JPS63301408A - 導電性粒子 - 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） 本発明は集積回路、液晶パネルあるいはＥＬ表示パネル
等の回路端子と、必要とする他の電気部材との回路との
間全電気的に接続するに適した導電性接着剤に用いられ
る導電性粒子に関する。

（従来の技術） 導電性粒子は、プラスチックスや接着剤等のマトリック
ス中罠光填して、静電破壊防止用、電磁波シールド用お
よび回路の接続用等に多用されている。こｎらの導電性
粒子はカーボンブラックや金属粒子が古くから用いられ
ており、最近では雲母、ガラス、セラミック等の無機材
料やプラスチックやゴム等の高分子全核材とし、この表
面にたとえばめっき法などにより金属薄層を形成する試
みもなさｎるよ５になってきた。

この金属薄層全形成する方法によｎは、金属の使用量が
少なく省資源に有効であり、比重もｌ」・さくすること
が出来、またマトリックスと混甘し易い等の特長を有す
る。

本発明者らは先に、高分子核材の表面が金属薄層により
実質的に被覆さｎてなる４を性粒子（以下被覆粒子）を
用いた回路の接続材料について提案した（％願昭＜５１
−３１０８８号）。

この方法によｎば、導電性粒子は回路接続時の加圧ある
いは加熱加圧により、回路間あるいは導電性粒子相互間
で押しつけるように適度に変形するために光分な接触面
積が得らｎることや、高分子核材は剛性や熱＃張収縮特
性が金精粒子に較べて接着剤の性質に極めて近いこと等
から温度変化に対する追随性を有するので妥続信籾性が
者しく向上した。

ここで温度変化に対する追随性とは温度変化時における
接着剤のｐＡ膨張収縮に対し４電性粒子も接着剤の変化
に近似して膨張収縮することをいう。

すなわち従来の金属ね子の熱膨張率は接着剤に較べて一
般的に１桁程度ｌ」・さい為、たとえは高温時において
は金属粒子の膨張量（工接潰剤に較べて少なく接続回路
間隙の変化に対して追随性が無いので回路への金属粒子
の接融面積や接触点数が減少し接続抵抗の増加や導通不
良を生じる。

（発明が解決しようとする問題点ン 上記先願発明は、多くの回路に対して優ｎた接続信頼性
を示すが、回路の表面がＣｒ、　Ａｌおよび半田などの
場合に接続抵抗、特にその初期抵抗が高く、接続部の信
頼性が不足する場合があり、またＩＣの回路上への搭載
の場合には熱放散性にも劣ること等が最近わかってきた
。

上記問題点について検討したところ、前者の場合の回路
表面は水分等の吸Ｍｌ−や酸化ノーなどの汚染Ｊ＠全形
成し易く、抜機粒子では従続時に高文子核体が軟化変形
するため、回路表面の数Ａ〜数百八へ存在する汚染層全
突き破ることができず純金属との接触が充分に得られな
いことが原因であることがわかった。ｆた後者について
は、高分子核材に較べて熱伝導性に俊ゎる金属が薄層で
あるためと考えらｎる。

本発明はか〜る状況にねみなさｎたものであり、接続信
頼性にすぐｎた２４心性板子を提供せんとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） すなわち本発明は、高分子杉材の表面が金属薄層により
実質的に被接さｎてなる抜機粒子の表面に、更に金Ｍ粒
子全付看形成してなる４′ｄｌ。

性粒子に関する。

以下本発明を実施例金示した図面を参照しつつ説明する
。

第１図および第２因は本発明になる４電性粒子を示す断
面模式図であり、高分子核材１０表面に金！Ａ＃層２よ
りなる被合ＮＩを有し、さらにその表面に全屈粒子６全
付着形成してなるものである。

本発明になる導電性粒子は球状や卵形あるいは、断面が
概略角状を示す立方体、長男体、円柱状および台垂状な
どの形状とすることが出来る。

抜機教子と金属粒子３の朴径の関係は第１図のように金
属粉子３の方がｌ」・さいことが回路への接触点数が増
加することがら好ｆしいが、両者の粒径が略同等杵度ま
で構成することが町６ヒである。金祖粒子の方が大きな
場合は、回路接続時に接研すべき回路間においてスペー
サー的に作用するので、被覆粒子の特徴が発埃し難く好
ｆＬ＜ない。金属粒子３の被検粒子への付着数は１個以
上が可能である。

しかしこの場合においても回路への接触点数が増加する
ことから、第１図のように大質的に全表面に金！ｇ粒子
を構成することが好テしい。

同じ卯由から、金、肯粒子３は第３図のように表面に無
数の突起を有することが好ましい。この場合金属粒子３
が被榎層２及び回路の汚染層４へ光分（食い込み易いの
で、接触面積の増加により良好な付着状態を得ろことが
できる。

被栓粒子への金ｐＡ粒子３の付着方法としては、双方も
しくは一方の粒子をＥＤＴＡ等のキレート剤やシラン、
アルミ、チタン等の各種カップリング剤および接着剤の
希＃溶液で表面処理後に両者を混在付着させる方法が一
般的である。

複た双方の粒子を１含し、加熱もしくは加熱加圧するこ
とによっても付Ｎ粒子を得ることが可能であり、また第
６図のような金属粒子が突起を有する場合であると率な
る加圧のみでも光分な付着状態が得られる。

不発８ＡＫかかる構成劇科について以下説明する。

被ａｔ粒子３は高分子杉材１の表面が金属薄層２により
実質的に被覆さｎてなる、粒子径が１〜５０μｍの粒子
をその基本とする。高分子核材１は完全な光夾体、内部
に気泡を有する発泡体、内部が気体からなる中空体、Ｉ
」・粒子の集まりにより核材を形成する凝集体などのい
すｎでも良く、こｎｋ単独もしくは複合して用いること
が出来る。

高分子核材の形状ははｙ球状が代表的であるが、その形
状については特に問わない。

高分子核材１の材個としては、ポリステノンやエポキシ
樹脂などの各種プラスチック類またはスチンンブタジエ
ンゴムやシリコーンゴム等のゴム類およびデンプンやセ
ルロース等の天然高分子類があり、こわらを主成分とし
て架橋剤や硬化剤および老化防止剤などの伶加剤を用い
ることが出来ろ。

こｎら高分子核材は既にクロマトダラム用光填剤、標準
粒子、化粧品用途などに、たとえば東洋曹達工業■、日
本合成ゴム■、トーン■、鐘紡■などから市販さｎてお
り入手５Ｊ能である。

金属薄層２は導電性を有する各種の金属、金＃ｉ酸化物
、合金等が用いろｎる。

金属元素の例としては、Ｚｎ、　ＡＪ、　Ｓｂ、　Ａｕ
。

Ａｇ、　Ｓｎ、　Ｆｅ、　Ｃｕ、　Ｐｂ、　Ｎｉ、　Ｐ
ｄ、　Ｐｔ　などがあり、こｎらを＃Ｌ独もしくは複合
して用いることが出来、さらに特殊な目的たとえば硬度
や表面張力の虐整および密着性の改良などのためにＭｏ
、　Ｍｎ、　Ｃｄ、　Ｓｔ、およびＣｒなとの他の元素
や化合物なども【５加できる。導電性と＃ｉ腐食性から
、Ｎｉ、　Ａｇ、　Ａｕ、　Ｓｎ、　Ｃｕが好ましく通
用でき、こｒしらはまた単層もしくは複層以上としても
形成可能である。

これらを用いて被核層を形成する方法としては、蒸着法
、スパッタリング法、イオンル−ティング法、溶射法な
どの乾式法や、めっき法などが通用できるが、湿式の分
散糸によること力為ら均一厚みの禎会層を得ることの出
来る無電解めっき法が好ましい。被核層の厚みは０．０
１〜５μｍ程度が通用できるが、Ｑ、０５〜１．０μｍ
が好！しい。ここで厚みはたとえは金属下地層のある壜
台はその層をも含むものとする。

被核層の厚みが薄いと導電性が低下し、厚みが増すと回
路接続時における高分子核材の変形が起り難いことから
回路への接触面積が減少するので好ましくない。被精粒
子３の独往はα５〜５０μｍが適用可能である。ＣＬ５
μｍ以下では充填粒子数が多くなり回路との接着面積が
実質的に減少するために回路との［ｉ性が低下し、５０
μｍ以上では粒子が隣接回路間に存在した時に絶縁性が
失なわｎるので接続部材の分解能の向上をはかる上で好
筐しくない。粒子は接続部劇中に独立もしくは凝集して
存在することが出来る。

金属粒子４は粒子径０．０１〜５０μｍであり、回路接
続時において高分子核材１より一１ｊ性が高く耐腐食性
に優ｎた粒子より選択さγしる。粒子径がα０１μｍ以
下では、回路表面の汚染層全英き破る能力に欠けるので
本発明の実施に不通であり、粒子径５０μｍ以上では隣
接回路間に粒子が存在した時に絶縁性が失なわγＬるの
で好筐しくない。好ましい粒子径の範囲を工［１０５〜
３０μｍ″？１′ある。金ＰＡ粒子の形状についてを工
は父球状であることが好ましいが特に規定しない。

特に好ましい形状は粒子の表面に突起物や凹凸を有する
ものであり、この形状および剛性の高さにより回路表面
の汚染ノーへの食い込み能力が増加する。

こｎらの金属粒子としては、Ｚｎ、　ＡＡ！、　Ｓｂ。

Ｕ、　Ｃｄ、　Ｇａ、　Ｃａ、　Ａｇ、　Ｃｏ、　Ｓｎ
、　Ｓｅ、　Ｆｅ。

Ｃｕ、　Ｔｈ、　Ｐｂ、　Ｎ１．　Ｐｄ、　Ｂｅ、　Ｍ
ｇ、　Ｍｎなどがあり、これら全４Ｌ独もしくは複合し
て用いることが可能である。またこわらの金！ｆ４はめ
っき等により２層以上の構成とすることもｈＪ能である
。

上記金属粒子では、耐腐食性に優２”Ｌかつ入手が容易
であることから、Ｎｌ、　Ａｇ、　Ａｕが好ましく適用
できる。また本発明の変形性を有しない粒子として、上
記した金属教子の他に後続時の剛性が高分子核材よ、り
も高く被接粒子に較べて変形し難い組成物、たとえはガ
ラス、セラミック、アルミナ等の無機物や高剛性の高分
子材料などを核材とし、その表面金金属めっき等により
導電性被Ｂ！Ｘを形成した粒子を用いることも可能であ
る。

（作用） 本発明になる各補構成材料の作用について、本発明にな
る導電性粒子を用いた回路の接続金側にとり第６図〜第
４図を参照しながら説明する。

被接粒子は、金属２が薄層であるために加圧、加熱およ
び加熱加圧により接触面に押しつけるように適度に変形
し接触面積を大きく保つことができる。また、全組が薄
層であることから熱膨張率をマトリックス６と近似させ
ることが用油であり色度変化に対する追随性を向上する
ことができ、接続信頼性が著しく向上する。

金ｙｊ４粒子３は被櫟粒子に較べて剛性が高く軟化およ
び変形性を有しないので、たとえは回路表面の金也酸化
層などの汚染層４に食いこんで接触するので汚染層全容
む各棟画路に対して優ｎた導電性が得らｎることから信
頼性が向上する。

すなわち本発明になる導電性粒子は表面の金属粒子が接
触界面の面積を増加しまた熱伝尋率を低下させ、被覆粒
子は金属粒子の熱や応力による歪みを吸収する緩衝材と
して作用し、さらに金ｐＡ粒子は抜機粒子に付着してい
ることからこれらの作用が効率よく得らｎる。

（英施９１Ｊ　） 以下本発明を実施例πより説明する。

実施例１〜４および比較例１〜３ （１］　　禎穆粒子の作製 高分子核材として、ユニペックスＣタイプ（球状フェノ
ール樹脂、ユニチカ＠商品名ンを分級して平均粒径２５
μｍ（フルイめ２０８ｍオン３０μｍパス）の粒子を得
た。

この粒子を用いて以下の方法により、Ｎｉα５μｍ／Ａ
ｕ［１０２４ｍとなるように無電解めっきをおこなった
。

ビＪ　前処理 上記高分子核材をメチルアルコール中で強制的に攪拌し
て、脱脂および粗化１兼ねた前処理を行ない、その後濾
過によりメチルアル：１−ｋｆ　分Ｈした。

（ロ）　活性化 次にサーキットプレツブ５５１６　（ＰｄＣＪ＋ＨＣｌ
＋５ｎＣｊｚ系の活性化処理液、日本エレクトロプレー
ティングエンジニャース■製商品名）中に分散し、２５
℃−２０分間の攪拌により活性化処理？おこなった。こ
の後水洗、濾過を行なった。

（・慢　無電ＷＩ　Ｎ　ｉめっき 活性化処理後の粒子？ブルーシェーマ−（無電解Ｎｉ　
めっき液、浴能力３００ａａＩＩ／ｌ、日本カニゼン（
陶製部品名）液中に浸漬し９０℃−３０分間強？ｌ１ｌ
ｌ撹拌を行なった。

所足時間後水洗した。めりき欣量は粒子の表面種から算
出した。

（に）無電解Ａｕめつき 以上で得ろｎたＮｉ　被ａ粒子の表面に。

Ａｕのｆｉｔ侠めっきを行なった。めっき液はンクトロ
Ｖスプレツブ（無？ＪＥＭＡｕめっき液、日本エレクト
ロプンーティングエンジニアース■製商品名）であり、
９０℃−５０分間のめっき処理を行ないその後で水を用
いてよく洗浄し、つｇいて９０℃−２時間の乾燥全行な
った。

＋２．Ｉ　　金属粒子 下記グレードを用いた。メーカーを工両者ともにインコ
■である。Ｎｉ１２３（粒径３〜７　ａｍ　、比表面積
α３４ｒｒｆ／ｇ）、Ｎ１２５５（粒径２ｚ３μｍ、比
表面積α６８ｍ’／ｇ）（６）４電性粒子の作製 下記により複核粒子と金Ｆ４粒子とを付層させて専を性
へ子を得た。

Ａ法・・・複機粒子と金属粒子と全体積比で５０対５０
とし、厚み２龍のカラス板間に挿んで１２０℃−１０ｋ
ｇ／ｃｍ−１分間の加熱加圧を行なった。この粒子を風
力分級機アキュアカット（日本ドナルドソン■裂）ヲ用
いて、木骨Ｎ粒子全除去し、粒径範囲２０〜３０μｍの
導１！性粒子を得た◎ Ｂ法・・・コロネートしく多官能ポリイソシアネート、
日本ポリウレタン■裂商品名）の０．１％酢酸エチル浴
液中で被覆粒子を浸漬攪拌後に、酢酸エチル全風乾除去
した。この後被〜粒子と金属粒子とを体積比で５０対５
０となるように混付し、ミキシングドライヤー０Ｍ５−
１（分散流動乾燥機、山中化学機械■製商品名）により
１００℃−１時間全件してインシアネート薄層により金
属粒子を破１粒子の表面に付着させた粒子を得た。

（４）接続部材の作製 上記により得た導電性粒子を、下記接層剤中に２体積％
（固形分比）混付分散し、バーコータによりセパレータ
（シリコーン処理ポリエステルフィルム）上に塗布し、
１００℃−５分間の乾燥により厚み４０μｍの接続部材
を得た。

（５）　　回路の接続 ライン巾Ｑ、１１ＩＩＬ１１．ピッチ０．２１１１１１
、厚み３５μｍのＣｕ回路を有する全回路中１００１１
１ｆｆｌのフレキシブル回路鈑（ＦＰＣ）に、接層中３
市長さ１００ｆｆｉｌｌｌに切断した接続部材を載置し
て１５０−２ｋｇ／ａＩ！−５秒の加熱加圧により、接
続部材付のＦＰＣを得た。

ソノ後セハレータを剥廂して、他の同一ピッチを有する
透明導電ガラス（Ｃｒ回路、ガラス厚み１．１１０１１
１　）と顕微鏡下で回路の位ｖｔｔわせを行ない、１５
０℃−３０ｋｇ　／ｃｒｎ　−２０秒間の加熱加圧によ
り回路の接続を行なった。

なお酸化層を有する回路とするために、ＦＰＣおよびＣ
ｒ回ｊ８全露出した状態でｉｏｏ”ｃ−２時間の加熱処
理後に回路の接続をおこなった。

（６）計測方法 上記により得た回路の接続体の熱衝撃試験前後の接続抵
抗の測定結果を表１に示した。

接続抵抗の測定はマルチメータ（ＴＲ−６８７７、アト
パンテスト社製）により行ない１試料５００点の接続抵
抗の平均値で表示した。熱衝撃試験は一り０℃／３０分
４−４１００℃／３０分を１サイクルとして３００サイ
クルおこなった。

なお隣接回路間の絶縁抵抗はいずｎも１０９Ω以上と良
好であった。

（７）　　結果 各実施例とも表面酸化層を有する回路に対して良好な初
期お裏び熱衝撃試験後の接続抵抗を示すことがわかった
。熱衝撃試験は信頼性評価の中でも最苛酷試験であるこ
とから、良好な信頼性１有することがわ刀）る。

そｎに対して比較例１ては、初期抵抗が高いことから回
路の酸化層が悪影響を及ぼしていることがわかる。

しかしながら熱衝撃試験後の抵抗変化は比較的少ない。

ｆた比較例２〜５では、初期抵抗は良好であるが熱衝撃
試験後の抵抗変化は大きい。

この理由は、熱衝撃試験における接着剤層の膨張収縮に
対し金属粒子の熱膨張率が小さなことから、回路の熱膨
張に対し退廃性を示さないためと考えろｎる。

実施例５〜６ 実施例１〜２の接続部材を用いて、実ｍ例１〜６と同様
な回路の接続と評価をおこなった。

たｙし、ＦＰＣ回路は表面に厚さ３μｍの半田めっき（
融点１４５℃）品全用いた。

結果全表１に示すが良好な初期および長Ｍ信頼性全示し
た。この接続部の断面を走査型電子顕微鏡で観察したと
ころ、ＦＰＣ側では金属粒子は半田めっき中に食い込み
合金化していた。

また回路間は被覆粒子により迷結さｒＬ被榎籾粒子回路
間には金属粒子が存在していた。

さらにＣｒＮ路而の面続部材を溶剤により除去し観察し
たところ、接続前の回路面に比較して荒れが目立った。

接続時の加熱加圧により金属粒子はＣｒ回路面に食い込
ん′ｃｆｆｌ続さｎていた為とみられる。

表１ （発明の効果） 以上師述したように本発明における導電性粒子は、高分
子核材の表面が金属＃層によｒ）夾質的に被接さｎてな
るｗｔ覆核粒子表面に金Ｗ４８子を付着せしめたことに
より次の効果がある。

（１）接触材料の界面の酸化層などの汚染層全突き破つ
て接触することが可能である。そのため回路の接続材料
とした場合には適用回路の種＠を選ばずに広範囲の回路
に対して２ｉ！ｉｌ川できる。

（２）　　核となる高分子核材は温度変化に対する追随
性にすぐｎ、また加熱加圧等により変形性１有するので
接触面積を大きく保つことができることと合わせて、接
続信頼性を大きく向上できろ。

（５）　　効果的に導電性を発現できることから、マト
リックス中への６加が少貢でも目標とする導電性が得ら
れるので、機械的強度などのマトリックスの物性低下が
少ない。

１４Ｊ　　熱放散特性１ｆｌｋｎたｉｔｔ粒子となりう
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明になる導電性粒子を示す
断面模式図、第３図および第４図は本発明になる４を性
粒子を用いた回路の接続状況を示す断面模式図である。 符号の説明 １　高分子核材　　　　２　金属薄層 ３　金属粒子　　　　　４　汚染層 ５　回路　　　　　　　６　マトリックス第１図　　第
２図 第３図　　　第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高分子からなる核材の表面が金属薄層により実質的
   に被覆してなる粒子の表面に、さらに金属粒子を付着形
   成したことを特徴とする導電性粒子。