KR20150090018A - 절연성 입자 부착 도전성 입자, 도전 재료 및 접속 구조체 - Google Patents

절연성 입자 부착 도전성 입자, 도전 재료 및 접속 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도전성 입자를 전극 상에 효율적으로 배치할 수 있는 절연성 입자 부착 도전성 입자를 제공한다. 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자(1)는, 도전부(12)를 적어도 표면에 갖는 도전성 입자(2)와, 도전성 입자(2)의 표면 상에 배치되어 있는 복수의 절연성 입자(3)를 구비한다. 절연성 입자(3) 전체 중량의 도전성 입자(2) 중량에 대한 비는 0.03 초과 0.25 이하이다.

Description

절연성 입자 부착 도전성 입자, 도전 재료 및 접속 구조체{CONDUCTIVE PARTICLE WITH INSULATING PARTICLES, CONDUCTIVE MATERIAL AND CONNECTION STRUCTURE}
본 발명은 도전성 입자의 표면 상에 절연성 입자가 배치되어 있는 절연성 입자 부착 도전성 입자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용한 도전 재료 및 접속 구조체에 관한 것이다.
페이스트상 또는 필름상의 이방성 도전 재료가 널리 알려져 있다. 해당 이방성 도전 재료에서는, 바인더 수지 등에 복수의 도전성 입자가 분산되어 있다.
상기 이방성 도전 재료는, 각종 접속 구조체를 얻기 위해서, 예를 들어 플렉시블 프린트 기판과 유리 기판의 접속(FOG(Film on Glass)), 반도체 칩과 플렉시블 프린트 기판의 접속(COF(Chip on Film)), 반도체 칩과 유리 기판의 접속(COG(Chip on Glass)), 및 플렉시블 프린트 기판과 유리 에폭시 기판의 접속(FOB(Film on Board)) 등에 사용되고 있다.
또한, 상기 도전성 입자로서, 도전성 입자의 표면 상에 절연성 입자가 배치되어 있는 절연성 입자 부착 도전성 입자가 사용되는 경우가 있다.
상기 절연성 입자 부착 도전성 입자의 일례로서, 하기의 특허문헌 1에는, 도전성 입자 표면의 일부가 절연성 입자에 의해 피복된 절연성 입자 부착 도전성 입자가 개시되어 있다. 이 절연성 입자 부착 도전성 입자에서는, 절연성 입자 질량이, 도전성 입자 질량의 2/1000 내지 26/1000이다. 또한, 특허문헌 1의 실시예 및 비교예에 나타낸 절연성 입자 부착 도전성 입자에서는, 절연성 입자 질량이, 도전성 입자 질량의 9/1000 내지 30/1000의 범위 내이다.
일본 특허 제4380327호 공보
특허문헌 1에 기재된 바와 같은 종래의 절연성 입자 부착 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 재료를 전극간의 전기적인 접속에 사용한 경우에는, 전극간에 복수의 도전성 입자를 효율적으로 배치하는 것이 곤란한 경우가 있다. 전극이 형성되어 있는 부분의 라인(L)뿐만 아니라, 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스(S)에도, 도전성 입자가 배치되기 쉽다는 문제가 있다. 이로 인해, 스페이스에도 도전성 입자가 배치되는 것을 전제로 하여, 도전성 입자를 많이 사용하지 않으면 안되는 경우가 있다. 또한, 스페이스에 도전성 입자가 배치된 결과, 절연 불량이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
또한, 최근 들어, 전자 기기의 소형화 및 고성능화에 수반하여, 전극 폭 및 전극간 폭의 L/S가 보다 한층 좁아지고 있다. 이러한 L/S가 좁은 전극간을 도전 접속한 경우에, 전극 상에 절연성 입자 부착 도전성 입자를 고정밀도로 배치하는 것이 곤란하다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 종래의 절연성 입자 부착 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 재료에서는, 해당 이방성 도전 재료 중에서 절연성 입자 부착 도전성 입자의 분산성이 낮은 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 전극간의 전기적인 접속에 사용한 경우에, 도전성 입자를 전극 상에 효율적으로 배치할 수 있는 절연성 입자 부착 도전성 입자, 및 해당 절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용한 도전 재료 및 접속 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 한정적인 목적은, 도전 재료 중에서의 분산성을 높일 수 있는 절연성 입자 부착 도전성 입자, 및 해당 절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용한 도전 재료 및 접속 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 넓은 국면에 의하면, 도전부를 적어도 표면에 갖는 도전성 입자와, 상기 도전성 입자의 표면 상에 배치된 복수의 절연성 입자를 구비하고, 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.03 초과 0.25 이하인, 절연성 입자 부착 도전성 입자가 제공된다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 어떤 한 특정한 국면에서는, 상기 절연성 입자가 유기 입자 또는 무기 입자이며, 상기 절연성 입자가 유기 입자인 경우에는, 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.03 초과 0.12 이하이고, 상기 절연성 입자가 무기 입자인 경우에는, 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.08 이상 0.25 이하이다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 어떤 한 특정한 국면에서는, 상기 절연성 입자가 유기 입자이며, 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.03 초과 0.12 이하이다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 어떤 한 특정한 국면에서는, 상기 절연성 입자가 무기 입자이며, 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.08 이상 0.25 이하이다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 어떤 한 특정한 국면에서는, 상기 도전성 입자가 기재 입자와, 상기 기재 입자의 표면 상에 배치된 도전부를 갖는다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 어떤 한 특정한 국면에서는, 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 기재 입자 중량에 대한 비가 0.086 초과 0.600 미만이다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 어떤 한 특정한 국면에서는, 상기 도전성 입자가 상기 도전부의 표면에 복수의 돌기를 갖는다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 어떤 한 특정한 국면에서는, 상기 절연성 입자의 평균 입자 직경이 상기 돌기의 평균 높이보다 크다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 어떤 한 특정한 국면에서는, 해당 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 바인더 수지 중에 분산되어 도전 재료로서 사용된다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 어떤 한 특정한 국면에서는, 해당 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 전극간의 전기적인 접속에 사용되고, 상기 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스인 전극간 폭의 최솟값이 20㎛ 이하이다.
본 발명의 넓은 국면에 의하면, 상술한 절연성 입자 부착 도전성 입자와, 바인더 수지를 포함하는, 도전 재료가 제공된다.
본 발명의 넓은 국면에 의하면, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재와, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재와, 상기 제1 접속 대상 부재와 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비하고, 상기 접속부가, 상술한 절연성 입자 부착 도전성 입자에 의해 형성되어 있거나, 또는 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자와 바인더 수지를 포함하는 도전 재료에 의해 형성되어 있고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이, 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 상기 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속되어 있는, 접속 구조체가 제공된다.
본 발명에 따른 접속 구조체의 어떤 한 특정한 국면에서는, 상기 제1 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스인 전극간 폭의 최솟값과 상기 제2 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스인 전극간 폭의 최솟값이 각각 20㎛ 이하이다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 도전부를 적어도 표면에 갖는 도전성 입자와, 상기 도전성 입자의 표면 상에 배치된 복수의 절연성 입자를 구비하고 있고, 또한 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.03 초과 0.25 이하이므로, 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극간의 전기적인 접속에 사용한 경우에, 도전성 입자를 전극 상에 효율적으로 배치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용한 접속 구조체를 모식적으로 도시하는 정면 단면도이다.
도 5는 피복률의 평가 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 도전부를 적어도 표면에 갖는 도전성 입자와, 상기 도전성 입자의 표면 상에 배치된 복수의 절연성 입자를 구비한다. 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자에서는, 상기 절연성 입자 전체 중량 X의 상기 도전성 입자 중량 Y에 대한 비(중량비(X/Y))가 0.03 초과 0.25 이하이다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 상술한 구성의 채용에 의해, 특히 상기 비(중량(X/Y))가 0.03을 초과함으로써, 즉 절연성 입자의 크기가 비교적 커지고, 또한 절연성 입자의 수가 비교적 많아짐으로써, 접속 구조체를 얻을 때에 절연성 입자 부착 도전성 입자의 과도한 유동이 억제되어, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극 상에 효율적으로 배치할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극 상에 효율적으로 배치할 수 있는 결과, 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스(S)에도 절연성 입자 부착 도전성 입자가 배치되는 것을 전제로 하여, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 많이 사용할 필요가 없기 때문에, 절연성 입자 부착 도전성 입자의 사용량을 적게 할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 상술한 구성의 채용에 의해, 절연성 입자 부착 도전성 입자와 바인더 수지를 포함하는 도전 재료를 제작하면, 절연성 입자 부착 도전성 입자의 응집이 발생하기 어려워져, 절연성 입자 부착 도전성 입자의 분산성이 높아진다. 또한, 상기 도전 재료 중에 절연성 입자 부착 도전성 입자의 응집물이 발생하고 있어도, 상기 도전 재료를 교반함으로써, 절연성 입자 부착 도전성 입자의 응집물을 개개의 절연성 입자 부착 도전성 입자로 분리할 수 있다.
또한, 최근 들어, 전자 기기의 소형화 및 고성능화에 수반하여, 전극이 형성되어 있는 부분의 라인(L)인 전극 폭과, 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스(S)인 전극간 폭이 좁아지고 있다. 예를 들어, L/S가 20㎛ 이하/20㎛ 이하인 미세한 전극간을 전기적으로 접속할 필요가 높아지고 있다. L/S가 작은 전극간을 전기적으로 접속하는 경우에는, 종래의 도전 재료에서는, 스페이스(S)에 절연성 입자 부착 도전성 입자가 많이 배치되기 쉬우므로, 절연 불량이 특히 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
이에 반해, 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 사용에 의해, 스페이스(S)에 도전성 입자가 배치되기 어려워져, 절연 불량이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 특히, 절연성 입자의 중량이 비교적 큰 점에서, 절연성이 효과적으로 높아져, L/S가 20㎛ 이하/20㎛ 이하인 미세한 전극간을 도전 접속하는 경우에도, 절연 신뢰성을 충분히 높게 할 수 있다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자에서는, 특히 전극(제1, 제2 전극)이 형성되어 있는 부분의 라인(L)인 전극 폭과, 전극(제1, 제2 전극)이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스(S)인 전극간 폭을 나타내는 L/S가 30㎛ 이하/30㎛ 이하인 경우에 절연 신뢰성을 효과적으로 높일 수 있고, L/S가 20㎛ 이하/20㎛ 이하인 경우에 절연 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있고, L/S가 17.5㎛ 이하/17.5㎛ 이하인 경우에 절연 신뢰성을 더욱 한층 효과적으로 높일 수 있고, L/S가 15㎛ 이하/15㎛ 이하인 경우에 절연 신뢰성을 특히 효과적으로 높일 수 있다. 상기 L/S는 50㎛ 이하/50㎛ 이하일 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자에 의해 도통 신뢰성을 높일 수 있으므로, 전극(제1, 제2 전극)이 형성되어 있는 부분의 라인(L)인 전극 폭의 최솟값은, 바람직하게는 30㎛ 이하, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 17.5㎛ 이하, 특히 바람직하게는 15㎛ 이하이다. 라인(L)인 전극 폭은, 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 평균 입자 직경보다 큰 것이 바람직하고, 또한 도전성 입자의 평균 입자 직경의 1.1배 이상인 것이 보다 바람직하고, 2배 이상인 것이 더욱 바람직하고, 3배 이상인 것이 특히 바람직하다. 상기 라인(L)인 전극 폭은 50㎛ 이하일 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자에 의해 절연 신뢰성을 높일 수 있으므로, 전극(제1, 제2 전극)이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스(S)인 전극간 폭의 최솟값은, 바람직하게는 30㎛ 이하, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 17.5㎛ 이하, 특히 바람직하게는 15㎛ 이하이다. 스페이스(S)인 전극간 폭은, 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 도전성 입자의 평균 입자 직경보다 큰 것이 바람직하고, 또한 도전성 입자의 평균 입자 직경의 1.1배 이상인 것이 보다 바람직하고, 2배 이상인 것이 더욱 바람직하고, 3배 이상인 것이 특히 바람직하다. 상기 스페이스(S)인 전극간 폭은 50㎛ 이하일 수도 있다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 사용에 의해 절연 신뢰성이 효과적으로 높아지므로, 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자는 전극간의 전기적인 접속에 사용되며, 해당 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스인 전극간 폭의 최솟값이 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극의 표면 상에 보다 한층 효율적으로 배치하여, 도전 재료 중에서의 절연성 입자 부착 도전성 입자의 분산성을 보다 한층 높이는 관점에서는, 상기 비(중량비(X/Y))는 바람직하게는 0.031 이상이다. 또한, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 용이하게 제작하는 관점에서는, 상기 비(중량비(X/Y))는 바람직하게는 0.2 이하, 보다 바람직하게는 0.15 이하, 더욱 바람직하게는 0.12 이하이다.
상기 절연성 입자가 유기 입자 또는 무기 입자인 것이 바람직하다. 상기 절연성 입자가 유기 입자인 경우에는, 상기 비(중량비(X/Y))는 바람직하게는 0.03 초과, 바람직하게는 0.12 이하이다. 상기 절연성 입자가 무기 입자인 경우에는, 상기 비(중량비(X/Y))는 바람직하게는 0.08 이상, 바람직하게는 0.25 이하이다.
절연성 입자 부착 도전성 입자를 용이하게 제작하고, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극의 표면 상에 보다 한층 효율적으로 배치하여, 도전 재료 중에서의 절연성 입자 부착 도전성 입자의 분산성을 보다 한층 높이는 관점에서는, 상기 절연성 입자가 유기 입자이며, 상기 비(중량비(X/Y))가 0.03 초과 0.12 이하인 것이 바람직하다.
절연성 입자 부착 도전성 입자를 용이하게 제작하고, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극의 표면 상에 보다 한층 효율적으로 배치하여, 도전 재료 중에서의 절연성 입자 부착 도전성 입자의 분산성을 보다 한층 높이는 관점에서는, 상기 절연성 입자가 무기 입자이며, 상기 비(중량비(X/Y))가 0.08 이상 0.25 이하인 것이 바람직하다.
비용을 저감하거나, 도전성 입자의 유연성을 높게 하여, 전극간의 도통 신뢰성을 높이는 관점에서는, 상기 도전성 입자는 기재 입자와, 해당 기재 입자의 표면 상에 배치된 도전부를 갖는 것이 바람직하다. 상기 도전부는 도전층인 것이 바람직하다. 또한, 기재 입자와, 해당 기재 입자의 표면 상에 배치된 도전부를 갖는 도전성 입자의 사용에 의해, 상기 비(중량비(X/Y)) 및 후술하는 비(중량비(X/Z))를 적합한 범위로 제어하는 것이 용이하다.
절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극의 표면 상에 보다 한층 효율적으로 배치하여, 도전 재료 중에서의 절연성 입자 부착 도전성 입자의 분산성을 보다 한층 높이는 관점에서는, 절연성 입자 전체 중량 X의 상기 기재 입자 중량 Z에 대한 비(중량비(X/Z))는 0.086 초과, 바람직하게는 0.089 이상이다. 절연성 입자 부착 도전성 입자를 용이하게 제작하는 관점에서는, 상기 비(중량비(X/Z))는 바람직하게는 0.600 미만, 보다 바람직하게는 0.590 이하, 더욱 바람직하게는 0.560 이하이다.
상기 비(중량비(X/Y)) 및 상기 비(중량비(X/Z))는, 절연성 입자, 도전부 및 기재 입자에 사용하는 재료의 종류에 따라, 또한 절연성 입자, 도전성 입자 및 기재 입자의 크기 등에 따라 적절히 조정 가능하다.
상기 절연성 입자가 유기 입자 또는 무기 입자이며, 상기 절연성 입자가 유기 입자인 경우에는, 상기 비(중량비(X/Z))는 바람직하게는 0.086 초과, 바람직하게는 0.350 이하이다. 상기 절연성 입자가 무기 입자인 경우에는, 상기 비(중량비(X/Z))는 바람직하게는 0.200 이상, 바람직하게는 0.590 이하이다.
절연성 입자 부착 도전성 입자를 용이하게 제작하고, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극의 표면 상에 보다 한층 효율적으로 배치하여, 도전 재료 중에서의 절연성 입자 부착 도전성 입자의 분산성을 보다 한층 높이는 관점에서는, 상기 절연성 입자가 유기 입자이며, 상기 비(중량비(X/Z))가 0.086 초과 0.350 이하인 것이 바람직하다.
절연성 입자 부착 도전성 입자를 용이하게 제작하고, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극의 표면 상에 보다 한층 효율적으로 배치하여, 도전 재료 중에서의 절연성 입자 부착 도전성 입자의 분산성을 보다 한층 높이는 관점에서는, 상기 절연성 입자가 무기 입자이며, 상기 비(중량비(X/Z))가 0.200 이상 0.600 미만인 것이 바람직하고, 0.200 이상 0.590 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 도전성 입자의 표면적 전체에서 차지하는 상기 절연성 입자에 의해 피복되어 있는 부분의 면적인 피복률은, 바람직하게는 30％ 이상, 보다 바람직하게는 50％ 이상, 더욱 바람직하게는 50％ 초과, 특히 바람직하게는 60％ 이상이다. 상기 피복률이 상기 하한 이상이면 인접하는 도전성 입자가 보다 한층 접촉하기 어려워진다. 상기 피복률은 바람직하게는 95％ 이하, 보다 바람직하게는 90％ 이하, 더욱 바람직하게는 80％ 이하, 특히 바람직하게는 70％ 이하이다. 상기 피복률이 상기 상한 이하이면, 전극의 접속 시에 열 및 압력을 필요 이상으로 부여하지 않아도, 절연성 입자를 충분히 배제할 수 있다.
상기 피복률은, 구체적으로는 이하와 같이 하여 구해진다.
주사형 전자 현미경(SEM)으로의 관찰에 의해 100개의 절연성 입자 부착 도전성 입자를 관찰하여, 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 도전성 입자의 피복률 X1(％)(부착률 X1(％)이라고도 함)을 구한다. 상기 피복률 X1은, 도전성 입자의 표면적 전체에서 차지하는 절연성 입자에 의해 피복되어 있는 부분의 면적(투영 면적)이다.
구체적으로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 절연성 입자 부착 도전성 입자(A)를 일방향으로부터 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 경우, 절연성 입자 부착 도전성 입자(A)의 도전부의 외표면(외주연)의 원 내에 존재하는 절연성 입자(B1)를 1개, 절연성 입자 부착 도전성 입자(A)의 도전부의 외표면(외주연)의 원주 상에 존재하는 절연성 입자(B2)를 0.5개라 카운트한다. 상기 피복률은, 절연성 입자 부착 도전성 입자(A)의 투영 면적에 대한 절연성 입자의 투영 면적의 비율로 나타낸다.
즉, 상기 피복률은 하기 식 (1)로 표시된다.
피복률(％)=(((원 내의 절연성 입자의 수)×1+(원주 상의 절연성 입자의 수)×0.5)×절연성 입자의 투영 면적)/(절연성 입자 부착 도전성 입자의 투영 면적))×100 … 식 (1)
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 바인더 수지 중에 분산되어, 도전 재료로서 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 페이스트상의 도전 페이스트에 사용되는 것이 바람직하다. 상기 도전 재료는 도전 페이스트인 것이 바람직하다.
절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용하여 전극간을 접속했을 때에, 접속되어서는 안되는 인접하는 전극간에서 단락을 보다 한층 발생시키기 어렵게 하며, 접속되어야 할 상하의 전극간의 도통성을 충분히 확보하는 관점에서는, 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 25℃ 및 2.5rpm에서의 점도가 100Pa·s 초과 1000Pa·s 이하인 도전 페이스트에 사용되는 것이 바람직하고, 도전 페이스트의 25℃ 및 2.5rpm에서의 점도는 100Pa·s 초과 1000Pa·s 이하인 것이 바람직하다.
전극간의 도통 신뢰성 및 절연 신뢰성을 보다 한층 높이는 관점에서는, 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자의 입자 직경의 변동 계수는, 바람직하게는 8％ 이하, 보다 바람직하게는 5％ 이하이다.
상기 변동 계수(CV값)는 하기 식으로 표시된다.
CV값(％)=(ρ/Dn)×100
ρ: 절연성 입자 부착 도전성 입자의 입자 직경의 표준 편차
Dn: 절연성 입자 부착 도전성 입자의 입자 직경의 평균값
또한, 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자에는, 도전성 입자의 표면 상에, 도전성 입자 표면의 극성기와 흡착 가능한 고분자 전해질을 통해 해당 고분자 전해질과 흡착 가능한 절연성 입자가 배치되어 있는 절연성 입자 부착 도전성 입자가 포함된다. 이 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 예를 들어 도전성 입자 표면의 적어도 일부에, 상기 고분자 전해질을 정전기적으로 흡착시킨 후, 상기 절연성 입자를 정전기적으로 더 흡착시킴으로써 얻어진다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시 형태 및 실시예를 설명함으로써 본 발명을 명백하게 한다.
(절연성 입자 부착 도전성 입자)
도 1에, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자를 단면도로 나타낸다.
도 1에 도시하는 절연성 입자 부착 도전성 입자(1)는, 도전성 입자(2)와, 도전성 입자(2)의 표면 상에 배치된 복수의 절연성 입자(3)를 구비한다. 도전성 입자(2)의 표면에 절연성 입자(3)가 부착되어 있다. 절연성 입자(3)는 절연성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있다. 절연성 입자(3)는 피복 입자가 아니다. 절연성 입자(3) 대신에 후술하는 절연성 입자(43)를 사용할 수도 있다.
도전성 입자(2)는, 기재 입자(11)와, 기재 입자(11)의 표면 상에 배치된 도전부(12)를 갖는다. 도전부(12)는 도전층이다. 도전부(12)는 기재 입자(11)의 표면을 덮고 있다. 도전성 입자(2)는, 기재 입자(11)의 표면이 도전부(12)에 의해 피복된 피복 입자이다. 도전성 입자(2)는 표면에 도전부(12)를 갖는다.
도 2에, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자를 단면도로 나타낸다.
도 2에 도시하는 절연성 입자 부착 도전성 입자(21)는, 도전성 입자(22)와, 도전성 입자(22)의 표면 상에 배치된 복수의 절연성 입자(3)를 구비한다. 도전성 입자(22)의 표면에 절연성 입자(3)가 부착되어 있다. 절연성 입자(3) 대신에 후술하는 절연성 입자(43)를 사용할 수도 있다.
도전성 입자(22)는, 기재 입자(11)와, 기재 입자(11)의 표면 상에 배치된 도전부(31)를 갖는다. 도전부(31)는 도전층이다. 도전성 입자(22)는 기재 입자(11)의 표면 상에 복수의 코어 물질(32)을 갖는다. 도전부(31)는, 기재 입자(11)와 코어 물질(32)을 피복하고 있다. 코어 물질(32)을 도전부(31)가 피복하고 있음으로써, 도전성 입자(22)는 표면에 복수의 돌기(33)를 갖는다. 코어 물질(32)에 의해 도전부(31)의 표면이 융기되어 있어, 복수의 돌기(33)가 형성되어 있다.
도 3에, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자를 단면도로 나타낸다.
도 3에 도시하는 절연성 입자 부착 도전성 입자(41)는, 도전성 입자(42)와, 도전성 입자(42)의 표면 상에 배치된 복수의 절연성 입자(43)를 구비한다. 도전성 입자(42)의 표면에 절연성 입자(43)가 부착되어 있다. 절연성 입자(43) 대신에 절연성 입자(3)를 사용할 수도 있다.
도전성 입자(42)는, 기재 입자(11)와, 기재 입자(11)의 표면 상에 배치된 도전부(51)를 갖는다. 도전부(51)는 도전층이다. 도전성 입자(42)는 도전성 입자(22)와 같이 코어 물질을 갖지 않는다. 도전부(51)는, 제1 부분과, 해당 제1 부분보다 두께가 두꺼운 제2 부분을 갖는다. 도전성 입자(42)는 표면에 복수의 돌기(52)를 갖는다. 복수의 돌기(52)를 제외한 부분이 도전부(51)의 상기 제1 부분이다. 복수의 돌기(52)는, 도전부(51)의 두께가 두꺼운 상기 제2 부분이다. 절연성 입자(43)는 피복 입자이다.
절연성 입자(43)는, 절연성 입자 본체(45)와, 절연성 입자 본체(45)의 표면을 덮고 있는 층(46)을 갖는다. 층(46)은, 유기 화합물에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하고, 고분자 화합물에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
층(46)은 절연성 입자 본체(5)의 표면 전체를 피복하고 있다. 따라서, 도전성 입자(42)와 절연성 입자 본체(45)의 사이에 층(46)이 배치되어 있다. 층(46)은 절연성 입자 본체 표면의 적어도 일부의 영역을 덮도록 존재하고 있을 수 있고, 절연성 입자 본체의 표면 전체를 덮지 않을 수도 있다. 층(46)은, 도전성 입자와 절연성 입자 본체의 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
절연성 입자 부착 도전성 입자(1, 21, 41)에서는, 절연성 입자(3, 43) 전체 중량 X의 도전성 입자(2, 22, 42) 중량 Y에 대한 비(중량비(X/Y))는 0.03 초과 0.25 이하이다. 이러한 절연성 입자 부착 도전성 입자(1, 21, 41)를 전극간의 전기적인 접속에 사용한 경우에, 도전성 입자(2, 22, 42)를 전극 상에 효율적으로 배치할 수 있다. 또한, 도전 재료 중에서, 절연성 입자 부착 도전성 입자(1, 21, 41)의 응집이 발생하기 어려워져, 절연성 입자 부착 도전성 입자(1, 21, 41)의 분산성이 높아진다.
이하, 도전성 입자 및 절연성 입자의 상세를 설명한다.
[도전성 입자]
도전부를 적어도 표면에 갖는 도전성 입자의 표면 상에, 상기 절연성 입자를 배치함으로써, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 얻을 수 있다. 상기 도전성 입자에서의 상기 도전부는 도전층인 것이 바람직하다.
상기 도전성 입자는, 적어도 표면에 도전부를 갖고 있을 수 있다. 상기 도전성 입자는, 기재 입자와, 해당 기재 입자의 표면 상에 배치된 도전부를 갖는 도전성 입자인 것이 바람직하다.
상기 기재 입자는, 금속 입자를 제외한 기재 입자인 것이 바람직하고, 수지 입자, 금속을 제외한 무기 입자 또는 유기 무기 하이브리드 입자인 것이 보다 바람직하다.
상기 기재 입자는, 수지에 의해 형성된 수지 입자인 것이 바람직하다. 절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용하여 전극간을 접속할 때에는, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 전극간에 배치한 후, 압착함으로써 절연성 입자 부착 도전성 입자를 압축시킨다. 기재 입자가 수지 입자이면, 상기 압착 시에 도전성 입자가 변형되기 쉬워, 도전성 입자와 전극의 접촉 면적이 커진다. 이로 인해, 전극간의 도통 신뢰성이 높아진다.
상기 수지 입자를 형성하기 위한 수지로서, 다양한 유기물이 적절하게 사용된다. 상기 수지 입자를 형성하기 위한 수지로서는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리이소부틸렌, 폴리부타디엔 등의 폴리올레핀 수지; 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리메틸아크릴레이트 등의 아크릴 수지; 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 페놀포름알데히드 수지, 멜라민포름알데히드 수지, 벤조구아나민포름알데히드 수지, 요소 포름알데히드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 요소 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 포화 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리페닐렌옥시드, 폴리아세탈, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르술폰, 디비닐벤젠 중합체, 및 디비닐벤젠계 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 디비닐벤젠계 공중합체 등으로서는, 디비닐벤젠-스티렌 공중합체 및 디비닐벤젠-(메트)아크릴산에스테르 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 수지 입자의 경도를 적합한 범위로 용이하게 제어할 수 있으므로, 상기 수지 입자를 형성하기 위한 수지는, 에틸렌성 불포화기를 갖는 중합성 단량체를 1종 또는 2종 이상 중합시킨 중합체인 것이 바람직하다.
상기 수지 입자를, 에틸렌성 불포화기를 갖는 단량체를 중합시켜서 얻는 경우에는, 해당 에틸렌성 불포화기를 갖는 단량체로서는 비가교성의 단량체와 가교성의 단량체를 들 수 있다.
상기 비가교성의 단량체로서는, 예를 들어 스티렌, α-메틸스티렌 등의 스티렌계 단량체; (메트)아크릴산, 말레산, 무수 말레산 등의 카르복실기 함유 단량체; 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 프로필(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 세틸(메트)아크릴레이트, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트 등의 알킬(메트)아크릴레이트류; 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 글리세롤(메트)아크릴레이트, 폴리옥시에틸렌(메트)아크릴레이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트 등의 산소 원자 함유 (메트)아크릴레이트류; (메트)아크릴로니트릴 등의 니트릴 함유 단량체; 메틸비닐에테르, 에틸비닐에테르, 프로필비닐에테르 등의 비닐에테르류; 아세트산비닐, 부티르산비닐, 라우르산비닐, 스테아르산비닐 등의 산 비닐에스테르류; 에틸렌, 프로필렌, 이소프렌, 부타디엔 등의 불포화 탄화수소; 트리플루오로메틸(메트)아크릴레이트, 펜타플루오로에틸(메트)아크릴레이트, 염화비닐, 불화비닐, 클로로스티렌 등의 할로겐 함유 단량체 등을 들 수 있다.
상기 가교성의 단량체로서는, 예를 들어 테트라메틸올메탄테트라(메트)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄트리(메트)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메트)아크릴레이트, 글리세롤트리(메트)아크릴레이트, 글리세롤디(메트)아크릴레이트, (폴리)에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, (폴리)프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, (폴리)테트라메틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메트)아크릴레이트 등의 다관능 (메트)아크릴레이트류; 트리알릴(이소)시아누레이트, 트리알릴트리멜리테이트, 디비닐벤젠, 디알릴프탈레이트, 디알릴아크릴아미드, 디알릴에테르, γ-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 트리메톡시실릴스티렌, 비닐트리메톡시실란 등의 실란 함유 단량체 등을 들 수 있다.
상기 에틸렌성 불포화기를 갖는 중합성 단량체를, 공지된 방법에 의해 중합시킴으로써, 상기 수지 입자를 얻을 수 있다. 이 방법으로서는, 예를 들어 라디칼 중합 개시제의 존재 하에서 현탁 중합하는 방법, 및 비가교의 종 입자를 사용하여 라디칼 중합 개시제와 함께 단량체를 팽윤시켜서 중합하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 기재 입자가 금속을 제외한 무기 입자 또는 유기 무기 하이브리드 입자인 경우에는, 기재 입자를 형성하기 위한 무기물로서는 실리카 및 카본 블랙 등을 들 수 있다. 상기 실리카에 의해 형성된 입자로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 가수분해성의 알콕시실릴기를 2개 이상 갖는 규소 화합물을 가수분해하여 가교 중합체 입자를 형성한 후에, 필요에 따라 소성을 행함으로써 얻어지는 입자를 들 수 있다. 상기 유기 무기 하이브리드 입자로서는, 예를 들어 가교한 알콕시실릴 중합체와 아크릴 수지에 의해 형성된 유기 무기 하이브리드 입자 등을 들 수 있다.
상기 도전부를 형성하기 위한 금속은 특별히 한정되지 않는다. 해당 금속으로서는, 예를 들어 금, 은, 구리, 팔라듐, 백금, 아연, 철, 주석, 납, 알루미늄, 코발트, 인듐, 니켈, 크롬, 티타늄, 안티몬, 비스무트, 탈륨, 게르마늄, 카드뮴, 텅스텐, 몰리브덴, 규소 및 이들의 합금 등을 들 수 있다. 또한, 상기 금속으로서는, 주석 도프 산화인듐(ITO) 및 땜납 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 전극간의 접속 저항이 보다 한층 낮아지므로, 주석을 포함하는 합금, 니켈, 팔라듐, 구리 또는 금이 바람직하고, 니켈 또는 팔라듐이 보다 바람직하다.
또한, 도전부의 표면에는, 산화에 의해 수산기가 존재하는 경우가 많다. 일반적으로, 니켈에 의해 형성된 도전부의 표면에는, 산화에 의해 수산기가 존재한다. 이러한 수산기를 갖는 도전부는 절연성 입자와 화학 결합하기 쉬워, 예를 들어 수산기를 갖는 절연성 입자와 화학 결합한다.
상기 도전부(도전층)는 1개의 층에 의해 형성되어 있을 수도 있다. 도전부는 복수의 층에 의해 형성되어 있을 수도 있다. 즉, 도전부는 2층 이상의 적층 구조를 가질 수도 있다. 도전부가 복수의 층에 의해 형성되어 있는 경우에는, 최외층은 금층, 니켈층, 팔라듐층, 구리층 또는 주석과 은을 포함하는 합금층인 것이 바람직하고, 금층 또는 팔라듐층인 것이 보다 바람직하고, 금층인 것이 특히 바람직하다. 최외층이 이러한 바람직한 도전부인 경우에는, 전극간의 접속 저항이 보다 한층 낮아진다. 또한, 최외층이 금층인 경우에는, 내부식성이 보다 한층 높아진다.
상기 기재 입자의 표면 상에 도전부를 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 도전부를 형성하는 방법으로서는, 예를 들어 무전해 도금에 의한 방법, 전기 도금에 의한 방법, 물리적 증착에 의한 방법, 및 금속 분말 또는 금속 분말과 바인더를 포함하는 페이스트를 기재 입자의 표면에 코팅하는 방법 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 도전부의 형성이 간편하므로, 무전해 도금에 의한 방법이 바람직하다. 상기 물리적 증착에 의한 방법으로서는, 진공 증착, 이온 플레이팅 및 이온 스퍼터링 등의 방법을 들 수 있다.
상기 기재 입자의 표면 상에 도전부를 형성하는 방법으로서 물리적인 충돌에 의한 방법도, 생산성을 높이는 관점에서 유효하다. 물리적인 충돌에 의해 형성하는 방법으로서는, 예를 들어 세터 컴포저(도쿠주 공작소사 제조)를 사용하여 코팅하는 방법이 있다.
상기 도전성 입자의 평균 입자 직경은, 바람직하게는 0.5㎛ 이상, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상, 바람직하게는 100㎛ 이하, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5㎛ 이하, 특히 바람직하게는 3㎛ 이하이다. 도전성 입자의 평균 입자 직경이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용하여 전극간을 접속한 경우에, 도전성 입자와 전극의 접촉 면적이 충분히 커지며, 도전부를 형성할 때에 응집된 도전성 입자가 형성되기 어려워진다. 또한, 도전성 입자를 통해 접속된 전극간의 간격이 지나치게 커지지 않으며, 도전부가 기재 입자의 표면으로부터 박리되기 어려워진다.
상기 도전성 입자의 「평균 입자 직경」은, 수 평균 입자 직경을 나타낸다. 도전성 입자의 평균 입자 직경은, 임의의 도전성 입자 50개를 전자 현미경 또는 광학 현미경으로 관찰하고, 평균값을 산출함으로써 구할 수 있다.
상기 도전부(도전층)의 두께는 바람직하게는 0.005㎛ 이상, 보다 바람직하게는 0.01㎛ 이상, 바람직하게는 1㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.3㎛ 이하이다. 도전부의 두께가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 충분한 도전성이 얻어지며, 도전성 입자가 지나치게 단단해지지 않아, 전극간의 접속 시에 도전성 입자가 충분히 변형된다.
상기 도전부(도전층)가 복수의 층에 의해 형성되어 있는 경우에, 최외층의 도전부의 두께는, 특히 최외층이 금층인 경우의 금층의 두께는, 바람직하게는 0.001㎛ 이상, 보다 바람직하게는 0.01㎛ 이상, 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 이하이다. 상기 최외층의 도전부의 두께가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 최외층의 도전부에 의한 피복을 균일하게 할 수 있고, 내부식성이 충분히 높아지며, 전극간의 접속 저항이 충분히 낮아진다.
상기 도전부의 두께는, 예를 들어 투과형 전자 현미경(TEM)을 사용하여, 도전성 입자 또는 절연성 입자 부착 도전성 입자의 단면을 관찰함으로써 측정할 수 있다.
상기 도전성 입자는 도전성의 표면에 복수의 돌기를 갖는 것이 바람직하다. 상기 도전부는 표면(외표면)에 복수의 돌기를 갖는 것이 바람직하다. 절연성 입자 부착 도전성 입자에 의해 접속되는 전극의 표면에는, 산화 피막이 형성되어 있는 경우가 많다. 또한, 상기 도전성 입자의 도전부의 표면에는, 산화 피막이 형성되어 있는 경우가 많다. 돌기를 갖는 도전성 입자의 사용에 의해 전극간에 절연성 입자 부착 도전성 입자를 배치한 후 압착시킴으로써, 돌기에 의해 상기 산화 피막이 효과적으로 배제된다. 이로 인해, 전극과 도전성 입자가 보다 한층 확실하게 접촉하여, 전극간의 접속 저항이 낮아진다. 또한, 도전성 입자의 돌기에 의해, 도전성 입자와 전극 사이의 절연성 입자를 효과적으로 배제할 수 있다. 이로 인해, 전극간의 도통 신뢰성이 보다 한층 높아진다.
도전성 입자의 표면에 돌기를 형성하는 방법으로서는, 기재 입자의 표면에 코어 물질을 부착시킨 후, 무전해 도금에 의해 도전부를 형성하는 방법, 기재 입자의 표면에 무전해 도금에 의해 도전부를 형성한 후, 코어 물질을 부착시키고, 또한 무전해 도금에 의해 도전부를 형성하는 방법, 및 기재 입자의 표면에 무전해 도금에 의해 도전부를 형성하는 도중 단계에서, 코어 물질을 무전해 도금액 내에 첨가하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 돌기를 형성하기 위해서, 코어 물질을 반드시 사용하지 않아도 된다. 무전해 도금 등에 의해 도전부를 형성할 때에, 도전부의 두께를 부분적으로 상이하게 함으로써도, 상기 돌기를 형성할 수 있다.
상기 도전성 입자는, 기재 입자의 표면 상에 제1 도전부를 가지며, 해당 제1 도전부의 표면 상에 제2 도전부를 가질 수도 있다. 이 경우에, 제1 도전부의 표면에 코어 물질을 부착시킬 수도 있다. 코어 물질은 제2 도전부에 의해 피복되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제1 도전부의 두께는, 바람직하게는 0.05㎛ 이상, 바람직하게는 0.5㎛ 이하이다. 도전성 입자는, 기재 입자의 표면 상에 제1 도전부를 형성하고, 다음으로 해당 제1 도전부의 표면 상에 코어 물질을 부착시킨 후, 제1 도전부 및 코어 물질의 표면 상에 제2 도전부를 형성함으로써 얻어지고 있는 것이 바람직하다.
상기 코어 물질을 구성하는 물질로서는, 도전성 물질 및 비도전성 물질을 들 수 있다. 상기 도전성 물질로서는, 예를 들어 금속, 금속의 산화물, 흑연 등의 도전성 비금속 및 도전성 중합체 등을 들 수 있다. 상기 도전성 중합체로서는, 폴리아세틸렌 등을 들 수 있다. 상기 비도전성 물질로서는, 실리카, 알루미나 및 지르코니아 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 도전성을 높일 수 있으므로, 금속이 바람직하다. 상기 코어 물질은 금속 입자인 것이 바람직하다.
상기 금속으로서는, 예를 들어 금, 은, 구리, 백금, 아연, 철, 납, 주석, 알루미늄, 코발트, 인듐, 니켈, 크롬, 티타늄, 안티몬, 비스무트, 게르마늄 및 카드뮴 등의 금속, 및 주석-납 합금, 주석- 구리 합금, 주석-은 합금, 주석-납-은 합금 및 탄화텅스텐 등의 2종류 이상의 금속으로 구성되는 합금 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 니켈, 구리, 은 또는 금이 바람직하다. 상기 코어 물질을 구성하는 금속은, 상기 도전부를 구성하는 금속과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
상기 코어 물질의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 코어 물질의 형상은 괴상인 것이 바람직하다. 코어 물질로서는, 예를 들어 입자상의 덩어리, 복수의 미소 입자가 응집된 응집 덩어리, 및 부정형의 덩어리 등을 들 수 있다.
[절연성 입자]
상기 절연성 입자는 절연성을 갖는 입자이다. 절연성 입자는 도전성 입자보다 작은 것이 바람직하다. 절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용하여 전극간을 접속하면, 절연성 입자에 의해 인접하는 전극간의 단락을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 복수의 절연성 입자 부착 도전성 입자가 접촉했을 때에, 복수의 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 도전성 입자간에는 절연성 입자가 존재하므로, 상하의 전극간이 아니라 가로 방향으로 인접하는 전극간의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 전극간의 접속 시에, 2개의 전극으로 절연성 입자 부착 도전성 입자를 가압함으로써, 도전부와 전극 사이의 절연성 입자를 용이하게 배제할 수 있다. 도전부의 표면에 돌기가 형성되어 있는 경우에는, 도전부와 전극 사이의 절연성 입자를 용이하게 배제할 수 있다. 또한 돌기 부분이 전극과의 접촉을 용이하게 하기 때문에 접속 신뢰성이 향상된다.
상기 절연성 입자를 구성하는 재료로서는, 절연성의 수지 및 절연성의 무기물 등을 들 수 있다. 상기 절연성의 수지로서는, 기재 입자로서 사용하는 것이 가능한 수지 입자를 형성하기 위한 수지로서 언급한 상기 수지를 들 수 있다. 상기 절연성의 무기물로서는, 기재 입자로서 사용하는 것이 가능한 무기 입자를 형성하기 위한 무기물로서 언급한 상기 무기물을 들 수 있다.
상기 절연성 입자는, 유기 입자 또는 무기 입자인 것이 바람직하다. 상기 유기 입자는 유기 화합물(예를 들어, 절연성의 수지)을 사용하여 형성되어 있다. 상기 무기 입자는 무기 화합물을 사용하여 형성되어 있다.
상기 절연성 입자의 재료인 절연성 수지의 구체예로서는, 폴리올레핀류, (메트)아크릴레이트 중합체, (메트)아크릴레이트 공중합체, 블록 중합체, 열가소성 수지, 열가소성 수지의 가교물, 열경화성 수지 및 수용성 수지 등을 들 수 있다.
상기 폴리올레핀류로서는, 폴리에틸렌, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 및 에틸렌-아크릴산에스테르 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 (메트)아크릴레이트 중합체로서는, 폴리메틸(메트)아크릴레이트, 폴리에틸(메트)아크릴레이트 및 폴리부틸(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 상기 블록 중합체로서는, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴산에스테르 공중합체, SB형 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 및 SBS형 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 및 이들의 수소 첨가물 등을 들 수 있다. 상기 열가소성 수지로서는, 비닐 중합체 및 비닐 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 열경화성 수지로서는, 에폭시 수지, 페놀 수지 및 멜라민 수지 등을 들 수 있다. 상기 수용성 수지로서는, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌옥시드 및 메틸셀룰로오스 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 수용성 수지가 바람직하고, 폴리비닐알코올이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자에서는, 절연성 입자가, 절연성 입자 본체와, 해당 절연성 입자 본체의 표면의 적어도 일부의 영역을 덮고 있는 층을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도전 재료의 제작 시의 혼련에 의해, 도전성 입자의 표면으로부터 절연성 입자가 보다 한층 탈리되기 어려워진다. 또한, 복수의 절연성 입자 부착 도전성 입자가 접촉했을 때에, 도전성 입자의 표면으로부터 절연성 입자가 탈리되기 어려워진다. 절연성 입자의 의도하지 않은 탈리를 효과적으로 억제하기 위해서, 상기 절연성 입자 또는 상기 절연성 입자 본체의 재료는, 무기 화합물인 것이 바람직하고, 상기 절연성 입자 또는 상기 절연성 입자 본체는 무기 입자인 것이 바람직하다. 절연성 입자의 의도하지 않은 탈리를 효과적으로 억제하기 위해서, 상기 절연성 입자 본체 표면의 적어도 일부의 영역을 덮고 있는 층은, 유기 화합물에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하고, 해당 유기 화합물은 고분자 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 무기 입자의 표면이 유기 화합물에 의해 형성되어 있는 층에 의해 덮여 있는 입자는, 본 명세서에서는 무기 입자라 칭한다. 유기 입자의 표면이 유기 화합물에 의해 형성되어 있는 층에 의해 덮여 있는 입자는, 본 명세서에서는, 유기 입자라 칭한다. 상기 무기 입자는, 대부분(예를 들어 80중량％ 이상)이 무기 화합물에 의해 형성되어 있는 입자이다. 상기 유기 입자는, 대부분(예를 들어 80중량％ 이상)이 유기 화합물에 의해 형성되어 있는 입자이다.
상기 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 절연성 입자 본체 표면의 적어도 일부의 영역을 덮도록, 고분자 화합물 또는 고분자 화합물이 되는 화합물을 사용하여, 고분자 화합물에 의해 형성된 층을 형성하여 절연성 입자를 얻는 공정과, 도전부를 적어도 표면에 갖는 도전성 입자의 표면에 상기 절연성 입자를 부착시켜, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 얻는 공정을 거쳐서 얻어지는 것이 바람직하다.
열 압착 시의 절연성 입자의 탈리성을 보다 한층 높이는 관점에서는, 절연성 입자 또는 절연성 입자 본체는 무기 입자인 것이 바람직하고, 실리카 입자인 것이 바람직하다. 상기 무기 입자로서는, 시라스 입자, 히드록시아파타이트 입자, 마그네시아 입자, 산화지르코늄 입자, 산화알루미늄 입자, 탄화규소 입자, 질화규소 입자, 질화알루미늄 입자 및 실리카 입자 등을 들 수 있다. 실리카 입자로서는, 분쇄 실리카, 구상 실리카를 들 수 있고, 구상 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 실리카 입자는 표면에, 예를 들어 카르복실기, 수산기 등의 화학 결합 가능한 관능기를 갖는 것이 바람직하고, 수산기를 갖는 것이 보다 바람직하다. 무기 입자는 비교적 단단하고, 특히 실리카 입자는 비교적 단단하다. 이러한 단단한 절연성 입자를 그대로 절연성 입자로서 사용한 절연성 입자 부착 도전성 입자를 바인더 수지 중에 첨가하여 혼련하면, 절연성 입자가 단단하므로, 도전성 입자의 표면으로부터 절연성 입자가 탈리되기 쉬운 경향이 있다. 절연성 입자가 상기 고분자 화합물에 의해 형성된 층을 갖는 경우에는, 단단한 절연성 입자를 사용했다고 해도, 상기 혼련 시에, 단단한 절연성 입자가 탈리되는 것을 억제할 수 있다.
상기 유기 화합물에 의해 형성된 층 및 상기 고분자 화합물에 의해 형성된 층은, 예를 들어 유연층으로서의 역할을 한다. 상기 고분자 화합물에 의해 형성된 층에서의 고분자 화합물 또는 중합 등에 의해 해당 고분자 화합물이 되는 화합물로서는, 중합 가능한 반응성 관능기를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 해당 중합 가능한 반응성 관능기는, 불포화 이중 결합인 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연성 입자 본체의 표면 상에서 불포화 이중 결합을 갖는 화합물(고분자 화합물이 되는 화합물)을 중합 반응시킬 수도 있고, 또한 고분자 화합물과 절연성 입자 본체 표면의 반응성 관능기를 반응시킬 수도 있다. 상기 고분자 화합물로서는, (메트)아크릴로일기를 갖는 화합물, 에폭시기를 갖는 화합물 및 비닐기를 갖는 화합물 등을 들 수 있다. 절연성 입자 부착 도전성 입자를 분산시킬 때 등에, 도전성 입자의 표면으로부터 절연성 입자의 탈리를 억제하는 관점에서는, 상기 고분자 화합물 또는 해당 고분자 화합물이 되는 화합물은, (메트)아크릴로일기, 글리시딜기 및 비닐기로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 반응성 관능기를 갖는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 절연성 입자의 탈리를 보다 한층 억제하는 관점에서는, 상기 고분자 화합물 또는 해당 고분자 화합물이 되는 화합물은, (메트)아크릴로일기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 (메트)아크릴로일기를 갖는 화합물의 구체예로서는, 메타크릴산, 히드록시에틸아크릴레이트 및 디메타크릴산에틸렌글리콜 등을 들 수 있다.
상기 에폭시 화합물의 구체예로서는, 비스페놀 A형 에폭시 수지 및 레조르시놀글리시딜에테르 등을 들 수 있다.
상기 비닐기를 갖는 화합물의 구체예로서는, 스티렌 및 아세트산비닐 등을 들 수 있다.
상기 절연성 입자의 평균 입자 직경은, 도전성 입자의 입자 직경 및 절연성 입자 부착 도전성 입자의 용도 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 절연성 입자의 평균 입자 직경은 바람직하게는 0.005㎛ 이상, 보다 바람직하게는 0.01㎛ 이상, 바람직하게는 5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 2.5㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 1㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.5㎛ 이하이다. 절연성 입자의 평균 입자 직경이 상기 하한 이상이면 절연성 입자 부착 도전성 입자가 바인더 수지에 분산되었을 때에, 복수의 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 도전성 입자끼리 접촉하기 어려워진다. 절연성 입자의 평균 입자 직경이 상기 상한 이하이면, 전극간의 접속 시에, 전극과 도전성 입자 사이의 절연성 입자를 배제하기 위해서, 압력을 너무 높게 할 필요가 없어지고, 고온으로 가열할 필요도 없어진다.
상기 절연성 입자의 「평균 입자 직경」은, 수 평균 입자 직경을 나타낸다. 절연성 입자의 평균 입자 직경은 입도 분포 측정 장치 등을 사용하여 구할 수 있다.
상기 절연성 입자의 평균 입자 직경은, 도전성 입자의 입자 직경의 1/2 이하인 것이 바람직하고, 1/3 이하인 것이 보다 바람직하고, 1/4 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1/5 이하인 것이 특히 바람직하다. 절연성 입자의 입자 직경은, 도전성 입자의 입자 직경의 1/1000 이상인 것이 바람직하고, 1/10 이상인 것이 보다 바람직하고, 1/10을 초과하는 것이 더욱 바람직하다. 절연성 입자의 평균 입자 직경이 도전성 입자의 입자 직경의 1/5 이하이면, 예를 들어 절연성 입자 부착 도전성 입자를 제조할 때에, 절연성 입자가 도전성 입자의 표면에 보다 한층 효율적으로 부착된다.
상기 절연성 입자의 평균 입자 직경은, 상기 도전성 입자에서의 상기 도전부(도전층)의 두께의 0.5배 이상인 것이 바람직하고, 1배 이상인 것이 더욱 바람직하다. 상기 절연성 입자의 평균 입자 직경은, 상기 도전성 입자에서의 상기 도전부(도전층)의 두께의 20배 이하인 것이 바람직하고, 10배 이하인 것이 더욱 바람직하다. 절연성 입자의 평균 입자 직경과 도전부의 두께가 이러한 바람직한 관계를 충족하면, 복수의 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 도전성 입자끼리가 접촉하기 어려워져, 도전부와 전극 사이의 절연성 입자를 용이하게 배제할 수 있다.
상기 절연성 입자의 평균 입자 직경은, 코어 물질의 평균 입자 직경보다 큰 것이 바람직하고, 1.1배 이상인 것이 보다 바람직하다. 상기 절연성 입자의 평균 입자 직경은, 코어 물질의 평균 입자 직경의 20배 이하인 것이 바람직하고, 10배 이하인 것이 더욱 바람직하다. 상기 절연성 입자의 평균 입자 직경과 상기 코어 물질의 평균 입자 직경이 이러한 바람직한 관계를 충족하면, 복수의 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 도전성 입자끼리 접촉하기 어려워져, 도전부와 전극 사이의 절연성 입자를 용이하게 배제할 수 있다.
상기 코어 물질의 「평균 입자 직경」은, 수 평균 입자 직경을 나타낸다. 코어 물질의 평균 입자 직경은 입도 분포 측정 장치 등을 사용하여 구해진다.
상기 절연성 입자의 평균 입자 직경은, 상기 돌기의 평균 높이보다 큰 것이 바람직하고, 1.1배 이상인 것이 보다 바람직하다. 상기 절연성 입자의 평균 입자 직경은, 상기 돌기 높이의 20배 이하인 것이 바람직하고, 10배 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 절연성 입자의 평균 입자 직경과 상기 돌기의 높이가 이러한 바람직한 관계를 충족하면, 복수의 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 도전성 입자끼리 접촉하기 어려워져, 도전부와 전극 사이의 절연성 입자를 용이하게 배제할 수 있다.
상기 돌기의 평균 높이는, 복수의 돌기 높이의 평균이다.
상기 절연성 입자의 입자 직경의 변동 계수(CV값)는, 바람직하게는 1％ 이상, 바람직하게는 10％ 이하, 보다 바람직하게는 8％ 이하이다.
입자 직경이 서로 다른 2종 이상의 절연성 입자를 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 도전성 입자의 표면이 큰 절연성 입자의 사이에, 작은 절연성 입자를 존재시킬 수 있으므로, 도전성 입자의 노출 면적을 작게 할 수 있다. 따라서, 복수의 절연성 입자 부착 도전성 입자가 접촉했다고 해도, 인접하는 도전성 입자는 접촉하기 어렵기 때문에, 인접하는 전극간의 단락을 억제할 수 있다. 작은 절연성 입자의 평균 입자 직경은, 큰 절연성 입자의 평균 입자 직경의 1/2 이하인 것이 바람직하다. 작은 절연성 입자의 수는, 큰 절연성 입자의 수의 1/4 이하인 것이 바람직하다.
(도전 재료)
본 발명에 따른 도전 재료는, 상술한 절연성 입자 부착 도전성 입자와, 바인더 수지를 포함한다. 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용한 경우에는, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 바인더 수지 중에 분산시킬 때 등에, 도전성 입자의 표면으로부터 절연성 입자가 탈리되기 어렵다. 본 발명에 따른 도전 재료는 이방성 도전 재료인 것이 바람직하다.
상기 바인더 수지는 특별히 한정되지 않는다. 상기 바인더 수지로서는, 일반적으로는 절연성의 수지가 사용된다. 상기 바인더 수지로서는, 예를 들어 비닐 수지, 열가소성 수지, 경화성 수지, 열가소성 블록 공중합체 또는 엘라스토머 등을 들 수 있다. 상기 바인더 수지는, 1종만이 사용될 수도 있고, 2종 이상이 병용될 수도 있다.
상기 비닐 수지로서는, 예를 들어 아세트산비닐 수지, 아크릴 수지 및 스티렌 수지 등을 들 수 있다. 상기 열가소성 수지로서는, 예를 들어 폴리올레핀 수지, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 및 폴리아미드 수지 등을 들 수 있다. 상기 경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리이미드 수지 및 불포화 폴리에스테르 수지 등을 들 수 있다. 또한, 상기 경화성 수지는 상온 경화형 수지, 열경화형 수지, 광경화형 수지 또는 습기 경화형 수지일 수도 있다. 상기 경화성 수지는 경화제와 병용될 수도 있다. 상기 열가소성 블록 공중합체로서는, 예를 들어 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체의 수소 첨가물, 및 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체의 수소 첨가물 등을 들 수 있다. 상기 엘라스토머로서는, 예를 들어 스티렌- 부타디엔 공중합 고무, 및 아크릴로니트릴-스티렌 블록 공중합 고무 등을 들 수 있다.
상기 도전 재료는, 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자 및 상기 바인더 수지 이외에, 예를 들어 충전제, 증량제, 연화제, 가소제, 중합 촉매, 경화 촉매, 착색제, 산화 방지제, 열 안정제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 활제, 대전 방지제 및 난연제 등의 각종 첨가제를 포함하고 있을 수도 있다.
상기 바인더 수지 중에 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자를 분산시키는 방법은, 종래 공지된 분산 방법을 사용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 상기 바인더 수지 중에 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자를 분산시키는 방법으로서는, 예를 들어 상기 바인더 수지 중에 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자를 첨가한 후, 플라너터리 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법, 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자를 물 또는 유기 용제 중에 호모게나이저 등을 사용하여 균일하게 분산시킨 후, 상기 바인더 수지 중에 첨가하여, 플라너터리 믹서 등으로 혼련해서 분산시키는 방법, 및 상기 바인더 수지를 물 또는 유기 용제 등으로 희석한 후, 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자를 첨가하여, 플라너터리 믹서 등으로 혼련해서 분산시키는 방법 등을 들 수 있다.
상기 도전 재료는 도전 페이스트 및 도전 필름 등으로서 사용될 수 있다. 상기 도전 페이스트는 도전 잉크 또는 도전 점접착제일 수도 있다. 또한, 상기 도전 필름에는 도전 시트가 포함된다. 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자를 포함하는 도전 재료가 도전 필름인 경우에는, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 포함하는 도전 필름에, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 포함하지 않는 필름이 적층되어 있을 수도 있다. 단, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 도전 재료는, 페이스트상인 것이 바람직하고, 도전 페이스트인 것이 바람직하다. 페이스트상에는 액상이 포함된다. 상기 도전 페이스트는 이방성 도전 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 도전 필름은 이방성 도전 필름인 것이 바람직하다.
상기 도전 재료 100중량％ 중, 상기 바인더 수지의 함유량은 바람직하게는 10중량％ 이상, 보다 바람직하게는 30중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 50중량％ 이상, 특히 바람직하게는 70중량％ 이상, 바람직하게는 99.99중량％ 이하, 보다 바람직하게는 99.9중량％ 이하이다. 상기 바인더 수지의 함유량이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 전극간에 절연성 입자 부착 도전성 입자가 효율적으로 배치되어, 도전 재료에 의해 접속된 접속 대상 부재의 접속 신뢰성이 보다 한층 높아진다.
상기 도전 재료 100중량％ 중, 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자의 함유량은 바람직하게는 0.01중량％ 이상, 보다 바람직하게는 0.1중량％ 이상, 바람직하게는 40중량％ 이하, 보다 바람직하게는 20중량％ 이하, 더욱 바람직하게는 10중량％ 이하이다. 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자의 함유량이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 전극간의 도통 신뢰성이 보다 한층 높아진다.
(접속 구조체)
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자와 바인더 수지를 포함하는 도전 재료를 사용하여, 접속 대상 부재를 접속함으로써, 접속 구조체를 얻을 수 있다.
상기 접속 구조체는, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재와, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재와, 상기 제1 접속 대상 부재와, 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비한다. 상기 접속부가, 상술한 절연성 입자 부착 도전성 입자와 바인더 수지를 포함하는 도전 재료에 의해 형성되어 있다. 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이, 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 상기 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
도 4에, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자를 사용한 접속 구조체를 모식적으로 정면 단면도로 나타낸다.
도 4에 도시하는 접속 구조체(81)는, 제1 접속 대상 부재(82)와, 제2 접속 대상 부재(83)와, 제1, 제2 접속 대상 부재(82, 83)를 접속하고 있는 접속부(84)를 구비한다. 접속부(84)는, 절연성 입자 부착 도전성 입자(1)를 포함하는 도전 재료에 의해 형성되어 있다. 접속부(84)는, 절연성 입자 부착 도전성 입자(1)를 복수 포함하는 도전 재료를 경화시킴으로써 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 도 4에서는, 절연성 입자 부착 도전성 입자(1)는, 도시의 편의상 약도적으로 나타내고 있다. 절연성 입자 부착 도전성 입자(1) 대신에, 절연성 입자 부착 도전성 입자(21, 41) 등을 사용할 수도 있다.
제1 접속 대상 부재(82)는 표면(상면)에 복수의 제1 전극(82a)을 갖는다. 제2 접속 대상 부재(83)는 표면(하면)에 복수의 제2 전극(83a)을 갖는다. 제1 전극(82a)과 제2 전극(83a)이 1개 또는 복수의 절연성 입자 부착 도전성 입자(1)에서의 도전성 입자(2)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 제1, 제2 접속 대상 부재(82, 83)가 절연성 입자 부착 도전성 입자(1)에서의 도전성 입자(2)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
상기 접속 구조체의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 접속 구조체의 제조 방법의 일례로서는, 제1 접속 대상 부재와 제2 접속 대상 부재의 사이에 상기 도전 재료를 배치하여 적층체를 얻은 후, 해당 적층체를 가열 및 가압하는 방법 등을 들 수 있다. 상기 가압의 압력은 9.8×104 내지 4.9×106Pa 정도이다. 상기 가열 온도는 120 내지 220℃ 정도이다.
상기 적층체를 가열 및 가압할 때에 도전성 입자(2)와 제1, 제2 전극(82a, 83a)의 사이에 존재하고 있던 절연성 입자(3)를 배제할 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 및 가압 시에는, 도전성 입자(2)와 제1, 제2 전극(82a, 83a)의 사이에 존재하고 있던 절연성 입자(3)가 용융되거나 변형되어, 도전성 입자(2)의 표면이 부분적으로 노출된다. 또한, 상기 가열 및 가압 시에는 큰 힘이 부여되므로, 도전성 입자(2)의 표면으로부터 일부의 절연성 입자(3)가 박리되어, 도전성 입자(2)의 표면이 부분적으로 노출되기도 한다. 도전성 입자(2)의 표면이 노출된 부분이 제1, 제2 전극(82a, 83a)에 접촉함으로써, 도전성 입자(2)를 통해 제1, 제2 전극(82a, 83a)을 전기적으로 접속할 수 있다.
상기 접속 대상 부재로서는, 구체적으로는 반도체 칩, 콘덴서 및 다이오드 등의 전자 부품, 및 프린트 기판, 플렉시블 프린트 기판, 유리 에폭시 기판 및 유리 기판 등의 회로 기판 등의 전자 부품 등을 들 수 있다. 상기 도전 재료는, 전자 부품을 접속하기 위한 도전 재료인 것이 바람직하다. 상기 도전 재료는 회로 접속용 도전 재료인 것이 바람직하다. 상기 도전 재료는 페이스트상의 도전 페이스트이며, 페이스트상의 상태에서 접속 대상 부재 상에 도포 시공되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자의 사용에 의해 절연 신뢰성이 효과적으로 높아지므로, 상기 제1 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스인 전극간 폭의 최솟값과 상기 제2 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스인 전극간 폭의 최솟값이 각각 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자는, 특히 유리 기판과 반도체 칩을 접속 대상 부재로 하는 COG, 유리 에폭시 기판과 플렉시블 프린트 기판(FPC)을 접속 대상 부재로 하는 FOB 또는 유리 기판과 플렉시블 프린트 기판(FPC)을 접속 대상 부재로 하는 FOG에 적절하게 사용되고, COG 또는 FOG에 사용될 수도 있으며, FOB 또는 FOG에 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자는 COG에 사용될 수도 있고, FOB에 사용될 수도 있고, FOG에 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 접속 구조체에서는, 상기 제1, 제2 접속 대상 부재가, 유리 기판과 반도체 칩이거나, 유리 에폭시 기판과 플렉시블 프린트 기판이거나, 또는 유리 기판과 플렉시블 프린트 기판인 것이 바람직하다. 상기 제1, 제2 접속 대상 부재는, 유리 기판과 반도체 칩일 수도 있고, 유리 에폭시 기판과 플렉시블 프린트 기판일 수도 있고, 유리 기판과 플렉시블 프린트 기판일 수도 있다.
유리 기판과 반도체 칩을 접속 대상 부재로 하는 COG에서 사용되는 반도체 칩에는, 범프가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 해당 범프 사이즈는 1000㎛2 이상, 10000㎛2 이하의 전극 면적인 것이 바람직하다. 해당 범프(전극)가 설치된 반도체 칩에서의 전극 스페이스는, 바람직하게는 30㎛ 이하, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10㎛ 이하이다. 이러한 COG 용도에, 본 발명에 따른 절연성 입자 부착 도전성 입자가 적절하게 사용된다. 유리 기판과 플렉시블 프린트 기판을 접속 대상 부재로 하는 FOG에서 사용되는 FPC에서는, 전극 스페이스는 바람직하게는 30㎛ 이하, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하이다.
상기 접속 대상 부재에 설치되어 있는 전극으로서는, 금 전극, 니켈 전극, 주석 전극, 알루미늄 전극, 구리 전극, 몰리브덴 전극 및 텅스텐 전극 등의 금속 전극을 들 수 있다. 상기 접속 대상 부재가 플렉시블 프린트 기판인 경우에는, 상기 전극은 금 전극, 니켈 전극, 주석 전극 또는 구리 전극인 것이 바람직하다. 상기 접속 대상 부재가 유리 기판인 경우에는, 상기 전극은 알루미늄 전극, 구리 전극, 몰리브덴 전극 또는 텅스텐 전극인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전극이 알루미늄 전극인 경우에는, 알루미늄만으로 형성된 전극일 수도 있고, 금속 산화물층의 표면에 알루미늄층이 적층된 전극일 수도 있다. 상기 금속 산화물층의 재료로서는, 3가의 금속 원소가 도핑된 산화인듐 및 3가의 금속 원소가 도핑된 산화아연 등을 들 수 있다. 상기 3가의 금속 원소로서는 Sn, Al 및 Ga 등을 들 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
(도전성 입자)
이하의 도전성 입자 A 내지 G를 준비하였다. 또한, 도전층의 표면에 복수의 돌기를 갖는 도전성 입자는, 디비닐벤젠 수지 입자와 니켈 도금층 사이에 복수의 니켈 미립자를 배치함으로써 형성하였다.
디비닐벤젠 수지 입자(평균 입자 직경 2.78㎛)의 표면 상에 니켈 도금층(도전층, 두께 0.11㎛)이 형성되어 있는 도전성 입자 A(도전층의 표면에 돌기를 갖지 않음, 평균 입자 직경 3.00㎛)
디비닐벤젠 수지 입자(평균 입자 직경 2.78㎛)의 표면 상에 니켈 도금층(도전층, 두께 0.125㎛)이 형성되어 있는 도전성 입자 B(도전층의 표면에 돌기를 갖지 않음, 평균 입자 직경 3.03㎛)
디비닐벤젠 수지 입자(평균 입자 직경 2.78㎛)의 표면 상에 니켈 도금층(도전층, 두께 0.08㎛)이 형성되어 있고, 해당 니켈 도금층의 표면 상에 금층(도전층, 두께 0.03㎛)이 형성되어 있는 도전성 입자 C(도전층의 표면에 돌기를 갖지 않음, 평균 입자 직경 3.00㎛)
디비닐벤젠 수지 입자(평균 입자 직경 2.78㎛)의 표면 상에 니켈 도금층(도전층, 두께 0.11㎛)이 형성되어 있는 도전성 입자 D(도전층의 표면에 복수의 돌기(평균 높이 0.1㎛)를 갖는 평균 입자 직경 3.00㎛)
디비닐벤젠 수지 입자(평균 입자 직경 2.78㎛)의 표면 상에 니켈 도금층(도전층, 두께 0.125㎛)이 형성되어 있는 도전성 입자 E(도전층의 표면에 복수의 돌기(평균 높이 0.1㎛)를 갖는 평균 입자 직경 3.03㎛)
디비닐벤젠 수지 입자(평균 입자 직경 2.78㎛)의 표면 상에 니켈 도금층(도전층, 두께 0.08㎛)이 형성되어 있고, 해당 니켈 도금층의 표면 상에 금층(도전층, 두께 0.03㎛)이 형성되어 있는 도전성 입자 F(도전층의 표면에 복수의 돌기(평균 높이 0.2㎛)를 갖는 평균 입자 직경 3.00㎛)
디비닐벤젠 수지 입자(평균 입자 직경 2.28㎛)의 표면 상에 니켈 도금층(도전층, 두께 0.11㎛)이 형성되어 있는 도전성 입자 G(도전층의 표면에 복수의 돌기(평균 높이 0.1㎛)를 갖는 평균 입자 직경 2.50㎛)
(절연성 입자의 제작 공정)
이하의 절연성 입자 a 내지 c를 제작하였다.
메타크릴산메틸, 디메타크릴산에틸렌글리콜, 애시드포스포옥시폴리옥시에틸렌글리콜메타크릴레이트, 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 조성물을 사용해서, 소프 프리(soap-free) 중합을 행하여, 절연성 입자 a(평균 입자 직경 250nm), 절연성 입자 b(평균 입자 직경 180nm), 절연성 입자 c(평균 입자 직경 350nm)를 얻었다.
이하의 절연성 입자 d 내지 f를 준비하였다.
졸겔법에 의해 제작된 실리카 입자인 절연성 입자 d(평균 입자 직경 400nm)
졸겔법에 의해 제작된 실리카 입자인 절연성 입자 e(평균 입자 직경 150nm)
졸겔법에 의해 제작된 실리카 입자인 절연성 입자 f(평균 입자 직경 500nm)
얻어진 절연성 입자 a 내지 f를 각각 증류수에 분산시켜서, 절연성 입자 a 내지 f의 10중량％ 분산액을 얻었다.
(실시예 1)
도전부의 표면에 돌기를 갖지 않은 도전성 입자 A와, 절연성 입자 a의 10중량％ 분산액을 준비하였다.
도전성 입자 A 50중량부를 증류수 300mL에 분산시킨 후, 절연성 입자 a의 10중량％ 분산액을 적하하고, 50℃에서 8시간 교반하여, 교반액을 얻었다. 얻어진 교반액을 여과한 후, 메탄올로 세정하고, 50℃에서 7시간 진공 건조함으로써, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 얻었다. 또한, 실시예 1, 후술하는 실시예 및 후술하는 비교예에서는, 상기 피복률은 절연성 입자 a 내지 f의 10중량％ 분산액의 적하량에 따라 조정하였다.
얻어진 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 상기 피복률 X1, 상기 비(중량비(X/Y)) 및 상기 비(중량비(X/Z))를 다음의 표 1에 나타내었다.
(실시예 2 내지 7 및 비교예 1, 2)
도전성 입자 및 절연성 입자의 종류를 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것, 및 상기 피복률 X1을 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이 설정한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 얻었다.
(실시예 8)
도전부의 표면에 돌기를 갖는 도전성 입자 D와, 절연성 입자 a의 10중량％ 분산액을 준비하였다.
도전성 입자 D 50중량부를 증류수 300mL에 분산시킨 후, 절연성 입자 a의 10중량％ 분산액을 적하하고, 50℃에서 8시간 교반하여, 교반액을 얻었다. 얻어진 교반액을 여과한 후, 메탄올로 세정하고, 50℃에서 7시간 진공 건조함으로써, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 얻었다.
얻어진 절연성 입자 부착 도전성 입자에서의 상기 피복률 X1, 상기 비(중량비(X/Y)) 및 상기 비(중량비(X/Z))를 하기의 표 2에 나타내었다.
(실시예 9 내지 15 및 비교예 3, 4)
도전성 입자 및 절연성 입자의 종류를 하기의 표 2에 나타낸 바와 같이 변경한 것, 및 상기 피복률 X1을 다음의 표 2에 나타낸 바와 같이 설정한 것 이외는 실시예 8과 마찬가지로 하여, 절연성 입자 부착 도전성 입자를 얻었다.
하기의 표 1, 2에 나타내는 중량비는 실측값이다. 단, 중량비는 이하의 중량비의 계산 방법에 의해 구할 수도 있다. 본원 실시예 및 비교예에서는, 실측값과 이하의 중량비의 계산 방법에 의해 구해진 값은 일치하였다.
(중량비의 계산 방법)
도전성 입자 1개의 중량을, 비중, 도전부의 두께 및 체적으로부터 계산하여 구한다. 또한, 절연성 입자 부착 도전성 입자 1개당의 절연성 입자의 수를, 피복률(피복 밀도) 등으로부터 계산하고, 절연성 입자 부착 도전성 입자 1개당의 절연성 입자의 수에 절연성 입자의 비중을 곱하여 절연성 입자 부착 도전성 입자 1개당의 절연성 입자 전체의 중량으로 한다. 각각의 중량비를 계산한다.
(평가)
(1) 이방성 도전 페이스트의 제작
열경화성 화합물인 에폭시 화합물(나가세 켐텍스사 제조 「EP-3300P」) 20중량부와, 열경화성 화합물인 에폭시 화합물(DIC사 제조 「EPICLON HP-4032D」) 15중량부와, 열경화제인 이미다졸의 아민 어덕트체(아지노모또 파인테크노사 제조 「PN-F」) 10중량부와, 경화 촉진제인 2-에틸-4-메틸이미다졸 1중량부와, 필러인 알루미나(평균 입자 직경 0.5㎛) 20중량부를 배합하고, 또한 실시예 및 비교예의 절연성 입자 부착 도전성 입자를 배합물 100중량％ 중에서의 함유량이 10중량％가 되도록 첨가한 후, 유성식 교반기를 사용해서 2000rpm으로 5분간 교반함으로써, 이방성 도전 페이스트를 얻었다.
(2) 제1 접속 구조체(L/S=20㎛/20㎛)의 제작
L/S가 20㎛/20㎛인 Al-Ti 4％ 전극 패턴(Al-Ti 4％ 전극 두께 1㎛)을 상면에 갖는 유리 기판을 준비하였다. 또한, L/S가 20㎛/20㎛인 금 전극 패턴(금 전극 두께 20㎛)을 하면에 갖는 반도체 칩을 준비하였다.
상기 유리 기판의 상면에, 제작 직후의 이방성 도전 페이스트를 두께 20㎛가 되도록 도포 시공하여, 이방성 도전 재료층을 형성하였다. 이어서, 이방성 도전 재료층의 상면에 상기 반도체 칩을, 전극끼리 대향하도록 적층하였다. 그 후, 이방성 도전 재료층의 온도가 185℃가 되도록 헤드의 온도를 조정하면서, 반도체 칩의 상면에 가압 가열 헤드를 얹어, 3.0MPa의 압력을 가하고, 이방성 도전 재료층을 185℃에서 경화시켜, 제1 접속 구조체를 얻었다.
(3) 제2 접속 구조체(L/S=30㎛/30㎛)의 제작
L/S가 30㎛/30㎛인 Al-Ti 4％ 전극 패턴(Al-Ti 4％ 전극 두께 1㎛)을 상면에 갖는 유리 기판을 준비하였다. 또한, L/S가 30㎛/30㎛인 금 전극 패턴(금 전극 두께 20㎛)을 하면에 갖는 반도체 칩을 준비하였다.
L/S가 상이한 상기 유리 기판 및 반도체 칩을 사용한 것 이외는 제1 접속 구조체의 제작과 마찬가지로 하여, 제2 접속 구조체를 얻었다.
(4) 제3 접속 구조체(L/S=50㎛/50㎛)의 제작
L/S가 50㎛/50㎛인 Al-Ti 4％ 전극 패턴(Al-Ti 4％ 전극 두께 1㎛)을 상면에 갖는 유리 기판을 준비하였다. 또한, L/S가 50㎛/50㎛인 금 전극 패턴(금 전극 두께 20㎛)을 하면에 갖는 반도체 칩을 준비하였다.
L/S가 상이한 상기 유리 기판 및 반도체 칩을 사용한 것 이외는 제1 접속 구조체의 제작과 마찬가지로 하여, 제3 접속 구조체를 얻었다.
(5) 점도
얻어진 도전 재료(이방성 도전 페이스트)의 점도를, E형 점도계(도끼 산교사 제조)를 사용하여, 25℃ 및 2.5rpm의 조건에서 측정하였다. 점도를 다음의 기준으로 판정하였다.
[점도의 판정 기준]
A: 100Pa·s 초과 1000Pa·s 이하
B: A에 상당하지 않음
(6) 전극 상의 도전성 입자의 배치 정밀도
얻어진 제1, 제2, 제3 접속 구조체에 있어서, 도전 재료에 의해 형성된 접속부에 포함되는 도전성 입자를 확인하였다. 전극 상에 배치되어 있는 도전성 입자와 전극간에 배치되어 있는 도전성 입자의 개수의 비율(％)을 평가하였다. 전극 상의 도전성 입자의 배치 정밀도를 다음의 기준으로 판정하였다.
[전극 상의 도전성 입자의 배치 정밀도의 판정 기준]
○○: 전극 상에 배치되어 있는 도전성 입자의 개수 비율이 70％ 이상
○: 전극 상에 배치되어 있는 도전성 입자의 개수 비율이 60％ 이상 70％ 미만
△: 전극 상에 배치되어 있는 도전성 입자의 개수 비율이 50％ 이상 60％ 미만
×: 전극 상에 배치되어 있는 도전성 입자의 개수 비율이 50％ 미만
(7) 상하 전극간의 도통 신뢰성
얻어진 제1, 제2, 제3 접속 구조체(n=15개)에 있어서, 상하 전극간의 접속 저항을 각각 4 단자법에 의해 측정하였다. 접속 저항의 평균값을 산출하였다. 또한, 전압=전류×저항의 관계로부터, 일정한 전류를 흘렸을 때의 전압을 측정함으로써 접속 저항을 구할 수 있다. 도통 신뢰성을 다음의 기준으로 판정하였다.
[도통 신뢰성의 판정 기준]
○○: 접속 저항의 평균값이 2.0Ω 이하
○: 접속 저항의 평균값이 2.0Ω 초과 5.0Ω 이하
△: 접속 저항의 평균값이 5.0Ω 초과 10.0Ω 이하
×: 접속 저항의 평균값이 10.0Ω 초과
(8) 인접하는 전극간의 절연 신뢰성
얻어진 제1, 제2, 제3 접속 구조체(n=15개)에 있어서, 85℃, 85％의 분위기 중에 100시간 방치한 후, 인접하는 전극간이 절연 상태인지 도통 상태인지를 25군데에서 측정하였다. 절연 신뢰성을 다음의 기준으로 판정하였다.
[절연 신뢰성의 판정 기준]
○○: 절연 상태의 전극간이 25군데
○: 절연 상태의 전극간이 20군데 이상 25군데 미만
△: 절연 상태의 전극간이 15군데 이상 20군데 미만
×: 절연 상태의 전극간이 15군데 미만
결과를 다음의 표 1, 2에 나타내었다.
Figure pct00001
Figure pct00002
또한, 실시예 3과 실시예 10에서는 제1, 제2, 제3 접속 구조체의 도통 평가 결과의 판정 결과는 동일하지만, 실시예 10이 실시예 3보다 접속 저항의 값은 더 낮았다. 실시예 5와 실시예 12에서는 제1, 제2, 제3 접속 구조체의 도통 평가 결과의 판정 결과는 동일하지만, 실시예 12가 실시예 5보다 접속 저항의 값은 더 낮았다. 실시예 7과 실시예 14에서는 제1, 제2, 제3 접속 구조체의 도통 평가 결과의 판정 결과는 동일하지만, 실시예 14가 실시예 7보다 접속 저항의 값은 더 낮았다.
1 : 절연성 입자 부착 도전성 입자 2 : 도전성 입자
3 : 절연성 입자 11 : 기재 입자
12 : 도전부 21 : 절연성 입자 부착 도전성 입자
22 : 도전성 입자 31 : 도전부
32 : 코어 물질 33 : 돌기
41 : 절연성 입자 부착 도전성 입자 42 : 도전성 입자
43 : 절연성 입자 45 : 절연성 입자 본체
46 : 층 51 : 도전부
52 : 돌기 81 : 접속 구조체
82 : 제1 접속 대상 부재 82a : 제1 전극
83 : 제2 접속 대상 부재 83a : 제2 전극
84 : 접속부

Claims (14)

  1. 도전부를 적어도 표면에 갖는 도전성 입자와, 상기 도전성 입자의 표면 상에 배치된 복수의 절연성 입자를 구비하고,
    상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.03 초과 0.25 이하인, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연성 입자가 유기 입자 또는 무기 입자이며,
    상기 절연성 입자가 유기 입자인 경우에는, 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.03 초과 0.12 이하이고,
    상기 절연성 입자가 무기 입자인 경우에는, 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.08 이상 0.25 이하인, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 절연성 입자가 유기 입자이며,
    상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.03 초과 0.12 이하인, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 절연성 입자가 무기 입자이며,
    상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 도전성 입자 중량에 대한 비가 0.08 이상 0.25 이하인, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 입자가 기재 입자와, 상기 기재 입자의 표면 상에 배치된 도전부를 갖는, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 기재 입자 중량에 대한 비가 0.086 초과 0.600 미만인, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 입자가 상기 도전부의 표면에 복수의 돌기를 갖는, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 입자가 기재 입자와, 상기 기재 입자의 표면 상에 배치된 도전부를 갖고,
    상기 절연성 입자 전체 중량의 상기 기재 입자 중량에 대한 비가 0.086 초과 0.600 미만이고,
    상기 도전성 입자가 상기 도전부의 표면에 복수의 돌기를 갖는, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 절연성 입자의 평균 입자 직경이 상기 돌기의 평균 높이보다 큰, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 바인더 수지 중에 분산되어 도전 재료로서 사용되는, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 전극간의 전기적인 접속에 사용되고,
    상기 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스인 전극간 폭의 최솟값이 20㎛ 이하인, 절연성 입자 부착 도전성 입자.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 절연성 입자 부착 도전성 입자와, 바인더 수지를 포함하는, 도전 재료.
  13. 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재와,
    제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재와,
    상기 제1 접속 대상 부재와 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비하고,
    상기 접속부가, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 절연성 입자 부착 도전성 입자에 의해 형성되어 있거나, 또는 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자와 바인더 수지를 포함하는 도전 재료에 의해 형성되어 있고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이, 상기 절연성 입자 부착 도전성 입자에 있어서의 상기 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속되어 있는, 접속 구조체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스인 전극간 폭의 최솟값과 상기 제2 전극이 형성되어 있지 않은 부분의 스페이스인 전극간 폭의 최솟값이 각각 20㎛ 이하인, 접속 구조체.
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