JPH1112552A

JPH1112552A - 導電性粒子

Info

Publication number: JPH1112552A
Application number: JP9168490A
Authority: JP
Inventors: Hiroteru Takezawa; 弘輝竹沢; Kazuo Eda; 和生江田; Yoshihiro Bessho; 芳宏別所; Tsutomu Mitani; 力三谷; Minehiro Itagaki; 峰広板垣; Sei Yuhaku; 祐伯　　聖; Yoshifumi Nakamura; 嘉文中村; Nobunori Hase; 伸啓長谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】接続信頼性に優れた導電性接着剤を得るための
導電性粒子を提供する。【解決手段】導電性接着剤中に充填される導電性粒子を
多長脚状の粒子として、互いに絡まり合って集合体を形
成するので、粒子同士の接触を保持して接続信頼性に優
れた導電性接着剤を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板と電
子部品の実装に用いられる導電性接着剤の構成材料であ
る導電性粒子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の環境問題への意識の高まりから、
エレクトロニクス実装の分野では、「はんだ」の鉛規制
が進行しようとしており、鉛を用いない実装技術の確立
が急務となっている。鉛フリー実装技術としては、主と
して鉛フリーはんだ、導電性接着剤が挙げられるが、接
合部の柔軟性、実装温度の低温化等の利点が期待される
導電性接着剤に、より注目が集まっている。

【０００３】従来の導電性接着剤は、一般的に、樹脂成
分中に導電性粒子を分散させたものであり、電極の接続
後に樹脂を硬化させ、粒子同士の接触により、接続部の
導通を確保するものである。したがって、接続部が樹脂
で接着されるため、熱や外力による変形に対して柔軟に
対応し、導通部が合金である「はんだ」と比較して、接
続部に亀裂が発生しにくいというメリットを有してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題】しかしながら、従来の
導電性接着剤は、導電性粒子の形状が球状である場合が
多く、接続部が極端に変形した場合、樹脂部分は変形に
対して柔軟に対応するが、樹脂中に分散した導電性粒子
は、お互いの接触が損なわれ、接続不良が発生すること
があった。

【０００５】また、例えば特開平５−１７４８８９に記
されているように、従来の導電性接着剤の中には、鱗片
状の導電性粒子を用いて粒子同士の接触面積を大きく
し、導電性の確保を図っている場合も見受けられるが、
この場合も鱗片に平行な変形に対する接触は確保しやす
いものの、垂直方向の変形に対しては粒子同士の接触が
損なわれやすく、接続不良となる場合があった。そこで
本発明は、接続信頼性のより高い導電性接着剤を開発す
るために、接続部のいかなる方向への変形に対しても、
接触が確保される導電性粒子を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、導電性接着剤中に充填される導電性粒子
が、互いに絡まり合って集合体を形成する粒子からなる
もので、これにより接着剤中で各粒子が互いに絡まり合
った集合体を形成して、接着剤硬化体の接続部が熱や外
力により変形を受けても、粒子同士の接触が保持され、
導通不良が発生しない。

【０００７】本発明において、このような導電性粒子に
は多長脚状粒子が含まれる。多長脚状粒子とは、長い線
条の多数の脚を持ち、一般に剛性があり、多長脚状粒子
同士で、或は、他の形状の粒子と脚が絡まり合って集合
体を形成するものである。

【０００８】また、多長脚状粒子には金属を被覆した粒
子が含まれる。多長脚状の粒子表面の金属皮膜は、粒子
に導電性を付与し、粒子自体は絶縁性であるような粒子
の利用を可能にする。

【０００９】本発明の導電性粒子には、また、多長脚状
粒子と鱗片状又は球状の導電性粒子とからなる混合物を
含む。多長脚状粒子の絡まりあった脚の間で導電性粒子
が相互接触状態で保持されるので、接着剤硬化体の接続
部が熱や外力により変形を受けても、粒子同士の接触が
保持され、導通不良が発生しない。本発明には、導電性
の樹枝状粒子又は多孔質状粒子からなる導電性粒子も含
まれる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の導電性粒子について、図
面を参考にしながら説明する。本発明に置いては、導電
性接着剤中に充填される導電性粒子としては、互いに絡
まり合う粒子として多長脚状の粒子、または多長脚状と
従来の形状（球状、鱗片状）との混合粒子が用いられ
る。多長脚状粒子としては、好ましくは、四脚を有する
金属酸化物粒子が挙げられ、特に、四脚が中心から正四
面体の各頂点方向に延びているものが含まれる。このよ
うな四脚を有する粒子として、酸化亜鉛ウイスカがあ
る。

【００１１】図１（Ａ）に、４つの脚１０・・・を有す
る粒子１の形状の例を示す。この導電性の四脚状粒子１
は、図１（Ｂ）に示すように、脚１０・・・が互いに絡
まり合って集合体２を容易に形成するので、接着剤中に
あって粒子は絡みあって、接続部の変形によっても分離
し難く、接着剤の接続部の電気的導通を確保できる。し
たがって、本発明の導電性粒子は、従来の球状粒子ある
いは鱗片状粒子を用いた場合よりも接着剤に良好な接続
性が得られる。

【００１２】多長脚粒子は、上述したように、酸化亜鉛
等の金属酸化物である場合には、多長脚粒子をそのまま
利用すると接続抵抗が高すぎて、導電性粒子としては使
用できない場合がある。そこで、多長脚状粒子には、金
属により表面被覆したものが好ましく採用される。この
ような金属皮膜には、銀、ニッケル、銅などの金属無電
解メッキや真空蒸着したものが利用され、これにより、
多長脚状粒子の表面を導電性にすることがなされる。

【００１３】本発明においては、多長脚状と従来の形状
（球状、鱗片状）との混合粒子が使用されるが、この例
として、図２には、多長脚を有する粒子と体積抵抗率が
１×１０^-2ｃｍ未満の鱗片状粒子とを含む導電性粒子の
集合状態を示す。この例で、図２（Ａ）の四脚状粒子１
と図２（Ｂ）の従来の鱗片状粒子として板状粒子４を混
合することにより、多長脚状粒子の脚の先端部が鱗片状
粒子を貫通し、図２（Ｃ）に示すような集合体５を形成
する。導電性粒子の集合により、鱗片状粒子が垂直方向
に分離することが妨げられるため、接着剤の接続部の導
通が確保される。

【００１４】また、図３には、多長脚を有する粒子と体
積抵抗率が１×１０^-2ｃｍ未満の球状粒子とからなる導
電性粒子の形状を示す。図３（Ａ）の多長脚状粒子１と
図３（Ｂ）の従来の球状粒子７からなることにより、図
３（Ｃ）に示すように球状粒子が多長脚状粒子の脚の間
に入り込み、集合体８を形成する。これにより、球状粒
子がお互いに分離することが妨げられるため、接続部の
導通が確保される。

【００１５】以上のように、多長脚粒子と鱗片状又は球
状の導電性粒子との混合粒子の使用は、従来の導電性の
粒子を単独に用いた場合よりも接着剤に良好な接続信頼
性が得られる。ここで、導電性の鱗片状粒子と球状粒子
を体積抵抗率が１×１０^-2ｃｍ未満とするのは、体積抵
抗率１×１０^-2ｃｍ以上では、接着剤全体を導電性にす
るには不十分であるからである。さらに、混合粒子中の
多長脚状粒子が、金属酸化物など上述したように体積抵
抗率の高い物質である場合には、同様に、表面に金属被
覆をするのが好ましく、これにより、接着剤の接続抵抗
は低くなる。

【００１６】図４（Ａ）には、粒径が３μｍ未満でかつ
体積抵抗率が１×１０^-2ｃｍ未満の球状粒子からなる導
電性粒子の形状を示す。粒径が３μｍ未満の小さな球状
粒子７′は、互いに引き付け合いやすく、図４（Ｂ）に
示すように、集合体１０を形成する。これにより、球状
粒子がお互いに分離することが妨げられるため、接続部
の変形によっても導通を確保できる。

【００１７】この構成により、従来の球状粒子あるいは
鱗片状粒子を用いた場合よりも良好な接続性が得られ
る。なお、本発明の３μｍ未満の導電性の球状粒子とし
ては、金属粒子が最も一般的であるが、プラスチックや
セラミックス等の絶縁性粒子に導電性金属のメッキを施
してもよい。また、従来の球状粒子のように、粒径が３
μｍより大きい場合は、粒子同士が引き付け合いにく
く、絡まり合わないので、本発明の導電性粒子としては
好ましくない。

【００１８】図５（Ａ）には、導電性の樹枝状粒子から
なる導電性粒子の形状を示す。導電性粒子が導電性の樹
枝状粒子１１からなることにより、図５（Ｂ）に示すよ
うに樹枝状粒子がお互いに絡まり合い、集合体１２を形
成する。これにより、接着剤中で樹枝状粒子がお互いに
分離することが妨げられるため、接着剤は、接続部の変
形によっても導通を確保できる。

【００１９】図６に導電性の多孔質状粒子からなる導電
性粒子の形状を示す。図６（Ａ）に示すような多孔質状
粒子１３を使用することにより、多孔質状粒子１３がお
互いに絡まり合い、図６（Ｂ）に示すように、集合体１
４を形成する。これにより、多孔質状粒子がお互いに分
離することが妨げられるため、接続部の変形によっても
導通を確保できる。

【００２０】この構成により、本発明の導電性粒子は、
従来の球状粒子あるいは鱗片状粒子を用いた場合よりも
良好な接続性が得られる。なお、本発明の導電性の多孔
質状粒子としては、金属多孔体粒子が最も一般的である
が、プラスチックやセラミック等の絶縁性多孔体粒子に
導電性金属のメッキを施してもよい。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の導電性粒子の実施例について
説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものでは
ない。各種形状の粒子をそれぞれ所定量（計１．８ｇ）
計りとり、エポキシ／アクリル系樹脂（日本ロックタイ
ト（株）製ロックタイト３０１６）０．２ｇと混練し
て導電性接着剤を作製した。

【００２２】なお、本発明の多長脚状粒子には、四脚状
粒子である、酸化亜鉛ウイスカ（松下アムテック（株）
製平均長さ１０μｍ）を用い、必要に応じて表面にニ
ッケルの無電解メッキを行った。また、本発明の球状粒
子、鱗片状粒子、樹枝状粒子、球状粒子、多孔質状粒子
のいずれも材質はニッケルである。

【００２３】球状粒子は、平均粒径１μｍのもの（イン
コ・エス・ピー・ピー社製）と、従来の球状粒子として
５μｍのもの（インコ・エス・ピー・ピー社製）を用い
た。鱗片状粒子は、平均粒径２μｍのもの（インコ・エ
ス・ピー・ピー社製）を用いた。樹枝状粒子及び多孔質
状粒子はそれぞれ平均粒径２μｍのもの（セラック社
製）を用いた。このようにして作製した導電性接着剤に
ついて、以下に述べる方法で接続抵抗試験を行った。

【００２４】（接続抵抗試験方法）図７に接続抵抗試験
方法を示す。セラミックス基材１５上に銅電極１６、１
７が配置されており、１６の表面には金の無電解メッキ
が施してある。導電性接着剤１８により、ＱＦＰ１９の
脚２０、２１を、それぞれ１６、１７上に接着し、接着
剤を硬化させるために、１５０℃で３０分間乾燥させて
試料とした。

【００２５】この試料を熱衝撃試験器に入れ、熱衝撃条
件下で、４端子法により１６、１７と２２０、２１間の
抵抗値の経時変化を測定した。試験条件は、−４５〜１
２５℃（各温度３０分保持）、１０００サイクルとし
た。試験結果を表１にまとめて示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１の結果について、以下に詳しく述べ
る。（実施例１）導電性粒子として、四脚状の酸化亜鉛ウイ
スカ粒子にニッケルメッキを施したものを用いることに
より、従来の粒径が５μｍの球状粒子を用いた場合（比
較例１）、あるいは鱗片状粒子を用いた場合（比較例
２）よりも、良好な接続信頼性が認められた。

【００２８】（実施例２）導電性粒子として、四脚状の
酸化亜鉛ウイスカ粒子にニッケルメッキを施したもの
と、従来の鱗片状粒子の混合粒子を用いることにより、
実施例１の場合よりも良好な接続信頼性が得られた。

【００２９】（実施例３）導電性粒子として、四脚状の
酸化亜鉛ウイスカ粒子に、従来の鱗片状粒子の混合粒子
を用いることにより、従来の粒径が５μｍの球状粒子を
用いた場合（比較例１）、あるいは鱗片状粒子を用いた
場合（比較例２）よりも、良好な接続信頼性が認められ
た。しかしながら、実施例１の場合よりも接続信頼性は
劣る結果となった。

【００３０】（実施例４）導電性粒子として、四脚状の
酸化亜鉛ウイスカ粒子にニッケルメッキを施したもの
と、従来の粒径が５μｍの球状粒子の混合粒子を用いる
ことにより、実施例１の場合よりも良好な接続信頼性が
得られた。

【００３１】（実施例５）導電性粒子として、四脚状の
酸化亜鉛ウイスカ粒子に、従来の粒径が５μｍの球状粒
子の混合粒子を用いることにより、従来の粒径が５μｍ
の球状粒子を用いた場合（比較例１）、あるいは鱗片状
粒子を用いた場合（比較例２）よりも、良好な接続信頼
性が認められた。しかしながら、実施例１の場合よりも
接続信頼性は劣る結果となった。

【００３２】（実施例６）導電性粒子として、粒径が１
μｍの球状粒子を用いることにより、従来の粒径が５μ
ｍの球状粒子を用いた場合（比較例１）、あるいは鱗片
状粒子を用いた場合（比較例２）よりも、良好な接続信
頼性が認められた。

【００３３】（実施例７）導電性粒子として、樹枝状粒
子を用いることにより、従来の粒径が５μｍの球状粒子
を用いた場合（比較例１）、あるいは鱗片状粒子を用い
た場合（比較例２）よりも、良好な接続信頼性が認めら
れた。

【００３４】（実施例８）導電性粒子として、多孔質状
粒子を用いることにより、従来の粒径が５μｍの球状粒
子を用いた場合（比較例１）、あるいは鱗片状粒子を用
いた場合（比較例２）よりも、良好な接続信頼性が認め
られた。

【００３５】（比較例１）導電性粒子として、従来の粒
径が５μｍの球状粒子を用いた場合、粒子同士が絡まり
合わず、接続信頼性の低下が認められた。

【００３６】（比較例２）導電性粒子として、従来の鱗
片状粒子を用いた場合、接続信頼性は、比較例１よりは
改善されるものの低下が認められた。以上の結果から、
実施例２と４が最も接続信頼性に優れたものであり、本
発明の導電性粒子として最も好ましいものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明により、導電性接着剤中に充填さ
れる導電性粒子において、互いに絡まり合って集合体を
形成する粒子からなることで粒子同士の接触を保持する
ことを特徴とする導電性粒子を提供でき、従来よりも接
続信頼性に優れた導電性接着剤が得られる。

【００３８】このような導電性粒子に多長脚状粒子を使
用することにより、接着剤中での粒子相互の絡み合いと
接着剤の接続性が容易に確保される。

【００３９】本発明はまた、多長脚状粒子と導電性の鱗
片状粒子又は球状粒子との混合物とするので、従来の導
電性の粒子を単独に用いた場合よりも接着剤に良好な接
続信頼性が得られる。

【００４０】さらに、多長脚状粒子に導電性の金属を被
覆することにより、多長脚状粒子の導電性に確保でき、
接着剤の接続信頼性を高めることができ、導電性粒子に
は、それ自体絶縁性であるような多長脚状粒子を広く活
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は多長脚を有する粒子を示し、（Ｂ）は
（Ａ）の粒子が絡まり合って集合した導電性粒子の形状
を示す。

【図２】（Ａ）は多長脚を有する粒子を示し、（Ｂ）は
体積抵抗率が１×１０^-2Ωｃｍ未満の鱗片状粒子を示
し、（Ｃ）は（Ａ）、（Ｂ）両粒子が絡まり合って集合
した導電性粒子の形状を示す。

【図３】（Ａ）は多長脚を有する粒子を示し、（Ｂ）は
体積抵抗率が１×１０^-2Ωｃｍ未満の球状粒子を示し、
（Ｃ）は（Ａ）、（Ｂ）両粒子が絡まり合って集合した
導電性粒子の形状を示す。

【図４】（Ａ）は粒径が３μｍ未満及び体積抵抗率が１
×１０^-2Ωｃｍ未満の球状粒子を示し、（Ｂ）は（Ａ）
の粒子が絡まり合って集合した導電性粒子の形状を示
す。

【図５】（Ａ）は導電性の樹枝状粒子を示し、（Ｂ）は
（Ａ）の粒子が絡まり合って集合した導電性粒子の形状
を示す。

【図６】（Ａ）は導電性の多孔質状粒子を示し、（Ｂ）
は（Ａ）の粒子が絡まり合って集合した導電性粒子の形
状を示す。

【図７】接続抵抗試験方法を示す。

【符号の説明】

１多長脚状粒子２、５、８、１０、１２、１４集合体４鱗片状粒子７従来の球状粒子９球状粒子１１樹枝状粒子１３多孔質状粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三谷力大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者板垣峰広大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者祐伯聖大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者中村嘉文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者長谷伸啓大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性接着剤中に充填される導電性粒子
において、互いに絡まり合って集合体を形成する粒子か
らなり、粒子同士の接触を保持することを特徴とする導
電性粒子。
【請求項２】多長脚を有する粒子を含むことを特徴と
する請求項１に記載の導電性粒子。
【請求項３】多長脚を有する粒子が、四脚を有する金
属酸化物の粒子であることを特徴とする請求項２に記載
の導電性粒子。
【請求項４】金属酸化物が酸化亜鉛ウイスカであるこ
とを特徴とする請求項３に記載の導電性粒子。
【請求項５】体積抵抗率が１×１０^-2ｃｍ未満の多長
脚を有する粒子からなることを特徴とする請求項２に記
載の導電性粒子。
【請求項６】多長脚を有する粒子が金属を被覆したも
のであることを特徴とする請求項２に記載の導電性粒
子。
【請求項７】多長脚を有する粒子と体積抵抗率が１×
１０^-2ｃｍ未満の鱗片状粒子とからなることを特徴とす
る請求項２に記載の導電性粒子。
【請求項８】多長脚を有する粒子と体積抵抗率が１×
１０^-2ｃｍ未満の球状粒子とからなることを特徴とする
請求項２に記載の導電性粒子。
【請求項９】粒径が３μｍ未満でかつ体積抵抗率が１
×１０^-2ｃｍ未満の球状粒子からなることを特徴とする
請求項１に記載の導電性粒子。
【請求項１０】導電性の樹枝状粒子からなることを特
徴とする請求項１に記載の導電性粒子。
【請求項１１】導電性の多孔質状粒子からなることを
特徴とする請求項１に記載の導電性粒子。