JP5675975B2 - 接着剤組成物及び接着フィルム - Google Patents

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Description

本発明は接着剤組成物及び接着フィルムに関するものであり、例えばタッチパネルの信号引き出し回路とフレキシブルプリント基板との接続等に好適に用いられる接着剤組成物及び接着フィルムに関するものである。
タッチパネルの信号引き出し回路とフレキシブルプリント基板との接続等には、異方導電性ペーストが従来から使用されている。異方導電性ペーストは膜厚の均一性の向上が従来からの課題であり、かつ昨今は静電容量タイプのタッチパネルの増勢に従い、ファインピッチ化された部分への接続対応も要求されるようになってきている。
従来の異方導電性ペーストとしては、クロロプレンタイプが一般に使用されていた(例えば特許文献1)。このタイプはタックフリーであり、短期間ではあるが常温保存が可能であるという長所を有する。
しかしながら、近年の環境問題や安全性への要求の高まりから、接着剤にもハロゲンフリーの要請が強くなってきている。また、従来のクロロプレンタイプは、用途によっては、接着強度や長期信頼性、作業性の点で必ずしも満足の行くものではなく、特に基板の接続に用いられる接着剤組成物としては長期信頼性が十分とは言えないという問題があった。
そこで、本発明者らは、接着強度、長期信頼性、作業性等も優れたハロゲンフリーの異方導電性ペーストであって、上記のような基板の接続にも好適に用いられる接着剤組成物として、ポリエーテルエステルアミドとスチレン−イソブチレン−スチレン系オレフィンエラストマー(SIBS)等からなるものを提案している(特許文献2)。
ところが、近年、携帯電話等の電子機器が急速に広画面化し、それに伴いタッチパネルの信号引き出し回路とフレキシブルプリント基板とを接続する接着面積は狭小化している。それにもかかわらず接着剤には従来と同等かそれ以上の接着性が要求されるので、接着剤の密着性のさらなる向上が急務となっている。
また、電子製品の多種多様化に伴い、タッチパネルの基材や配線材料も多様化し、接着剤にはこれら種々の材料に対応できることが求められている。
特開2004−143219号公報 特開2010−168510号公報
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、ハロゲンフリーで、種々の材料に対する密着性や長期信頼性が従来よりも一層向上した接着剤組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、特定のポリエ−テルエステルアミドをベースにある種のポリエステル樹脂を添加することにより、密着性が顕著に向上しうることを見出し、本発明の完成に至った。
すなわち本発明の接着剤組成物は、ポリエーテルエステルアミド100重量部に対し、結晶性ポリエステル1〜100重量部、及びシリカ20〜110重量部を含有してなるものとする。
本発明の接着剤組成物には、導電性粒子を含有させることもできる。導電性粒子としては金属コーティング樹脂ボールが好適に用いられる。
本発明の接着剤組成物において、上記結晶性ポリエステルは、分子量が10000〜35000の範囲内であり、ガラス転移点が−70〜30℃の範囲内であり、かつ融点が90〜180℃の範囲内であることが好ましい。
本発明の接着フィルムは、上記の接着剤組成物からなるものとする。
本発明によれば、ハロゲンフリーで、密着性や長期信頼性が従来よりも一層向上した接着剤組成物を提供することができる。特に、タッチパネルの基板の一部材質であるポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略記する場合がある)等の非極性材質との密着性を大幅に向上させることができる。
本発明の実施例で用いたフレキシブルプリント基板(以下、FPCと略記する場合がある)1を示す平面図である。 本発明の実施例で用いたポリマー厚膜フィルム(以下、PTFと略記する場合がある)基板2を示す平面図である。 試験用サンプルの、上記FPC1とPTF基板2との接続位置を示す平面図である。 接続抵抗の測定方法を示す平面図である。 90度ピール強度の試験方法を示す斜視図及び断面図である。
以下、本発明の接着剤組成物について詳細に説明する。
本発明で用いるポリエーテルエステルアミド(以下、PEEAと略記する場合がある)は、融点が80℃〜135℃であり、メルトインデックスが5g/10min〜100g/10min(190℃、21.18N)であり、かつ溶剤に可溶であることが好ましい。従来、エラストマーをフィルム化するのは困難であったが、溶剤可溶タイプのポリエーテルエステルアミドの使用により、薄膜フィルム化が容易となる。
本明細書でいう「エラストマー」とは、熱可塑性を有する合成ゴム物質を指すものとする。中でも凝集力の大きなハードセグメントとフレキシブルなソフトセグメントからなる構造を有するものを用いることが好ましい。上記ポリエーテルエステルアミドは、高融点(Tm)のポリアミドをハードセグメントとし、低融点または低ガラス転移点(Tg)のポリエーテルまたはポリエステル鎖をソフトセグメントとした構造を有する。PEEAのハードセグメントの具体例としては、ナイロン12やナイロン6等が挙げられる。ソフトセグメントの具体例としては、脂肪族ポリエーテルあるいは脂肪族ポリエステルが挙げられる。
PEEAは、フレキシブルプリント基板を構成するポリイミドやニッケル−金メッキ銅箔、タッチパネルのITO(酸化インジウムスズ)や銀ペースト等との密着性付与に寄与していると考えられる。
PEEAは、上記の通り溶剤に可溶なものが好ましいが、より具体的にはアミン系溶剤、アルコール系溶剤又はケトン系溶剤に溶解可能なものが好ましい。
アミン系溶剤としては、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、トリブチルアミン、ペンチルアミン、ジペンチルアミン、トリペンチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、アリルアミン、アニリン、N−メチルアニリン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、2−ピロリドン、N−メチルピロリドン、ε−カプロラクタム、カルバミド酸エステル等が挙げられる。
アルコール系溶剤としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)、ベンジルアルコール等が挙げられる。
ケトン系溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、アセトニルアセトン、メシチルオキシド、ホロン、イソホロン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等が挙げられる。
ポリエーテルエステルアミドとしては、−NHや−COOH等の官能基を導入したものも好適に用いることができる。金属、樹脂等の接着対象に応じて適切な官能基を導入することにより、密着力の一層の向上を図ることができる。その場合、アミン価20以下、酸価20以下となるように導入することが望ましい。官能基をそれ以上導入すると、耐湿環境下における剥離強度や接続信頼性の低下等の不具合を招くおそれがある。
PEEAは、公知の方法で製造することができるが、市販されているものを利用することもできる。市販されているものでは、例えば、T&K TOKA(株)製のTPAEシリーズ(溶剤可溶性グレード、ポリエーテルエステルアミドタイプ)を用いることができる。中でも、TPAEシリーズのTPAE−12、TPAE−31、TPAE−32、TPAE−826、PA−200、PA−201等を用途に応じて選択して好適に使用することができる。これらポリエーテルエステルアミドは、2種類以上をブレンドして使用することもできる。
本発明の接着性組成物には、結晶性ポリエステルを所定量含有させる。「結晶性ポリエステル」とは一般には80℃以上の融点を有するポリエステルをいうが、本発明では、「溶媒に可溶なポリエステルであって、溶媒にとかした状態で常温(25℃)ではゲル状であり、かつ70℃以上では液状になるポリエステル」をいうものとする。また、本発明で用いる結晶性ポリエステルは、数平均分子量(Mn)が10000〜35000であることが好ましく、ガラス転移点(Tg)が−70〜30℃であることが好ましく、融点が90〜180℃であることが好ましい。このような結晶性ポリエステルを使用することにより、タッチパネルの基板材料であるPET等の非極性材質との密着性を向上させることができる。また、接着性組成物のチクソ性を改善させて、印刷作業時やコーティング作業時の気泡発生を防止することもできる。
使用可能な結晶性ポリエステルの例としては、アクリル/ポリエステルハイブリッド硬化型樹脂、ブロックイソシアネート硬化型水酸基含有ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂硬化型カルボキシル基含有ポリエステル樹脂、ヒドロキシアルキルアミド硬化型カルボキシル基含有ポリエステル樹脂等が挙げられる。これら結晶性ポリエステルも公知の方法で製造することができるが、市販されているものを利用することもできる。市販されているものでは、例えばDIC株式会社製ファインディック(登録商標)シリーズを用いることができる。中でも、M−8010、M−8020、M−8021、M−8023、M−8076、M−8100、M−8230、M−8240、M−8250、M−8830、M−8842、M−8860、M−8630M−8961、M−8962、A−239−J、A−239−X、M−8420を好適に用いることができる。結晶性ポリエステルとしては、東洋紡績株式会社製バイロン(登録商標)シリーズGM−400、GM−415、GM−443、GM−480、GM−900、GM−913、GM−920、GM−925、GM−990、GA−1200、GA−1300、GA−1310、GA−2310、GA−3200、GA−3410、GA−5300、GA−5310、GA−5410、GA−6300、GA−6400、30Pを用いることができる。中でもGM−900、GM−913、GM−9200、GA−5300を好適に用いることができる。また、結晶性ポリエステルとしては、日本合成化学工業株式会社製ニチゴーポリエスター(登録商標)シリーズも用いることができ、中でも、SP−180、SR−100、VR−300、HR−200、Z−1651ML、Z−1606MLを好適に用いることができる。
上記ポリエステル樹脂の含有量は、ポリエーテルエステルアミド100重量部に対し、1〜100重量部が好ましい。含有量が1重量部未満であると上記密着性向上等の効果が得られず、100重量部を超えると耐熱性が低下するおそれがある。また、プレス時の気泡発生の可能性を考慮すると含有量は2重量部以上であることがより好ましく、耐熱クリープ性を考慮すると40重量部以下であることがより好ましい。
上記結晶性ポリエステルの配合方法は、特に限定されるものではないが、例えば常温で固体である場合は、結晶性ポリエステルを適当な溶媒に溶解させて、PEEAと混合する方法を用いることができる。溶媒としては、上述したPEEAが溶解可能な溶媒を使用することができる。一方、常温で液状の場合は、そのまま添加して撹拌することができる。
配合された結晶性ポリエステルは、PEEA分子間に充填剤のように分散した海島構造を形成することにより、接着剤組成物のチクソ性改善に寄与すると考えられる。また、加熱プレス時には溶融してPET等との密着性向上に寄与すると考えられる。
本発明の接着剤組成物には、さらにシリカを含有させる。シリカを所定量含有させることにより、プレス時の気泡発生等の問題を解決することができる。すなわち、上記PEEA樹脂の溶融粘度が低い場合は、接着時の樹脂のにじみ(レジンフロー)や、印刷作業時やコーティング作業時、プレス時に気泡が発生するという問題が生じることがあるが、シリカを適量使用すると樹脂の溶融粘度調整がなされることによって、これらの問題が改善すると考えられる。
シリカとしては、例えば、(株)アドマテックスのアドマファインシリーズ、日本アエロジル(株)のアエロジル(登録商標)シリーズを用いることができる。
シリカの含有量はポリエーテルエステルアミド100重量部に対し、20〜110重量部が好ましく、50〜90重量部がより好ましい。シリカの含有量が20重量部未満であると上記した気泡発生抑制効果が不十分となり、110重量部を超えると耐熱老化性が低下するおそれがある。
上記本発明の接着剤組成物は、導電性粒子を添加することにより、異方性の導電性を有する導電性ペーストとすることができる。導電性粒子としては、金属コーティング樹脂ボールが好適に用いられる。
金属コーティング樹脂ボールとは、球状樹脂の表面に金属コーティングを施したものであり、特に、芯部分がポリメチルメタクリレート(PMMA)で、ニッケルコーティングを介して金コーティングを施したものが好適に用いられる。金属コーティング樹脂ボールは、金属粉と比較すると粒度分布が顕著に狭く、芯部分が樹脂であることから弾性を有し、接触するガラスやITOを破壊しにくいという長所を有する。また、金属粉と比較して比重が小さいので、組成物中での沈降が起こりにくいという長所も有する。
金属コーティング樹脂ボールは種々の粒径のものが利用できるが、本発明では、通常は平均粒径1〜50μm程度のものを使用し、さらには、10〜35μmのものを好適に用いることができる。
導電性粒子としては、上記金属コーティング樹脂ボール以外に、銅、銀、鉛、亜鉛、鉄、ニッケル等の金属粉や、これらの金属粉やガラス粉等の無機粉に、ニッケル、金、銀、銅等をメッキした粒子も用いることができる。これらの導電性粒子の形状は特に限定されず、真球状、鱗片状、じゃがいも状、針状、不定形状など任意のものを使用できるが、タッチパネルの用途では、真球状、球形に近いじゃがいも状が好ましい。大きさは、平均粒径1〜50μmの範囲が好ましい。
導電性粒子の含有量は接着剤組成物の用途にもよるが、通常は、接着剤組成物中の総樹脂固形分100重量部に対して1〜100重量部の範囲内であるのが好ましい。
上記シリカや導電性粒子には、シランカップリング剤を添加することが好ましい。シランカップリング剤は反応性官能基と加水分解性基(OR)を有し、シリカの分散性を向上させることによって、上記シリカ配合による気泡発生抑制効果をより向上させると考えられる。また、反応性官能基がPEEA等の樹脂成分と反応し、加水分解性基が導電性粒子表面に配向することによっても気泡発生抑制に寄与すると考えられる。シランカップリング剤を使用する場合のその使用量は、シリカや導電性粒子に対し0.01〜20重量%が好ましい。
シランカップリング剤としては、市販されているものでは信越シリコーンKBM−403(信越化学工業株式会社)等を好適に用いることができる。
本発明の接着剤組成物には、接着剤組成物に使用されることのある他の成分、すなわち粘着性付与剤(タッキファイヤー)、安定剤、酸化防止剤、補強剤、顔料、消泡剤等を必要に応じてさらに添加することができる。
本発明の接着剤組成物を得るには、例えばプラネタリー式混練機のような混練機を使用して、原料となる樹脂に溶剤を添加して、加温し、溶解混合すればよい。
その際の溶剤としては、N−メチルピロリドン等の窒素系又はアミド系溶剤、ヘキサン、ヘプタン、デカン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ベンジルアルコール、ソルベントナフサ等の炭化水素系溶剤、イソホロン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート等のエステル系溶剤、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、イソプロピルセロソルブ、t−ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール等のエーテル系溶剤等を用いることができる。
溶剤の使用量としては、接着剤組成物の樹脂固形分濃度が10〜50重量%となる範囲で使用するのが好ましい。樹脂固形分濃度が10重量%未満であると塗布厚さを確保できず、50重量%を越えると粘度が高くなりすぎ、印刷が困難となる。また、上記樹脂成分との関係では、樹脂成分100重量部に対して、溶剤成分が100〜450重量部の範囲内であることが好ましい。
本発明の接着フィルムは、上記した本発明のいずれの接着剤組成物からでも得ることができる。
上記接着剤組成物から接着フィルムを得る方法は特に限定されるものではなく、接着剤組成物を各種塗布方法で剥離紙等の支持体上に所定の厚さになるように塗布し、乾燥させた後、その剥離紙等から剥離することにより得ることができる。具体的には、必要に応じて導電性粒子を混合した接着剤組成物を、アミン系溶剤やケトン系溶剤に溶解して所望の粘度とし、コーティングマシン等を用いることによりフィルム化することができる。接着フィルムの厚さは用途に合わせて適宜選択すればよいが、通常は10〜50μm程度である。
また、本発明の接着フィルムを使用する際には、温度100〜160℃、圧力1〜4MPaで5〜15秒間程度圧着することにより、所望の接着強度を得ることができる。
本発明によれば、最近の静電容量式タッチパネルにFPCに部品が実装される場合に実装後のペースト印刷が困難であったという問題が解決され、フィルムタイプとして転写することにより、接続材料をタッチパネルに圧着することが可能になる。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
[実施例1〜7、比較例1〜5]
表1に示した樹脂成分及びシリカをそれぞれ表に示した比率(重量比、樹脂固形分換算)で配合し、分散させた。分散はプラネタリー混練機を使用し、加温85℃、回転数50rpmで、3時間混練することにより行った。表1に示した樹脂成分及びシリカの詳細は以下の通りである。
PEEA:TPAE−32(株式会社T&K TOKA)
結晶性ポリエステル:バイロンGA−5300(東洋紡績株式会社、Mn:25000、ガラス転移点:−2℃、融点:114℃)
ポリウレタンエラストマー:ミラクトランP485RSUI(日本ミラクトラン株式会社)
SIBS:シブスター103T(株式会社カネカ)
シリカ:アドマファインSO−C2(株式会社アドマテックス)
上記樹脂成分100重量部(固形分換算)に以下の成分を添加、混合して接着剤組成物を調製した。
導電性粒子:金属コーティング樹脂ボール(芯部:PMMA、第1層:Ni、最外層:Au、平均粒径30μm) 10重量部
溶剤:イソホロン 300重量部
ブチルセロソルブ 50重量部
N−メチルピロリドン 80重量部
安定剤:イルガノックス1010(チバ・スペシャルティケミカルズ社) 1.3重量部
得られた接着剤組成物につき、接続抵抗、90度ピール強度、耐熱老化性を測定し、プレス時の気泡の発生を評価した。測定・評価方法は以下の通りである。結果を表1に示す。
90度ピール強度、接続抵抗、耐熱老化性、耐熱クリープの試験用サンプルは、下記仕様で作成された図1に示すフレキシブルプリント基板(FPC)1と図2に示すポリマー厚膜フィルム(PTF)基板2とを、図3に示すように、PTF基板2の上面の一部にFPC1の端部が被さるように、接着剤組成物の層を介在させて接続して作成した。
接着は、実施例1,2,4,7及び比較例2,4,5については、ペースト状の接着剤組成物を膜厚28μmになるように塗布して、実施例3,5,6及び比較例1,3については接着剤組成物を予め厚さ28μmの接着フィルムにしたものを挟んで、圧着温度130〜140℃、圧力3MPaで15秒間プレス圧着して行った。
<FPC:ニッカン工業(株)製>
構成:ポリイミド 25μm/銅箔 18μm
電極メッキ:Ni3μm/Au0.3μm
ピッチ:3mm
電極幅(a):10mm
<PTF基板>
ポリマー:東レ(株)製ポリエチレンテレフタレート(PET) 188μm
銀ペースト:約10μm
*銀ペースト上にレジスト塗工
ピッチ:3mm
<接続抵抗>
図4に示すように、FPC/PTF試験用サンプルのFPC端末端子間で、低抵抗計(HIOKI製、直流方式 3227ミリオームハイテスタ)を使用して、a−b、b−c、c−d間の接続抵抗をそれぞれ測定し、平均値を求めた。
<90度ピール強度>
図5に示すように、上記FPC/PTF試験用サンプルを引張試験機(ミネベア株式会社製 PT−200N)で、引張速度50mm/min、剥離方向90度にて剥離し、破断時の最大値を測定した。
<耐熱老化性>
図3に示すようにFPC1とPTF基板2とを接続して80℃で1000時間保持した後、上記方法により90度ピール強度を測定した。5N/cm未満ならば×とし、5N/cm以上のものについては、さらに105℃で1000時間保持した後、同様にして90度ピール試験を行い、5N/cm以上であれば○、5N/cm未満であれば△とした。
<耐熱クリープ>
図3に示すようにFPC1とPTF基板2とが接続したものをエアオーブン中に吊るし、FPC1に600gの重りを付けた後、1℃/90秒で加熱していき、FPC1とPTF基板2とが接着箇所で分離する温度を計測した。80℃以上であれば○、60℃以上80℃未満であれば△、60℃未満であれば×とした。
<プレス時の気泡の発生>
図1に示したフレキシブルプリント基板(FPC)1の回路4上に、188μmのPETを貼り付け、150℃でプレスし、PET面側から光学顕微鏡で導電性粒子周りの気泡を確認し、気泡がなければ○とし、気泡が若干認められるが実用上問題がない場合は△とし、気泡が認められるため実用上問題がある場合は×とした。
Figure 0005675975
本発明の接着剤組成物は、携帯電話やゲーム機等に用いられる各種基板の接続、すなわち液晶パネルと基板との接続や、メンブレンスイッチの接続、ELバックライトの端子の接続等の種々の用途に好適に使用することができる。
1……フレキシブルプリント基板(FPC)
2……ポリマー厚膜フィルム(PTF)基板
3……接着剤組成物(ペースト又はフィルム)
4……回路

Claims (5)

  1. ポリエーテルエステルアミド100重量部に対し、結晶性ポリエステル1〜100重量部、及びシリカ20〜110重量部を含有してなる接着剤組成物。
  2. 導電性粒子をさらに含有することを特徴とする、請求項1に記載の接着剤組成物。
  3. 前記導電性粒子が金属コーティング樹脂ボールであることを特徴とする、請求項2に記載の接着剤組成物。
  4. 前記結晶性ポリエステルが、数平均分子量が10000〜35000の範囲内であり、ガラス転移点が−70〜30℃の範囲内であり、かつ融点が90〜180℃の範囲内であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の接着剤組成物からなる接着フィルム。
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