WO2013132988A1 - 放電ギャップ充填用組成物および静電放電保護体 - Google Patents

放電ギャップ充填用組成物および静電放電保護体 Download PDF

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WO2013132988A1
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WO
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discharge gap
metal
composition
discharge
electrostatic discharge
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PCT/JP2013/053628
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Inventor
大西 美奈
吉満 石原
吉田 俊輔
Original Assignee
昭和電工株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0254High voltage adaptations; Electrical insulation details; Overvoltage or electrostatic discharge protection ; Arrangements for regulating voltages or for using plural voltages
    • H05K1/0257Overvoltage protection
    • H05K1/0259Electrostatic discharge [ESD] protection
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
    • H05K1/095Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks for polymer thick films, i.e. having a permanent organic polymeric binder
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12Overvoltage protection resistors

Definitions

  • the present invention relates to a composition for filling a discharge gap and an electrostatic discharge protector, and more specifically, an electrostatic discharge protector that has excellent operability during discharge and can be reduced in size and cost, and the electrostatic discharge
  • the present invention relates to a discharge gap filling composition used for a protector.
  • ESD electro-static discharge
  • ESD is one of the destructive and inevitable phenomena that electrical systems and integrated circuits are exposed to. From an electrical point of view, ESD is a transient high current phenomenon in which a high current with a peak current of several amperes lasts from 10 nsec to 300 nsec. Therefore, when ESD occurs, if a current of almost several amperes is not conducted outside the integrated circuit within tens of nanoseconds, the integrated circuit may be damaged by repair or malfunction or deterioration and function normally. No longer.
  • an electrostatic discharge protection element that protects an IC or the like in a circuit from ESD
  • an element having a bulk structure made of a sintered body such as a metal oxide
  • This element is a laminated chip varistor made of a sintered body, and includes a laminated body and a pair of external electrodes.
  • a varistor has a property that when an applied voltage reaches a certain value or more, a current that has not flowed until then suddenly flows out, and has an excellent deterrent against electrostatic discharge.
  • the multilayer chip varistor which is a sintered body, cannot avoid a complicated manufacturing process consisting of sheet molding, internal electrode printing, sheet lamination and the like, and problems such as delamination are likely to occur during the mounting process. There was a problem.
  • discharge-type elements there are other discharge-type elements as electrostatic discharge protection elements that protect ICs in the circuit from ESD.
  • Discharge-type devices have the advantages that they have a small leakage current, are simple in principle, and are less likely to fail. Further, the discharge voltage can be adjusted by the width of the discharge gap. In the case of a sealing structure, the width of the discharge gap is determined according to the gas pressure and the gas type.
  • a commercially available discharge-type element there is one in which a cylindrical ceramic surface conductor film is formed, a discharge gap is provided in the film with a laser or the like, and this is glass sealed. Although this commercially available glass-sealed discharge-type element has excellent electrostatic discharge protection characteristics, its form is complicated, so there is a limit in terms of size as a small surface-mount element, and There was a problem that it was difficult to reduce the cost.
  • Patent Documents 2 to 4 a method is disclosed in which a discharge gap is formed directly on the wiring and the discharge voltage is adjusted according to the width of the discharge gap (see, for example, Patent Documents 2 to 4).
  • Patent Document 2 exemplifies that the width of the discharge gap is 4 mm
  • Patent Document 3 exemplifies that the width of the discharge gap is 0.15 mm.
  • a discharge gap of 5 to 60 ⁇ m is preferable for protecting normal electronic elements, and a discharge gap of 1 to 30 ⁇ m is required for protecting ICs and LSIs sensitive to electrostatic discharge. It is disclosed that it can be increased to about 150 ⁇ m for an application where only a large pulse voltage portion needs to be removed.
  • a high insulation resistance is required at a normal operating voltage, for example, generally less than DC 10 V, so that a voltage-resistant insulating member is discharged from an electrode pair. It is effective to provide the gap. If a normal resist is directly filled in the discharge gap as an insulating member in order to protect the discharge gap, the discharge voltage is significantly increased, which is not practical. When normal resists are filled in an extremely narrow discharge gap of about 1 to 2 ⁇ m or less, the discharge voltage can be lowered, but the filled resists are slightly degraded and the insulation resistance is lowered. In some cases, there is a problem of conduction.
  • Patent Document 5 discloses a protective element in which a discharge gap of 10 to 50 ⁇ m is provided on an insulating substrate, and a functional film containing ZnO as a main component and silicon carbide is provided between a pair of electrode patterns whose ends face each other. ing.
  • This protective element has a simple configuration as compared with the multilayer chip varistor, and has an advantage that it can be manufactured as a thick film element on the substrate.
  • ESD countermeasure elements are intended to reduce the mounting area in accordance with the evolution of electronic equipment, the form is only an element, so it is necessary to mount them on a wiring board by solder or the like. For this reason, in electronic devices, the degree of freedom in design is small, and there is a limit to downsizing including the height.
  • the resin composition here includes a base material made of a mixture of insulating binders, conductive particles having an average particle size of less than 10 ⁇ m, and semiconductor particles having an average particle size of less than 10 ⁇ m.
  • an ESD protection material a composition material in which a mixture of conductive and semiconductor particles whose surface is coated with an insulating oxide film is bound by an insulating binder, a composition material in which a particle diameter range is defined, a conductive material
  • interval between the active particles were disclosed (for example, refer patent document 7).
  • compositions are not suitable for the purpose of protecting an integrated circuit having a low resistance because of the high operating voltage during discharge.
  • the operability is lowered.
  • the voltage resistance is low.
  • JP-A-2005-353845 Japanese Patent Laid-Open No. 3-89588 Japanese Patent Laid-Open No. 5-67851 JP-A-10-27668 JP 2007-266479 A JP-T-2001-523040 U.S. Pat. No. 4,726,991 International Publication No. 2010/147095
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and can easily take ESD countermeasures in a free shape for electronic devices such as electronic circuit boards of various designs, and , Providing an electrostatic discharge protector that is excellent in operability during discharge even in a wide discharge gap, and that can be reduced in size and cost, and that can be used in the manufacture of such an electrostatic discharge protector
  • An object is to provide a gap filling composition.
  • the present invention relates to the following [1] to [19], for example.
  • [1] including metal powder (A1), aluminum powder (A2) and binder component (B),
  • the metal powder (A1) is such that at least a part of the surface of the primary metal particles is coated with a film made of a hydrolysis product of a metal alkoxide
  • the composition for filling a discharge gap, wherein the aluminum powder (A2) is such that the surface of primary aluminum particles is not coated with a film made of a hydrolysis product of a metal alkoxide.
  • the discharge gap filling composition according to [1] wherein the shape of the primary particles of the metal of the metal powder (A1) and the shape of the primary particles of the aluminum powder (A2) are both flakes. object.
  • the metal primary particle (A1) has a primary particle average particle diameter of 1 to 15 ⁇ m, and the aluminum powder (A2) primary particle average particle diameter of 5 to 70 ⁇ m [1] ] Or the discharge gap filling composition according to [2].
  • the metal element of the metal powder (A1) is at least one selected from manganese, niobium, zirconium, hafnium, tantalum, molybdenum, vanadium, nickel, cobalt, chromium, magnesium, titanium, or aluminum.
  • [5] The discharge gap filling composition according to any one of [1] to [4], wherein the metal element of the metal powder (A1) is aluminum.
  • the mass ratio of the metal powder (A1) and the aluminum powder (A2) in the composition for filling a discharge gap is 98: 2 to 20:80, any one of [1] to [5] A composition for filling a discharge gap.
  • the discharge gap filling composition according to any one of [1] to [6], wherein the metal alkoxide is represented by the following general formula (1).
  • M is a metal atom
  • O is an oxygen atom
  • R is independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms
  • n is an integer of 1 to 40.
  • An electrostatic discharge protector having at least two electrodes and a discharge gap between the two electrodes, An electrostatic discharge protector comprising a discharge gap filling member formed by filling the discharge gap with the discharge gap filling composition according to any one of [1] to [12].
  • An electronic circuit board having the electrostatic discharge protector according to any one of [13] to [15].
  • a flexible electronic circuit board having the electrostatic discharge protector according to any one of [13] to [15].
  • composition for filling a discharge gap of the present invention By using the composition for filling a discharge gap of the present invention, it is possible to produce a small electrostatic discharge protector having excellent operability during discharge even when used for a wide discharge gap at a low cost. Discharge protection can be realized.
  • the operating voltage can be adjusted by setting the width of the discharge gap to a specific interval. Therefore, the electrostatic discharge protector having excellent adjustment accuracy of the operating voltage. Can be obtained.
  • the resistance value decreases during electrostatic discharge, and the insulation can be restored after the voltage is released. Therefore, it is not necessary to process the discharge gap that is provided with a discharge gap filling member obtained by curing the discharge gap filling composition, and a space for soldering a varistor element or the like, for example, 0.5 mm. Alternatively, it can be applied to a discharge gap of 1.0 mm.
  • the electrostatic discharge protector according to the present invention forms a discharge gap according to a required operating voltage between necessary electrodes, and fills the discharge gap with the composition for filling the discharge gap to solidify or cure. By a method, it can form in a free shape and simply. For this reason, the electrostatic discharge protector according to the present invention is applied to an IC chip mounting substrate incorporated in a digital device such as a mobile phone or a mobile device which is often touched by human hands and easily accumulates static electricity. More specifically, it can be applied to smart cards and IC cards called chip cards, such as BGA (Ball grid array), CSP (Chip size package), COB (Chip on board), etc. Can do.
  • BGA All grid array
  • CSP Chip size package
  • COB Chip on board
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an electrostatic discharge protector 11 which is a specific example of the electrostatic discharge protector according to the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an electrostatic discharge protector 21 which is a specific example of the electrostatic discharge protector according to the present invention.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an electrostatic discharge protector 31 which is a specific example of the electrostatic discharge protector according to the present invention.
  • FIG. 4 is a top view of an electrostatic discharge protector 41 which is a specific example of the electrostatic discharge protector according to the present invention.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an electrostatic discharge protector 41 which is a specific example of the electrostatic discharge protector according to the present invention.
  • 6 is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface-coated aluminum particles produced in Preparation Example 1.
  • SEM scanning electron microscope
  • the composition for filling a discharge gap of the present invention Including metal powder (A1), aluminum powder (A2) and binder component (B),
  • the metal powder (A1) is such that at least a part of the surface of the primary metal particles is coated with a film made of a hydrolysis product of a metal alkoxide
  • the aluminum powder (A2) is characterized in that the surface of primary aluminum particles is not coated with a film made of a hydrolysis product of a metal alkoxide.
  • the discharge gap refers to a space formed between a pair of electrodes
  • the discharge gap filling composition refers to a composition used to fill the discharge gap.
  • the primary particle refers to a state of particles that exist independently without agglomerating with other particles, and is a term used in contrast to secondary particles formed by agglomeration of primary particles.
  • Metal powder (A1) In the metal powder (A1) used in the present invention, at least a part of the surface of primary metal particles is coated with a film made of a hydrolysis product of a metal alkoxide.
  • the metal powder (A1) At least part of the surface of the primary particles of the metal is coated with a film made of a hydrolysis product of a metal alkoxide.
  • the composition for filling a discharge gap containing such a metal powder (A1) is insulative at a voltage during normal operation, but becomes conductive when subjected to a high voltage load during electrostatic discharge, and further releases a high voltage. The insulation is restored. As a result, it is considered that the electrostatic discharge protector using the discharge gap filling composition exhibits effective electrostatic discharge protection characteristics and is not easily damaged at high voltage.
  • the metal atom constituting the metal alkoxide is not particularly limited as long as it is water alone or can react with water and a hydrolysis catalyst to form a hydrolysis product.
  • the metal atoms include metalloids such as silicon, germanium, and tin.
  • the metal atom is preferably magnesium, aluminum, gallium, indium, thallium, silicon, germanium, tin, titanium, zirconium, hafnium, tantalum, or niobium. Among these, silicon, titanium, zirconium, tantalum or hafnium is more preferable, and silicon is more preferable.
  • the surface of the metal primary particles in the metal powder (A1) is formed of a silicon alkoxide hydrolysis product. It is preferable because the production stability when coated with is likely to be higher.
  • the metal alkoxide is preferably represented by the following general formula (1). When such a metal alkoxide is used, it tends to be easy to form a film of the hydrolysis product.
  • M is a metal atom
  • O is an oxygen atom
  • R is independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms
  • n is an integer of 1 to 40.
  • M in the general formula (1) is preferably silicon, titanium, zirconium, tantalum or hafnium.
  • M is such a metal atom, the voltage resistance of the finally obtained electrostatic discharge protector tends to be good.
  • R is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
  • alkyl groups include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, neopentyl, 1-ethylpropyl, n-hexyl, 1,1-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 1,1-dimethylbutyl, 1,2-dimethylbutyl, 1,3-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 3,3-dimethylbutyl, 1-
  • methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, isobutyl and n-pentyl are preferred, and ethyl, n-propyl and n-butyl are more preferred.
  • n is preferably an integer of 1 to 4. .
  • Examples of the metal alkoxide used in the present invention include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraethyl titanate, tetraisopropyl titanate, tetra-n-butyl titanate, tetra-sec-butyl titanate, tetra-tert-butyl titanate, tetra-2 Examples include ethyl hexyl titanate, tetraethyl zirconate, tetraisopropyl zirconate, tetra-n-butyl zirconate, tetra-sec-butyl zirconate, tetra-tert-butyl zirconate, tetra-2-ethylhexyl zirconate, and condensates thereof.
  • tetraethoxysilane is preferable in terms of hydrolyzability and dispersibility.
  • Examples of the method of coating the surface of the metal primary particles in the metal powder (A1) with a film made of the hydrolysis product of the metal alkoxide include, for example, a metal alkoxide and a metal alkoxide in a state where the metal powder (A1) is suspended in a solvent.
  • the method of performing by adding gradually the water more than the quantity which can hydrolyze it is mentioned.
  • the hydrolyzate containing a metal oxide etc. produces
  • metal alkoxide represented by the general formula (1) for example, when M is silicon, hydrolysis produces silicon dioxide, oligomers and polymers in the form of dehydration condensation of silanol, and mixtures thereof. It is thought that the film
  • the addition method of metal alkoxide and water may be a batch addition method, or may be added in small portions in multiple stages.
  • water may be added to the place where the metal alkoxide is first dissolved or suspended in the solvent, or the metal alkoxide may be added after the water is first dissolved or suspended in the solvent. It is also possible to add them little by little.
  • the gentle reaction tends to reduce the generation of suspended particles, so it is preferable to add it in multiple stages in small portions, and add it in a state where the concentration is lowered with a solvent as necessary. More preferably.
  • the solvent is preferably an alcohol, mineral spirit, solvent naphtha, benzene, toluene, xylene, petroleum benzine, ether, or the like that dissolves metal alkoxide, but is not particularly limited because it reacts in a suspended state. These may be used alone or in combination of two or more. Further, in the hydrolysis reaction of metal alkoxide, alcohol is by-produced by the addition of water, and therefore alcohol can be used as a polymerization rate regulator.
  • the metal of the metal powder (A1) used in the present invention a generally known metal powder can be used.
  • the metal of the metal powder (A1) has a high ionization tendency.
  • a so-called passive metal that can form a dense self-oxidation film on the surface of the primary particle metal and protect the inside is preferable.
  • metal elements include manganese, niobium, zirconium, hafnium, tantalum, molybdenum, vanadium, nickel, cobalt, chromium, magnesium, titanium, and aluminum.
  • aluminum, Nickel, tantalum and titanium are preferable, and aluminum is more preferable.
  • the metals can be used alone or in combination of two or more.
  • the surface of the primary particle of the metal covered with the hydrolysis product of the metal alkoxide may have a metal auto-oxidation film in advance. In that case, a self-oxidation film exists inside the coating of the hydrolysis product of the metal alkoxide of the primary metal particles.
  • Examples of a method for forming a self-oxidation film on the surface of primary particles of metal include a method in which a metal is heated in the presence of oxygen to form a self-oxidation film.
  • a more stable structure can be obtained by the following method.
  • a self-oxidation film can be formed. That is, after cleaning the surface of the metal primary particles with an organic solvent such as acetone, the surface of the metal primary particles is slightly etched with dilute hydrochloric acid in a mixed gas atmosphere consisting of 20% hydrogen gas and 80% argon gas.
  • a mixed gas atmosphere consisting of 20% hydrogen gas and 80% argon gas.
  • the film thickness of the coating film can be about 10 nm to 2 ⁇ m.
  • the film thickness of the coating film can be determined using, for example, a transmission electron microscope.
  • the covering region may be such that a part of the surface of the metal primary particles in the metal powder (A1) is covered with a film made of a hydrolysis product of a metal alkoxide, but the entire surface of the metal primary particles is a metal. It is preferably coated with a film made of an alkoxide hydrolysis product.
  • the shape of the primary metal particles in the metal powder (A1) used in the present invention is preferably a flaky shape.
  • the flaky shape means a shape having a small thickness and having a spread as a surface, and includes, for example, shapes such as scales, discs, strips, and layers, and does not include shapes such as spheres. .
  • the thickness and the surface of the primary particles of the metal in the metal powder (A1) those whose maximum surface length is twice or more the average thickness are made into a flake shape.
  • the length (d) of the shortest axis (short side) of the primary metal particles in the metal powder (A1) is preferably 1 ⁇ m or less and 0.05 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or less. Most preferably, it is 0.3 ⁇ m or less.
  • the electrostatic discharge protector using the discharge gap filling composition is discharged. There is a tendency that the operability of is good.
  • the thickness of the particles that is, the length of the shortest axis (short side) in the primary particles of the metal is “d”
  • the maximum length of the surface that is, The characteristic can be shown by the average aspect ratio (L / d) when the length of the longest axis (long side) in the primary particles of the metal is “L”.
  • the primary particles of the metal in the metal powder (A1) preferably have an average aspect ratio (L / d) of 3 or more and 1000 or less, more preferably 5 or more and 500 or less, and more preferably 9 or more and 100 or less. More preferably.
  • the flaky particles are in the aspect ratio range.
  • the electrostatic discharge protector using the discharge gap filling composition has good operating voltage and voltage resistance. That is, it is considered that the operability is good as a protector, and the characteristics as a protector that can cope with discharge at a lower voltage are developed.
  • the aspect ratio (L / d) of the primary particle of the metal in the metal powder (A1) is measured as follows.
  • the section-formed metal powder (A1) is observed at 1000 to 2000 times under a scanning electron microscope.
  • Ten primary particles are arbitrarily selected from the primary particles of the metal in the observed metal powder (A1), and in each of the selected primary particles, the length “L” of the longest axis (long side);
  • the length “d” of the shortest axis (short side) corresponding to it is measured.
  • the average aspect ratio (L / d) can be obtained from the average value of L and d.
  • the average particle diameter of the primary metal particles in the metal powder (A1) is preferably 1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, more preferably 3 ⁇ m or more and 11 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the primary particles of the metal in the metal powder (A1) exceeds the above range, the surface energy becomes small, so that the force with which the hydrolysis product of the metal alkoxide adheres to the metal powder surface becomes small.
  • the composition for filling the discharge gap there are many particles of hydrolyzed metal alkoxide floating without adhering to the metal powder, and the operability when forming an electrostatic discharge protector. May decrease.
  • the average particle diameter of the primary metal particles in the metal particles (A1) is less than the above range, the particles are agglomerated so that the dispersion is poor and a non-uniform coating is formed in the reaction with the metal alkoxide.
  • the ratio of the conductive portion of the core to the insulation of the coating layer is extremely small, the resistance during electrostatic discharge is difficult to decrease.
  • the average particle size is obtained by weighing 50 mg of sample, adding it to 50 mL of distilled water, and further adding 2% Triton (a product of a surfactant manufactured by GE Healthcare Biosciences, Inc.). Name) After adding 0.2 ml of aqueous solution and dispersing with an ultrasonic homogenizer with an output of 150 W for 3 minutes, a laser diffraction particle size distribution meter, for example, a laser diffraction light scattering particle size distribution meter (trademark: Microtrac MT3300, Nikkiso Co., Ltd.) This is a value evaluated with a cumulative 50% by mass diameter obtained by measurement.
  • the aluminum powder (A2) is one in which the surface of primary aluminum particles is not coated with the hydrolysis product of metal alkoxide. That the surface of the primary particle is not coated with the hydrolysis product of metal alkoxide means that the entire surface of the primary particle is not coated with the hydrolysis product of metal alkoxide.
  • aluminum itself, primary particles of aluminum Examples include those having a self-oxidation film formed on the surface. Examples of the method for forming a self-oxidized film on the primary particle surface of aluminum include the same methods as those described for the metal powder (A1), but it is also possible to leave the aluminum powder in the air.
  • the aluminum powder (A2) becomes a conductive grounding portion, and substantially, a discharge gap filling member formed of several discharge gap filling compositions forms a parallel circuit or a series circuit in a wide discharge gap. Will be doing.
  • the primary particles in the aluminum powder (A2) have an average aspect ratio (L / d) of preferably 3 or more and 1000 or less, more preferably 5 or more and 500 or less, and more preferably 10 or more and 100 or less. More preferably.
  • the definition of the aspect ratio and the measuring method are the same as those described in the section of the metal powder (A1).
  • the shape of the primary particles in the aluminum powder (A2) used in the present invention is preferably flaky.
  • the shape of the primary particles in the aluminum powder (A2) is flaky, so that the electrostatic discharge protector using the discharge gap filling composition operates during discharge. Tend to be good.
  • the definition of the flaky shape and the average aspect ratio thereof are the same as those described in the section of the metal powder (A1).
  • those having the shortest axis (short side) length (d) of 5 ⁇ m or less can be used, preferably 3 ⁇ m or less, and most preferably 1 ⁇ m or less. .
  • the discharge gap filling composition of the present invention is more likely to discharge more smoothly in the discharge direction when the primary particles in the aluminum powder (A2) have an average aspect ratio (L / d) in the above range.
  • the electrostatic discharge protector using the discharge gap filling composition has good operating voltage and voltage resistance. That is, it is considered that the operability is good as a protector, and the characteristics as a protector that can cope with discharge at a lower voltage are developed.
  • the average particle diameter of the primary particles of the aluminum powder (A2) is preferably 5 ⁇ m or more and 70 ⁇ m or less, and more preferably 15 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter is less than the above range, the number of aluminum powders (A2) having a size of several microns without an insulating film increases, and when electrostatic discharge is applied, the particles of the aluminum powder (A2) easily move. When the particles are connected, it becomes easy to short-circuit. If the average particle diameter exceeds the above range, for example, even a wide electrode of about 300 ⁇ m to 1 mm is connected by a small number of aluminum powder (A2) particles, and resistance during normal operation cannot be maintained. Tend.
  • the characteristics of the shape of the primary particles of the aluminum powder (A2) can be represented by an average aspect ratio, an average particle diameter, and a water surface diffusion area WCA (m 2 / g).
  • WCA of the flaky aluminum powder is in the range of 0.1 to 2 m 2 / g, but the WCA of the flaky aluminum powder preferable for the present invention is 0.5 m 2 / g or more, more preferably 0 .9 m 2 / g or more.
  • composition for filling a discharge gap of the present invention using two kinds of metal powders having different insulating properties is excellent in operability during discharge even when used for filling a wide discharge gap of, for example, 300 ⁇ m or more,
  • the voltage during normal operation is insulative.
  • the composition for filling a discharge gap of the present invention does not contain aluminum powder (A2)
  • A2 aluminum powder
  • the insulating properties during normal operation cannot be maintained, or the insulating properties cannot be easily restored when the high voltage is released.
  • the width of the discharge gap is wide, for example, exceeding 300 ⁇ m, the operability can be controlled by blending the metal powder (A1) and the aluminum powder (A2).
  • the mass ratio of the metal powder (A1) to the aluminum powder (A2) in the discharge gap filling composition of the present invention is preferably metal powder (A1): aluminum powder (A2), preferably 98: 2 to 20:80. More preferably, it is 95: 5 to 35:65.
  • the mass ratio of the metal powder (A1) exceeds the above ratio, the voltage during the discharge operation is almost the same as when the aluminum powder (A2) is not added.
  • the mass ratio of the metal powder (A1) is less than the above ratio, the insulation during normal operation may be insufficient, or the probability of short-circuiting by applying a high voltage may increase.
  • the metal powder (A1) is coated with a hydrolysis product of a metal alkoxide and the surface exhibits a reasonably high insulation, the metal powder (A1) and the aluminum powder (A2) or (A1) There is no problem with insulation during normal operation even if they come into contact.
  • the width of the discharge gap is, for example, a wide width exceeding 300 ⁇ m, even if the aluminum powders (A2) having low insulating properties come into contact with each other, the discharge gap cannot be completely connected. Therefore, from the viewpoint of operability, it is considered that the contents of the metal powder (A1) and the aluminum powder (A2) in the discharge gap filling composition are determined without any upper limit.
  • the total content of the metal powder (A1) and the aluminum powder (A2) is 95% by mass or less in the solid content of the discharge gap filling composition. Is preferred.
  • the total content of the metal powder (A1) and the aluminum powder (A2) is the solid content of the discharge gap filling composition. It is preferable that it is 3 mass% or more in a minute.
  • the total content of the metal powder (A1) and the aluminum powder (A2) in the solid content of the discharge gap filling composition is:
  • the solid content of the discharge gap filling composition is preferably 3% by mass or more and 95% by mass or less, and more preferably 30% by mass or more and 80% by mass or less.
  • the mass ratio of the total mass of the metal powder (A1) and the aluminum powder (A2) in the solid content of the discharge gap filling composition of the present invention to the binder component (B) described later (A / B) is preferably from 3/97 to 95/5, and more preferably from 30/70 to 80/20.
  • the binder component (B) refers to an insulator substance for dispersing the above-described metal powder (A1) and aluminum powder (A2).
  • the binder component (B) include organic polymers, inorganic polymers, and composite polymers thereof.
  • binder component (B) examples include polysiloxane compounds, urethane resins, polyimides, polyolefins, polybutadienes, epoxy resins, phenol resins, acrylic resins, water-added polybutadienes, polyesters, polycarbonates, polyethers, polysulfones, polytetrafluororesins. , Melamine resin, polyamide, polyamideimide, phenol resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, alkyd resin, vinyl ester resin, alkyd resin, diallyl phthalate resin, allyl ester resin, furan resin, rosin, rosin derivative, rubber derivative, etc. Is mentioned.
  • the binder component (B) preferably contains a thermosetting compound or an active energy ray-curable compound from the viewpoint of mechanical stability, thermal stability, chemical stability, or stability over time.
  • the thermosetting compounds the thermosetting urethane resin has a high insulation resistance value, good adhesion to the base material, and good dispersibility of the metal powder (A1) and the aluminum powder (A2). Is particularly preferred.
  • binder components (B) may be used alone or in combination of two or more.
  • thermosetting urethane resin examples include a polymer having a urethane bond formed by reacting a polyol compound containing a carbonate diol compound and an isocyanate compound.
  • a combination of a compound and a compound containing carbodiimide is preferred.
  • the epoxy compound examples include bisphenol A type epoxy resin, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, brominated bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, novolac type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin. 1 such as alicyclic epoxy resin, N-glycidyl type epoxy resin, bisphenol A novolac type epoxy resin, chelate type epoxy resin, glyoxal type epoxy resin, amino group-containing epoxy resin, rubber modified epoxy resin, caprolactone modified epoxy resin, etc. Examples thereof include compounds having two or more epoxy groups in the molecule. In order to impart flame retardancy, an epoxy compound in which atoms such as halogen and phosphorus such as chlorine and bromine are introduced into the structure may be used.
  • a carboxyl group-containing thermosetting urethane resin having a carboxyl group in the molecule and an acid anhydride group-containing thermosetting having an acid anhydride group at the molecule end is preferable.
  • examples of the other curing component include an epoxy resin curing agent, and can be used as one of the binder components (B).
  • carbonate diol compound a carbonate diol compound containing a repeating unit derived from one or more linear aliphatic diols as a constituent unit, a repeating unit derived from one or more alicyclic diols And a carbonate diol compound containing a repeating unit derived from both diols as a constituent unit.
  • Examples of the carbonate diol compound containing a repeating unit derived from a linear aliphatic diol as a structural unit include 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, Examples thereof include polycarbonate diols having a structure in which diol components such as 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-methyl-1,8-octanediol, and 1,9-nonanediol are connected by a carbonate bond.
  • Examples of the carbonate diol compound containing a repeating unit derived from an alicyclic diol as a structural unit include 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,3-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanediol, 1,3-cyclohexanediol, A polycarbonate diol having a structure in which diol components such as tricyclohexane dimethanol and pentacyclopentadecane dimethanol are linked by a carbonate bond can be exemplified. Two or more of these diol components may be combined.
  • Examples of the carbonate diol compounds that are commercially available include trade names PLACEL, CD-205, 205PL, 205HL, 210, 210PL, 210HL, 220, 220PL, 220HL, manufactured by Daicel Chemical Co., Ltd., Ube Industries, Ltd.
  • Product names UC-CARB100, UM-CARB90, UH-CARB100, and product names C-1065N, C-2015N, C-1015N, C-2065N manufactured by Kuraray Co., Ltd., and the like can be given.
  • carbonate diol compounds can be used alone or in combination of two or more.
  • polycarbonate diols containing repeating units derived from linear aliphatic diols as constituent units tend to be excellent in low warpage and flexibility. Therefore, when the binder component (B) containing the polycarbonate diol is used, it becomes easy to provide an electrostatic discharge protector described later on the flexible wiring board.
  • polycarbonate diols containing repeating units derived from alicyclic diols as constituent units tend to have high crystallinity and excellent heat resistance. From the above viewpoint, it is preferable to use these polycarbonate diols in combination of two or more, or use polycarbonate diols containing repeating units derived from both linear aliphatic diols and alicyclic diols as constituent units. . In order to achieve a good balance between flexibility and heat resistance, it is preferable to use a polycarbonate diol in which the copolymerization ratio of the linear aliphatic diol and the alicyclic diol is from 3: 7 to 7: 3 by mass ratio. is there.
  • the number average molecular weight of the carbonate diol compound is preferably 5000 or less. If the number average molecular weight exceeds 5,000, the relative amount of urethane bonds decreases, so that the operating voltage of the electrostatic discharge protector may increase or the voltage resistance may decrease.
  • isocyanate compound examples include 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, isophorone diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, diphenylmethylene diisocyanate, (o, m, or p) -xylene diisocyanate, (o, m , Or p) -hydrogenated xylene diisocyanate, methylene bis (cyclohexyl isocyanate), trimethylhexamethylene diisocyanate, cyclohexane-1,3-dimethylene diisocyanate, cyclohexane-1,4-dimethylene diisocyanate, 1,3-trimethylene diisocyanate, 1, , 4-tetramethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2,4,4-trimethylhexamethyl Diisocyanate, 1,9-nonamethylene diisocyanate
  • alicyclic diisocyanates derived from alicyclic diamines specifically, isophorone diisocyanate or (o, m, or p) -hydrogenated xylene diisocyanate are preferable.
  • diisocyanates are used, a cured product having excellent voltage resistance can be obtained.
  • thermosetting urethane resin as the thermosetting urethane resin used in the present invention, for example, a polyol having a carboxyl group may be reacted with the carbonate diol compound and the isocyanate compound.
  • the polyol having a carboxyl group it is particularly preferable to use a dihydroxy aliphatic carboxylic acid having a carboxyl group.
  • a dihydroxyl compound examples include dimethylolpropionic acid and dimethylolbutanoic acid.
  • thermosetting urethane resin used in the present invention in particular, in order to obtain the acid anhydride group-containing thermosetting urethane resin, for example, the carbonate diol compound and the isocyanate compound have a ratio of the number of hydroxyl groups to the number of isocyanate groups of isocyanate. It can be obtained by reacting the second diisocyanate compound obtained by reacting so that the group / hydroxyl group is 1.01 or more, and a polycarboxylic acid having an acid anhydride group or a derivative thereof.
  • polycarboxylic acid having an acid anhydride group and derivatives thereof examples include trivalent polycarboxylic acid having an acid anhydride group and derivatives thereof, and tetravalent polycarboxylic acid having an acid anhydride group. .
  • R ′ represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a phenyl group
  • Y 1 represents —CH 2 —, —CO—, —SO 2 —, or O—.
  • trimellitic anhydride is particularly preferable from the viewpoint of heat resistance, cost, and the like.
  • tetracarboxylic dianhydride aliphatic dicarboxylic acid, and aromatic dicarboxylic acid can be used as necessary.
  • tetracarboxylic dianhydride examples include pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, and 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic acid.
  • aliphatic dicarboxylic acid examples include succinic acid, glutaric acid, adipic acid, azelaic acid, suberic acid, sebacic acid, decanedioic acid, dodecanedioic acid, and dimer acid.
  • aromatic dicarboxylic acid examples include isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, oxydibenzoic acid and the like.
  • the monohydroxyl compound may be a compound having one hydroxyl group in the molecule, and examples thereof include aliphatic alcohols and monohydroxy mono (meth) acrylate compounds.
  • (meth) acrylate means acrylate and / or methacrylate, and the same applies hereinafter.
  • Examples of the aliphatic alcohol include methanol, ethanol, propanol, isobutanol and the like, and examples of the monohydroxy mono (meth) acrylate compound include 2-hydroxyethyl acrylate and the like. By using these, it is possible to prevent the isocyanate group from remaining in the thermosetting urethane resin.
  • thermosetting urethane resin In order to impart further flame retardancy to the thermosetting urethane resin, atoms such as halogens such as chlorine and bromine, and phosphorus may be introduced into the structure.
  • the mixing ratio of the carbonate diol compound and the isocyanate compound in the reaction is preferably a molar ratio of 50: 100 to 150: 100, except when obtaining the acid anhydride group-containing thermosetting urethane resin. More preferably, it is 80: 100 to 120: 100.
  • Solvents that can be used in the reaction of the polyol compound containing the carbonate diol compound and the isocyanate compound include ether solvents, sulfur-containing solvents, ester solvents, ketone solvents, aromatic hydrocarbon solvents, and the like. Nitrogen-containing polar solvents are preferred.
  • examples of ether solvents include diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, and triethylene glycol diethyl ether.
  • sulfur-containing solvent examples include dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, and sulfolane.
  • ester solvent examples include ⁇ -butyrolactone, diethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, and propylene glycol monoethyl ether acetate.
  • ketone solvents examples include cyclohexanone and methyl ethyl ketone.
  • aromatic hydrocarbon solvents examples include toluene, xylene and petroleum naphtha.
  • solvents can be used alone or in combination of two or more.
  • ⁇ -butyrolactone diethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol are high volatility and can impart low temperature curability. More preferable examples include monoethyl ether acetate and propylene glycol monoethyl ether acetate.
  • the reaction temperature between the polyol compound containing the carbonate diol compound and the isocyanate compound is preferably 30 to 180 ° C., more preferably 50 to 160 ° C. When the temperature is lower than 30 ° C, the reaction becomes too long, and when it exceeds 180 ° C, gelation tends to occur.
  • the reaction time depends on the reaction temperature, but is preferably 2 to 36 hours, and more preferably 8 to 16 hours. In the case of less than 2 hours, control is difficult even if the reaction temperature is increased in order to obtain the expected number average molecular weight. Moreover, when it exceeds 36 hours, it is not practical.
  • the number average molecular weight of the thermosetting urethane resin is preferably 500 to 100,000, and more preferably 8,000 to 50,000.
  • the number average molecular weight is a value in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography. If the number average molecular weight of the thermosetting urethane resin is less than 500, the elongation, flexibility, and strength of the cured film may be impaired, and if it exceeds 1,000,000, it may become hard and the flexibility may be lowered.
  • the acid value of the carboxyl group-containing thermosetting urethane resin is preferably 5 to 150 mgKOH / g, more preferably 30 to 120 mgKOH / g.
  • the acid value is less than 5 mgKOH / g, the reactivity with the curable component is lowered, and the expected heat resistance and long-term reliability may not be obtained.
  • the acid value exceeds 150 mgKOH / g, flexibility is likely to be lost, and long-term insulation characteristics and the like may deteriorate.
  • the acid value of resin is the value measured based on JISK5407.
  • active energy ray-curable compounds include acrylic copolymers, epoxy (meth) acrylate resins, and urethane (meth) acrylate resins, which are compounds containing two or more ethylenically unsaturated groups.
  • the content of the binder (B) is a value obtained by subtracting the content of the component (A1), the component (A2), and other components added as necessary from the entire discharge gap filling composition.
  • the composition solid content it is preferably 5% by mass or more and 97% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 70% by mass or less.
  • the composition for filling a discharge gap of the present invention comprises the above-described metal powder (A1), aluminum powder (A2), binder component (B), and optionally a layered substance, a curing catalyst, a curing accelerator, a filler, a solvent. , Foaming agents, antifoaming agents, leveling agents, lubricants, plasticizers, antirust agents, viscosity modifiers, colorants, and the like. Moreover, insulating particles such as silica particles can be contained.
  • the discharge gap filling composition of the present invention includes, for example, a metal powder (A1), an aluminum powder (A2), and the binder component (B) as well as other components such as a solvent, a filler, and a curing catalyst. It can be produced by dispersing and mixing using a disper, a kneader, a three-roll mill, a bead mill, a rotation and revolution type stirrer and the like. During mixing, the mixture may be heated to a sufficient temperature in order to improve the compatibility. After the dispersion and mixing described above, a curing accelerator can be further added and mixed as necessary.
  • the electrostatic discharge protector of the present invention is an electrostatic discharge protector having at least two electrodes and a discharge gap between the two electrodes, and the discharge gap filling composition is filled in the discharge gap. It has the discharge gap filling member formed in this way.
  • the two electrodes are arranged at a certain distance.
  • the space between the two electrodes becomes a discharge gap.
  • the discharge gap filling member is formed in the discharge gap. That is, the two electrodes are connected via the discharge gap filling member.
  • the discharge gap filling member is formed of the above-described composition for filling a discharge gap.
  • One aspect of the electrostatic discharge protector of the present invention is: Two conductors spaced apart by a predetermined distance; A plate-like insulating substrate having two holes, one hole and the other hole arranged so as to face each conductor; An electrostatic discharge protector having a discharge cap filling member filled so as to cover at least a part of the insulating substrate, The insulating base material is disposed so as to straddle the two conductors in such a manner that at least a portion to be an electrode of each conductor is exposed, and the two holes of the insulating base material are disposed in the discharge. Covered with a cap filling member, a discharge gap is formed at a location where the two are closest to each other.
  • the electrode in the above aspect is a portion not covered with the insulating base material of the two conductors.
  • the distance between the conductors where the two holes are closest to each other, that is, the distance obtained by adding twice the thickness of the insulating substrate to the shortest distance between the two holes is the width of the discharge gap. .
  • the discharge gap filling member is formed in the discharge gap. That is, the two conductors are connected via the discharge gap filling member.
  • the discharge gap filling member is formed of the above-described composition for filling a discharge gap.
  • the electrostatic discharge protector of the present invention is used as a protection circuit for escaping overcurrent to the ground in order to protect the device during electrostatic discharge.
  • the electrostatic discharge protector according to the present invention has a discharge gap filling member formed by filling the discharge gap with the above-described discharge gap filling composition, the insulation, operating voltage, and withstand voltage characteristics during normal operation are provided. Excellent. That is, the electrostatic discharge protector of the present invention exhibits a high electric resistance value at a low voltage during normal operation, and can supply current to the device without letting it escape to the ground. On the other hand, when an electrostatic discharge occurs, it immediately exhibits a low electrical resistance value, allowing overcurrent to escape to ground and preventing overcurrent from being supplied to the device. When the electrostatic discharge transient is resolved, the electrical resistance value returns to high and current can be supplied to the device.
  • the electrostatic discharge protector of the present invention is filled with the discharge gap filling composition having the insulating binder component (B) in the discharge gap between the two electrodes, the leakage current does not occur during normal operation. Does not occur.
  • the resistance value when a voltage of DC 10 V or less is applied between the two electrodes can be made 10 10 ⁇ or more, and electrostatic discharge protection can be realized.
  • the electrostatic discharge protector of the present invention can be produced by using the above-described composition for filling a discharge gap to form a discharge gap filling member as follows.
  • a discharge gap filling composition is prepared by the method described above.
  • the discharge gap filling composition is applied by a method such as potting or screen printing so as to cover between two electrodes or two holes to be a discharge gap, and is heated or solidified or cured as necessary.
  • the discharge gap filling member is formed.
  • the width of the discharge gap is preferably 300 ⁇ m or more and 1 mm or less, more preferably 400 ⁇ m or more and 1 mm or less, and further preferably 600 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less.
  • the width of the discharge gap means the shortest distance between the electrodes, and when the discharge gap filling composition of the present application exists between the discharge gaps, it means the shortest path when current flows through the composition. To do.
  • the width of the discharge gap means the shortest distance of the conducting path.
  • the preferred electrode shape of the electrostatic discharge protector can be arbitrarily set in accordance with the state of the circuit board.
  • the cross-sectional shape is a rectangular film shape, for example, a shape having a thickness of 20 to 200 ⁇ m. Can be illustrated.
  • the preferred electrode width of the electrostatic discharge protector is 300 ⁇ m or more. Within the above range, damage during electrostatic discharge can be dispersed.
  • a protective layer is preferably formed on the surface of the discharge gap filling member.
  • composition for filling a discharge gap may have insufficient adhesion to the substrate depending on the material of the substrate provided with the discharge gap, or when electrostatic discharge is very high energy, or metal powder ( The content of A1) and aluminum powder (A2) may be high.
  • the electrostatic discharge protector according to the present invention is higher when a protective layer such as a resin composition described later is provided so as to cover the discharge gap filling member. Voltage resistance is imparted and excellent repeated resistance can be maintained.
  • Examples of the resin used as the protective layer include natural resins, modified resins, and oligomer synthetic resins.
  • Rosin is a typical natural resin.
  • the modified resin include rosin derivatives and rubber derivatives.
  • the oligomer synthetic resin include silicon resin and the like, which are used in combination with the polysiloxane compound of the electrostatic discharge protector, for example, epoxy resin, acrylic resin, maleic acid derivative, polyester resin, melamine resin, urethane resin, Examples thereof include imide resins, amic acid resins, and imide / amide resins.
  • a resin composition can be used as the protective layer.
  • the resin composition preferably contains a curable resin that can be cured by heat or ultraviolet rays in order to maintain the strength of the coating film.
  • Thermosetting resins include carboxyl group-containing urethane resins, epoxy compounds, or acid anhydride groups, carboxyl groups, alcoholic groups, combinations of compounds containing amino groups and epoxy compounds, carboxyl groups, alcoholic groups, amino acids
  • carboxyl group-containing urethane resins epoxy compounds, or acid anhydride groups
  • carboxyl groups, alcoholic groups combinations of compounds containing amino groups and epoxy compounds, carboxyl groups, alcoholic groups, amino acids
  • the combination of the compound containing group and the compound containing carbodiimide is mentioned.
  • Epoxy compounds include bisphenol A type epoxy resins, hydrogenated bisphenol A type epoxy resins, brominated bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, novolac type epoxy resins, phenol novolac type epoxy resins, cresol novolak type epoxy resins, Alicyclic epoxy resin, N-glycidyl type epoxy resin, bisphenol A novolac type epoxy resin, chelate type epoxy resin, glyoxal type epoxy resin, amino group-containing epoxy resin, rubber-modified epoxy resin, dicyclopentadiene phenolic type epoxy resin, Examples thereof include epoxy compounds having two or more epoxy groups in one molecule, such as silicone-modified epoxy resins and ⁇ -caprolactone-modified epoxy resins.
  • an epoxy compound in which atoms such as halogen such as chlorine and bromine and phosphorus are introduced into the structure may be used for imparting flame retardancy.
  • bisphenol S type epoxy resin, diglycidyl phthalate resin, heterocyclic epoxy resin, bixylenol type epoxy resin, biphenol type epoxy resin, tetraglycidyl xylenoyl ethane resin, and the like may be used.
  • ultraviolet curable resin examples include acrylic copolymers, epoxy (meth) acrylate resins, and urethane (meth) acrylate resins, which are compounds containing two or more ethylenically unsaturated groups.
  • the resin composition forming the protective layer may be a curing accelerator, a filler, a solvent, a foaming agent, an antifoaming agent, a leveling agent, a lubricant, a plasticizer, an antirust agent, a viscosity modifier, a colorant, etc. Can be contained.
  • the thickness of the protective layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 ⁇ m to 1 mm. Moreover, it is preferable that a protective layer completely covers the discharge gap filling member formed by the discharge gap filling composition. If there is a defect in the protective layer, the possibility of generating cracks with high energy during electrostatic discharge increases.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of an electrostatic discharge protector 11 which is a specific example of the electrostatic discharge protector of the present invention.
  • the electrostatic discharge protector 11 is formed of an electrode 12A, an electrode 12B, and a discharge gap filling member 13.
  • the electrode 12A and the electrode 12B are arranged so that their axial directions coincide with each other and their tip surfaces face each other.
  • a discharge gap 14 is formed between the opposing end surfaces of the electrode 12A and the electrode 12B.
  • the discharge gap filling member 13 is formed in the discharge gap 14, and further, the tip of the electrode 12A facing the tip surface of the electrode 12B and the tip of the electrode 12B facing the tip surface of the electrode 12A. It is provided in contact with these tip parts so as to cover the part from above.
  • the width of the discharge gap 14, that is, the distance between the tip surfaces of the electrodes 12A and 12B facing each other, is preferably 300 ⁇ m or more and 1 mm or less.
  • FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of an electrostatic discharge protector 21 which is another specific example of the electrostatic discharge protector of the present invention.
  • the electrostatic discharge protector 21 is formed of an electrode 22A, an electrode 22B, and a discharge gap filling member 23.
  • the electrode 22A and the electrode 22B are arranged in parallel with each other so that the tip portions thereof overlap in the vertical direction.
  • a discharge gap 24 is formed at a portion where the electrodes 22A and 22B overlap in the vertical direction.
  • the discharge gap filling member 23 has a rectangular cross section and is formed in the discharge gap 24.
  • the width of the discharge gap 24, that is, the distance between the electrode 22A and the electrode 22B where the electrode 22A and the electrode 22B overlap in the vertical direction is preferably 300 ⁇ m or more and 1 mm or less.
  • FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of an electrostatic discharge protector 31 which is a specific example of the electrostatic discharge protector of the present invention.
  • the electrostatic discharge protector 31 is formed on a base material made of, for example, a polyimide film, and is formed of an electrode 32A, an electrode 32B, a discharge gap filling member 33, and a protective layer 35.
  • the electrode 32A and the electrode 32B are arranged so that their axial directions coincide with each other and their tip surfaces face each other.
  • a discharge gap 34 is formed between the opposing end faces of the electrode 32A and the electrode 32B.
  • the discharge gap filling member 33 is formed in the discharge gap 34, and further, the tip portion of the electrode 32A facing the tip surface of the electrode 32B and the tip of the electrode 32B facing the tip surface of the electrode 32A. It is provided in contact with these tip parts so as to cover the part from above.
  • the width of the discharge gap 34 that is, the distance between the tip surfaces of the electrodes 32A and 32B facing each other is preferably 300 ⁇ m or more and 1 mm or less.
  • FIG. 4 shows a specific example of the electrostatic discharge protector 41 of the present invention
  • FIG. 5 shows an electrostatic vertical cross-sectional view of the electrostatic discharge protector 41 of the present invention shown in FIG.
  • the electrostatic discharge protector 41 includes conductors 42A and 42B such as copper, an insulating base material 43 such as a glass epoxy substrate, and a discharge gap filling member 44, for example.
  • the conductors 42A and 42B are arranged with a certain distance therebetween.
  • the insulating base 43 is provided with two holes at a predetermined interval, straddling the conductors 42A and 42B as shown in FIG.
  • the discharge gap filling member 44 is formed on the insulating base material 43 by closing the two holes 45A and 45B of the insulating base material 43, and is in contact with the conductors 42A and 42B through the two holes.
  • the portions of the conductors 42A and 42B that protrude from the insulating base material 43 serve as electrodes.
  • the distance 46 obtained by adding twice the thickness of the insulating substrate to the distance between the two holes of the insulating substrate 43 that is closest to each other is the width of the discharge gap in this case, which is 300 ⁇ m or more and 1 mm. The following is preferable.
  • the discharge gap and the discharge gap filling member formed of the discharge gap filling composition do not necessarily exist on the same substrate.
  • an electrostatic discharge protector is obtained.
  • the electronic circuit board of the present invention has the above-described electrostatic discharge protector. Therefore, the electronic circuit board of the present invention tends not to be damaged by static electricity even if it receives electrostatic discharge.
  • the flexible electronic circuit board of this invention has the electrostatic discharge protector mentioned above. Therefore, even if the flexible electronic circuit board of the present invention is subjected to electrostatic discharge, it tends to be difficult to be damaged by static electricity.
  • the IC chip mounting substrate of the present invention has the above-described electrostatic discharge protector. Therefore, since the IC chip mounting substrate of the present invention tends to be less susceptible to damage due to static electricity even when it receives electrostatic discharge, it can be applied to smart cards, BGAs, CSPs, and COBs.
  • the electronic device of the present invention includes the electronic circuit board, the flexible electronic circuit board, or the IC chip mounting board. Therefore, even if the electronic device of the present invention is subjected to electrostatic discharge, it tends to be difficult to be damaged by static electricity.
  • the electrostatic discharge protector is attached to a semiconductor electrostatic tester ESS-6008 (manufactured by NOISE LABORATORY), and an applied voltage of 8 kV is applied. It was measured. The resistance value was evaluated as “voltage resistance” according to the following criteria.
  • D shows less than 10 8 ⁇ when applied once.
  • Measured values in this example were measured by the following method.
  • ⁇ Average particle size> Weigh 50 mg of sample, add it to 50 mL of distilled water, and then add 0.2 ml of 2% Triton (trade name of a surfactant manufactured by GE Healthcare Biosciences) in an ultrasonic homogenizer with an output of 150 W. After dispersing for 3 minutes, the cumulative 50 mass% diameter obtained by measuring with a laser diffraction particle size distribution meter, for example, a laser diffraction light scattering particle size distribution meter (trademark: Microtrac MT3300, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) was evaluated. .
  • Electrostatic discharge protector C The electrostatic discharge protectors C1 to C11 used in the examples were manufactured as follows.
  • Each wiring gap filling composition obtained in the examples was flattened with a diameter of 2 mm on a wiring board in which a pair of electrode patterns (film thickness 12 ⁇ m, electrode width 2 mm) were formed on a polyimide film with a thickness of 25 ⁇ m.
  • the electrode was applied using a simple needle, filled into the discharge gap across the electrode pattern, held in a thermostatic chamber at 150 ° C. for 60 minutes to form a discharge gap filling member, and an electrostatic discharge protector was prepared.
  • the electrostatic discharge protector used for the evaluation of the operating voltage was manufactured with the electrode pattern discharge gap width of 300 ⁇ m, 500 ⁇ m and 1 mm.
  • the electrostatic discharge protectors D1 to D11 used in the examples were manufactured as follows. Two square holes of about 3 mm square are opened at intervals of 0.5 mm in a polyimide film “UPILEX 75S manufactured by Ube Industries, Ltd.” having a thickness of about 15 mm square and 75 ⁇ m thickness. Two copper-clad laminates cut to approximately 10 mm square are prepared, and one piece is bonded to one hole so that the copper-clad side faces the hole. The two copper clad laminates are installed so as not to contact each other.
  • ⁇ Preparation example 1 of metal powder (A1)> The surface of the aluminum particles was covered with a film made of a hydrolysis product of a metal alkoxide as follows. Tetraethoxysilane was used as the metal alkoxide.
  • the solid content was obtained by dividing the remaining amount of 1 g of the extracted paste dried at 120 ° C. for 1 hour by the amount of paste before drying.
  • the solvent scattering operation at 40 ° C. was completed after confirming that the solid content was 41% by mass.
  • aluminum powder-containing paste A1-2 360 g of ion-exchanged water and 20 g of ammonia water were added and stirred for 1 hour, and then the reaction solution was filtered to obtain an aluminum cake. Further, the obtained aluminum cake was washed with propylene glycol monomethyl ether three times. . The washed aluminum cake was dispersed again in 500 g of triacetin, heated at 110 ° C. for 90 minutes, and then allowed to cool to room temperature. Thereafter, the reaction solution was filtered to obtain an aluminum cake, and the obtained aluminum cake was washed three times with propylene glycol monomethyl ether acetate. Thereafter, the solvent was scattered at 40 ° C. to obtain a paste containing propylene glycol monomethyl ether having an aluminum solid content of 41 mass% and water (hereinafter referred to as “aluminum powder-containing paste A1-2”).
  • thermosetting urethane resin As the binder component (B) before the addition of the curing agent, a thermosetting urethane resin was synthesized as follows.
  • the temperature of the liquid in which this raw material was dissolved was lowered to 70 ° C., and 237.5 g of methylene bis (4-cyclohexylisocyanate) as polyisocyanate (manufactured by Sumika Bayer Urethane Co., Ltd., trade name “Desmodur-W”) with a dropping funnel. was added dropwise over 30 minutes.
  • thermosetting urethane resin a carboxyl group-containing urethane resin
  • thermosetting urethane resin solution The number average molecular weight of the obtained thermosetting urethane resin was 6090, and the solid content acid value was 40.0 mgKOH / g.
  • ⁇ -Butyrolactone was added to the obtained thermosetting urethane resin and diluted to a solid content of 45% by mass to obtain a solution (hereinafter also referred to as “thermosetting urethane resin solution”).
  • thermosetting urethane resin solution prepared in the synthesis example (solid content 45% by mass) 37.8 g, epoxy resin manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd. (trade name: JER604) as a curing agent. 1.9g was added and it stirred at 2000 rpm for 15 minutes using the homogenizer, and the composition 1 for discharge gap filling was obtained.
  • the electrostatic discharge protector C1 and the electrostatic discharge protector D1 were obtained by the above method using the composition 1 for filling the discharge gap, and the insulation, operating voltage, and withstand voltage during normal operation were evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 ⁇ Preparation of discharge gap filling composition> 48.8 g of prepared aluminum powder-containing paste A1-1 (solid content: 41% by mass), spherical aluminum powder A2-2 (trade name: 08-0076, manufactured by Toyo Aluminum Powder Co., Ltd., average particle size: 6.8 ⁇ m, solid content 99% by mass, average aspect ratio: 1) 20.2 g, 43.3 g of thermosetting urethane resin solution (solid content 45% by mass) prepared in Synthesis Example, and 40 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added as a curing agent, JER604 Was added, and it stirred at 2000 rpm for 15 minutes using the homogenizer, and obtained the composition 2 for discharge gap filling.
  • the electrostatic discharge protector C2 and the electrostatic discharge protector D2 were obtained by the above method using the discharge gap filling composition 2, and the insulation, operating voltage, and withstand voltage during normal operation were evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 ⁇ Preparation of discharge gap filling composition> 48.8 g of the prepared aluminum powder-containing paste A1-2 (solid content: 41% by mass), flaky aluminum powder A2-3 (trade name: 40, average particle size: 65 ⁇ m, solid content: 99 mass by Daiwa Metal Powder Industry Co., Ltd.) %, Average aspect ratio: 10) 5.1 g, 33.3 g of thermosetting urethane resin solution (solid content 45 mass%) prepared in the synthesis example, and 45 g of triacetin, and 1.7 g of JER604 as a curing agent are added. Then, the mixture was stirred at 2000 rpm for 15 minutes using a homogenizer to obtain a discharge gap filling composition 3.
  • thermosetting urethane resin solution (solid content: 45% by mass) prepared in Synthesis Example, 1.9 g of JER604 as a curing agent was added, and at 2000 rpm using a homogenizer The mixture was stirred for 15 minutes to obtain a discharge gap filling composition 4.
  • the electrostatic discharge protector C4 and the electrostatic discharge protector D4 were obtained by the above-described method using the discharge gap filling composition 4, and the insulation, operating voltage, and withstand voltage during normal operation were evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 ⁇ Preparation of discharge gap filling composition> 48.8 g of prepared aluminum powder-containing paste A1-1 (solid content: 41% by mass), flaky aluminum powder A2-5 (trade name: 205N, average particle size: 6 ⁇ m, solid content: 65% by mass, Showa Aluminum Powder Co., Ltd.) , Average aspect ratio: 17) 13.2 g, 37.8 g of thermosetting urethane resin solution (solid content 45% by mass) prepared in Synthesis Example, 1.9 g of JER604 as a curing agent was added, and at 2000 rpm using a homogenizer The mixture was stirred for 15 minutes to obtain a discharge gap filling composition 5.
  • the electrostatic discharge protector C5 and the electrostatic discharge protector D5 were obtained by the above-described method using the discharge gap filling composition 5, and the insulation, operating voltage, and withstand voltage during normal operation were evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 ⁇ Preparation of discharge gap filling composition> 48.8 g of prepared aluminum powder-containing paste A1-1 (solid content 41% by mass), flaky aluminum powder A2-6 (trade name: SL850, average particle size: 23 ⁇ m, solid content 65% by mass, Showa Aluminum Powder Co., Ltd.) , Average aspect ratio: 28) 13.2 g, 37.8 g of thermosetting urethane resin solution (solid content: 45% by mass) prepared in Synthesis Example, 1.9 g of JER604 as a curing agent, and at 2000 rpm using a homogenizer The mixture was stirred for 15 minutes to obtain a discharge gap filling composition 6.
  • thermosetting urethane resin solution (solid content: 45% by mass) prepared in Synthesis Example, 1.9 g of JER604 as a curing agent was added, and at 2000 rpm using a homogenizer The mixture was stirred for 15 minutes to obtain a discharge gap filling composition 7.
  • A1 / A2 and (A1 + A2) / binder component (B) in the table indicate mass ratios.
  • the binder component (B) contains a curing agent.
  • Comparative Example 1 and Comparative Example 3 that do not contain aluminum powder (A2) can maintain insulation during normal operation, but Comparative Example 4 in which no electrostatic discharge protector is formed when the width of the discharge gap is 1 mm. It was found that the operating voltage was the same as in, and the effect could not be exhibited.
  • the surface of the primary metal particles does not contain the metal powder (A1) that is insulation-coated with the hydrolysis product of the metal alkoxide. It was found to be significantly inferior and not function as an electrostatic discharge protector.
  • Metal powder (A1) in which the surface of metal primary particles is coated with a film made of a hydrolysis product of metal alkoxide, aluminum powder (A2) not coated with a film made of a hydrolysis product of metal alkoxide, and a binder component By using the discharge gap filling composition containing (B), an electrostatic discharge protector having a high degree of freedom and excellent operability can be obtained.
  • Electrostatic discharge protector 12A ... Electrode 12B ... Electrode 13 ... Discharge gap filling member 14 ... Discharge gap 21 . Electrostatic discharge protector 22A ... Electrode 22B ... Electrode 23 ... ⁇ Discharge gap filling member 24 ⁇ Discharge gap 31 ⁇ Electrostatic discharge protector 32A ⁇ Electrode 32B ⁇ Electrode 33 ⁇ Discharge gap filling member 34 ⁇ Discharge gap 35 ⁇ Protection layer 41 ... Electrostatic discharge protector 42A ... Conductor (exposed part is electrode) 42B ... Conductor (exposed part is electrode) 43 ... Insulating base material 44 ... Discharge gap filling member 45A ... Insulating base material hole 45B ... Insulating base material hole 46 ... Discharge gap width

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Abstract

[課題]様々な設計の電子回路基板等の電子機器に対して、自由な形状でかつ簡便にESD対策を図ることができ、かつ、広い放電ギャップにおいても放電時の作動性に優れ、小型化、低コスト化の可能な静電放電保護体を提供すること、およびそのような静電放電保護体の製造に用いることのできる放電ギャップ充填用組成物を提供する。 [解決手段]本発明の放電ギャップ充填用組成物は、金属粉末(A1)、アルミニウム粉末(A2)およびバインダー成分(B)を含み、前記金属粉末(A1)が、金属の一次粒子の表面の少なくとも一部が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されたものであり、前記アルミニウム粉末(A2)が、アルミニウムの一次粒子の表面が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されていないものであることを特徴とする。

Description

放電ギャップ充填用組成物および静電放電保護体
 本発明は、放電ギャップ充填用組成物および静電放電保護体に関し、さらに詳しくは、放電時の作動性に優れ、小型化、低コスト化の可能な静電放電保護体、およびこの静電放電保護体に用いられる放電ギャップ充填用組成物に関する。
 帯電した導電性の物体(例えば人体)が他の導電性の物体(例えば電子機器)に接触し、あるいは充分に接近すると、激しい放電が発生する。この現象は静電放電(electro-static discharge、以下「ESD」とも記す。)と呼ばれ、電子機器の誤動作や損傷などの問題を引き起こし、あるいは爆発性雰囲気における爆発の引金となることなどがある。
 ESDは、電気システムおよび集積回路が曝される破壊的で不可避な現象の一つである。電気的な観点から説明すると、ESDとは、数アンペアのピーク電流のある高電流が、10n秒から300n秒間継続する過渡的な高電流現象である。したがって、ESDが発生すると、数十n秒以内にほぼ数アンペアの電流を集積回路の外へ伝導しなければ、その集積回路は修復至難な損傷を被るか、不具合もしくは劣化を起こし、正常に機能しなくなる。
 近年、電子部品や電子機器の軽量化、薄型化、小型化の流れが急速に進行している。それにともない、半導体の集積度やプリント配線基板への電子部品実装密度の上昇が著しくなり、過密に集積、あるいは実装された電子素子や信号線が、互いに極めて接近して存在することになった。さらに信号処理速度も高速化されてきた。その結果、高周波輻射ノイズが誘発されやすい状況となった。このような状況から、回路内のIC等をESDから保護する静電放電保護素子の開発が行われている。
 従来、回路内のIC等をESDから保護する静電放電保護素子として、金属酸化物等の焼結体からなるバルク構造の素子があった(例えば、特許文献1参照)。この素子は焼結体からなる積層型チップバリスタであり、積層体と一対の外部電極を備えている。バリスタは、印加電圧が、ある一定以上の値に達すると、それまで流れなかった電流が急に流れ出すという性質を持ち、静電放電に対して優れた抑止力をもつ。しかし、焼結体である積層型チップバリスタは、シート成型、内部電極印刷、シート積層等から成る複雑な製造プロセスが避けられず、かつ、実装工程中に層間剥離等の不具合の発生も起こりやすいという問題があった。
 その他の、回路内のIC等をESDから保護する静電放電保護素子として放電型素子がある。放電型素子は、漏れ電流が小さく、原理的に簡単であり、故障しにくいという長所もある。また、放電電圧は、放電ギャップの幅によって調整することができる。また、封止構造とする場合はガスの圧力、ガスの種類に応じて放電ギャップの幅が決められる。実際に市販されている放電型素子としては、円柱状のセラミックス表面導体皮膜が形成され、レーザーなどによってその皮膜に放電ギャップを設け、これをガラス封管したものがある。この市販されているガラス封管した放電型素子は、静電放電保護特性が優れているものの、その形態が複雑であるために小型の表面実装用素子としてはサイズの点で限界があり、またコストを下げることが困難であるという問題があった。
 さらには、配線上に直接放電ギャップを配線形成し、その放電ギャップの幅によって放電電圧を調整する方法が開示されている(例えば、特許文献2~4参照)。特許文献2には、放電ギャップの幅が4mmであることが例示され、特許文献3には、放電ギャップの幅が0.15mmであることが例示されている。また、特許文献4には、通常の電子素子の保護には放電ギャップとして5~60μmが好ましく、静電放電により敏感なICやLSIの保護のためには、放電ギャップを1~30μmとすることが好ましく、特に大きなパルス電圧部分だけを除去すればよいという用途には150μm程度まで大きくできることが開示されている。
 しかし、放電ギャップ部分に保護がなければ、高電圧の印加で気中放電が起こったり、環境中の湿度やガスのために導体の表面に汚染が生じ放電電圧が変化したり、電極が設けられている基板の炭化により電極が短絡する可能性がある。
 また、放電ギャップを有する静電放電保護体においては、通常の作動電圧、例えば一般的にはDC10V未満では、高い絶縁抵抗性を要求されるため、耐電圧性の絶縁性部材を電極対の放電ギャップに設けることが有効となる。放電ギャップの保護のために、放電ギャップに絶縁性部材として直接通常のレジスト類を充填してしまうと、放電電圧の大幅な上昇がおこり、実用的ではない。1~2μm程度またはそれ以下の極めて狭い放電ギャップに通常のレジスト類を充填した場合は、放電電圧を下げることができるが、充填されたレジスト類に微小な劣化がおこったり、絶縁抵抗が低下したり、場合によっては導通してしまうという問題がある。
 特許文献5には、絶縁基板に10~50μmの放電ギャップを設けて、端部が対向した一対の電極パターンの間に、ZnOを主成分とし炭化珪素を含む機能膜を設ける保護素子が開示されている。この保護素子は、積層型チップバリスタと比較すると、簡単な構成であり、基板上の厚膜素子として製造できる利点がある。
 しかし、これらのESD対策素子は、電子機器の進化にあわせて、実装面積の低減化をはかっているが、形態はあくまでも素子であるので、ハンダなどによって配線基板に実装する必要がある。そのため、電子機器において、設計の自由度が少なく、かつ、高さを含めて小型化に限界がある。
 したがって、素子を固定するのではなく、小型化を含めた自由な形態で、必要な箇所に、かつ必要な面積分、ESD対策を講じることができるようにすることが望まれている。
 一方、ESD保護材料として、樹脂組成物を用いることが開示されている(例えば、特許文献6参照)。ここでの樹脂組成物は、絶縁バインダの混合物からなる母材、10μm未満の平均粒子径を有する導電性粒子、および10μm未満の平均粒子径を有する半導体粒子を含むことを特徴としている。
 また、ESD保護材料として、表面が絶縁性酸化皮膜で被覆されている導電性および半導体粒子の混合物が絶縁性バインダによって結びつけられている組成物材料、粒子径範囲が規定された組成物材料、導電性粒子間の面間隔を規定した組成物材料などが開示されている(例えば、特許文献7参照)。
 しかしながら、特許文献7に記載の方法では、導電性粒子や半導体粒子の分散方法が最適化されていないため、低電圧時に高い電気抵抗値が得られないか、もしくは、高電圧時に低い電気抵抗値が得られないなど、技術的な不安定要素が存在する。
 また、これらの組成物は、放電時の作動電圧が高いため、特に低抵抗の集積回路を保護する目的には不向きである。特に半導電性粒子や絶縁性粒子を多く配合すると、作動性を低下させ、一方、金属粒子のみの場合は、耐電圧性が低いという問題があった。
 前記問題を解決するために、金属粉末の表面を金属酸化物で被覆した化合物とバインダーとを含む組成物で放電ギヤップを充填することが開示されている(例えば、特許文献8参照)。しかしながら、前記組成物は、たとえば300μm以下程度の放電ギャップを想定したものだった。もし、より広い放電ギャップでも適用することができれば、配線の設計の自由度が顕著に向上する。
 より広い放電ギャップにおいても作動性良好とするために、広い放電ギャップを前記金属酸化物で被覆した金属粉末を多く配合した組成物を用いて充填すると、静電放電性能の安定性が低下するという傾向があった。また、導電性粒子のみを配合した組成物でより広い放電ギャップを充填すると、耐電圧性が低いという傾向があった。
特開2005-353845号公報 特開平3-89588号公報 特開平5-67851号公報 特開平10-27668号公報 特開2007-266479号公報 特表2001-523040号公報 米国特許第4,726,991号 国際公開第2010/147095号
 本発明は、前記のような問題点を解決しようとするものであり、様々な設計の電子回路基板等の電子機器に対して、自由な形状でかつ簡便にESD対策を図ることができ、かつ、広い放電ギャップにおいても放電時の作動性に優れ、小型化、低コスト化の可能な静電放電保護体を提供すること、およびそのような静電放電保護体の製造に用いることのできる放電ギャップ充填用組成物を提供することを目的とする。
 本発明は、たとえば以下の[1]~[19]に関する。
[1]金属粉末(A1)、アルミニウム粉末(A2)およびバインダー成分(B)を含み、
前記金属粉末(A1)が、金属の一次粒子の表面の少なくとも一部が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されたものであり、
前記アルミニウム粉末(A2)が、アルミニウムの一次粒子の表面が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されていないものであることを特徴とする放電ギャップ充填用組成物。
[2]金属粉末(A1)の金属の一次粒子の形状およびアルミニウム粉末(A2)の一次粒子の形状が、いずれも薄片状であることを特徴とする[1]に記載の放電ギャップ充填用組成物。
[3]金属粉末(A1)の金属の一次粒子の平均粒子径が1~15μmであり、かつアルミニウム粉末(A2)の一次粒子の平均粒子径が5~70μmであることを特徴とする[1]または[2]に記載の放電ギャップ充填用組成物。
[4]前記金属粉末(A1)の金属の金属元素が、マンガン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、バナジウム、ニッケル、コバルト、クロム、マグネシウム、チタンまたはアルミニウムから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする [1]~[3]のいずれかに記載の放電ギャップ充填用組成物。
[5]前記金属粉末(A1)の金属の金属元素が、アルミニウムであることを特徴とする [1]~[4]のいずれかに記載の放電ギャップ充填用組成物。
 [6]放電ギャップ充填用組成物中の金属粉末(A1)とアルミニウム粉末(A2)との質量比が98:2~20:80であることを特徴とする [1]~ [5]のいずれかに記載の放電ギャップ充填用組成物。
[7]前記金属アルコキシドが、下記一般式(1)で表されることを特徴とする[1]~[6]のいずれかに記載の放電ギャップ充填用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式(1)中、Mは金属原子であり、Oは酸素原子であり、Rはそれぞれ独立に炭素数1~20のアルキル基であり、nは1~40の整数である。)
[8]前記一般式(1)におけるMが、ケイ素、チタン、ジルコニウム、タンタルまたはハフニウムであることを特徴とする[7]に記載の放電ギャップ充填用組成物。
[9]前記金属粉末(A1)および/またはアルミニウム粉末(A2)における金属の一次粒子の表面に自己酸化膜が形成されていることを特徴とする[1]~[8]のいずれかに記載の放電ギャップ充填用組成物。
[10]前記バインダー成分(B)が、熱硬化性化合物または活性エネルギー線硬化性化合物を含むことを特徴とすることを特徴とする[1]~[9]のいずれかに記載の放電ギャップ充填用組成物。
[11]前記バインダー成分(B)が、熱硬化性ウレタン樹脂を含むことを特徴とする[10]に記載の放電ギャップ充填用組成物。
[12]放電ギャップ充填用組成物の固形分中の金属粉末(A1)および金属粉末(A2)の合計の含有量が3~95質量%であり、バインダー(B)の含有量が5~97質量%であることを特徴とする[1]~[11]のいずれかに記載の放電ギャップ充填用組成物。
[13]少なくとも2つの電極と、前記2つの電極間に放電ギャップとを有する静電放電保護体であって、
 [1]~[12]のいずれかに記載の放電ギャップ充填用組成物を前記放電ギャップに充填して形成される放電ギャップ充填部材を有することを特徴とする静電放電保護体。
[14]前記放電ギャップの幅が300μm以上1mm以下であることを特徴とする[13]に記載の静電放電保護体。
[15]前記放電ギャップ充填部材の表面に保護層が形成されていることを特徴とする[13]または[14]に記載の静電放電保護体。
[16] [13]~[15]のいずれかに記載の静電放電保護体を有する電子回路基板。
[17] [13]~[15]のいずれかに記載の静電放電保護体を有するフレキシブル電子回路基板。
[18] [13]~[15]のいずれかに記載の静電放電保護体を有するICチップ搭載用基板。
[19] [16]に記載の電子回路基板、[17]に記載のフレキシブル電子回路基板または[18]に記載のICチップ搭載用基板を有する電子機器。
 本発明の放電ギャップ充填用組成物を用いれば、低コストで、広い放電ギャップに用いても放電時の作動性に優れた小型の静電放電保護体を製造することができ、簡単に静電放電保護を実現することができる。
 また、本発明の放電ギャップ充填用組成物を用いれば、放電ギャップの幅を特定間隔に設定することで作動電圧の調整が可能であるので、作動電圧の調整精度に優れた静電放電保護体を得ることができる。
 本発明によれば、前記放電ギャップの幅がたとえば300μmを超える広い幅であっても、静電放電時に抵抗値が下がり、電圧解除後に絶縁性が復活することが可能となる。したがって、放電ギャップ充填用組成物を硬化させて得られる放電ギャップ充填部材を設ける放電ギャップを、特別に狭く加工する必要がなく、一般的にバリスタ素子などを半田付けするスペース、たとえば、0.5mmあるいは1.0mmの放電ギャップに対しても適用することができる。
 本発明の静電放電保護体は、必要な電極間に、必要とする作動電圧に応じた放電ギャップを形成し、その放電ギャップに前記放電ギャップ充填用組成物を充填し、固化または硬化させるといった方法により、自由な形状でかつ簡便に形成することができる。このため、本発明の静電放電保護体は、携帯電話をはじめとするデジタル機器や人の手が触れることが多く静電気が溜まりやすいモバイル機器などに組み込まれているICチップ搭載用基板に適用することができ、より具体的にはBGA(Ball grid array)、CSP(Chip size package)、COB(Chip on board)などに代表されるような、スマートカードやチップカードと呼ばれるICカードに適用することができる。
図1は、本発明に係る静電放電保護体の一具体例である静電放電保護体11の縦断面図である。 図2は、本発明に係る静電放電保護体の一具体例である静電放電保護体21の縦断面図である。 図3は、本発明に係る静電放電保護体の一具体例である静電放電保護体31の縦断面図である。 図4は、本発明に係る静電放電保護体の一具体例である静電放電保護体41を上から見た図である。 図5は、本発明に係る静電放電保護体の一具体例である静電放電保護体41の縦断面図である。 図6は、調製例1で作製した表面被覆されたアルミ粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。点線の矢印で長径方向を測定し、実線の矢印で厚み方向を測定した。
 以下、本発明を詳細に説明する。
 <放電ギャップ充填用組成物>
 本発明の放電ギャップ充填用組成物は、
金属粉末(A1)、アルミニウム粉末(A2)およびバインダー成分(B)を含み、
前記金属粉末(A1)が、金属の一次粒子の表面の少なくとも一部が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されたものであり、
アルミニウム粉末(A2)が、アルミニウムの一次粒子の表面が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されていないものであることを特徴とする。
 本発明において、放電ギャップとは、一対の電極の間に形成される空間のことをいい、放電ギャップ充填用組成物とは、前記放電ギャップを充填するために用いる組成物のことをいう。一次粒子とは、他の粒子と凝集しないで、単独に存在している粒子の状態のことをいい、一次粒子が凝集してできる二次粒子等と対照的に使用される用語である。
 [金属粉末(A1)]
 本発明に用いる金属粉末(A1)は、金属の一次粒子の表面の少なくとも一部が、金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されている。
 前記金属粉末(A1)は、その金属の一次粒子の表面の少なくとも一部が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されているので、部分的に適度な絶縁性と高い耐電圧性とを有する。このような金属粉末(A1)を含む放電ギャップ充填用組成物は、通常作動時の電圧では絶縁性であるが、静電放電時の高電圧負荷の際には導電性となり、さらに高電圧解除によって絶縁性が復活する。結果として、該放電ギャップ充填用組成物を使用した静電放電保護体は、有効な静電放電保護特性が発現し、高電圧時の破壊も受けにくいと考えられる。
 前記金属アルコキシドを構成する金属原子としては、水単独または、水および加水分解触媒と反応して加水分解生成物を形成させうるものであれば、特に制限はない。なお、本願において、前記金属原子は、ケイ素、ゲルマニウム、スズ等の半金属も含むものとする。前記金属原子としては、マグネシウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、チタン、ジルコニム、ハフニウム、タンタル、ニオブが好ましい。中でもケイ素、チタン、ジルコニウム、タンタルまたはハフニウムがより好ましく、ケイ素がさらに好ましい。
 ケイ素のアルコキシドは、空気中の湿気などで加水分解しにくく、加水分解速度を制御しやすいため、前記金属粉末(A1)における金属の一次粒子の表面をケイ素のアルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆する際の製造安定性がより高くなる傾向があるため好ましい。
 前記金属アルコキシドは、下記一般式(1)で表されることが好ましい。このような金属アルコキシドであると、その加水分解生成物の被膜を形成させることが容易となる傾向がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 前記一般式(1)中、Mは金属原子であり、Oは酸素原子であり、Rはそれぞれ独立に炭素数1~20のアルキル基であり、nは1~40の整数である。
 前記一般式(1)におけるMは、ケイ素、チタン、ジルコニウム、タンタルまたはハフニウムであることが好ましい。Mがこのような金属原子であると、最終的に得られる静電放電保護体の耐電圧性が良好となる傾向がある。
 前記一般式(1)中、Rは、炭素数1~20のアルキル基であり、炭素数1~12のアルキル基であることが好ましい。このようなアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、1-メチルブチル、2-メチルブチル、3-メチルブチル、ネオペンチル、1-エチルプロピル、n-ヘキシル、1,1-ジメチルプロピル、1,2-ジメチルプロピル、1,2-ジメチルプロピル、1-メチルペンチル、2-メチルペンチル、3-メチルペンチル、4-メチルペンチル、1,1-ジメチルブチル、1,2-ジメチルブチル、1,3-ジメチルブチル、2,2-ジメチルブチル、2,3-ジメチルブチル、3,3-ジメチルブチル、1-エチルブチル、2-エチルブチル、1,1,2-トリメチルプロピル、1,2,2-トリメチルプロピル、1-エチル-1-メチルプロピル、1-エチル-2-メチルプロピル、n-ヘプチル、n-オクチル、n-ノニル、n-デシルおよびn-ドデシルが挙げられる。中でも、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、sec-ブチル、イソブチルおよびn-ペンチルが好ましく、エチル、n-プロピル、n-ブチルがより好ましい。
 前記アルキル基の炭素数が多いと、前記一般式(1)で表される金属アルコキシドの加水分解が穏やかになる一方で、前記アルキル基の炭素数が多すぎると、前記一般式(1)で表される金属アルコキシドがワックス状になり、均一分散が困難になる傾向がある。
 また、前記一般式(1)で表される金属アルコキシドにおいて、nの数が大き過ぎると金属アルコキシド自体の粘度が増大し、分散しにくくなるため、nは1~4の整数であることが望ましい。特に一量体(一般式(1)でn=1)は反応が急激に起こり、浮遊粒子が多く生成する場合があるので、二量体(一般式(1)でn=2)、三量体(一般式(1)でn=3)、四量体(一般式(1)でn=4)等の縮合体を用いることが望ましい。
 本発明で用いる金属アルコキシドとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラエチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラ-n-ブチルチタネート、テトラ-sec-ブチルチタネート、テトラ-tert-ブチルチタネート、テトラ-2エチルヘキシルチタネート、テトラエチルジルコネート、テトライソプロピルジルコネート、テトラ-n-ブチルジルコネート、テトラ-sec-ブチルジルコネート、テトラ-tert-ブチルジルコネート、テトラ-2エチルヘキシルジルコネート等およびこれらの縮合体が挙げられ、特にテトラエトキシシランが加水分解性および分散性の点で好ましい。これらの金属アルコキシドは単独で用いても、また2種以上混合して用いても良い。
 前記金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で金属粉末(A1)における金属の一次粒子の表面を被覆する方法としては、たとえば、溶媒に金属粉末(A1)を懸濁させた状態で金属アルコキシドおよびそれを加水分解し得る量以上の水を徐々に添加することにより行う方法が挙げられる。当該方法により、金属アルコキシドから、金属酸化物等を含む加水分解物が生成し、該加水分解生成物で前記金属粉末(A1)における金属の一次粒子の表面を被覆することができる。
 前記一般式(1)で表される金属アルコキシドにおいて、たとえばMがケイ素の場合は、加水分解により、二酸化ケイ素や、シラノールが脱水縮合した形のオリゴマーやポリマーおよびこれらの混合物が生成し、二酸化ケイ素等の金属酸化物からなる膜が、前記金属粉末(A1)における金属の一次粒子の表面を被覆すると考えられる。
 金属アルコキシドおよび水の添加法は、一括で添加する方式をとってもよいし、少量ずつ多段階に分割して添加する方式をとってもよい。各々の添加順序としては、金属アルコキシドを先に溶媒中に溶解あるいは懸濁したところに水を添加しても、あるいは水を先に溶媒中に溶解あるいは懸濁した後に金属アルコキシドを添加してもよく、また、少量ずつ交互に添加してもよい。しかし、一般には反応を穏やかに行う方が浮遊粒子の生成が少なくなる傾向があるため、少量ずつ多段階に分割して添加する方式が好ましく、必要に応じ溶媒で濃度を低下させた状態で添加することがより好ましい。
 前記溶媒としては、アルコール類、ミネラルスピリット、ソルベントナフサ、ベンゼン、トルエン、キシレン、石油ベンジン、エーテル等、金属アルコキシドを溶解するものが望ましいが、懸濁状で反応するため特に限定されない。また、これらは単独でも2種以上混合して用いてもよい。また、金属アルコキシドの加水分解反応において、水の添加によりアルコールが副生成することからアルコールを重合速度の調節剤として用いることが可能である。
 本発明に用いる金属粉末(A1)の金属としては、一般的な公知の金属の粉末を使用することができるが、前記金属粉末(A1)の金属としては、イオン化傾向が大きいにもかかわらず、一次粒子の金属の表面に緻密な自己酸化膜ができて、内部を保護することのできる、いわゆる不動態になる金属が好ましい。このような金属の金属元素としては、マンガン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、バナジウム、ニッケル、コバルト、クロム、マグネシウム、チタン、アルミニウムが挙げられるが、中でも安価で入手しやすい点でアルミニウム、ニッケル、タンタル、チタンが好ましく、アルミニウムがより好ましい。
 前記金属は、それぞれ単独でも2種以上混合しても使用することができる。
 金属アルコキシドの加水分解生成物により被覆される金属の一次粒子の表面は、あらかじめ金属の自己酸化膜を有していてもよい。その場合、金属の一次粒子の金属アルコキシドの加水分解生成物の被覆の内側に自己酸化膜が存在することになる。
 金属の一次粒子の表面に自己酸化膜を形成させる方法としては、例えば、金属を酸素存在下で加熱して自己酸化膜を形成させる方法が挙げられるが、以下の方法によって、より安定した構造を持つ自己酸化膜を形成することができる。すなわち、金属の一次粒子の表面をアセトンのような有機溶剤で清浄化した後、希塩酸で金属の一次粒子の表面をわずかにエッチングし、水素ガス20%およびアルゴンガス80%からなる混合ガス雰囲気下で、金属自体の融点より低い温度、たとえばアルミニウム以外の金属の場合は750℃で、またアルミニウムの場合は例えば600℃で、約1時間加熱し、さらに高純度酸素雰囲気下で30分間加熱すると、高い制御性で再現性良く均一な自己酸化膜を金属の一次粒子の表面に形成することができる。
 上述のような金属粉末(A1)における金属の一次粒子の表面を金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆する方法において、被覆膜の膜厚を10nm~2μm程度にすることができる。被覆膜の膜厚は、たとえば透過型電子顕微鏡を使って求めることができる。被覆領域としては、金属粉末(A1)における金属の一次粒子の表面の一部が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されている程度でもよいが、金属の一次粒子の全表面が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されていることが好ましい。
 また、本発明に用いる金属粉末(A1)における金属の一次粒子の形状は薄片状であることが好ましい。
 本発明において、薄片状とは、厚さが薄く、面として広がりを持つ形状のことをいい、例えば、鱗片状、円盤状、短冊状、層状などの形状を含み、球状などの形状は含まない。具体的には、金属粉末(A1)における金属の一次粒子の厚さおよび面について、面の最大長が平均厚さの2倍以上であるものを薄片状とする。
 前記金属粉末(A1)における金属の一次粒子の最も短い軸(短辺)の長さ(d)は1μm以下0.05μm以上のものを使用することが好ましく、より好ましくは0.5μm以下であり、最も好ましくは0.3μm以下である。
 本発明の放電ギャップ充填用組成物は、前記金属粉末(A1)における金属の一次粒子の形状が薄片状であることにより、該放電ギャップ充填用組成物を使用した静電放電保護体の放電時の作動性が良好となる傾向がある。
 前記金属粉末(A1)における金属の一次粒子の好ましい形状として、粒子の厚さ、すなわち金属の一次粒子において最も短い軸(短辺)の長さを「d」とし、および面の最大長、すなわち金属の一次粒子において最も長い軸(長辺)の長さを「L」とした場合の平均アスペクト比(L/d)で特徴を示すことができる。
 また、前記金属粉末(A1)における金属の一次粒子は、平均アスペクト比(L/d)が、3以上1000以下であることが好ましく、5以上500以下であることがより好ましく、9以上100以下であることがさらに好ましい。前記薄片状である粒子は、前記アスペクト比の範囲にある。
 本発明の放電ギャップ充填用組成物は、前記金属粉末(A1)における金属の一次粒子が、前記範囲の平均アスペクト比(L/d)を有すると、放電方向に対してよりスムーズに放電しやすくなる。その結果、該放電ギャップ充填用組成物を使用した静電放電保護体は、作動電圧、耐電圧性が良好となる。つまり保護体として作動性が良好となるとともに、より低い電圧での放電に対しても、対応可能な保護体としての特性が発現するものと考えられる。
 なお、金属粉末(A1)における金属の一次粒子のアスペクト比(L/d)は、以下のように測定する。断面形成した金属粉末(A1)を走査型電子顕微鏡下で1000~2000倍で観察する。観察される金属粉末(A1)における金属の一次粒子の中から、任意に10個の一次粒子を選択し、選択した各一次粒子において、最も長い軸(長辺)の長さ「L」と、それと対応する最も短い軸(短辺)の長さ「d」とを計測する。これらのLおよびdの平均値から平均アスペクト比(L/d)を求めることができる。
 金属粉末(A1)における金属の一次粒子の平均粒子径は、好ましくは1μm以上15μm以下、より好ましくは3μm以上11μm以下である。金属粉末(A1)における金属の一次粒子の平均粒子径が前記範囲を越えると、表面エネルギーが小さくなるために、金属アルコキシドの加水分解生成物が金属粉末表面に付着する力が小さくなる。その結果、放電ギャップ充填用組成物中で、金属粉末に付着せずに浮遊する金属アルコキシドの加水分解生成物の粒が多く存在するようになり、静電放電保護体を形成したときの作動性が低下する場合がある。金属粒子(A1)における金属の一次粒子の平均粒子径が前記範囲未満であると粒子どうしの凝集が激しいために金属アルコキシドとの反応の際に分散が不良で不均一な被覆が形成される現象が見られたり、また被覆層の絶縁に対するコアの導電部分の割合が極度に小さくなるために静電放電時の抵抗が下がりにくくなる。
 なお、本明細書において平均粒子径は、特に記載のない限り、サンプル50mgを秤量し、50mLの蒸留水に添加し、さらに2%Triton(GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社製の界面活性剤の商品名)水溶液0.2mlを加えて、出力150Wの超音波ホモジナイザーで3分間分散させた後、レーザー回折式粒度分布計、例えばレーザー回折式光散乱式粒度分布計(商標:マイクロトラックMT3300、日機装社製)で測定して得られた累積50質量%径で評価した値である。
 [アルミニウム粉末(A2)]
 アルミニウム粉末(A2)は、アルミニウムの一次粒子の表面が金属アルコキシドの加水分解生成物で被覆されていないものである。一次粒子の表面が金属アルコキシドの加水分解生成物で被覆されていないとは、一次粒子の表面全体が金属アルコキシドの加水分解生成物で被覆されていないことをいい、たとえばアルミニウムそのもの、アルミニウムの一次粒子表面に自己酸化膜が形成されたもの等が挙げられる。アルミニウムの一次粒子表面に自己酸化膜を形成する方法は、金属粉末(A1)で述べたものと同様の方法が挙げられるが、アルミニウム粉末を空気中に放置することも挙げられる。
 アルミニウム粉末(A2)は、導電性の接地部となり、実質的には、広い放電ギャップ内に、いくつかの放電ギャップ充填用組成物から形成された放電ギャップ充填部材が並列回路または直列回路を形成していることとなる。
 また、前記アルミニウム粉末(A2)における一次粒子は、平均アスペクト比(L/d)が、3以上1000以下であることが好ましく、5以上500以下であることがより好ましく、10以上100以下であることがさらに好ましい。アスペクト比の定義および測定方法については、金属粉末(A1)の項で述べた内容と同様である。
 本発明に用いるアルミニウム粉末(A2)における一次粒子の形状は薄片状であることが好ましい。本発明の放電ギャップ充填用組成物は、前記アルミニウム粉末(A2)における一次粒子の形状が薄片状であることにより、該放電ギャップ充填用組成物を使用した静電放電保護体の放電時の作動性が良好となる傾向がある。薄片状の定義およびその平均アスペクト比については、金属粉末(A1)の項で述べた内容と同様である。
 前記アルミニウム粉末(A2)における一次粒子は、最も短い軸(短辺)の長さ(d)が5μm以下のものを使用することができ、好ましくは3μm以下であり、最も好ましくは1μm以下である。
 本発明の放電ギャップ充填用組成物は、前記アルミニウム粉末(A2)における一次粒子が、前記範囲の平均アスペクト比(L/d)を有すると、放電方向に対してよりスムーズに放電しやすくなる。その結果、該放電ギャップ充填用組成物を使用した静電放電保護体は、作動電圧、耐電圧性が良好となる。つまり保護体として作動性が良好となるとともに、より低い電圧での放電に対しても、対応可能な保護体としての特性が発現するものと考えられる。
 アルミニウム粉末(A2)の一次粒子の平均粒子径は、5μm以上70μm以下が好ましく、15μm以上50μm以下がより好ましい。平均粒子径が前記範囲未満であると、絶縁皮膜がない数ミクロンサイズのアルミニウム粉末(A2)の個数が多くなり、静電放電が印加されるとアルミニウム粉末(A2)の粒子が容易に移動して粒子同士が繋がることにより短絡しやすくなる。また、平均粒子径が前記範囲を超えると、たとえば300μm~1mm程度の広い電極間であっても、少数のアルミニウム粉末(A2)の粒子で繋ぐことになり、通常作動時の抵抗が保てない傾向がある。
 アルミニウム粉末(A2)の一次粒子の形状の特徴は、平均アスペクト比、平均粒子径のほか水面拡散面積 WCA(m2/g)で表わすことができる。通常、薄片状アルミニウム粉末のWCAは、0.1~2m2/gの範囲にあるが、本発明に好ましい薄片状アルミニウム粉末のWCAは0.5m2/g以上であり、より好ましくは、0.9m2/g以上である。
 なお、WCAの評価は、アセトンを用いて薄片状アルミニウム粉末をパウダー化し、JISK5906-1998に従って求めた。
 [金属粉末(A1)とアルミニウム粉末(A2)との組み合わせ]
 金属粉末(A1)の絶縁性は、アルミニウム粉末(A2)の絶縁性より大きい。このように絶縁性の異なる2種類の金属粉末を用いた本発明の放電ギャップ充填用組成物は、たとえば300μm以上の広い放電ギャップ間の充填に用いても、放電時の作動性に優れるとともに、通常作動時の電圧には絶縁性を示す。
 本発明の放電ギャップ充填用組成物が、アルミニウム粉末(A2)を含有しない場合、たとえば300μm以上の広い放電ギャップ間を有する静電放電保護体を形成したときに、性能のバラツキが生じ、必要な作動性を得るのが困難である。また、放電ギャップ充填用組成物が、金属粉末(A1)を含有しない場合、通常作動時の絶縁性が保てないか、高電圧解除の際に絶縁性の復活がしにくいといった欠点があげられる。放電ギャップの幅がたとえば300μmを超えるような広い幅場合は、金属粉末(A1)とアルミニウム粉末(A2)を配合することで、作動性をコントロールすることが可能となる。
 本発明の放電ギャップ充填用組成物中の金属粉末(A1)とアルミニウム粉末(A2)との質量比は、金属粉末(A1):アルミニウム粉末(A2)が、好ましくは98:2~20:80であり、より好ましくは、95:5~35:65である。金属粉末(A1)の質量比が、前記割合を超える場合は、放電作動時の電圧がアルミニウム粉末(A2)無添加の場合と同程度となってしまう。また、金属粉末(A1)の質量比が前記割合未満である場合、通常作動時の絶縁性が不足したり、もしくは高電圧印加で短絡する確率が高くなる場合がある。
 前記金属粉末(A1)は、金属アルコキシドの加水分解生成物で被覆されて、表面が適度に高い絶縁性を示すため、前記金属粉末(A1)とアルミニウム粉末(A2)、もしくは(A1)同士が接触しても通常作動時の絶縁性に問題はない。また、放電ギャップの幅がたとえば300μmを超える広い幅である場合、絶縁性の低いアルミニウム粉末(A2)同士が接触しても、放電ギャップ間を完全に繋ぐことはありえない。よって作動性の点からは、放電ギャップ充填用組成物中の金属粉末(A1)とアルミニウム粉末(A2)の含有量は、上限なく定められるとも考えられる。しかし、組成物中のバインダー成分(B)の含有量が少ない場合、粉落ちなどの問題が発生する場合がある。そのため、作動性という面よりむしろ実用性を考慮すると、金属粉末(A1)およびアルミニウム粉末(A2)の合計の含有量は、放電ギャップ充填用組成物の固形分中、95質量%以下であることが好ましい。
 また、ESD発生時には、静電放電保護体が全体的に導電性を示す必要があるため、金属粉末(A1)およびアルミニウム粉末(A2)の合計の含有量は、放電ギャップ充填用組成物の固形分中、3質量%以上であることが好ましい。
 したがって、本発明の放電ギャップ充填用組成物を静電放電保護体に用いる場合、放電ギャップ充填用組成物の固形分中の金属粉末(A1)およびアルミニウム粉末(A2)の合計の含有量は、放電ギャップ充填用組成物の固形分中、3質量%以上95質量%以下が好ましく、30質量%以上80質量%以下であることがさらに好ましい。
 また、前記観点から、本発明の放電ギャップ充填用組成物の固形分中の金属粉末(A1)およびアルミニウム粉末(A2)の合計の質量と後述のバインダー成分(B)との質量比(A/B)は、3/97~95/5が好ましく、30/70~80/20であることがさらに好ましい。
 [バインダー成分(B)]
 本発明において、バインダー成分(B)とは、上述した金属粉末(A1)およびアルミニウム粉末(A2)を分散させるための絶縁体物質のことをいう。バインダー成分(B)としては、例えば有機系ポリマー、無機系ポリマーまたはそれらの複合ポリマーを挙げることができる。
 バインダー成分(B)の具体例としては、ポリシロキサン化合物、ウレタン樹脂、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリブタジエン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、水添加ポリブタジエン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリテトラフルオロ樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド、ポリアミドイミド、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アルキド樹脂、ビニルエステル樹脂、アルキド樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アリルエステル樹脂、フラン樹脂、ロジン、ロジン誘導体、ゴム誘導体などが挙げられる。
 また、バインダー成分(B)は、力学的安定性、熱的安定性、化学的安定性または経時的な安定性の観点から、熱硬化性化合物または活性エネルギー線硬化性化合物を含むことが好ましい。前記熱硬化性化合物の中でも、絶縁抵抗値が高く、基材との密着性が良好で、金属粉末(A1)およびアルミニウム粉末(A2)の分散性が良好である点で、熱硬化性ウレタン樹脂が特に好ましい。
 これらのバインダー成分(B)に含まれる化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
 前記熱硬化性ウレタン樹脂としては、たとえば、カーボネートジオール化合物を含むポリオール化合物とイソシアネート化合物とを反応させて形成されるウレタン結合を有するポリマーを挙げることができる。中でも、カルボキシル基含有ポリウレタン樹脂、エポキシ基、酸無水物基、カルボキシル基、アルコール性基またはアミノ基を含有するウレタン化合物とエポキシ化合物との組合せ、カルボキシル基、アルコール性基またはアミノ基を含有するウレタン化合物とカルボジイミドを含有する化合物との組合せが好ましい。上記エポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、N-グリシジル型エポキシ樹脂、ビスフェノールAのノボラック型エポキシ樹脂、キレート型エポキシ樹脂、グリオキザール型エポキシ樹脂、アミノ基含有エポキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂、カプロラクトン変性エポキシ樹脂などの1分子中に2個以上のエポキシ基を有する化合物があげられる。また、難燃性付与のために、塩素、臭素などのハロゲンやリンなどの原子がその構造に導入されたエポキシ化合物を用いても良い。
 さらに、他の硬化成分との硬化反応機能を持たせる点で、さらに分子中にカルボキシル基を有するカルボキシル基含有熱硬化性ウレタン樹脂や分子末端に酸無水物基を有する酸無水物基含有熱硬化性ウレタン樹脂が好ましい。
 また、前記の他の硬化成分としてはエポキシ樹脂硬化剤等を例示でき、バインダー成分(B)の1つとして使用することができる。
 前記カーボネートジオール化合物としては、1種または2種以上の直鎖状脂肪族ジオールに由来の繰り返し単位を構成単位として含むカーボネートジオール化合物、1種または2種以上の脂環式ジオールに由来の繰り返し単位を構成単位として含むカーボネートジオール化合物、またはこれら両方のジオールに由来の繰り返し単位を構成単位として含むカーボネートジオール化合物が挙げられる。
 直鎖状脂肪族ジオールに由来の繰り返し単位を構成単位として含むカーボネートジオール化合物としては、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール等のジオール成分をカーボネート結合で連結した構造を有するポリカーボネートジオールを挙げることができる。
 脂環式ジオールに由来の繰り返し単位を構成単位として含むカーボネートジオール化合物としては、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,3-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,3-シクロヘキサンジオール、トリシクロヘキサンジメタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール等のジオール成分をカーボネート結合で連結した構造を有するポリカーボネートジオールを挙げることができる。これらのジオール成分は2種以上を組み合わせてもよい。
 前記カーボネートジオール化合物で、市販されているものとしては、ダイセル化学(株)製の商品名PLACCEL、CD-205,205PL,205HL、210、210PL,210HL,220、220PL,220HL、宇部興産(株)製の商品名 UC-CARB100、UM-CARB90、UH-CARB100、株式会社クラレ製の商品名 C-1065N、C-2015N、C-1015N、C-2065Nなどが挙げられる。
 これらのカーボネートジオール化合物は、単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。これらの中で、特に、直鎖状脂肪族ジオールに由来の繰り返し単位を構成単位として含むポリカーボネートジオールは、低反り性や可撓性に優れる傾向がある。したがって、該ポリカーボネートジオールを含有するバインダー成分(B)を用いた場合、フレキシブル配線基板に後述する静電放電保護体を設けることが容易になる。
 また、脂環式ジオールに由来の繰り返し単位を構成単位として含むポリカーボネートジオールは、結晶性が高くなり耐熱性に優れる傾向がある。以上の観点から、これらのポリカーボネートジオールは2種以上を組み合わせて用いるか、あるいは直鎖状脂肪族ジオール由来と脂環式ジオール由来の両方の繰り返し単位を構成単位として含むポリカーボネートジオールを用いることが好ましい。可撓性と耐熱性とをバランス良く発現させるには、直鎖状脂肪族ジオールと脂環式ジオールの共重合割合が質量比で3:7~7:3のポリカーボネートジオールを用いるのが好適である。
 また、カーボネートジオール化合物の数平均分子量は5000以下であることが好ましい。数平均分子量が5000を超えると相対的なウレタン結合の量が減るために、静電放電保護体の作動電圧が上昇したり、耐電圧性が低下する場合がある。
 前記イソシアネート化合物の具体例としては、2,4-トルエンジイソシアネート、2,6-トルエンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニルメチレンジイソシアネート、(o,m,またはp)-キシレンジイソシアネート、(o,m,またはp)-水添キシレンジイソシアネート、メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン-1,3-ジメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン-1,4-ジメチレレンジイソシアネート、1,3-トリメチレンジイソシアネート、1,4-テトラメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,9-ノナメチレンジイソシアネート、1,10-デカメチレンジイソシアネート、1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、2,2'-ジエチルエーテルジイソシアネート、シクロヘキサン-1,4-ジメチレンジイソシアネート、1,5-ナフタレンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、3,3'-メチレンジトリレン-4,4'-ジイソシアネート、4,4'-ジフェニルエーテルジイソシアネート、テトラクロロフェニレンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネートおよび1,5-ナフタレンジイソシアネート等のジイソシネートが挙げられる。これらのイソシアネート化合物は1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
 これらの中でも脂環式ジアミンから誘導される脂環式ジイソシアネート、具体的には、イソホロンジイソシアネート或いは(o,m,またはp)-水添キシレンジイソシアネートが好ましい。これらのジイソシアネートを使用した場合、耐電圧性に優れた硬化物を得ることが出来る。
 本発明に用いる熱硬化性ウレタン樹脂として、特に前記カルボキシル基含有熱硬化性ウレタン樹脂を得るには、例えば前記カーボネートジオール化合物および前記イソシアネート化合物とともにカルボキシル基を有するポリオールを反応させればよい。
 カルボキシル基を有するポリオールとしては、特にカルボキシル基を有するジヒドロキシ脂肪族カルボン酸を使用することが好ましい。このようなジヒドロキシル化合物としては、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸が挙げられる。カルボキシル基を有するジヒドロキシ脂肪族カルボン酸を使用することによって、ウレタン樹脂中に容易にカルボキシル基を存在させることができる。
 本発明に用いる熱硬化性ウレタン樹脂として、特に前記酸無水物基含有熱硬化性ウレタン樹脂を得るには、例えば前記カーボネートジオール化合物および前記イソシアネート化合物を、水酸基数とイソシアネート基数との比率が、イソシアネート基/水酸基=1.01以上になるようにして反応させて得られる第2のジイソシアネート化合物と、酸無水物基を有するポリカルボン酸またはその誘導体とを反応させて得ることができる。
 前記酸無水物基を有するポリカルボン酸およびその誘導体としては、酸無水物基を有する3価のポリカルボン酸およびその誘導体、並びに酸無水物基を有する4価のポリカルボン酸を挙げることができる。
 酸無水物基を有する3価のポリカルボン酸およびその誘導体としては、特に限定されないが、例えば、下記式(2)および下記式(3)で示される化合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(式中、R′は、水素、炭素数1~10のアルキル基またはフェニル基を示し、Y1は、-CH2-、-CO-、-SO2-、またはO-である。)
 酸無水物基を有する3価のポリカルボン酸およびその誘導体としては、耐熱性、コスト面等から、トリメリット酸無水物が、特に好ましい。
 また、前記のポリカルボン酸またはその誘導体の他に必要に応じて、テトラカルボン酸二無水物、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸を使用することができる。
 テトラカルボン酸二無水物としては、たとえば、ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6-ピリジンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物、4,4′-スルホニルジフタル酸二無水物、m-タ-フェニル-3,3′,4,4′-テトラカルボン酸二無水物、4,4′-オキシジフタル酸二無水物、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2,2-ビス(2,3-または3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(2,3-または3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス〔4-(2,3-または3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル〕プロパン二無水物、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2,2-ビス〔4-(2,3-または3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル〕プロパン二無水物、1,3-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ-〔2,2,2〕-オクト-7-エン-2:3:5:6-テトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
 脂肪族ジカルボン酸としては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸、デカン二酸、ドデカン二酸、ダイマー酸等が挙げられる。
 芳香族ジカルボン酸としては、イソフタル酸、テレフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、オキシジ安息香酸等が挙げられる。
 さらに、前記熱硬化性ウレタン樹脂を製造する際の末端封止剤となるモノヒドロキシル化合物を使用することが好ましい。モノヒドロキシル化合物は、分子中にヒドロキシル基を一つ有する化合物であればよく、脂肪族アルコール、モノヒドロキシモノ(メタ)アクリレート化合物などが挙げられる。ここで、(メタ)アクリレートとは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味し、以降同様である。
 脂肪族アルコールの例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソブタノール等が挙げられ、モノヒドロキシモノ(メタ)アクリレート化合物の例としては、2-ヒドロキシエチルアクリレート等が挙げられる。これらを使用することにより、熱硬化性ウレタン樹脂中にイソシアネート基が残存しないようにすることができる。
 熱硬化性ウレタン樹脂には、さらに難燃性を付与するため、塩素、臭素等のハロゲンや燐等の原子がその構造中に導入されていてもよい。
 前記カーボネートジオール化合物と前記イソシアネート化合物との反応における両者の配合割合は、前記酸無水物基含有熱硬化性ウレタン樹脂を得る場合を除き、好ましくは、モル比が50:100~150:100であり、さらに好ましくは、80:100~120:100である。
 特にカルボキシル基含有熱硬化性ウレタン樹脂を得る場合、前記カーボネートジオール化合物および前記イソシアネート化合物とともにカルボキシル基を有するポリオールを反応させる際の配合割合は、カーボネートジオール化合物(a)、イソシアネート化合物(b)、カルボキシル基を有するポリオール(c)と表記すると、モル比が(a)+(c):(b)=50:100~150:100であり、さらに好ましくは(a)+(c):(b)=80:100~120:100である。
 前記カーボネートジオール化合物を含むポリオール化合物と前記イソシアネート化合物との反応において用いることのできる溶媒としては、エーテル系溶媒、含硫黄系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒等の非含窒素系極性溶媒が好ましい。
 たとえば、エーテル系溶媒としては、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテルが挙げられる。
 含硫黄系溶媒としては、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジメチルスルホン、スルホランが挙げられる。
 エステル系溶媒としては、γ-ブチロラクトン、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートが挙げられる。
 ケトン系溶媒としては、シクロヘキサノン、メチルエチルケトンが挙げられる。
 芳香族炭化水素系溶媒としては、トルエン、キシレン、石油ナフサ等が挙げられる。
 これらの溶媒は単独でまたは2種類以上組み合わせて使用することができる。
 これらの中でも、高揮発性であって、低温硬化性を付与できる溶媒としては、γ-ブチロラクトン、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等をより好ましく挙げることができる。
 前記カーボネートジオール化合物を含むポリオール化合物と前記イソシアネート化合物との反応温度は、好ましくは30~180℃であり、さらに好ましくは50~160℃である。30℃より温度が低い場合は反応が長くなりすぎ、180℃を超えるとゲル化が生じやすい。
 反応時間は、反応温度によるが、好ましくは2~36時間であり、さらに好ましくは8~16時間である。2時間未満の場合、期待する数平均分子量を得るために反応温度を上げても制御が難しい。また、36時間を超える場合は、実用的ではない。
 前記の熱硬化性ウレタン樹脂の数平均分子量は500~100,000であることが好ましく、8,000~50,000が更に好ましい。ここで、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算の値である。熱硬化性ウレタン樹脂の数平均分子量が500未満では、硬化膜の伸度、可撓性、並びに強度を損なうことがあり、1000,000を超えると硬くなり可撓性を低下させるおそれがある。
 特にカルボキシル基含有熱硬化性ウレタン樹脂の酸価としては、5~150mgKOH/gが好ましく、30~120mgKOH/gが更に好ましい。酸価が5mgKOH/g未満では、硬化性成分との反応性が低下し、期待する耐熱性や長期信頼性が得られないことがある。酸価が150mgKOH/gを超えると、可撓性が失われやすく、かつ長期絶縁特性等が低下する場合がある。なお、樹脂の酸価はJISK5407に準拠して測定をした値である。
 活性エネルギー線硬化性化合物としては、エチレン性不飽和基を2個以上含む化合物であるアクリル系共重合体、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、ウレタン(メタ)アクリレート樹脂が挙げられる。
 バインダー(B)の含有量は、放電ギャップ充填用組成物全体から(A1)成分、(A2)成分、および必要に応じて添加するその他の成分の含有量を差し引いた値となり、放電ギャップ充填用組成物固形分中、好ましくは5質量%以上97質量%以下であり、より好ましくは20質量%以上70質量%以下である。
 [その他の成分]
 本発明の放電ギャップ充填用組成物は、上述した金属粉末(A1)、アルミニウム粉末(A2)、バインダー成分(B)、必要に応じて、層状物質、硬化触媒、硬化促進剤、充填剤、溶剤、発泡剤、消泡剤、レベリング剤、滑剤、可塑剤、抗錆剤、粘度調整剤、着色剤等を含有することができる。また、シリカ粒子などの絶縁性粒子を含有することができる。
 [放電ギャップ充填用組成物の製造方法]
 本発明の放電ギャップ充填用組成物は、たとえば、金属粉末(A1)、アルミニウム粉末(A2)、および前記バインダー成分(B)の他、その他の成分である溶剤、充填剤、硬化触媒などを、ディスパー、ニーダー、3本ロールミル、ビーズミル、自転公転型撹拌機などを用いて分散、混合することにより製造することができる。混合の際は、相溶性を良好にするために充分な温度に加温してもよい。前記の分散、混合の後、必要に応じてさらに硬化促進剤を加えて混合して、調製することができる。
 <静電放電保護体>
 本発明の静電放電保護体は、少なくとも2つの電極と、前記2つの電極間に放電ギャップとを有する静電放電保護体であって、上述した放電ギャップ充填用組成物を前記放電ギャップに充填して形成される放電ギャップ充填部材を有することを特徴としている。
 前記2つの電極は、一定の距離を置いて配置される。この2つの電極間の空間は放電ギャップとなる。前記放電ギャップ充填部材は、この放電ギャップに形成されている。つまり、前記2つの電極は放電ギャップ充填部材を介して連結されている。前記放電ギャップ充填部材は、上述した放電ギャップ充填用組成物により形成される。
 本発明の静電放電保護体の一つの態様は、
 所定間隔離間して配置された2つの導電体と、
 2つの孔を有し、1つの孔および他の1つの孔が前記各導電体上に対面するように配置される板状の絶縁基材と、
 前記絶縁基材の少なくとも一部を覆うように充填された放電キャップ充填部材とを有する静電放電保護体であって、
 前記絶縁基材は少なくとも前記各導電体の電極となる部分を露出させた態様で前記2つの導電体に跨るように配置されており、かつ、前記絶縁基材の前記2つの孔は、前記放電キャップ充填部材で覆われ、両者が最も近接している箇所において放電ギャップを形成している。
 上記態様における電極は、上記2つの導電体の絶縁基材に覆われていない部分である。また、上記2つの孔が互いに最も近接しているところの導電体間の距離、つまり2つの孔間の最短距離に絶縁基材の厚さの2倍を加えた距離が放電ギャップの幅となる。前記放電ギャップ充填部材は、この放電ギャップに形成されている。つまり、前記2つの導電体は放電ギャップ充填部材を介して連結されている。前記放電ギャップ充填部材は、上述した放電ギャップ充填用組成物により形成される。
 本発明の静電放電保護体は、静電放電時にデバイスを保護するため、過電流をアースに逃すための保護回路として用いられる。
 本発明の静電放電保護体は、上述した放電ギャップ充填用組成物を前記放電ギャップに充填して形成される放電ギャップ充填部材を有するので、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性に優れる。すなわち、本発明の静電放電保護体は、通常作動時の低い電圧のときには、高い電気抵抗値を示し、電流をアースに逃がさずデバイスに供給することができる。一方、静電放電が生じたときには、即座に低い電気抵抗値を示し、過電流をアースに逃し、過電流がデバイスに供給されるのを阻止することができる。静電放電の過渡現象が解消したときには、高い電気抵抗値に戻り、電流をデバイスに供給することができる。
 また、本発明の静電放電保護体は、2つの電極間の放電ギャップに、絶縁性のバインダー成分(B)を有する放電ギャップ充填用組成物を充填しているため、通常作動時に漏れ電流は発生しない。例えば、2つの電極間にDC10V以下の電圧を印加した場合の抵抗値を1010Ω以上にすることが可能となり、静電放電保護を実現することができる。
 本発明の静電放電保護体は、上述した放電ギャップ充填用組成物を用いて、次のようにして放電ギャップ充填部材を形成することによって製造することができる。
 すなわち、まず上述した方法で放電ギャップ充填用組成物を調製する。該放電ギャップ充填用組成物を、放電ギャップとなる2つの電極間または2つの孔間を覆うように、ポッティングまたはスクリーン印刷などの方法で塗布し、必要に応じて加熱して、固化または硬化させて放電ギャップ充填部材を形成する。
 前記放電ギャップの幅は、300μm以上1mm以下であることが好ましく、400μm以上1mm以下であるとより好ましく、600μm以上800μm以下であるとさらに好ましい。放電ギャップの幅が1mmを超える場合は、静電放電時の作動性が低下する傾向がある。また、300μm未満の場合は、静電放電後の絶縁性の回復が困難な場合があり、性能にばらつきが生じる傾向がある。ここで、放電ギャップの幅とは、電極間の最短距離を意味し、放電ギャップ間に本願の放電ギャップ充填用組成物が存在する場合はこれを介して電流が流れるときの最短の道のりを意味する。また、放電ギャップ間に導電性の異なるものが介在し、相対的に導電性の良好な部分のみを導通する場合には、放電ギャップの幅はその導通する経路の最短距離を意味する。
 静電放電保護体の好ましい電極の形状は、回路基板の状態に合わせて任意に設定できるが、小型化を考慮した場合、断面形状が矩形型の膜状で、例えば厚さ20~200μmの形状を例示できる。
 静電放電保護体の好ましい電極の幅は、300μm以上である。前記範囲であると静電放電時のダメージを分散できる。
 本発明の静電放電保護体は、前記放電ギャップ充填部材の表面に保護層が形成されていることが好ましい。
 上述した放電ギャップ充填用組成物は、放電ギャップを設けた基材の材質によっては基材との密着性が不充分であったり、静電放電が非常に高エネルギーである場合や、金属粉末(A1)およびアルミニウム粉末(A2)の含有量が高い場合がある。
 このような場合でも、本発明の静電放電保護体は、放電ギャップ充填部材を形成した後、この放電ギャップ充填部材を覆うように、後述する樹脂組成物等の保護層を設けると、より高電圧耐性が付与されて、優れた繰り返し耐性を維持することができる。
 保護層として用いる樹脂としては、天然樹脂、変性樹脂またはオリゴマー合成樹脂等が挙げられる。
 天然樹脂としてはロジンが代表的である。変性樹脂としては、ロジン誘導体、ゴム誘導体等が挙げられる。オリゴマー合成樹脂としては、シリコン樹脂等が挙げられ、静電放電保護体のポリシロキサン化合物と併用されるような、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、マレイン酸誘導体、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、イミド樹脂、アミック酸樹脂、イミド・アミド樹脂等が挙げられる。
 また、保護層として樹脂組成物を用いることができる。
 前記樹脂組成物としては、その塗膜強度を保つために、熱または紫外線で硬化させることのできる硬化性樹脂を含むことが好ましい。
 熱硬化性樹脂としては、カルボキシル基含有ウレタン樹脂、エポキシ化合物、あるいは酸無水物基、カルボキシル基、アルコール性基、アミノ基を含有する化合物とエポキシ化合物との組み合わせ、カルボキシル基、アルコール性基、アミノ基を含有する化合物とカルボジイミドを含有する化合物との組み合わせが挙げられる。
 エポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、N-グリシジル型エポキシ樹脂、ビスフェノールAのノボラック型エポキシ樹脂、キレート型エポキシ樹脂、グリオキザール型エポキシ樹脂、アミノ基含有エポキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノリック型エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、ε-カプロラクトン変性エポキシ樹脂等の、一分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物が挙げられる。
 また、難燃性付与のために、塩素、臭素等のハロゲンや燐等の原子がその構造中に導入されたエポキシ化合物を使用してもよい。さらに、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ジグリシジルフタレート樹脂、ヘテロサイクリックエポキシ樹脂、ビキシレノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂およびテトラグリシジルキシレノイルエタン樹脂等を使用してもよい。
 紫外線硬化性樹脂としては、エチレン性不飽和基を2個以上含む化合物であるアクリル系共重合体、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、ウレタン(メタ)アクリレ-ト樹脂が挙げられる。
 保護層を形成する樹脂組成物は、必要に応じて、硬化促進剤、充填剤、溶剤、発泡剤、消泡剤、レベリング剤、滑剤、可塑剤、抗錆剤、粘度調整剤、着色剤等を含有することができる。
 保護層の膜厚は、特に限定しないが、0.1μm~1mmであることが好ましい。また、保護層は、放電ギャップ充填用組成物により形成した放電ギャップ充填部材を完全に覆うことが好ましい。保護層に欠損があると、静電放電時の高いエネルギーでクラックを発生させる可能性が高くなる。
 図1は、本発明の静電放電保護体の一具体例である静電放電保護体11の縦断面図を表す。静電放電保護体11は、電極12A、電極12Bおよび放電ギャップ充填部材13から形成される。電極12Aおよび電極12Bは、その軸方向を一致させ、それぞれの先端面を向かい合わせるように配置されている。電極12Aおよび電極12Bの、向かい合った端面間には放電ギャップ14が形成されている。放電ギャップ充填部材13は、放電ギャップ14に形成され、さらに電極12Aの、電極12Bの先端面と向かい合っている方の先端部、および電極12Bの、電極12Aの先端面と向かい合っている方の先端部を上側から覆うように、これらの先端部に接して設けられている。放電ギャップ14の幅、すなわち互いに向かい合っている電極12Aと電極12Bとの先端面間の距離は、300μm以上1mm以下であることが好ましい。
 図2は、本発明の静電放電保護体の他の具体例である静電放電保護体21の縦断面図を表す。静電放電保護体21は、電極22A、電極22Bおよび放電ギャップ充填部材23から形成される。電極22Aおよび電極22Bは、互いに平行に、それぞれの先端部が鉛直方向で重なるように対置されている。電極22Aおよび電極22Bが鉛直方向に重なっている部分には放電ギャップ24が形成されている。放電ギャップ充填部材23は、断面矩形状であり、放電ギャップ24に形成されている。放電ギャップ24の幅、すなわち電極22Aおよび電極22Bが鉛直方向に重なっている部分の電極22Aと電極22Bとの距離は、300μm以上1mm以下であることが好ましい。
 図3は、本発明の静電放電保護体の一具体例である静電放電保護体31の縦断面図を表す。静電放電保護体31は、例えばポリイミドフィルムからなる基材上に形成され、電極32A、電極32B、放電ギャップ充填部材33および保護層35から形成される。電極32Aおよび電極32Bは、その軸方向を一致させ、それぞれの先端面を向かい合わせるように配置されている。電極32Aおよび電極32Bの、向かい合った端面間には放電ギャップ34が形成されている。放電ギャップ充填部材33は、放電ギャップ34に形成され、さらに電極32Aの、電極32Bの先端面と向かい合っている方の先端部、および電極32Bの、電極32Aの先端面と向かい合っている方の先端部を上側から覆うように、これらの先端部に接して設けられている。放電ギャップ34の幅、すなわち互いに向かい合っている電極32Aと電極32Bとの先端面間の距離は、300μm以上1mm以下であることが好ましい。
 図4は本発明の静電放電保護体41の一具体例を表わし、図5は、図4の本発明の静電放電保護体41の点線の箇所における静電縦断面図を表す。静電放電保護体41は、例えば銅などの導電体42Aおよび42B、例えばガラスエポキシ基板などの絶縁基材43、放電ギャップ充填部材44からなる。導電体42Aと42Bとは、一定の間隔を開けて配置されている。絶縁基材43は、一定の間隔を開けて2つの孔が設けられ、図5に示すように導電体42Aおよび42Bを跨いで、かつ導電体42Aおよび42Bそれぞれの全面を覆わないように、かつ2つの孔45Aおよび45Bが1つずつ導電体42Aおよび42Bの上に載るように配置されている。放電ギャップ充填部材44は、絶縁基材43の2つの孔45Aおよび45Bを塞いで、絶縁基材43上に形成されており、該2つの孔を通して導電体42Aおよび42Bと接している。導電体42Aおよび42Bの絶縁基材43からはみ出した部分が電極となる。絶縁基材43の2つの孔においてお互いに最も近接しているところの間隔に絶縁基材の厚さの2倍を加えた距離46がこの場合の放電ギャップの幅となり、これは、300μm以上1mm以下であることが好ましい。
 上記のように、放電ギャップと、放電ギャップ充填用組成物で形成される放電ギャップ充填部材は、必ずしも同一の基板に存在しなくてもよい。例えば、ICチップ搭載用基板のように、絶縁性基材に300μm~1000μmの間隔で2つの孔を作成し、2枚の銅箔板をそれぞれの孔を塞ぐように接着した場合でも、2つの孔を跨ぐように絶縁性基材に放電ギャップ充填用組成物を充填すると静電放電保護体となる。
 [用途]
 本発明の電子回路基板は、上述した静電放電保護体を有する。したがって、本発明の電子回路基板は、静電気放電を受けても、静電気による破壊を受け難くなる傾向がある。
 また、本発明のフレキシブル電子回路基板は、上述した静電放電保護体を有する。したがって、本発明のフレキシブル電子回路基板は、静電気放電を受けても、静電気による破壊を受け難くなる傾向がある。
本発明のICチップ搭載用基板は、上述した静電放電保護体を有する。したがって、本発明のICチップ搭載用基板は、静電気放電を受けても、静電気による破壊を受け難くなる傾向があるため、スマートカード、BGA、CSP、COBに適用できる。
 本発明の電子機器は、前記電子回路基板、前記フレキシブル電子回路基板またはICチップ搭載用基板を有する。したがって、本発明の電子機器は、静電気放電を受けても、静電気による破壊を受け難くなる傾向がある。
 次に本発明について実施例を示してさらに具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
 本実施例で得られた静電放電保護体の各特性を以下のとおり評価した。
 <通常作動電圧時の絶縁性の評価方法>
静電放電保護体の両端の電極部について、絶縁抵抗計「MEGOHMMETER SM-8220」(DKK-TOA CORPORATION製)を用いて、DC10V印加における抵抗を「通常作動時の抵抗」として測定した。当該測定値から、静電放電保護体の通常作動電圧時の絶縁性を以下の基準で評価した。
 (基準)
 A:電気抵抗値が1010Ω以上を示す
 B:電気抵抗値が1010Ω未満を示す。
 <作動電圧の評価方法>
 半導体用静電気試験器ESS-6008(NOISE LABORATORY社製)を用い、得られた静電放電保護体に対して、最初に500Vの印加をして、50V刻みで印加電圧を上げて電流測定を行い、放電電流が流れた印加電圧を「作動電圧」として評価した。最初の500Vの印加で放電電流が計測された場合は、作動電圧を500Vとした。
 <耐電圧性の評価方法>
 静電放電保護体を、半導体用静電気試験器ESS-6008(NOISE LABORATORY社製)にとりつけ、8kVの印加電圧を与えた後、絶縁抵抗計MEGOHMMETER SM-8220を用いて、DC10V印加における抵抗値を測定した。当該抵抗値を、「耐電圧性」として以下の基準で評価した。
 (基準)
 A:10回以上印加した後も1010Ω以上を示す
 B:5~9回印加すると、105Ω未満を示す。
 C:2~4回印加すると、108Ω未満を示す。
 D:1回印加すると、108Ω未満を示す。
 本実施例における測定値は以下の方法で測定した。
 明細書における各数値も下記測定方法により求めた値である。
 <平均粒子径>
 サンプル50mgを秤量し、50mLの蒸留水に添加し、さらに2%Triton(GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社製の界面活性剤の商品名)水溶液0.2mlを加えて、出力150Wの超音波ホモジナイザーで3分間分散させた後、レーザー回折式粒度分布計、例えばレーザー回折式光散乱式粒度分布計(商標:マイクロトラックMT3300、日機装社製)で測定して得られた累積50質量%径で評価した。
 <数平均分子量>
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定し、ポリスチレン換算した値で示した。
 <酸価>
JISK5407に準拠して測定した。
<平均アスペクト比>
 サンプル1gを秤量し、プロピレングリコールモノメチルエーテル3gを加えて、出力150Wの超音波ホモジナイザーで3分間分散させた後、アクリル樹脂(商品名アクリック#2000 関西ペイント株式会社製)10gを加えて攪拌し、イミドフィルムに塗布し、150℃で5分間硬化させた。この硬化物の断面を走査型電子顕微鏡(商標:JSM-5500LV、日本電子製)で1000~2000倍で観察し、任意に選択した10個の一次粒子の最も長い軸(長辺)の長さ(L)と最も短い軸(短辺)の長さ(d)を測定して、平均アスペクト比(L/d)を評価した。
 <静電放電保護体C>
 実施例で用いた静電放電保護体C1~C11は、以下のように製造した。
 膜厚25μmのポリイミドフィルム上に一対の電極パターン(膜厚12μm、電極幅2mm)を形成した配線基板に、実施例で得られた各放電ギャップ充填用組成物を、針先が直径2mmで平坦なニードルを用いて塗布し、電極パターンに跨って放電ギャップに充填し、150℃恒温器内で60分保持して放電ギャップ充填部材を形成し静電放電保護体を作成した。
 作動電圧の評価に用いた静電放電保護体は、電極パターンの放電ギャップの幅が、300μm、500μmおよび1mmであるものを製造した。
 <静電放電保護体D>
実施例で用いた静電放電保護体D1~D11は、以下にように製造した。
約15mm角、肉厚75μmのポリイミドフィルム「UPILEX 75S 宇部興産(株)製」に、約3mm角の四角の孔を、0.5mmの間隔で2つ開ける。約10mm角に裁断した銅張積層板を2枚用意し、銅張側が孔に向くように、孔1つに対して1枚張り合わせる。2枚の銅張積層板は互いに接触しないように設置する。ポリイミドフィルムの2つの孔を跨ぐように、実施例で得られた各放電ギャップ充填用組成物を、針先が直径2mmで平坦なニードルを用いて塗布し、150℃恒温器内で60分保持して放電ギャップ充填部材を形成し、図4や図5に示す構造を有する静電放電保護体を作成した。
 <金属粉末(A1)の調製例1>
 当該アルミ粒子の表面を、以下のとおり金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆した。金属アルコキシドとしては、テトラエトキシシランを用いた。
 昭和アルミパウダー社製の薄片状のアルミ粒子(商品名:2173、固形分65%、平均アスペクト比:68、平均粒子径:9μm)を76g取り、プロピレングリコールモノメチルエーテル724gに分散させた。この分散液にイオン交換水169gおよび25質量%アンモニア水を32g添加し、攪拌して、アルミパウダースラリーを得た。このアルミパウダースラリーの液温を30℃に保持した。
 次に、テトラエトキシシラン13.2gをプロピレングリコールモノメチルエーテル13.2gで希釈した。この希釈液を12時間かけて、一定速度で前記アルミパウダースラリーに滴下し、テトラエトキシシランの加水分解生成物によるアルミ粒子の表面被覆を行なった。
 滴下後は12時間攪拌を継続し、温度は30℃に保持した。その後、該反応液をろ過してアルミニウムケーキを得て、さらに、プロピレングリコールモノメチルエーテルで、得られたアルミニウムケーキを洗浄した。洗浄したアルミニウムケーキをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 500gに再び分散した後、110℃90分間加熱したのち、室温まで放冷した。その後、該反応液をろ過してアルミニウムケーキを得た。その後、40℃で溶剤を飛散させて、アルミニウム固形分が41質量%のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含むペースト(以下「アルミパウダー含有ペーストA1-1」という。)にした。
 固形分の算出については、抜き出したペースト1gを120℃で1時間乾燥させた残量を、乾燥前のペースト量で割ったものを固形分とした。なお、40℃での溶剤の飛散操作は、固形分が41質量%になることを確認して終了とした。
 <金属粉末(A1)の調製例2>
 昭和アルミパウダー社製の薄片状のアルミ粒子(商品名:2173、固形分65%、平均アスペクト比:68、平均粒子径:9μm)を76gおよびテトラエトキシシラン16.5gをプロピレングリコールモノメチルエーテル400gに分散させ、110℃、2時間加熱した。この分散液を室温まで放冷した後、イオン交換水180gおよび25質量%アンモニア水を12g添加して1時間攪拌した。さらに、イオン交換水360gとアンモニア水を20g加えて1時間攪拌したのち、該反応液をろ過してアルミニウムケーキを得て、さらに、プロピレングリコールモノメチルエーテルで、得られたアルミニウムケーキを3回洗浄した。洗浄したアルミニウムケーキをトリアセチン500gに再び分散し、110℃90分間加熱したのち、室温まで放冷した。その後、該反応液をろ過してアルミニウムケーキを得て、さらに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで、得られたアルミニウムケーキを3回洗浄した。その後、40℃で溶剤を飛散させて、アルミニウム固形分が41質量%のプロピレングリコールモノメチルエーテルおよび水を含むペースト(以下「アルミパウダー含有ペーストA1-2」という。)にした。
 <バインダー成分(B)の合成例>
 硬化剤添加前のバインダー成分(B)として、熱硬化性ウレタン樹脂を以下のように合成した。
 攪拌装置、温度計、コンデンサーを備えた反応容器に、ポリカーボネートジオールとしてC-1015N(株式会社クラレ製ポリカーボネートジオール、原料ジオールモル比:1,9-ノナンジオール:2-メチル-1,8-オクタンジオール=15:85、分子量964)718.2g、カルボキシル基を有するジヒドロキシル化合物として2,2-ジメチロールブタン酸(日本化成株式会社製)136.6g、溶媒としてジエチレングリコールエチルエーテルアセテート(ダイセル化学株式会社製)1293gを仕込み、90℃ですべての原料を溶解した。
 この原料を溶解した液の温度を70℃まで下げ、滴下ロートにより、ポリイソシアネートとしてメチレンビス(4-シクロヘキシルイソシアネート)(住化バイエルウレタン(株)製、商品名「デスモジュール-W」)237.5gを30分かけて滴下した。
 滴下終了後、80℃で1時間、90℃で1時間、100℃で1.5時間反応を行い、ほぼイソシアネートが消失したことを確認した後、イソブタノール(和光純薬株式会社製)2.13gを滴下し、更に105℃にて1時間反応を行い、カルボキシル基含有ウレタン樹脂(以下「熱硬化性ウレタン樹脂」とも記す。)を得た。
 得られた熱硬化性ウレタン樹脂の数平均分子量は6090、固形分酸価は40.0mgKOH/gであった。得られた熱硬化性ウレタン樹脂にγ-ブチロラクトンを加えて固形分45質量%になるように希釈して溶液(以下「熱硬化性ウレタン樹脂溶液」とも記す。)を得た。
[実施例1]
 <放電ギャップ充填用組成物の調製>
 調製したアルミパウダー含有ペーストA1-1(固形分41質量%)48.8g、昭和アルミパウダー社製の薄片状アルミニウム粉末A2-1(商品名:576PS、平均粒子径:20μm、固形分65質量%、平均アスペクト比:23)13.2g、合成例で調製した熱硬化性ウレタン樹脂溶液(固形分45質量%)37.8g、硬化剤としてジャパンエポキシレジン社製エポキシ樹脂(商品名:JER604)を1.9g加えて、ホモジナイザーを用いて2000rpmで15分間攪拌して、放電ギャップ充填用組成物1を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物1を用いて前記方法で静電放電保護体C1および静電放電保護体D1を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[実施例2]
<放電ギャップ充填用組成物の調製>
 調製したアルミパウダー含有ペーストA1-1(固形分41質量%)48.8g、東洋アルミパウダー社製の球状アルミニウム粉末A2-2(商品名:08-0076、平均粒子径:6.8μm、固形分99質量%、平均アスペクト比:1)20.2g、合成例で調製した熱硬化性ウレタン樹脂溶液(固形分45質量%)43.3g、およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート40gを加え、硬化剤としてJER604を2.0g加えて、ホモジナイザーを用いて2000rpmで15分間攪拌して、放電ギャップ充填用組成物2を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物2を用いて前記方法で静電放電保護体C2および静電放電保護体D2を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[実施例3]
<放電ギャップ充填用組成物の調製>
 調製したアルミパウダー含有ペーストA1-2(固形分41質量%)48.8g、大和金属粉工業社製の薄片状アルミニウム粉末A2-3(商品名:40、平均粒子径:65μm、固形分99質量%、平均アスペクト比:10)5.1g、合成例で調製した熱硬化性ウレタン樹脂溶液(固形分45質量%)33.3g、およびトリアセチン45gを加え、硬化剤としてJER604を1.7g加えて、ホモジナイザーを用いて2000rpmで15分間攪拌して、放電ギャップ充填用組成物3を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物3を用いて前記方法で静電放電保護体C3および静電放電保護体D3を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[実施例4]
<放電ギャップ充填用組成物の調製>
 調製したアルミパウダー含有ペーストA1-2(固形分41質量%)48.8g、昭和アルミパウダー社製の薄片状アルミニウム粉末A2-4(商品名:552N、平均粒子径:24μm、固形分65質量%、平均アスペクト比:31)13.2g、合成例で調製した熱硬化性ウレタン樹脂溶液(固形分45質量%)37.8g、硬化剤としてJER604を1.9g加えて、ホモジナイザーを用いて2000rpmで15分間攪拌して、放電ギャップ充填用組成物4を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物4を用いて前記方法で静電放電保護体C4および静電放電保護体D4を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[実施例5]
<放電ギャップ充填用組成物の調製>
 調製したアルミパウダー含有ペーストA1-1(固形分41質量%)48.8g、昭和アルミパウダー社製の薄片状アルミニウム粉末A2-5(商品名:205N、平均粒子径:6μm、固形分65質量%、平均アスペクト比:17)13.2g、合成例で調製した
熱硬化性ウレタン樹脂溶液(固形分45質量%)37.8g、硬化剤としてJER604を1.9g加えて、ホモジナイザーを用いて2000rpmで15分間攪拌して、放電ギャップ充填用組成物5を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物5を用いて前記方法で静電放電保護体C5および静電放電保護体D5を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[実施例6]
<放電ギャップ充填用組成物の調製>
 調製したアルミパウダー含有ペーストA1-1(固形分41質量%)48.8g、昭和アルミパウダー社製の薄片状アルミニウム粉末A2-6(商品名:SL850、平均粒子径:23μm、固形分65質量%、平均アスペクト比:28)13.2g、合成例で調製した熱硬化性ウレタン樹脂溶液(固形分45質量%)37.8g、硬化剤としてJER604を1.9g加えて、ホモジナイザーを用いて2000rpmで15分間攪拌して、放電ギャップ充填用組成物6を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物6を用いて前記方法で静電放電保護体C6および静電放電保護体D6を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[実施例7]
<放電ギャップ充填用組成物の調製>
 調製したアルミパウダー含有ペーストA1-1(固形分41質量%)48.8g、昭和アルミパウダー社製の薄片状アルミニウム粉末A2-7(商品名:LB582、平均粒子径:23μm、固形分65質量%、平均アスペクト比:9)13.2g、合成例で調製した熱硬化性ウレタン樹脂溶液(固形分45質量%)37.8g、硬化剤としてJER604を1.9g加えて、ホモジナイザーを用いて2000rpmで15分間攪拌して、放電ギャップ充填用組成物7を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物7を用いて前記方法で静電放電保護体C7および静電放電保護体D7を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[比較例1]
 <放電ギャップ充填用組成物の調製>
 昭和アルミパウダー社製の薄片状アルミニウム粉末(商品名:576PS、平均粒子径:20μm、固形分65質量%、平均アスペクト比:23)を添加せず、アルミパウダー含有ペーストA1-1のみ 69.7gを使用した以外は、実施例1と同様にして、放電ギャップ充填用組成物8を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物8を用いて前記方法で静電放電保護体C8および静電放電保護体D8を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[比較例2]
 <放電ギャップ充填用組成物の調製>
 アルミパウダー含有ペーストA1-1を添加せず、昭和アルミパウダー社製の薄片状アルミニウム粉末A2-1(商品名:576PS、平均粒子径:20μm、固形分65質量%、平均アスペクト比:23)のみ 44.4gを使用した以外は、実施例1と同様にして、放電ギャップ充填用組成物9を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物9を用いて前記方法で静電放電保護体C9および静電放電保護体D9を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[比較例3]
 <放電ギャップ充填用組成物の調製>
 薄片状アルミニウム粉末の代わりに、日興リカ(株)製のスパイク状ニッケル粉末A2-8(商品名:ニッケルパウダー#123、平均粒子径5μm、固形分99質量%、平均アスペクト比:1)17.2gを使用した以外は、実施例1と同様にして、放電ギャップ充填用組成物10を得た。
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物10を用いて前記方法で静電放電保護体C10および静電放電保護体D10を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
[比較例4]
 <静電放電保護体の作製および評価>
 放電ギャップ充填用組成物を放電ギャップに充填しない静電放電保護体C11および静電放電保護体D11を得て、通常作動時の絶縁性、作動電圧、耐電圧性を評価した。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表中のA1/A2および(A1+A2)/バインダー成分(B)は質量比を示す。なお、バインダー成分(B)は硬化剤を含む。
 表1の結果より、金属の一次粒子の表面が金属アルコキシドの加水分解生成物で被覆された金属粉末(A1)を放電ギャップ充填用組成物として配合すると、通常作動時の絶縁性が保てることがわかった(実施例1~7、比較例1および比較例3参照)。実施例1~7は、金属アルコキシドの加水分解生成物で被覆された金属粒子(A1)にアルミニウム粉末(A2)を混合することで、300μm以上の放電ギャップ距離を有する静電放電保護体を形成しても作動性が優れること、特に実施例1と実施例3~7では、アルミニウム粉末(A2)の形状が薄片状であるため、より作動性が向上し、作動電圧を下げることが可能となった。また、アルミニウム粉末(A2)の平均粒子径がより好ましい範囲である実施例1、実施例4、実施例6および実施例7は、さらに耐電圧性を付与することができた。
 アルミニウム粉末(A2)を含まない比較例1と比較例3は、通常作動時の絶縁性は保てるが、放電ギャップの幅が1mmの場合に、静電放電保護体を形成していない比較例4の場合と同じ作動電圧となり、効果が発現できないことがわかった。比較例2は、金属の一次粒子の表面が金属アルコキシドの加水分解生成物で絶縁被覆された金属粉末(A1)を含まないため、通常作動時の絶縁性が低いだけでなく、耐電圧性も著しく劣り、静電放電保護体として機能しないことが判明した。
 金属の一次粒子の表面が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆された金属粉末(A1)、金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されていないアルミニウム粉末(A2)ならびにバインダー成分(B)を含む放電ギャップ充填用組成物を使うことで、低コストで自由度の高い、作動性に優れた静電放電保護体が得られる。
11・・・静電放電保護体
12A・・電極
12B・・電極
13・・・放電ギャップ充填部材
14・・・放電ギャップ
21・・・静電放電保護体
22A・・電極
22B・・電極
23・・・放電ギャップ充填部材
24・・・放電ギャップ
31・・・静電放電保護体
32A・・電極
32B・・電極
33・・・放電ギャップ充填部材
34・・・放電ギャップ
35・・・保護層
41・・・静電放電保護体
42A・・導電体(露出部が電極)
42B・・導電体(露出部が電極)
43・・・絶縁基材
44・・・放電ギャップ充填部材
45A・・絶縁基材の孔
45B・・絶縁基材の孔
46・・・放電ギャップの幅

Claims (19)

  1.  金属粉末(A1)、アルミニウム粉末(A2)およびバインダー成分(B)を含み、
    前記金属粉末(A1)が、金属の一次粒子の表面の少なくとも一部が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されたものであり、
    前記アルミニウム粉末(A2)が、アルミニウムの一次粒子の表面が金属アルコキシドの加水分解生成物からなる膜で被覆されていないものであることを特徴とする放電ギャップ充填用組成物。
  2.  金属粉末(A1)の金属の一次粒子の形状およびアルミニウム粉末(A2)の一次粒子の形状が、いずれも薄片状であることを特徴とする請求項1に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  3.  金属粉末(A1)の金属の一次粒子の平均粒子径が1~15μmであり、かつアルミニウム粉末(A2)の一次粒子の平均粒子径が5~70μmであることを特徴とする請求項1または2に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  4.  前記金属粉末(A1)の金属の金属元素が、マンガン、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、バナジウム、ニッケル、コバルト、クロム、マグネシウム、チタンまたはアルミニウムから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  5.  前記金属粉末(A1)の金属の金属元素が、アルミニウムであることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  6.  放電ギャップ充填用組成物中の金属粉末(A1)とアルミニウム粉末(A2)との質量比が98:2~20:80であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  7.  前記金属アルコキシドが、下記一般式(1)で表されることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の放電ギャップ充填用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)中、Mは金属原子であり、Oは酸素原子であり、Rはそれぞれ独立に炭素数1~20のアルキル基であり、nは1~40の整数である。)
  8.  前記一般式(1)におけるMが、ケイ素、チタン、ジルコニウム、タンタルまたはハフニウムであることを特徴とする請求項7に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  9.  前記金属粉末(A1)および/またはアルミニウム粉末(A2)における金属の一次粒子の表面に自己酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項1~8のいずれか一項に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  10.  前記バインダー成分(B)が、熱硬化性化合物または活性エネルギー線硬化性化合物を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項1~9のいずれか一項に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  11.  前記バインダー成分(B)が、熱硬化性ウレタン樹脂を含むことを特徴とする請求項10に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  12.  放電ギャップ充填用組成物の固形分中の金属粉末(A1)および金属粉末(A2)の合計の含有量が3~95質量%であり、バインダー(B)の含有量が5~97質量%であることを特徴とする請求項1~11のいずれか一項に記載の放電ギャップ充填用組成物。
  13.  少なくとも2つの電極と、前記2つの電極間に放電ギャップとを有する静電放電保護体であって、
     請求項1~12のいずれか一項に記載の放電ギャップ充填用組成物を前記放電ギャップに充填して形成される放電ギャップ充填部材を有することを特徴とする静電放電保護体。
  14.  前記放電ギャップの幅が300μm以上1mm以下であることを特徴とする請求項13に記載の静電放電保護体。
  15.  前記放電ギャップ充填部材の表面に保護層が形成されていることを特徴とする請求項13または14に記載の静電放電保護体。
  16.  請求項13~15のいずれか一項に記載の静電放電保護体を有する電子回路基板。
  17.  請求項13~15のいずれか一項に記載の静電放電保護体を有するフレキシブル電子回路基板。
  18.  請求項13~15のいずれか一項に記載の静電放電保護体を有するICチップ搭載用基板。
  19.  請求項16に記載の電子回路基板、請求項17に記載のフレキシブル電子回路基板または請求項18に記載のICチップ搭載用基板を有する電子機器。
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