JP7482424B2 - 導電性組成物、電子機器およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る配線パターン用の導電性組成物は、芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂と、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂と、アミン硬化剤と、導電性材料とを含み、導電性材料は、アスペクト比2以上のフィラー(以下、扁平フィラーとも称する。)を含む。このような導電性組成物は、適度な流動性とタック性とを備える。そのため、導電性組成物は基材に密着しやすく、これを硬化させた硬化物もまた、基材に対して高い密着性を有する。
芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂とは、分子内に、芳香族性を有する環構造を含む剛直骨格と、柔軟骨格と、を有するエポキシ樹脂であり、硬化物に柔軟性および靭性を付与する。可撓性エポキシ樹脂が、芳香族性を有する環構造を含む場合、環構造がゴムの架橋点のように作用し、柔軟性および靭性と同時に優れた機械的強度が発揮される。例えば、導電性組成物の硬化物のJIS K 6251に準拠した引張試験において、最大応力が大きく、かつ応力の最大点における伸びが大きくなる。このような導電性組成物の硬化物は、伸縮性基材の伸縮に追随しやすく、かつ回路部材を強固に保持することができる。
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とは、分子内に複数のエポキシ基とジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂をいう。ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂は、嵩高い構造を有することから、硬化物に適度な機械的強度を付与しつつ、優れた靭性を与える。可撓性エポキシ樹脂とジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とが組み合わさることで、硬化物の物性バランスが伸縮性基材に形成する配線パターンに更に適するようになる。
アミン硬化剤としては、脂肪族(脂環式を含む)ポリアミン、芳香族ポリアミン等のポリアミン、ヒドラジン類、ジアリルアミン化合物などの不飽和ジアミンなどを用い得る。脂肪族ポリアミンとしては、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジプロピレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ビスヘキサミチレントリアミン、シクロヘキシルアミノプロピルアミン、アミノエチルエタノールアミン、モノヒドロキシエチルジエチレントリアミン、ビスヒドロキシエチルジエチレントリアミン、N-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレングリコールビス(3-アミノプロピル)エーテル、ジエチルアミノプロピルアミン、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラスオキサスピロ[5,5]ウンデカン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ビス(4-アミノ-3-メチルシクロヘキシル)メタン、N-アミノエチルピペラジンなどが挙げられる。芳香族ポリアミンとしては、フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノアニソール、トルエンジアミン、キシリレンジアミン(例えばメタキシリレンジアミン)、ジアミノジフェニルスルホン(例えば4,4′-ジアミノジフェニルスルホン)、3,3′-ジクロロ-4,4′-ジアミノジフェニルメタン、4,4′-メチレンビス(フェニルアミン)、4,4′-ジアミノジフェニルエーテル等が挙げられる。中でも機械的強度と靭性に優れる点で、メタキシリレンジアミンが好ましい。
導電性材料は、扁平フィラーを含む。これにより、硬化物の伸縮時の導電性が確保される。扁平フィラーとしては、フレーク状フィラー、鱗片状フィラーおよび繊維状フィラー(金属ナノワイヤー、金属ナノチューブ等)が例示できる。
導電性組成物には、さらに、溶媒(溶剤)、触媒、鎖延長剤、バインダ、カップリング剤、導電助剤、無機フィラー、有機フィラー等が添加されてもよい。
本実施形態に係る電子機器は、伸縮性基材と、伸縮性基材の表面に形成された配線パターンと、配線パターンに接続された電極を備える回路部材と、を備える。配線パターンは、上記の導電性組成物の硬化物を含む。そのため、基材が伸縮する場合、配線パターンは伸縮性基材に追随して変形して、配線パターン自体の断線、基材と硬化物との剥離が抑制される。さらに、電極の少なくとも一部は、伸縮性を有する配線パターンに埋没している。つまり、電極の底面が配線パターンに接触するとともに、側面の少なくとも一部も配線パターンに接触している。そのため、基材が伸縮する場合であっても、硬化物と回路部材との剥離も抑制される。よって、本実施形態に係る電子機器は、フレキシブルおよび/またはストレッチャブルでありながら、高い接続信頼性を有する。
本実施形態に係る電子機器は、(1)芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂と、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂と、アミン硬化剤と、アスペクト比2以上のフィラーを含む導電性材料とを含む導電性組成物を準備する工程(S1)と、(2)導電性組成物を伸縮性基材上に塗布する工程(S2)と、(3)塗布された導電性組成物と回路部材の電極とが接触するように、伸縮性基材に回路部材を搭載する工程(S3)と、塗布された導電性組成物を加熱して、導電性組成物の硬化物を含む配線パターンを形成する工程(S4)と、を備える方法により製造される。図3は、本実施形態に係る電子機器の製造方法を示すフローチャートである。
導電性組成物は、上記の導電性材料、可撓性エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、アミン硬化剤およびその他の添加物を、例えばミキサーなどで混合することによって調製される。
導電性組成物を基材に塗布する方法は特に限定されない。塗布方法としては、例えば、アプリケーター、ワイヤーバー、コンマロール、グラビアロール等を用いるコーティング法:スクリーン、平板オフセット、フレキソ、インクジェット、スタンピング、ディスペンサ等を用いる印刷法等が挙げられる。
伸縮性基材に塗布された加熱前の導電性組成物は、流動性およびタック性を有している。そのため、導電性組成物上に回路部材を搭載すると、回路部材の電極の少なくとも一部は導電性組成物中に埋没し、その状態で導電性組成物に密着する。
導電性組成物を加熱することにより、各エポキシ樹脂とアミン硬化剤とが反応する。これにより、電極の少なくとも一部を埋没させた状態のままで、配線パターン(硬化物)が形成されるとともに、電極と配線パターンとが接続される。つまり、配線パターンは、電子機器の配線であるとともに、回路部材と配線とを電気的に接続する接合材である。さらに言い換えれば、導電性組成物は、配線形成用の材料であり、かつ、接合用の材料である。そのため、それぞれの材料の相性や互いの物性の違い等を考慮することが省略されるとともに、材料間での剥離等の懸念も解消される。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
表1に示す配合量で各成分を混合し、自転・公転ミキサーにて混練し、ペースト状の実施例1~7の導電性組成物A1~A7および比較例1~3の導電性組成物B1~B3を調製した。
第2エポキシ樹脂(ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂):エポキシ当量約165、製品名:EP-4088L、(株)ADEKA製
第3エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂):エポキシ当量約190、製品名:jER828、三菱ケミカル(株)製
硬化剤(アミン硬化剤):ST12(メタキシリレンジアミン)、三菱ケミカル(株)製
導電性材料:フレーク状銀粉、製品名:AgC-2351、平均粒径(D50)6.95μm、福田金属箔粉工業(株)製、アスペクト比:2.2以上
伸縮性基材(ウレタンフィルム、日本マタイ(株)製、エスマーURS)上に、調製した導電性組成物を図4に示されるパターンで塗布した。
導電性組成物、配線パターンおよび電子機器について、以下の評価を行った。
(1)体積抵抗値
ガラス板上に、調製した導電性組成物を塗布した後、上記の条件で加熱して、ガラス板上に60mm×10mm矩形のフィルム(導電性組成物の硬化物)を形成し、フィルムの長手方向の抵抗値を測定した。測定された抵抗値を用いて、下記式によりフィルムの体積抵抗値(比抵抗値)を算出した。
◎:1.0mΩ・cm未満
○:1.0~2.0mΩ・cm
×:2.0mΩ・cmより大きい
シリコーンシート上にダンベル型の印刷マスクを用いて導電性組成物を塗布し、120℃で30分間加熱して、JIS K 6251に準拠したダンベル状6号形の試験片を作製し、引張試験を行った。試験装置には、株式会社エー・アンド・デイのテンシロン万能材料試験機RTCシリーズを用いた。最大応力と、最大点における伸び(歪み)を測定した。
◎:4.5N/mm2より大きい
○:3.0~4.5N/mm2
×:3.0N/mm2より小さい
◎:3.5%より大きい
○:3.0~3.5%
×:3.0%より小さい
上記(ii)で得られた電子機器の配線パターン20の4つの端子部22A~22Dにテスターの所定の端子を接続し、初期の抵抗値ER0を上記と同様の4端子法により25℃で測定した。この抵抗値には、チップ抵抗の内部抵抗が加味されている。
◎:10%より小さい
○:10~15%
×:15%より大きい
上記(ii)で得られた電子機器の配線パターン20の4つの端子部のうち、2つの端子部22A、22Bにテスターの所定の端子を接続し、初期の抵抗値PR0を2端子法により25℃で測定した。この抵抗値には、チップ抵抗の内部抵抗は加味されない。
◎:15%より小さい
○:15~20%
×:20%より大きい
10 伸縮性基材
20 配線パターン(導電性組成物の硬化物)
21 配線
22A~22D 端子部
23 実装部
30 回路部材(チップ部品)
31 電極
31a 底面
31b 側面
Claims (11)
- 芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂と、
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂と、
アミン硬化剤と、
導電性材料と、を含み、
前記可撓性エポキシ樹脂のエポキシ当量が800g/eq以上、1400g/eq以下であり、
前記導電性材料は、アスペクト比2以上のフィラーを含む、配線パターン用の導電性組成物。 - 前記導電性材料の含有量は、前記配線パターンの30体積%以上、80体積%以下である、請求項1に記載の配線パターン用の導電性組成物。
- 前記可撓性エポキシ樹脂は、脂肪族変性エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂およびゴム変性エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1または2に記載の配線パターン用の導電性組成物。
- 前記可撓性エポキシ樹脂は、炭素数1~8のアルキレン基および炭素数1~8のポリオキシアルキレン基からなる群より選択される少なくとも1種を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の配線パターン用の導電性組成物。
- 前記アミン硬化剤は、脂肪族ポリアミンおよび芳香族ポリアミンからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1~4のいずれか1項に記載の配線パターン用の導電性組成物。
- 前記可撓性エポキシ樹脂100質量部に対する前記ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の量が30質量部以上、110質量部以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の配線パターン用の導電性組成物。
- 前記可撓性エポキシ樹脂および前記ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂の全量100質量部に対する前記アミン硬化剤の量が、20質量部以上、60質量部以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載の配線パターン用の導電性組成物。
- 前記導電性組成物の硬化物のJIS K 6251に準拠した引張試験において、応力の最大点における伸びが、3%以上である、請求項1~7のいずれか1項に記載の配線パターン用の導電性組成物。
- 前記導電性組成物の硬化物を第1方向に伸張したとき、前記第1方向において、伸張後の前記硬化物の25℃における電気抵抗値が伸張前の前記硬化物の25℃における電気抵抗値の115%になるときの前記硬化物の伸張率は、5%以上である、請求項1~8のいずれか1項に記載の配線パターン用の導電性組成物。
- 伸縮性基材と、
前記伸縮性基材の表面に形成された配線パターンと、
前記配線パターンに接続された電極を備える回路部材と、を備え、
前記配線パターンは、請求項1に記載の導電性組成物の硬化物を含み、
前記電極の少なくとも一部は、前記配線パターンに埋没している、電子機器。 - 導電性組成物を準備する工程と、
前記導電性組成物を伸縮性基材上に塗布する工程と、
塗布された前記導電性組成物と回路部材の電極とが接触するように、前記伸縮性基材に前記回路部材を搭載する工程と、
塗布された前記導電性組成物を加熱して、前記導電性組成物の硬化物を含む配線パターンを形成するとともに、前記電極と前記配線パターンとを接続する工程と、を備え、
前記導電性組成物は、
芳香族性を有する環構造を含む可撓性エポキシ樹脂と、
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂と、
アミン硬化剤と、
導電性材料と、を含み、
前記導電性材料は、アスペクト比2以上のフィラーを含む、
電子機器の製造方法。
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