JPH01185380A - 異方導電性接着剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は異方導電性接着剤、特には２つの回路基板、印
刷配線板同志あるいは印刷配線板と電子回路部品の端子
間に載置し、加熱加圧してこれらの回路基板を接着する
と共に、その両端子間を電気的に接続するようにする異
方導電性接着剤に関するものである。

（従来の技術） 絶縁性接着剤に導電性粒子を分散配合したものが異方導
電性を示すこと、またこの種の異方導電性接着剤が集積
回路素子、各種表示素子、電気部品およびこれらを搭載
した配線基板との接続用に使用されることはすでによく
知られているところであり、この異方導電性接着剤を構
成する導電性粒子については金、銀、ニッケル、アルミ
ニウム、鉄などの金属粒子を使用するもの（特公昭５８
−５６９９６号公報参照）、金属やプラスチックを核と
してその表面に貴金属などのメツキを施した粒子を使用
するもの（特開昭５１−１３５９３８号公報参照）、カ
ーボンブラックを使用するもの（特公昭６０−５２１８
７号公報参照）、黒鉛粉末を使用するもの（特公昭６１
−９３４２号公報参照）、カーボンファイバー、セラミ
ックを使用するもの（特公昭５９−６４６８５号公報参
照）などが公知とされている。

しかし、金属粒子は化学的に不安定で、長期間の使用中
に周囲を覆う絶縁性接着剤や接着界面からの水分、空気
の侵入に伴うこれらとの接触によって酸化または硫化さ
れて、接続抵抗が上昇し。

または断線するという不利があり、貴金属メツキしたも
のは化学的に安定化されるけれども価格が高くなるので
産業上充分に利用されるものではない。また、カーボン
ブラック、カーボンファイバー、黒鉛粉末、セラミック
粉は化学的に安定であるけれどもこのカーボンブラック
は粒子径が３×１０−３μｍと非常に小さいためにこの
ような粒子を介して２つの電極間をつなぐことは事実上
不可能であり、カーボンファイバーは径が５〜１５庫程
度であるけれども、このものは長さがありその長さ方向
が隣接する電極間にまたがってリークするために０゜６
ｍｍ以下の電極端子を有する回路基板を接続することが
できないという不利があり、黒鉛粒子は圧縮強度が３０
０−１　、　ＯＯＯｋｇ　／　ａｍ　ト低く、脆いので
接着操作時の加熱加圧によってっぶれたり、砕けるため
に導電粒子としては適当ではない。

また、この導電性粒子については金属粉や無機質ガラス
、アルミナなどやプラスチックボールに貴金属メツキを
施したものも提案さ九ているが、このものはメツキ被覆
にピンボールがあるし、接着操作や配合時の機械的応力
によってつぶれたり、メツキが剥がれるために導通不良
や隣接端子間をリークさせるという不都合があり、セラ
ミック粉末については化学的に安定であるがこれは比抵
抗が１ｏ−２Ω・０ｍ以下であるために良好な導電性を
示すものが少なく、また硬いために被接着物（例えば透
明電極）の電極を損傷することがあるという不利がある
。

なお、二＼に使用される導電性粒子については球形粉１
粒状粉、樹脂状粉、片状粉、針状粉、角状粉、海綿状粉
、不規則状形粉などが用いられているが、これは接触安
定性の点から、また粒度分布を揃えるための篩分けのた
めには等方性の形状のものとすることがよく、さらには
接着剤の膜厚と粒径の関係からは球状粉が好ましいもの
とされるのであるが、この球状粉のものは銀、銅、銅す
ず合金、ハンダ合金、無機質ガラス、アルミナ、エポキ
シ、スチレンなどのプラスチックボールにメツキを施し
たものしかなく、これらには前記したように化学的、機
械的安定性がわるく、したがって接続の安定性に欠ける
という不利がある。

また、この導電性粒子として金属粒子やセラミック粉を
用いる場合にはこれらが比重の大きいものであるために
絶縁性接着剤に混合するとこれが接着剤に沈降して濃度
ムラが発生し、したがって均一な分散性をもつものを得
ることが難しく、特に接続しようとする端子のピッチが
Ｑ　、　４　ｍｍ以下のように小さいときには導通不良
やリークということがしばしば発生するという不利があ
る。

（発明の構成） 本発明はこのような不利を解決することのできる異方導
電性接着剤に関するものであり、これは絶縁性接着剤中
に、熱硬化性プラスチック球形粉を炭化焼成して得た平
均粒径が５〜５０即で比重が１．４〜１．７であり、線
膨張率が２〜５Ｘ１０−６７℃である球形状非晶質カー
ボン粒子を分散配合してなることを特徴とするものであ
る。

すなわち、本発明者らは化学的に安定で接着性安定性が
よく、リークの心配のない異方導電性接着剤を開発すべ
く種々検討した結果、絶縁性接着剤中に分散配合させる
べき導電性粒子を熱硬化性プラスチック球形粉を炭化焼
成して得たものとすると、このものが平均粒径５〜５０
７１ｍで比重が１゜４−１．７であり、線膨張率が２−
５Ｘ１０−’／℃である球形状非晶質カーボン粒子とな
るので、これが化学的に安定で接着操作時あるいは絶縁
性接着剤との混合時における機械的圧力にもつぶれたり
、砕けることがないし、比重が１．４〜１．７であるこ
とから絶縁性接着剤中に沈降することもなく、さらには
これが平均粒径が５〜５０μ■の球状形のものとされて
いることから接着安定性のよいものになるということを
見出し、こ＼に使用する絶縁性接着剤の種類、導電性粒
子を製造するための熱硬化性プラスチックの種類、この
炭化焼成方法などについての研究を進めて本発明を完成
させた。

なお、本発明における「平均粒径」は分布関数形から間
接的に求めた「メジアン径」を示すもので、液相沈降法
にもとづいて粒子を沈降させ、光透過法によって粒子濃
度の検出を行ない、粒度分布を知ることのできる装置（
例えば島津遠心沈降式粒度分布測定装置）を用いて測定
したものである。

以下にこれをさらに詳述する。

本発明の異方導電性接着剤を構成する絶縁性接着剤は公
知のものでよく、したがってこのものは熱可塑性、熱硬
化性の高分子物質、例えばポリスチロール、エチレン−
酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、
ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルブチラール、ク
ロロプレン、ＳＢＲ、アクリル酸ゴム、ニトリルゴム、
シリコーンゴムなどの単体またはこれらの２種以上の混
合体とすればよいが、これに必要に応じ溶剤、粘着付与
剤、老化防止剤、可塑剤、架橋剤、分散促進剤、顔料、
補強または増量のための有機系、無機系の充填剤などを
添加することは任意とされる。

なお、このものは後述する導電性粒子を分散配合したの
ち製膜されて目的とする異方導電性接着剤とされるが、
この製膜はカレンダロール、ドクターナイフコーター、
グラビヤロール、スクリーン印刷法などによって所望の
厚さに製膜すればよい。

つぎに本発明の異方導電性接着剤を構成する導電性粒子
は熱硬化性プラスチックの球状粉を炭化焼成して得た球
形状非晶質カーボン粒子（望ましくは真球度５μｍ以内
、より望ましくは２１ｎ以内）とすることが必要とされ
る。この熱硬化性プラスチックとしてはフェノール樹脂
、アミノ樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、
不飽和ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタ
レート樹脂、ポリウレタン樹脂などが例示されるが、こ
れは予じめこれらを硬化させた硬化物を機械的に粉砕し
て球形状のものとするか、界面重合などで反応物が相溶
し合わない液を攪拌して反応物を分散させたのち反応物
の撥水性、表面張力によって球形状とすれば球形が５０
Ｉ１ｍ以下の熱硬化性プラスチック球状粉として取得さ
れる。この熱硬化性プラスチック球状粉はついで炭化焼
成することによって球形状非晶質カーボン粒子とされる
のであるが、この炭化焼成は窒素ガス、アルゴンガスな
どの不活性ガス雰囲気中で行なう必要があるし、これを
２，０００℃以上で焼成すると結晶化が高まって強度の
弱い黒鉛質のカーボンとなるのでこれは８００〜１，２
００℃、好ましくは９００〜１．０００℃の温度で行な
うことがよく、またこの焼成時間については目的とする
焼成粉の容量、攪拌条件、炉内に充填される熱硬化性プ
ラスチック材の量によって異なるけれども数日〜１週間
、好ましくは５日以下、さらに好ましくは５０時間以下
とすることがよいが、この実施時における温度の上昇、
下降は段階的に行なうことがよい。

なお、この炭化焼成によって得られる球形状非晶質カー
ボン粒子は処理前の熱硬化性プラスチック球状粉にくら
べて２０％程度収縮するため、このちのを目的の粒径の
ものとするためには熱硬化性プラスチック球状粉の粒径
を目的とする粒径よりも２０％増の範囲で篩分けしてお
くことがよいが、このものは焼成後の２次凝集もあるの
で爾後に所望のサイズに篩分けすることがよい。

このようにして得られたカーボン粒子は球形状非晶質の
もので平均粒径が５〜５０μ訂のものとされ、このもの
は比重が黒鉛（比重１．５５〜１．９）より小さい１．
４〜１．７のものとされるが、これはまたその線膨張率
が２〜５　Ｘ　１０−６／℃のものとなる。

本発明の異方導電性接着剤は上記した絶縁性接着剤中に
この球形状非晶質カーボン粒子を分散配合させ、ついで
これを前記した方法で製膜することによって得ることが
できるが、この分散配合は三本ロールミル、ホモジナイ
ザーや通常の攪拌装置を用いて行なえばよく、またこの
カーボン粒子の配合量は絶縁性接着剤１００容量部に対
し３゜容量部具上とすると確率的に平面方向に粒子が連
がって平面方向にも導電性となり、異方性が損なわれる
ので３０重量部以下とする必要があるが、被接続電極ピ
ッチが０．６ｍｍ以下と小さいときには電極間距離がさ
らに小さくなるので１５重量部以下とすることがよい。

しかし、これが少なすぎると導通の面から電極ピッチが
小さくなって接続に寄与する面積が小さくなり、接続す
べき電極」二に粒子が存在しなくなったり、少なすぎる
ことになって断線、高抵抗化となるのでこれは０．１重
量部以上、好ましくは２重量部以上とすることがよい。

このようにして得られた本発明の異方導電性接着剤はこ
れを２つの回路基板の間に載置して熱圧すると回路基板
同志が接着されると共にこの異方導電性接着剤に含有さ
れている球形状非晶質カーボン粒子によって膜と垂直の
方向のみに導通するので、この回路基板は電気的に接続
されたものとなるが、この球形状非晶質カーボン粒子の
線膨張率が２〜５×１０″Ｇ／℃と小さいので、従来こ
の種の異方導電性接着剤においてみられるこの膜体の熱
膨張によって接着剤と電極との界面での接着力よりも強
い力でこれが引き剥がされるということがなく、したが
って導通不良、断線という事故を引き起こすおそれがな
く、抵抗値変化、強度変化も小さいという有利性が与え
られるほか、このものはその導電性粒子が化学的に安定
なカーボン粒子とされており、これが比重の小さいもの
とされているのでこれが絶縁性接着剤中に沈降すること
がなく均一に分散されるし、これはまたそれが球状形の
ものとされているので接触安定性がよく、リークの心配
もなく、さらには粒径の管理も容易であるという有利性
をもつものであるので、工業的に容易に目的とする異方
導電性接着剤を得ることができる。

つぎに本発明の実施例をあげるが、例中の部はとくにこ
とわらない限り重量部を示したものである。

実施例１、比較例１〜５ スチレン・ブタジェン・スチレンブロック共重合体（比
重０．９４、メルトインデックス６）１００部、軟化点
が１４５℃であるテルペン・フェノール系粘着付与剤６
０部、トルエン２２０部とからなる比重０．９７の絶縁
性接着剤１００容量部に、フェノール樹脂球形粉を９０
０℃で３日間焼成して得た平均粒径が３３庫、比重が１
．４７゜線膨張率が３ｘ　１０−６／℃である球形状非
晶質カーボン粒子４．８容量部を添加し、ホモジナイザ
ーで均一に混練してから厚さ５０μｍのテフロンフィル
ム上にバーコータを用いて厚さ３０／７ｒａの膜体を作
り、異方導電性接着剤膜体を作った。

ついで、これをライン巾０．１５＋＋＋ｍ、ピッチ０゜
２５ｍｍのフレキシブル回路基板間に分圧させ、その片
側から先端にシリコーンゴムのクツションのライたヒー
ターを用いて２００℃、２ｏｋｇ／ｄで１０秒間熱圧し
て２つの回路基板を接続させ、その初期導通抵抗と線間
の絶縁抵抗を測定し、つぎに−４０〜８０℃での熱衝撃
試験を５０サイクル行なったのちの抵抗値測定を行なっ
たところ、第１表に示したとおりの結果が得られた。

しかし、比較のためにこの導電性粒子としてニッケル粉
（比重８．８５、線膨張率１．３３　Ｘ　１０−１２＝ 一５／℃）を用いたもの（比較例１）、球状形のエポキ
シ樹脂に金メツキを施したもの（比重１．９、線膨張率
４．５　Ｘ　１０−′″／　℃’）を用いたもの（比較
例２）、不規則状の炭化けい素粉（比重３．１７、線膨
張率４．８Ｘ１０−６／℃）を用いたもの（比較例３）
、極小短繊維カーボンファイバー（比重１．７８、線膨
張率５　Ｘ　１０−６／’Ｃ）を用いたもの（比較例４
）、粒状ないし片状の黒鉛粉（比重１．７５、線膨張率
４　Ｘ　１０−／’Ｃ）を用いたもの（比較例５）を作
り、これらをオープニングが２６μｍと３７μｍの篩を
用いて篩分けし、これを用いて実施例と同様に処理して
その抵抗値を測定したところ、第１表に併記したとおり
の結果が得られた。

第　　　１　　　表 （備考）＊・・・分散不良が生じ、リークはなかったも
のの初期抵抗の最大値が１８３Ωとなった。

実施例２、比較例６〜１゜ トルエン、メチルエチルケトン溶剤を用いた固形分が３
０％のクロロプレン系接着剤５０部と熱可塑性ポリエス
テル（分子量２０，０００、融点１３７℃）７５部およ
びトルエン２００部とからなる比重１．０５の絶縁性接
着剤に、実施例１および比較例１〜５で使用した導電性
粒子を実施例１と同様に分散配合し、同様に処理して作
った異方導電性接着剤膜体を２５μＭ、ポリエステルフ
ィルムにラインｒ１１０　、２闘、ピッチ巾Ｑ　、　４
　ｍｍの銀・カーボンラインパターンをスクリーン印刷
で設け、これと同様のパターンを有する透明電極（ガラ
ス厚１．１２ｍｍ、酸化インジュム抵抗３０Ω／口）と
フレキシブル基板（２５μｍポリイミドベース、１８μ
ｍ銅箔で表面金メツキ処理したもの）に表面温度２００
℃、３０ｋｇ／ｃｄの条件で５秒間で熱圧着し、このも
のの初期抵抗、初期絶縁抵抗および６０℃、９５％ＲＨ
の高温雰囲気中（１ライン当り１０　ｍ　Ａの電流を流
す）に１００時間曝露した後の導通抵抗を測定したとこ
ろ、第２表に示したとおりの結果が得られた。

＝１５− 第　　　２　　　表 薯 つ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁性接着剤中に熱硬化性プラスチック球形粉を炭
   化焼成して得た平均粒径が５〜５０μｍで比重が１．４
   〜１．７であり、線膨張率が２〜５×１０＾−＾６／℃
   である球形状非晶質カーボン粒子を分散配合してなるこ
   とを特徴とする異方導電性接着剤。 ２、絶縁性接着剤の比重が、その固化または硬化前に０
   ．８以上である特許請求の範囲第１項記載の異方導電性
   接着剤。