JP7412100B2 - 絶縁性粒子付き導電性粒子、導電材料及び接続構造体 - Google Patents
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Description
本発明に係る絶縁性粒子付き導電性粒子は、導電部を有する導電性粒子と、複数の絶縁性粒子と、複数の柱状連結部とを備える。本発明に係る絶縁性粒子付き導電性粒子では、上記柱状連結部が、上記導電性粒子と上記絶縁性粒子とを連結している。
ρ:絶縁性粒子付き導電性粒子の粒子径の標準偏差
Dn:絶縁性粒子付き導電性粒子の粒子径の平均値
上記導電性粒子は、基材粒子と、上記基材粒子の表面上に配置された導電部とを有していることが好ましい。上記導電部は、単層構造であってもよく、2層以上の複層構造であってもよい。
ρ:導電性粒子の粒子径の標準偏差
Dn:導電性粒子の粒子径の平均値
上記基材粒子としては、樹脂粒子、金属粒子を除く無機粒子、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、金属粒子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、無機粒子を除く基材粒子であってもよい。上記基材粒子は、コアと、該コアの表面上に配置されたシェルとを備えるコアシェル粒子であってもよい。上記コアが有機コアであってもよく、上記シェルが無機シェルであってもよい。
本発明では、上記導電性粒子は、導電部を有する。上記導電性粒子の全体が導電部であってもよく、上記導電性粒子の表面部分のみが導電部であってもよい。上記導電部は、金属を含むことが好ましい。上記導電部を構成する金属は、特に限定されない。上記金属としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、亜鉛、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、ゲルマニウム及びカドミウム、並びにこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属として、錫ドープ酸化インジウム(ITO)を用いてもよい。上記金属は1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。電極間の接続抵抗をより一層低くする観点からは、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。
上記導電性粒子は、上記導電部の外表面に複数の突起を有することが好ましい。絶縁性粒子付き導電性粒子により接続される電極の表面には、酸化被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絶縁性粒子付き導電性粒子を用いた場合には、電極間に絶縁性粒子付き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被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性粒子を効果的に排除できる。このため、電極間の導通信頼性がより一層高くなる。
本発明に係る絶縁性粒子付き導電性粒子は、上記導電性粒子の表面上に配置された複数の絶縁性粒子を備える。この場合には、上記絶縁性粒子付き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、複数の絶縁性粒子付き導電性粒子が接触したときに、複数の電極間に絶縁性粒子が存在するので、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つの電極で絶縁性粒子付き導電性粒子を加圧することにより、導電性粒子の導電部と電極との間の絶縁性粒子を容易に排除できる。さらに、導電部の外表面に複数の突起を有する導電性粒子である場合には、導電性粒子の導電部と電極との間の絶縁性粒子をより一層容易に排除できる。
ρ:絶縁性粒子の粒子径の標準偏差
Dn:絶縁性粒子の粒子径の平均値
本発明に係る絶縁性粒子付き導電性粒子は、複数の柱状連結部を備える。本発明に係る絶縁性粒子付き導電性粒子では、上記柱状連結部は、上記導電性粒子と上記絶縁性粒子とを連結している。上記柱状連結部は、上記導電部と上記絶縁性粒子とを連結していることが好ましい。
本発明に係る導電材料は、上述した絶縁性粒子付き導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。上記絶縁性粒子付き導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散されて用いられることが好ましく、バインダー樹脂中に分散されて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、電極間の電気的な接続に用いられることが好ましい。上記導電材料は回路接続用導電材料であることが好ましい。上記導電材料では、上述した絶縁性粒子付き導電性粒子が用いられているので、電極間の絶縁信頼性及び導通信頼性をより一層高めることができる。
本発明に係る接続構造体は、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、上記第1の接続対象部材と、上記第2の接続対象部材を接続している接続部とを備える。本発明に係る接続構造体では、上記接続部の材料が、上述した絶縁性粒子付き導電性粒子であるか、又は上記絶縁性粒子付き導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料である。本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極と上記第2の電極とが、上記絶縁性粒子付き導電性粒子における上記導電部により電気的に接続されている。
(1)導電性粒子の作製
粒子径が19.8μmのテトラメチロールメタンテトラアクリレートとジビニルベンゼンとの共重合樹脂により形成された樹脂粒子を用意した。パラジウム触媒液を5重量%含むアルカリ溶液100重量部に、基材粒子10重量部を、超音波分散器を用いて分散させた後、溶液をろ過することにより、基材粒子を取り出した。次いで、基材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、基材粒子の表面を活性化させた。表面が活性化された基材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、分散液を得た。次に、ニッケル粒子スラリー(平均粒子径100nm)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基材粒子を含む懸濁液を得た。
4つ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を取り付けた1000mLセパラブルフラスコに、下記の組成物を入れた後、上記組成物を固形分が10重量%となるように蒸留水を添加して、250rpmで攪拌し、窒素雰囲気下50℃で5時間重合を行った。上記組成物は、メタクリル酸グリシジル425mmol、ジメタクリル酸エチレングリコール5mmol、アシッドホスホオキシポリオキシエチレングリコールメタクリレート0.5mmol、及び2,2’-アゾビス{2-[N-(2-カルボキシエチル)アミジノ]プロパン}0.5mmolを含む。反応終了後、凍結乾燥して、アシッドホスホオキシポリオキシエチレングリコールメタクリレートに由来するP-OH基を表面に有する絶縁性粒子(粒子径800nm)を得た。
上記で得られた絶縁性粒子を超音波照射下で蒸留水に分散させ、絶縁性粒子の10重量%水分散液を得た。得られた導電性粒子10gを蒸留水500mLに分散させ、絶縁性粒子の10重量%水分散液1gを添加し、室温で8時間攪拌した。3μmのメッシュフィルターで濾過した後、さらにメタノールで洗浄、乾燥し、絶縁性粒子付き導電性粒子を得た。得られた絶縁性粒子付き導電性粒子では、絶縁性粒子と導電性粒子との間に柱状連結部が配置されていた。得られた絶縁性粒子付き導電性粒子では、柱状連結部が、導電性粒子と絶縁性粒子とを連結していた。図5に、実施例1で作製された絶縁性粒子付き導電性粒子の表面の走査型電子顕微鏡画像(SEM像、45000倍)を示した。
得られた導電性粒子7重量部と、ビスフェノールA型フェノキシ樹脂25重量部と、フルオレン型エポキシ樹脂4重量部と、フェノールノボラック型エポキシ樹脂30重量部と、SI-60L(三新化学工業社製)とを配合して、3分間脱泡及び攪拌することで、導電材料(異方性導電ペースト)を得た。
L/Sが10μm/10μmであるIZO電極パターン(第1の電極、電極表面の金属のビッカース硬度100Hv)が上面に形成された透明ガラス基板を用意した。また、L/Sが10μm/10μmであるAu電極パターン(第2の電極、電極表面の金属のビッカース硬度50Hv)が下面に形成された半導体チップを用意した。
絶縁性粒子の作製の際に、上記組成物中のメタクリル酸グリシジルの配合量を425mmolから400mmolに変更したこと、及びジメタクリル酸エチレングリコールの配合量を5mmolから6mmolに変更したこと以外は、実施例1と同様に、導電性粒子、絶縁性粒子付き導電性粒子、導電材料及び接続構造体を得た。
絶縁性粒子の作製の際に、上記組成物中のメタクリル酸グリシジルの配合量を425mmolから200mmolに変更し、ジメタクリル酸エチレングリコールの配合量を5mmolから13mmolに変更し、上記組成物中にメタクリル酸メチル200mmolを添加した。上記の変更以外は、実施例1と同様に、導電性粒子、絶縁性粒子付き導電性粒子、導電材料及び接続構造体を得た。
絶縁性粒子の作製の際に、上記組成物中のメタクリル酸グリシジルの配合量を425mmolから200mmolに変更し、ジメタクリル酸エチレングリコールの配合量を5mmolから25mmolに変更し、上記組成物中にメタクリル酸メチル200mmolを添加した。上記の変更以外は、実施例1と同様に、導電性粒子、絶縁性粒子付き導電性粒子、導電材料及び接続構造体を得た。
絶縁性粒子の作製の際に、上記組成物中のメタクリル酸グリシジルの配合量を425mmolから400mmolに変更し、上記組成物中にジメタクリル酸エチレングリコール5mmolを添加せず、上記組成物中にペンタエリスリトールテトラアクリレート30mmolを添加した。上記の変更以外は、実施例1と同様に、導電性粒子、絶縁性粒子付き導電性粒子、導電材料及び接続構造体を得た。
絶縁性粒子の作製の際に、上記組成物中のメタクリル酸グリシジルの配合量を425mmolから200mmolに変更し、上記組成物中にジメタクリル酸エチレングリコール5mmolを添加せず、上記組成物中にメタクリル酸メチル200mmolを添加し、上記組成物中にペンタエリスリトールテトラアクリレート30mmolを添加した。上記の変更以外は、実施例1と同様に、導電性粒子、絶縁性粒子付き導電性粒子、導電材料及び接続構造体を得た。
絶縁性粒子の作製の際に、上記組成物中にメタクリル酸グリシジル425mmolを添加せず、上記組成物中にジメタクリル酸エチレングリコール5mmolを添加せず、上記組成物中にメタクリル酸メチル425mmolを添加し、上記組成物中にペンタエリスリトールテトラアクリレート50mmolを添加した。上記の変更以外は、実施例1と同様に、導電性粒子、絶縁性粒子付き導電性粒子、導電材料及び接続構造体を得た。
絶縁性粒子の作製の際に、上記組成物中にジメタクリル酸エチレングリコール5mmolを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様に、導電性粒子、絶縁性粒子付き導電性粒子、導電材料及び接続構造体を得た。
(1)柱状連結部の有無
得られた絶縁性粒子付き導電性粒子を、走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察し、導電性粒子と絶縁性粒子とを連結している柱状連結部が形成されているか否かを確認した。柱状連結部の有無を下記の基準で判定した。
○:柱状連結部が形成されている
×:柱状連結部が形成されていない
得られた絶縁性粒子付き導電性粒子の1個の絶縁性粒子当たりの柱状連結部の個数を評価した。任意の絶縁性粒子付き導電性粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、SEM像から観察できる表面部分の柱状連結部の個数を数え、該個数を2倍した値を各絶縁性粒子の柱状連結部の個数とした。任意の絶縁性粒子50個において柱状連結部の個数を算出し、算術平均した値を柱状連結部の個数とした。なお、柱状連結部が形成されていない絶縁性粒子は、柱状連結部の個数を0個として計上した。
得られた絶縁性粒子付き導電性粒子の柱状連結部の幅を、任意の絶縁性粒子付き導電性粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、任意の柱状連結部50個の柱状連結部の幅を算術平均して算出した。
得られた絶縁性粒子付き導電性粒子の柱状連結部の長さを、任意の絶縁性粒子付き導電性粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、任意の柱状連結部50個の柱状連結部の長さを算術平均して算出した。
得られた絶縁性粒子の粒子径を、任意の絶縁性粒子50個を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察し、平均値を算出することにより求めた。また、絶縁性粒子の粒子径、及び柱状連結部の幅の測定結果から、柱状連結部の幅の、絶縁性粒子の粒子径に対する比を算出した。
絶縁性粒子の密着性を以下のようにして評価した。絶縁性粒子の密着性を下記の基準で判定した。
任意の50個の絶縁性粒子付き導電性粒子を、作製の直後に走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。また、得られた導電材料を用いて、絶縁性粒子付き導電性粒子分散液を調製した後にも任意の50個の絶縁性粒子付き導電性粒子を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。これらの走査型電子顕微鏡(SEM)による観察の結果から、作製直後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数と、分散液を調製した後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数とを比較した。なお、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察において、観察された絶縁性粒子の総数を被覆数とした。
○○○:作製直後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数を100%としたときの、分散液を調製した後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数の割合が90%以上
○○:作製直後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数を100%としたときの、分散液を調製した後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数の割合が70%以上、90%未満
○:作製直後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数を100%としたときの、分散液を調製した後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数の割合が50%以上、70%未満
×:作製直後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数を100%としたときの、分散液を調製した後の絶縁性粒子付き導電性粒子における絶縁性粒子の被覆数の割合が50%未満
得られた導電性粒子の粒子径を、堀場製作所社製「レーザー回折式粒度分布測定装置」を用いて測定した。また、導電性粒子の粒子径は、20回の測定結果を平均することにより算出した。
得られた20個の接続構造体の上下の電極間の接続抵抗をそれぞれ、4端子法により測定した。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。導通信頼性を下記の基準で判定した。
○○○:接続抵抗が、2.0Ω以下
○○:接続抵抗が、2.0Ωを超え5.0Ω以下
○:接続抵抗が、5.0Ωを超え10Ω以下
×:接続抵抗が、10Ωを超える
上記(8)導通信頼性の評価で得られた20個の接続構造体において、隣接する電極間のリークの有無を、テスターで抵抗値を測定することにより評価した。絶縁信頼性を下記の基準で評価した。
○○○:抵抗値が108Ω以上の接続構造体の個数が、18個以上
○○:抵抗値が108Ω以上の接続構造体の個数が、15個以上18個未満
○:抵抗値が108Ω以上の接続構造体の個数が、10個以上15個未満
×:抵抗値が108Ω以上の接続構造体の個数が、10個未満
2…導電性粒子
3…絶縁性粒子
4…柱状連結部
11…基材粒子
12…導電部
21…絶縁性粒子付き導電性粒子
22…導電性粒子
31…導電部
32…芯物質
33…突起
41…絶縁性粒子付き導電性粒子
42…導電性粒子
51…導電部
52…突起
81…接続構造体
82…第1の接続対象部材
82a…第1の電極
83…第2の接続対象部材
83a…第2の電極
84…接続部
Claims (11)
- 導電部を有する導電性粒子と、複数の絶縁性粒子と、複数の柱状連結部とを備え、
前記絶縁性粒子の粒子径が、300nm以上4000nm以下であり、
前記柱状連結部が、前記導電性粒子と前記絶縁性粒子とを連結している、絶縁性粒子付き導電性粒子。 - 1個の絶縁性粒子当たりに連結している前記柱状連結部の個数が、1個以上50個以下である、請求項1に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子。
- 1個の絶縁性粒子当たりに連結している前記柱状連結部の個数が、3個以上50個以下である、請求項1又は2に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子。
- 前記柱状連結部の幅が、0.5nm以上80nm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子。
- 前記柱状連結部の幅の、前記絶縁性粒子の粒子径に対する比が、0.0005以上0.1以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子。
- 前記柱状連結部の長さが、1nm以上500nm以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子。
- 前記絶縁性粒子が、重合性化合物の重合体であり、
前記重合性化合物が、架橋性単量体を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子。 - 下記式(1)により求められる前記絶縁性粒子の架橋度が、1以上15以下である、請求項7に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子。
架橋度=A×[(B/C)×100] 式(1)
前記式(1)中、Aは前記架橋性単量体の重合性官能基数であり、Bは前記架橋性単量体のモル数であり、Cは前記重合性化合物の合計のモル数である。 - 前記導電性粒子の粒子径が、1μm以上50μm以下である、請求項1~8のいずれか1項に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む、導電材料。
- 第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、
第2の電極を表面に有する第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の接続対象部材を接続している接続部とを備え、
前記接続部の材料が、請求項1~9のいずれか1項に記載の絶縁性粒子付き導電性粒子であるか、又は前記絶縁性粒子付き導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料であり、
前記第1の電極と前記第2の電極とが、前記絶縁性粒子付き導電性粒子における前記導電部により電気的に接続されている、接続構造体。
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