、該基材粒子の表面を被覆する絶縁性微粒子と、を備える複合粒子を用意するステップと、
閉鎖端面を有する孔が設けられた粒子収容部材の前記孔に前記複合粒子を収容するステップと、
前記孔から露出する前記複合粒子の球冠領域にある前記絶縁性微粒子の一部又は全部を除去するステップと、
第1の接着剤層上に、球冠領域の絶縁性微粒子が除去された前記複合粒子を、前記球冠領域側が前記第1の接着剤層に接するように前記粒子収容部材から移しつつ、前記複合粒子の前記絶縁性微粒子の一部を前記粒子収容部材の前記閉鎖端面に付着させて除去することにより、前記第1の接着剤層上に絶縁被覆導電粒子を設けるステップと、
前記第1の接着剤層の前記絶縁被覆導電粒子が配されている側に第2の接着剤層を貼り合せるステップと、を備え、
前記第1の接着剤層の厚みDaと前記第2の接着剤層の厚みDbとの比Da/Dbが20/1~15/5である、異方導電フィルムの製造方法。 - バンプ電極を有する第1の回路部材と、
前記バンプ電極に対応する回路電極を有する第2の回路部材と、
前記バンプ電極及び前記回路電極の間に介在して前記バンプ電極及び前記回路電極を電気的に接続する請求項1~7のいずれか一項に記載の絶縁被覆導電粒子と、
を備える、接続構造体。 - バンプ電極を有する第1の回路部材と、前記バンプ電極に対応する回路電極を有する第2の回路部材との間に、請求項8~12のいずれか一項に記載の異方導電フィルム又は請求項13の方法によって得られる異方導電フィルムを介在させ、前記第1の回路部材と前記第2の回路部材とを熱圧着するステップを有する、接続構造体の製造方法。
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