JPWO2018181694A1 - 導電性粒子、導電材料及び接続構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る導電性粒子は、以下の第1の構成を備えるか、以下の第2の構成を備えるか、又は、以下の第3の構成を備える。
F:導電性粒子が10%圧縮変形したときの荷重値(N)、20%圧縮変形したときの荷重値(N)、30%圧縮変形したときの荷重値(N)又は40%圧縮変形したときの荷重値(N)
S:導電性粒子が10%圧縮変形したときの圧縮変位(mm)、20%圧縮変形したときの圧縮変位(mm)、30%圧縮変形したときの圧縮変位(mm)又は40%圧縮変形したときの圧縮変位(mm)
R:導電性粒子の半径(mm)
L1:負荷を与えるときの原点用荷重値から反転荷重値に至るまでの圧縮変位
L2:負荷を解放するときの反転荷重値から原点用荷重値に至るまでの除荷変位
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、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。
上記導電部の材料であ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、パラジウム、銅、白金、亜鉛、鉄、錫、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、タリウム、ゲルマニウム、カドミウム、ケイ素及びこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)及びはんだ等が挙げられる。電極間の接続抵抗がより一層低くなるので、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。上記導電性粒子が、上記導電部の外表面に複数の突起を有していることで、電極間の導通信頼性をより一層高めることができる。上記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。さらに、上記導電性粒子の導電部の表面には、酸化被膜が形成されていることが多い。上記突起を有する導電性粒子を用いることで、電極間に導電性粒子を配置した後、圧着させることにより、突起により酸化被膜が効果的に排除される。このため、電極と導電性粒子とをより一層確実に接触させることができ、電極間の接続抵抗をより一層効果的に低くすることができる。さらに、上記導電性粒子が表面に絶縁性物質を有する場合、又は導電性粒子が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場合に、導電性粒子の突起によって、導電性粒子と電極との間の樹脂が効果的に排除される。このため、電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。
上記導電性粒子は、上記導電部の表面上に配置された絶縁性物質を備えることが好ましい。この場合には、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より一層防止できる。具体的には、複数の導電性粒子が接触したときに、複数の電極間に絶縁性物質が存在するので、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物質を容易に排除できる。上記導電性粒子が導電部の外表面に複数の突起を有する場合には、導電性粒子の導電部と電極との間の絶縁性物質をより一層容易に排除できる。
本発明に係る導電材料は、上述した導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。上記導電性粒子は、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。
上記導電性粒子を用いて、又は上記導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料を用いて、接続対象部材を接続することにより、接続構造体を得ることができる。
(1)基材粒子の作製
攪拌機及び温度計が取り付けられた500mLの反応容器内に、0.13重量%のアンモニア水溶液300gを入れた。次に、反応容器内のアンモニア水溶液中に、メチルトリメトキシシラン1.9gと、ビニルトリメトキシシラン12.7gと、シリコーンアルコキシオリゴマーA(信越化学工業社製「KR−517」)0.4gとの混合物をゆっくりと添加した。撹拌しながら、加水分解及び縮合反応を進行させた後、25重量%アンモニア水溶液1.6mL添加した後、アンモニア水溶液中から粒子を単離して、得られた粒子を酸素分圧10−10atm、380℃(焼成温度)で2時間(焼成時間)焼成して、有機無機ハイブリッド粒子(基材粒子)を得た。得られた有機無機ハイブリッド粒子(基材粒子A)の粒子径は3.0μmであった。
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、上記基材粒子A10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Aを取り出した。次いで、基材粒子A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Aの表面を活性化させた。表面が活性化された基材粒子A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、アルミナ粒子スラリー(平均粒子径150nm)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。
導電材料(異方性導電ペースト)を作製するため、以下の材料を用意した。
熱硬化性化合物A:エポキシ化合物(ナガセケムテックス社製「EP−3300P」)
熱硬化性化合物B:エポキシ化合物(DIC社製「EPICLON HP−4032D」)
熱硬化性化合物C:エポキシ化合物(四日市合成社製「エポゴーセーPT」、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル)
熱硬化剤:熱カチオン発生剤(三新化学社製 サンエイド「SI−60」)
フィラー:シリカ(平均粒子径0.25μm)
熱硬化性化合物A10重量部と、熱硬化性化合物B10重量部と、熱硬化性化合物C15重量部と、熱硬化剤5重量部と、フィラー20重量部とを配合し、配合物を得た。さらに得られた導電性粒子を配合物100重量%中での含有量が10重量%となるように添加した後、遊星式攪拌機を用いて2000rpmで5分間攪拌することにより、導電材料(異方性導電ペースト)を得た。
L/Sが20μm/20μmのAl−Ti4%電極パターン(Al−Ti4%電極厚み1μm)を上面に有するポリイミド基板(フレキシブルプリント基板)を用意した。また、L/Sが20μm/20μmの金電極パターン(金電極厚み20μm)を下面に有する半導体チップを用意した。
異方性導電材料層を硬化させる際の温度を150℃に変更したこと以外は接続構造体Xと同様にして、接続構造体Yを作製した。
異方性導電材料層を硬化させる際の温度を200℃に変更したこと以外は接続構造体Xと同様にして、接続構造体Zを作製した。
導電性粒子を作製する際に、アルミナ粒子スラリーをニッケル粒子スラリーに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、突起形成にアルミナ粒子スラリーを用いる代わりに、導電部の形成時に部分的に析出量が変わるように調整して突起を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、アルミナ粒子スラリーをタングステンカーバイド粒子スラリーに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、アルミナ粒子スラリーを酸化チタン粒子スラリーに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、導電部をニッケル−リン導電層(リン含有量8重量%)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、ニッケルめっき液の組成を変更し、実施例1におけるニッケル−ボロン導電部(厚み0.15μm)の厚みを0.12μmに変更した。さらに、この厚みを変更した上記導電部の外表面に、還元剤として塩化チタン(III)を含むニッケルめっき液を用い、高純度のニッケルめっき層(厚み30nm)を形成して、多層の導電部を形成した。上記の変更及び多層の導電部を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、ニッケルめっき液の組成を変更し、実施例1におけるニッケル−ボロン導電部(厚み0.15μm)の厚みを0.12μmに変更した。さらに、この厚みを変更した上記導電部の外表面に、還元剤及び添加剤として塩化チタン(III)およびスズ酸ナトリウム3水和物を含むニッケルめっき液を用い、耐腐食性を有するニッケル−錫合金めっき層(厚み30nm)を形成して、多層の導電部を形成した。上記の変更及び多層の導電部を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、ニッケルめっき液の組成を変更し、実施例1におけるニッケル−ボロン導電部(厚み0.15μm)の厚みを0.12μmに変更した。さらに、この厚みを変更した上記導電部の外表面に、還元剤及び添加剤として塩化チタン(III)および酢酸インジウム(III)を含むニッケルめっき液を用い、耐腐食性を有するニッケル−インジウム合金めっき層(厚み30nm)を形成して、多層の導電部を形成した。上記の変更及び多層の導電部を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
基材粒子を作製する際に、焼成温度を380℃から330℃に変更したこと以外は、基材粒子Aと同様にして、基材粒子Bを得た。基材粒子Aの代わりに基材粒子Bを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
基材粒子を作製する際に、焼成温度を380℃から365℃に変更したこと以外は、基材粒子Aと同様にして、基材粒子Cを得た。基材粒子Aの代わりに基材粒子Cを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
基材粒子を作製する際に、焼成温度を380℃から410℃に変更したこと以外は、基材粒子Aと同様にして、基材粒子Dを得た。基材粒子Aの代わりに基材粒子Dを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
基材粒子を作製する際に、焼成温度を380℃から420℃に変更したこと、及び酸素分圧を10−10atmから10−9atm変更した以外は、基材粒子Aと同様にして、基材粒子Eを得た。基材粒子Aの代わりに基材粒子Eを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Z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が取り付けられた1000mLのセパラブルフラスコに、以下のモノマー組成物を入れ、モノマー組成物の固形分率が5重量%となるようにイオン交換水を秤取した後、200rpmで攪拌し、窒素雰囲気下70℃で24時間重合を行った。上記モノマー組成物は、メタクリル酸メチル100mmolと、N,N,N−トリメチル−N−2−メタクリロイルオキシエチルアンモニウムクロライド1mmolと、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩1mmolとを含む。反応終了後、凍結乾燥して、表面にアンモニウム基を有し、平均粒子径220nm及びCV値10%の絶縁性粒子を得た。
基材粒子を作製する際に、基材粒子の粒子径を5μmに変更した以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、ニッケルめっき液の組成を変更し、導電部をニッケル−リン導電層(リン含有量8重量%、厚み0.13μm)に変更したこと、及びニッケル−リン導電層の表面上に金めっき層(厚み0.02μm)を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、ニッケル−ボロン導電層の表面上に金めっき層(厚み0.02μm)を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、高純度のニッケルめっき層の表面上に金めっき層(厚み0.02μm)を形成したこと以外は、実施例7と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、ニッケルめっき液の組成を変更し、導電部をニッケル−リン導電層(リン含有量8重量%、厚み0.13μm)に変更したこと、及びニッケル−リン導電層の表面上にパラジウムめっき層(厚み0.02μm)を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、ニッケル−ボロン導電層の表面上にパラジウムめっき層(厚み0.02μm)を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
導電性粒子を作製する際に、高純度のニッケルめっき層の表面上にパラジウムめっき層(厚み0.02μm)を形成したこと以外は、実施例7と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
基材粒子を作製する際に、基材粒子の粒子径を3.0μmから1.0μmに変更し、導電性粒子を作製する際に、ニッケルめっき液の組成を変更し、実施例1におけるニッケル−ボロン導電部(厚み0.15μm)の厚みを0.075μmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
基材粒子を作製する際に、基材粒子の粒子径を3.0μmから2.0μmに変更し、導電性粒子を作製する際に、ニッケルめっき液の組成を変更し、実施例1におけるニッケル−ボロン導電部(厚み0.15μm)の厚みを0.075μmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
種粒子として平均粒子径0.80μmのポリスチレン粒子を用意した。該ポリスチレン粒子3.9重量部と、イオン交換水500重量部と、5重量%ポリビニルアルコール水溶液120重量部とを混合し、超音波により分散させた後、耐圧密閉重合機に添加し、均一に撹拌した。
基材粒子を作製する際に、焼成温度を380℃から120℃に変更した以外は、基材粒子Aと同様にして、基材粒子Gを得た。基材粒子Aの代わりに基材粒子Gを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
基材粒子を作製する際に、メチルトリメトキシシラン1.9gを8.8gに変更したこと、及びビニルトリメトキシシラン12.7gを5.8gに変更したこと以外は、基材粒子Aと同様にして、基材粒子Hを得た。基材粒子Aの代わりに基材粒子Hを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子、導電材料及び接続構造体X,Y,Zを得た。
シード粒子として平均粒子径0.8μmのポリスチレン粒子を用意した。該ポリスチレン粒子2.5gと、イオン交換水500gと、5重量%ポリビニルアルコール水溶液100gとを、混合し、超音波により分散させた後、セパラブルフラスコに添加し、均一に撹拌した。
(1)10%K値
H.FISCHER社製 超微小押し込み硬さ試験機 フィッシャースコープHM2000を用いて、得られた導電性粒子の25℃における10%K値、100℃における10%K値、150℃における10%K値及び200℃における10%K値を上述した方法で測定した。得られた測定結果から、100℃における10%K値の25℃における10%K値に対する比、150℃における10%K値の25℃における10%K値に対する比、及び200℃における10%K値の25℃における10%K値に対する比を算出した。なお、100℃、150℃、200℃の加熱は、測定ステージの表面が100℃、150℃、200℃になるよう測定ステージをヒーターにより加熱した。
得られた導電性粒子の25℃における20%K値、100℃における20%K値、150℃における20%K値及び200℃における20%K値を上述した方法で測定した。得られた測定結果から、100℃における20%K値の25℃における20%K値に対する比、150℃における20%K値の25℃における20%K値に対する比、及び200℃における20%K値の25℃における20%K値に対する比を算出した。
得られた導電性粒子の25℃における30%K値、100℃における30%K値、150℃における30%K値及び200℃における30%K値を上述した方法で測定した。得られた測定結果から、100℃における30%K値の25℃における30%K値に対する比、150℃における30%K値の25℃における30%K値に対する比、及び200℃における30%K値の25℃における30%K値に対する比を算出した。
得られた導電性粒子の25℃における40%K値、100℃における40%K値、150℃における40%K値及び200℃における40%K値を上述した方法で測定した。得られた測定結果から、100℃における40%K値の25℃における40%K値に対する比、150℃における40%K値の25℃における40%K値に対する比、及び200℃における40%K値の25℃における40%K値に対する比を算出した。
得られた導電性粒子の25℃における圧縮回復率、100℃における圧縮回復率、150℃における圧縮回復率及び200℃における圧縮回復率を上述した方法で測定した。
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。
得られた接続構造体X,Y,Zの上下の電極間の接続抵抗A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Aを求めることができる。接続抵抗Aから導通信頼性(初期)を下記の基準で判定した。
○○○:接続抵抗Aが2.0Ω以下
○○:接続抵抗Aが2.0Ωを超え、3.0Ω以下
○:接続抵抗Aが3.0Ωを超え、5.0Ω以下
△:接続抵抗Aが5.0Ωを超え、10Ω以下
×:接続抵抗Aが10Ωを超える
上記の(7)接続抵抗の評価後の接続構造体X,Y,Zを85℃及び湿度85%の条件下で500時間放置した。500時間放置後の接続構造体X,Y,Zにおいて、上下の電極間の接続抵抗Bをそれぞれ、4端子法により測定した。接続抵抗A,Bから高温高湿放置後の導通信頼性を下記の基準で判定した。
○○○:接続抵抗Bが接続抵抗Aの1.25倍未満
○○:接続抵抗Bが接続抵抗Aの1.25倍以上、1.5倍未満
○:接続抵抗Bが接続抵抗Aの1.5倍以上、2倍未満
△:接続抵抗Bが接続抵抗Aの2倍以上、5倍未満
×:接続抵抗Bが接続抵抗Aの5倍以上
2…基材粒子
3…導電部
11…導電性粒子
11a…突起
12…導電部
12a…突起
13…芯物質
14…絶縁性物質
21…導電性粒子
21a…突起
22…導電部
22a…突起
22A…第1の導電部
22Aa…突起
22B…第2の導電部
22Ba…突起
51…接続構造体
52…第1の接続対象部材
52a…第1の電極
53…第2の接続対象部材
53a…第2の電極
54…接続部
Claims (15)
- 100℃における20%K値の25℃における20%K値に対する比が、0.85以下であり、25℃における圧縮回復率が、50%以上、80%以下であり、100℃における圧縮回復率が、40%以上、70%以下である第1の構成を備えるか、
150℃における20%K値の25℃における20%K値に対する比が、0.75以下であり、25℃における圧縮回復率が、50%以上、80%以下であり、150℃における圧縮回復率が、25%以上、55%以下である第2の構成を備えるか、又は、
200℃における20%K値の25℃における20%K値に対する比が、0.65以下であり、25℃における圧縮回復率が、50%以上、80%以下であり、200℃における圧縮回復率が、20%以上、50%以下である第3の構成を備える、導電性粒子。 - 前記第1の構成を備える、請求項1に記載の導電性粒子。
- 前記第2の構成を備える、請求項1に記載の導電性粒子。
- 前記第3の構成を備える、請求項1に記載の導電性粒子。
- 前記100℃における20%K値が、5000N/mm2以上、16000N/mm2以下である、請求項2に記載の導電性粒子。
- 前記150℃における20%K値が、4500N/mm2以上、15000N/mm2以下である、請求項3に記載の導電性粒子。
- 前記200℃における20%K値が、4000N/mm2以上、14000N/mm2以下である、請求項4に記載の導電性粒子。
- 前記25℃における20%K値が、8000N/mm2以上、20000N/mm2以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 粒子径が、1μmを超える、請求項1〜8のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された導電部とを備える、請求項1〜9のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 前記基材粒子が、有機無機ハイブリッド粒子である、請求項10に記載の導電性粒子。
- 湾曲した状態のフレキシブル部材の電極の導電接続用途に用いられる、請求項1〜11のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の導電性粒子と、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1〜12のいずれか1項に記載の導電性粒子であるか、又は前記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、前記導電性粒子における導電部により電気的に接続されている、接続構造体。 - 前記第1の接続対象部材又は前記第2の接続対象部材として、フレキシブル部材を備え、
前記フレキシブル部材が湾曲した状態で、前記接続構造体が用いられる、請求項14に記載の接続構造体。
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