JP7463069B2 - 導電性粒子、導電材料、接続構造体及び接続構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係る導電性粒子は、基材粒子と、上記基材粒子の表面上に配置された導電部とを備える。本発明に係る導電性粒子では、飽和磁化量が、10emu/g以上である。
F:基材粒子が10%圧縮変形したときの荷重値(N)
S:基材粒子が10%圧縮変形したときの圧縮変位(mm)
R:基材粒子の半径(mm)
ρ:導電性粒子の粒子径の標準偏差
Dn:導電性粒子の粒子径の平均値
上記基材粒子の材料は特に限定されない。上記基材粒子の材料は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよい。上記有機材料のみより形成された基材粒子としては、樹脂粒子等が挙げられる。上記無機材料のみにより形成された基材粒子としては、金属を除く無機粒子等が挙げられる。上記有機材料と上記無機材料との双方により形成された基材粒子としては、有機無機ハイブリッド粒子等が挙げられる。初期の接続抵抗をより一層低くし、導通信頼性をより一層高める観点からは、上記基材粒子は、樹脂粒子又は有機無機ハイブリッド粒子であることが好ましく、樹脂粒子であることがより好ましい。
本発明に係る導電性粒子は、基材粒子と、上記基材粒子の表面上に配置された導電部とを備える。上記導電部は、金属を含むことが好ましい。上記飽和磁化量を好適な範囲に制御するために、上記導電部を構成する適宜の金属が用いられる。
上記導電性粒子は、上記導電部の外表面に突起を有することが好ましい。上記突起は、複数であることが好ましい。導電性粒子により接続される電極の表面には、酸化被膜が形成されていることが多い。導電部の表面に突起を有する導電性粒子を用いた場合には、電極間に導電性粒子を配置して圧着させることにより、突起により上記酸化被膜を効果的に排除できる。このため、電極と導電部とがより一層確実に接触し、電極間の接続抵抗がより一層低くなる。さらに、導電性粒子が絶縁性物質を備える場合に、又は導電性粒子がバインダー樹脂に分散されて導電材料として用いられる場合に、導電性粒子の突起によって、導電性粒子と電極との間の絶縁性物質又はバインダー樹脂をより一層効果的に排除できる。このため、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。
導通性をより一層高める観点からは、上記導電性粒子は、上記導電部の外表面上に配置された絶縁性物質を備えていなくてもよい。絶縁信頼性をより一層高める観点からは、上記導電性粒子は、上記導電部の外表面上に配置された絶縁性物質を備えることが好ましい。この場合には、上記導電性粒子を電極間の接続に用いると、隣接する電極間の短絡をより一層効果的に防止できる。具体的には、複数の導電性粒子が接触したときに、複数の電極間に絶縁性物質が存在するので、上下の電極間ではなく横方向に隣り合う電極間の短絡を防止できる。なお、電極間の接続の際に、2つの電極で導電性粒子を加圧することにより、導電性粒子の導電部と電極との間の絶縁性物質を容易に排除できる。さらに、導電部の外表面に突起を有する導電性粒子である場合には、導電性粒子の導電部と電極との間の絶縁性物質をより一層容易に排除できる。
本発明に係る導電材料は、上述した導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。上記導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散されて用いられることが好ましく、バインダー樹脂中に分散されて導電材料として用いられることが好ましい。上記導電材料は、異方性導電材料であることが好ましい。上記導電材料は、電極間の電気的な接続に用いられることが好ましい。上記導電材料は回路接続用導電材料であることが好ましい。上記導電材料では、上述した導電性粒子が用いられているので、電極間の接続抵抗をより一層効果的に低くすることができ、導電性粒子同士の凝集の発生をより一層効果的に抑制することができる。上記導電材料では、上述した導電性粒子が用いられているので、電極間の絶縁信頼性をより一層効果的に高めることができる。
本発明に係る接続構造体は、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、上記第1の接続対象部材と上記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備える。本発明に係る接続構造体では、上記接続部の材料が、上述した導電性粒子であるか、又は上記導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料である。本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極と上記第2の電極とが上記導電性粒子により電気的に接続されている。
(1)導電性粒子の作製
基材粒子Aとして、ジビニルベンゼン共重合体樹脂粒子(積水化学工業社製「ミクロパールSP-203、粒子径3μm」)を用意した。
導電層の厚みを51nmから80nmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
実施例1と同様の懸濁液(1B)を、硫酸ニッケル25g/L、硝酸タリウム15ppm及び硝酸ビスマス10ppmを含む溶液中に入れ、粒子混合液(4)を得た。
懸濁液(1A)を用いて無電解ニッケルめっきを行うことで芯物質を備えていない導電性粒子を得たこと、並びに導電層の厚みを51nmから55nmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
上記金属ニッケル粒子スラリーを酸化チタン粒子スラリー(平均粒子径150nm)に変更したこと、並びに導電層の厚みを51nmから52nmに変更した以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。この導電性粒子は、芯物質として、酸化チタン粒子を備える。
上記金属ニッケル粒子スラリーをアルミナ粒子スラリー(平均粒子径150nm)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。この導電性粒子は、芯物質として、アルミナ粒子を備える。
実施例1と同様の懸濁液(1B)を、硫酸コバルト20g/L、クエン酸ナトリウム20g/Lを含む溶液中に入れ、粒子混合液(9)を得た。
実施例1と同様の懸濁液(1B)を、硫酸ニッケル20g/L、クエン酸ナトリウム20g/Lを含む溶液中に入れ、粒子混合液(12)を得た。
実施例1と同様の懸濁液(1B)を、硫酸ニッケル20g/L、クエン酸ナトリウム20g/Lを含む溶液中に入れ、粒子混合液(15)を得た。
実施例1と同様の懸濁液(1B)を、硫酸コバルト20g/L、クエン酸ナトリウム20g/Lを含む溶液中に入れ、粒子混合液(18)を得た。
(1)シリコーンオリゴマーの作製
温浴槽内に設置した100mlのセパラブルフラスコに、1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン1重量部と、0.5重量%p-トルエンスルホン酸水溶液20重量部とを入れた。40℃で1時間撹拌した後、炭酸水素ナトリウム0.05重量部を添加した。その後、ジメトキシメチルフェニルシラン10重量部、ジメチルジメトキシシラン49重量部、トリメチルメトキシシラン0.6重量部、及びメチルトリメトキシシラン3.6重量部を添加し、1時間撹拌を行った。その後、10重量%水酸化カリウム水溶液1.9重量部を添加して、85℃まで昇温してアスピレーターで減圧しながら、10時間撹拌、反応を行った。反応終了後、常圧に戻し40℃まで冷却して、酢酸0.2重量部を添加し、12時間以上分液漏斗内で静置した。二層分離後の下層を取り出して、エバポレーターにて精製することでシリコーンオリゴマーを得た。
得られたシリコーンオリゴマー30重量部に、tert-ブチル-2-エチルペルオキシヘキサノアート(重合開始剤、日油社製「パーブチルO」)0.5重量部を溶解させた溶解液Aを用意した。また、イオン交換水150重量部に、ラウリル硫酸トリエタノールアミン塩40重量%水溶液(乳化剤)0.8重量部とポリビニルアルコール(重合度:約2000、けん化度:86.5~89モル%、日本合成化学社製「ゴーセノールGH-20」)の5重量%水溶液80重量部とを混合して、水溶液Bを用意した。温浴槽中に設置したセパラブルフラスコに、上記溶解液Aを入れた後、上記水溶液Bを添加した。その後、Shirasu Porous Glass(SPG)膜(細孔平均径約1μm)を用いることで、乳化を行った。その後、85℃に昇温して、9時間重合を行った。重合後の粒子の全量を遠心分離により水洗浄し、凍結乾燥を行った。乾燥後、粒子の凝集体が目的の比(平均2次粒子径/平均1次粒子径)になるまでボールミルにて粉砕して、粒子径が3.0μmのシリコーン粒子(基材粒子B)を得た。
基材粒子Aと粒子径のみが異なり、粒子径が10.0μmである基材粒子Cを用意した。
基材粒子Aと粒子径のみが異なり、粒子径が1.5μmである基材粒子Dを用意した。
4ツ口セパラブルカバー、攪拌翼、三方コック、冷却管及び温度プローブが取り付けられた1000mLのセパラブルフラスコを用意した。上記セパラブルフラスコ内に、イオン交換水を入れ、メタクリル酸メチル100mmolと、N,N,N-トリメチル-N-2-メタクリロイルオキシエチルアンモニウムクロライド1mmolと、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩酸塩1mmolとを含むモノマー組成物を固形分率が5重量%となるように秤取した。その後、200rpmで攪拌し、窒素雰囲気下70℃で24時間重合を行った。反応終了後、凍結乾燥して、表面にアンモニウム基を有し、平均粒子径220nm及びCV値10%の絶縁性粒子を得た。
実施例1の懸濁液(1A)を、硫酸ニッケル25g/L、硝酸タリウム15ppm及び硝酸ビスマス10ppmを含む溶液中に入れ、粒子混合液(21)を得た。
上記基材粒子Aを金属ニッケル-リン粒子(日立金属ネオマテリアル社製、平均粒子径20μm)に変更したこと、並びに導電層の厚みを51nmから49nmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、導電性粒子を得た。
(1)基材粒子の10%K値
導電性粒子に用いた基材粒子(金属粒子を除く)について、フィッシャー社製「フィッシャースコープH-100」を用いて、上述した方法により、10%K値を測定した。
得られた導電性粒子を用いて、飽和磁化量を測定した。磁化量は導電性粒子の磁気ヒステリシス曲線を測定することで算出した。装置として、振動試料型磁力計(理研電子社製「BHV-50」)を用いた。また、乾燥した導電性粒子15mgを、サンプルホルダーに圧縮せずに密閉することで試料調整を行い、測定を実施した。
30mLのバイアル瓶の中に0.5gの導電性粒子を入れた。さらに、バイアル瓶の中に純水30mLを充填して、バイアル瓶を超音波で30秒処理して、導電性粒子を分散させた。バイアル瓶の底面より大きな表面積の磁石上に、導電性粒子が分散されたバイアル瓶を設置し、導電性粒子が完全に沈降するまで放置した。
○○:粒子が10分以上経過しても沈降しない
○:沈降する粒子の底面到達時間が5分以上10分未満
×:沈降する粒子の底面到達時間が5分未満
異方性導電フィルムの作製:
熱硬化性化合物であるフェノキシ化合物(Inchem社製「PKHC」)30重量部をPGMEA35重量部とメチルエチルケトン35重量部との混合溶媒に入れ、24時間常温で撹拌してフェノキシ化合物の30重量%分散液を得た。次に、上記分散液30重量部と熱硬化性化合物であるエポキシ化合物(DIC社製「EPICLON HP-4032D」)30重量部と、潜在型熱硬化剤であるイミダゾールのマイクロカプセル硬化剤(旭化成社製「ノバキュアHXA3922」)30重量部と、シランカップリング剤(信越化学工業社製「KBM-403」)1重量部とを配合した。得られた配合物に導電性粒子を得られる導電フィルム100重量%中での含有量が10重量%となるように添加した後、固形分量が50重量%となるようにメチルエチルケトンをさらに添加し、遊星式攪拌機を用いて2000rpmで5分間攪拌することにより、導電ペーストを得た。得られた導電ペーストを剥離処理されたポリエチレンテレフタレート上に塗布し、溶媒を乾燥させて、厚みが20μmである異方性導電フィルムを得た。
L/Sが20μm/20μmの電極パターン(厚み0.35μmのTiO電極部分と、厚み1.0μmのAlTi電極部分と、厚み0.1μmのIZO電極部分とがこの順で積層された複合電極)を上面に有するガラス基板を用意した。また、L/Sが20μm/20μmの金電極パターン(金電極厚み20μm)を下面に有する半導体チップを用意した。
○:粒子が潰れて電極に接触している
×:粒子が潰れずに電極に接触している
上記の(4)の電極の損傷の評価で得られた接続構造体を用いて、電極間の接続抵抗を4端子法により測定した。また、初期の接続抵抗を下記の基準で判定した。接続抵抗は、10Ω以下が好ましく、5.0Ω以下がより好ましく、3.0Ω以下が更に好ましく、1.5Ω以下が特に好ましい。接続抵抗を以下の基準で判定した。
○○:接続抵抗が1.0Ω以下
○:接続抵抗が1.0Ωを超え、5.0Ω以下
×:接続抵抗が5.0Ωを超える
2…基材粒子
3…導電部
11…導電性粒子
11a…突起
12…導電部
12a…突起
13…芯物質
14…絶縁性物質
21…導電性粒子
21a…突起
22…導電部
22a…突起
22A…第1の導電部
22Aa…突起
22B…第2の導電部
22Ba…突起
31…導電性粒子
51…接続構造体
52…第1の接続対象部材
52a…第1の電極
53…第2の接続対象部材
53a…第2の電極
54…接続部
61…導電材料
X…磁界又は磁力
Claims (13)
- 基材粒子と、
前記基材粒子の表面上に配置された導電部とを備え、
前記導電部が1つの層のみにより形成されており、かつ前記導電部の前記1つの層が、ニッケル、コバルト又は鉄を含む層であるか、又は、前記導電部が複数の層により形成されており、かつ前記導電部の最外層が、ニッケル、コバルト又は鉄を含む層であり、
前記導電部100重量%中、ニッケル、コバルト及び鉄の合計の含有量が90重量%以上であり、
飽和磁化量が、10emu/g以上である、導電性粒子(但し、ニッケル、コバルト又は鉄を含む層の外側に別の導電層を備える導電性粒子を除く)。 - 前記基材粒子が、金属粒子ではない、請求項1に記載の導電性粒子。
- 前記基材粒子が、樹脂粒子又は有機無機ハイブリッド粒子である、請求項1に記載の導電性粒子。
- 前記導電部が、ニッケル、コバルト及び鉄の内の少なくとも2種を含み、
前記導電部100重量%中、ニッケルの含有量、コバルトの含有量及び鉄の含有量の内の1種の含有量が51重量%以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の導電性粒子。 - 前記基材粒子を25℃で10%圧縮したときの圧縮弾性率が、1000N/mm2以上30000N/mm2以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 前記基材粒子の粒子径が1μm以上10μm以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 前記基材粒子の比重が、前記導電部の比重よりも低い、請求項1~6のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 磁界又は磁力を適用する導電接続に用いられる、請求項1~7のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 前記導電部の外表面に突起を有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 前記導電部の外表面上に配置された絶縁性物質を備える、請求項1~9のいずれか1項に記載の導電性粒子。
- 請求項1~10のいずれか1項に記載の導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む、導電材料。
- 第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、
第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、
前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備え、 前記接続部の材料が、請求項1~10のいずれか1項に記載の導電性粒子であるか、又は前記導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料であり、
前記第1の電極と前記第2の電極とが前記導電性粒子により電気的に接続されている、接続構造体。 - 第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材の表面上に、請求項1~10のいずれか1項に記載の導電性粒子を配置するか、又は前記導電性粒子とバインダー樹脂とを含む導電材料を配置する第1の配置工程と、
前記導電性粒子又は前記導電材料の前記第1の接続対象部材側とは反対の表面上に、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材を配置する第2の配置工程と、
前記第2の配置工程の前又は後に、磁界又は磁力を適用する工程とを備え、
前記第1の電極と前記第2の電極とが前記導電性粒子により電気的に接続されている接続構造体を得る、接続構造体の製造方法。
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