JP2016089153A

JP2016089153A - 導電材料

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Publication number: JP2016089153A
Application number: JP2015201767A
Authority: JP
Inventors: 堅一平山; Kenichi Hirayama; 裕美久保出; Hiromi Kubode; 康二江島; Koji Ejima
Original assignee: Dexerials Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2016-05-23
Also published as: KR20190009852A; JP7506714B2; KR20170036721A; JP2020170706A; JP2022132316A; US10177465B2; JP7100088B2; US20170310020A1; CN106796826A

Abstract

【課題】酸化物層に対して優れた導通信頼性が得られる導電材料を提供する。【解決手段】導電材料は、樹脂コア粒子１０と、樹脂コア粒子１０の表面に複数配置され、突起３０ａを形成する絶縁性粒子２０と、樹脂コア粒子１０及び絶縁性粒子２０の表面に配置される導電層３０とを備え、絶縁性粒子２０のモース硬度が、７より大きい導電性粒子を含有する。これにより、導電性粒子が電極表面の酸化物層を突き破って十分に食い込み、優れた導通信頼性が得られる。【選択図】図１

Description

本発明は、回路部材同士を電気的に接続する導電材料に関する。

近年、回路部材の配線として、生産コストが高いＩＴＯ（Indium Tin Oxide）に代わって、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）が用いられている。ＩＺＯ配線は、表面が平滑であり、表面に酸化物層（不動態）が形成されている。また、例えばアルミニウム配線では、腐食を防止するために表面にＴｉＯ_２などの酸化物層の保護層が形成されることがある。

しかしながら、酸化物層は硬いため、従来の導電材料では、導電性粒子が酸化物層を突き破って十分に食い込まず、十分な導通信頼性が得られないことがあった。

特開２０１３−１４９６１３号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、酸化物層に対して優れた導通信頼性が得られる導電材料を提供する。

本発明者は、鋭意検討を行った結果、導電性粒子の突起を形成する絶縁性粒子のモース硬度を所定値よりも大きいものとすることにより、優れた導通抵抗が得られることを見出した。

すなわち、本発明に係る導電材料は、樹脂コア粒子と、前記樹脂コア粒子の表面に複数配置され、突起を形成する絶縁性粒子と、前記樹脂コア粒子及び前記絶縁性粒子の表面に配置される導電層とを備え、前記絶縁性粒子のモース硬度が、７より大きい導電性粒子を含有することを特徴とする。

また、本発明に係る接続構造体は、樹脂コア粒子と、前記樹脂コア粒子の表面に複数配置され、突起を形成する絶縁性粒子と、前記樹脂コア粒子及び前記絶縁性粒子の表面に配置される導電層とを備え、前記絶縁性粒子のモース硬度が、７より大きい導電性粒子により第１の回路部材の端子と第２の回路部材の端子とが接続されてなることを特徴とする。

また、本発明に係る接続構造体の製造方法は、樹脂コア粒子と、前記樹脂コア粒子の表面に複数配置され、突起を形成する絶縁性粒子と、前記樹脂コア粒子及び前記絶縁性粒子の表面に配置される導電層とを備え、前記絶縁性粒子のモース硬度が、７より大きい導電性粒子を含有する導電材料を介して、第１の回路部材の端子と第２の回路部材の端子とを圧着することを特徴とする。

本発明によれば、突起を形成する絶縁性粒子のモース硬度が大きいため、導電性粒子が電極表面の酸化物層を突き破って十分に食い込み、優れた導通信頼性が得られる。

図１は、導電性粒子の第１の構成例の概略を示す断面図である。図２は、導電性粒子の第２の構成例の概略を示す断面図である。図３は、導電性粒子の第３の構成例の概略を示す断面図である。図４は、圧着時の導電性粒子の概略を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．導電性粒子
２．導電材料
３．接続構造体の製造方法
４．実施例

＜１．導電性粒子＞
本実施の形態に係る導電性粒子は、樹脂コア粒子と、樹脂コア粒子の表面に複数配置され、突起を形成する絶縁性粒子と、樹脂コア粒子及び前記絶縁性粒子の表面に配置される導電層とを備え、絶縁性粒子のモース硬度が、７より大きいものである。これにより、導電性粒子が電極表面の酸化物層を突き破って十分に食い込み、優れた導通信頼性が得られる。特に、被着体である回路部材が、ＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）基板などの低弾性率のプラスチック基板である場合、圧着時の圧力を高くすることなく、基材変形の影響を軽減して低抵抗を実現できるため、非常に有効である。

［第１の構成例］
図１は、導電性粒子の第１の構成例の概略を示す断面図である。第１の構成例の導電性粒子は、樹脂コア粒子１０と、樹脂コア粒子１０の表面に複数付着され、突起３０ａの芯材となる絶縁性粒子２０と、樹脂コア粒子１０及び絶縁性粒子２０を被覆する導電層３０とを備える。

樹脂コア粒子１０としては、ベンゾグアナミン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリブタジエン樹脂などが挙げられ、また、これらの樹脂を構成するモノマーに基づく繰り返し単位の少なくとも２種以上を組み合わせた構造を有する共重合体が挙げられる。これらの中でも、ジビニルベンゼン、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、及びスチレンを組合せて得られる共重合体を用いることが好ましい。

また、樹脂コア粒子１０は、２０％圧縮されたときの圧縮弾性率（２０％Ｋ値）が５００〜２００００Ｎ／ｍｍ^２であることが好ましい。樹脂コア粒子１０の２０％Ｋ値が上記範囲内であることにより、結果的に突起が電極表面の酸化物層を突き破ることができる。このため、電極と導電性粒子の導電層とが十分に接触し、電極間の接続抵抗を低下させることができる。

樹脂コア粒子１０の圧縮弾性率（２０％Ｋ値）は、次のように測定することできる。微小圧縮試験機を用いて、円柱（直径５０μｍ、ダイヤモンド製）の平滑圧子端面で、圧縮速度２．６ｍＮ／秒、及び最大試験荷重１０ｇｆの条件下で導電性粒子を圧縮する。このときの荷重値（Ｎ）及び圧縮変位（ｍｍ）を測定する。得られた測定値から、圧縮弾性率（２０％Ｋ値）を下記式により求めることができる。なお、微小圧縮試験機として、例えば、フィッシャー社製「フィッシャースコープＨ−１００」等が用いられる。
Ｋ値（Ｎ／ｍｍ^２）＝（３／２^１／２）・Ｆ・Ｓ^−３／２・Ｒ^−１／２
Ｆ：導電性粒子が２０％圧縮変形したときの荷重値（Ｎ）
Ｓ：導電性粒子が２０％圧縮変形したときの圧縮変位（ｍｍ）
Ｒ：導電性粒子の半径（ｍｍ）

樹脂コア粒子１０の平均粒子径は、２〜１０μｍであることが好ましい。本明細書において、平均粒子径とは、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径（Ｄ５０）を意味する。

絶縁性粒子２０は、樹脂コア粒子１０の表面に複数付着され、電極表面の酸化物層を突き破るための突起３０ａの芯材となる。絶縁性粒子２０は、モース硬度が７より大きく、９以上であることが好ましい。絶縁性粒子２０の硬度が高いことにより、突起３０ａが電極表面の酸化物を突き破ることができる。また、突起３０ａの芯材が絶縁性粒子２０であることにより、導電性粒子を使用したときに比べマイグレーションの要因が少なくなる。

絶縁性粒子２０としては、ジルコニア（モース硬度８〜９）、アルミナ（モース硬度９）、炭化タングステン（モース硬度９）及びダイヤモンド（モース硬度１０）などが挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、経済性の観点からアルミナを用いることが好ましい。

また、絶縁性粒子２０の平均粒子径は、好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。また、樹脂コア粒子２０の表面に形成された突起の個数は、好ましくは１〜５００、より好ましくは３０〜２００である。このような平均粒子径の絶縁性粒子２０を用いて、樹脂コア粒子２０の表面に所定数の突起３０ａを形成することにより、突起３０ａが電極表面の酸化物を突き破り、電極間の接続抵抗を効果的に低くすることができる。

導電層３０は、樹脂コア粒子１０及び絶縁性粒子２０を被覆し、複数の絶縁性粒子２０により隆起された突起３０ａを有する。導電層３０は、ニッケル又はニッケル合金であることが好ましい。ニッケル合金としては、Ｎｉ−Ｗ−Ｂ、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ、Ｎｉ−Ｗ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐなどが挙げられる。これらの中でも、低抵抗であるＮｉ−Ｗ−Ｂを用いることが好ましい。

また、導電層３０の厚みは、好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。導電層３０の厚みが小さすぎると導電性粒子として機能させるのが困難となり、厚みが大きすぎると突起３０ａの高さがなくなってしまう。

第１の構成例の導電性粒子は、樹脂コア粒子１０の表面に絶縁性粒子２０を付着させた後、導電層３０を形成する方法により得ることができる。また、樹脂コア粒子１０の表面上に絶縁性粒子２０を付着させる方法としては、例えば、樹脂コア粒子１０の分散液中に、絶縁性粒子２０を添加し、樹脂コア粒子１０の表面に絶縁性粒子２０を、例えば、ファンデルワールス力により集積させ、付着させることなどが挙げられる。また、導電層を形成する方法としては、例えば、無電解めっきによる方法、電気めっきによる方法、物理的蒸着による方法などが挙げられる。これらの中でも導電層の形成が簡便である無電解めっきによる方法が好ましい。

［第２の構成例］
図２は、導電性粒子の第２の構成例の概略を示す断面図である。第２の構成例の導電性粒子は、樹脂コア粒子１０と、樹脂コア粒子１０の表面に複数付着され、突起３２ａの芯材となる絶縁性粒子２０と、樹脂コア粒子１０及び絶縁性粒子２０の表面を被覆する第１の導電層３１と、導電層３１を被覆する第２の導電層３２とを備える。すなわち、第２の構成例は、第１の構成例の導電層３０を２層構造としたものである。導電層を２層構造とすることにより、最外殻を構成する第２の導電層３２の密着性を向上させ、導通抵抗を低下させることができる。

樹脂コア粒子１０及び絶縁性粒子２０は、第１の構成例と同様のため、ここでは説明を省略する。

第１の導電層３１は、樹脂コア粒子１０及び絶縁性粒子２０の表面を被覆し、第２の導電層３２の下地となる。第１の導電層３１としては、第２の導電層３２の密着性が向上されれば特に限定されず、例えば、ニッケル、ニッケル合金、銅、銀などが挙げられる。

第２の導電層３２は、第１の導電層３１を被覆し、複数の絶縁性粒子２０により隆起された突起３２ａを有する。第２の導電層３２は、第１の構成例と同様、ニッケル又はニッケル合金であることが好ましい。ニッケル合金としては、Ｎｉ−Ｗ−Ｂ、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ、Ｎｉ−Ｗ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐなどが挙げられる。これらの中でも、低抵抗であるＮｉ−Ｗ−Ｂを用いることが好ましい。

また、第１の導電層３１及び第２の導電層３２の総厚みは、第１の構成例の導電層３０と同様、好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。総厚みが小さすぎると導電性粒子として機能させるのが困難となり、総厚みが大きすぎると突起３２ａの高さがなくなってしまう。

第２の構成例の導電性粒子は、樹脂コア粒子１０の表面に絶縁性粒子２０を付着させた後、第１の導電層３１を形成した後、第２の導電層３２を形成する方法により得ることができる。また、樹脂コア粒子１０の表面上に絶縁性粒子２０を付着させる方法としては、例えば、樹脂コア粒子１０の分散液中に、絶縁性粒子２０を添加し、樹脂コア粒子１０の表面に絶縁性粒子２０を、例えば、ファンデルワールス力により集積させ、付着させることなどが挙げられる。また、第１の導電層３１及び第２の導電層３２を形成する方法としては、例えば、無電解めっきによる方法、電気めっきによる方法、物理的蒸着による方法などが挙げられる。これらの中でも導電層の形成が簡便である無電解めっきによる方法が好ましい。

［第３の構成例］
図３は、導電性粒子の第３の構成例の概略を示す断面図である。第３の構成例の導電性粒子は、樹脂コア粒子１０と、樹脂コア粒子１０の表面を被覆する第１の導電層３３と、第１の導電層３３の表面に複数付着され、突起３４ａの芯材となる絶縁性粒子２０と、第１の導電層３３及び絶縁性粒子２０の表面を被覆する第２の導電層３４とを備える。すなわち、第３の構成例は、第１の導電層３３の表面に絶縁性粒子２０を付着させ、さらに第２の導電層３４を形成したものである。これにより、圧着時に絶縁性粒子２０が樹脂コア粒子１０に食い込むのを防止し、突起が電極表面の酸化物層を容易に突き破ることができる。

第１の導電層３３は、樹脂コア粒子１０の表面を被覆し、絶縁性粒子２０の付着面及び第２の導電層３４の下地となる。第１の導電層３３としては、第２の導電層３４の密着性が向上されれば特に限定されず、例えば、ニッケル、ニッケル合金、銅、銀などが挙げられる。

また、第１の導電層３３の厚みは、好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。厚みが大きすぎると樹脂コア粒子１０の弾性の効果が低下するため、導通信頼性が低下してしまう。

第２の導電層３４は、絶縁性粒子２０及び第１の導電層３３を被覆し、複数の絶縁性粒子２０により隆起された突起３４ａを有する。第２の導電層３４は、第１の構成例と同様、ニッケル又はニッケル合金であることが好ましい。ニッケル合金としては、Ｎｉ−Ｗ−Ｂ、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ、Ｎｉ−Ｗ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐなどが挙げられる。これらの中でも、低抵抗であるＮｉ−Ｗ−Ｂを用いることが好ましい。

また、第２の導電層３４の厚みは、第１の構成例の導電層３０と同様、好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。総厚みが小さすぎると導電性粒子として機能させるのが困難となり、総厚みが大きすぎると突起３４ａの高さがなくなってしまう。

第３の構成例の導電性粒子は、樹脂コア粒子１０の表面に第１の導電層３３を形成した後、絶縁性粒子２０を付着させ、第２の導電層３４を形成する方法により得ることができる。また、第１の導電層３３の表面上に絶縁性粒子２０を付着させる方法としては、例えば、第１の導電層３３が形成された樹脂コア粒子１０の分散液中に、絶縁性粒子２０を添加し、第１の導電層３３の表面に絶縁性粒子２０を、例えば、ファンデルワールス力により集積させ、付着させることなどが挙げられる。また、第１の導電層３３及び第２の導電層３４を形成する方法としては、例えば、無電解めっきによる方法、電気めっきによる方法、物理的蒸着による方法などが挙げられる。これらの中でも導電層の形成が簡便である無電解めっきによる方法が好ましい。

＜２．導電材料＞
本実施の形態に係る導電材料は、樹脂コア粒子と、樹脂コア粒子の表面に複数配置され、突起を形成する絶縁性粒子と、樹脂コア粒子及び絶縁性粒子の表面に配置される導電層とを備え、絶縁性粒子のモース硬度が、７より大きい導電性粒子を含有する。導電材料としては、フィルム状、ペースト状などの形状が挙げられ、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）などが挙げられる。また、導電材料の硬化型としては、熱硬化型、光硬化型、光熱併用硬化型などが挙げられる。

以下では、導電性粒子を含有するＡＣＦ層と導電性粒子を含有しないＮＣＦ（Non Conductive Film）層とが積層された２層構造の熱硬化型の異方性導電フィルムを例に挙げて説明する。また、熱硬化型の異方性導電フィルムとしては、例えば、カチオン硬化型、アニオン硬化型、ラジカル硬化型、又はこれらを併用することができるが、ここでは、アニオン硬化型の異方性導電フィルムについて説明する。

アニオン硬化型の異方性導電フィルムは、ＡＣＦ層及びＮＣＦ層は、バインダーとして、膜形成樹脂と、エポキシ樹脂と、アニオン重合開始剤とを含有する。

膜形成樹脂は、例えば平均分子量が１００００以上の高分子量樹脂に相当し、フィルム形成性の観点から、１００００〜８００００程度の平均分子量であることが好ましい。膜形成樹脂としては、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステルウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ブチラール樹脂等の種々の樹脂が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、膜形成状態、接続信頼性等の観点からフェノキシ樹脂を好適に用いることが好ましい。

エポキシ樹脂は、３次元網目構造を形成し、良好な耐熱性、接着性を付与するものであり、固形エポキシ樹脂と液状エポキシ樹脂とを併用することが好ましい。ここで、固形エポキシ樹脂とは、常温で固体であるエポキシ樹脂を意味する。また、液状エポキシ樹脂とは、常温で液状であるエポキシ樹脂を意味する。また、常温とは、ＪＩＳＺ８７０３で規定される５〜３５℃の温度範囲を意味する。

固形エポキシ樹脂としては、液状エポキシ樹脂と相溶し、常温で固体状であれば特に限定されず、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、多官能型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ノボラックフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂などが挙られ、これらの中から１種を単独で、又は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、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。市場で入手可能な具体例としては、新日鉄住金化学（株）の商品名「ＹＤ−０１４」などを挙げることができる。

液状エポキシ樹脂としては、常温で液状であれば特に限定されず、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、ノボラックフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂などが挙げられ、これらの中から１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。特に、フィルムのタック性、柔軟性などの観点から、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。市場で入手可能な具体例としては、三菱化学（株）の商品名「ＥＰ８２８」などを挙げることができる。

アニオン重合開始剤としては、通常用いられる公知の硬化剤を使用することができる。例えば、有機酸ジヒドラジド、ジシアンジアミド、アミン化合物、ポリアミドアミン化合物、シアナートエステル化合物、フェノール樹脂、酸無水物、カルボン酸、三級アミン化合物、イミダゾール、ルイス酸、ブレンステッド酸塩、ポリメルカプタン系硬化剤、ユリア樹脂、メラミン樹脂、イソシアネート化合物、ブロックイソシアネート化合物などが挙げられ、これらの中から１種を単独で、又は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、イミダゾール変性体を核としその表面をポリウレタンで被覆してなるマイクロカプセル型潜在性硬化剤を用いることが好ましい。市場で入手可能な具体例としては、旭化成イーマテリアルズ（株）の商品名「ノバキュア３９４１ＨＰ」などを挙げることができる。

また、バインダーとして、必要に応じて、応力緩和剤、シランカップリング剤、無機フィラー等を配合してもよい。応力緩和剤としては、水添スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水添スチレン−イソプレンブロック共重合体等を挙げることができる。また、シランカップリング剤としては、エポキシ系、メタクリロキシ系、アミノ系、ビニル系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系等を挙げることができる。また、無機フィラーとしては、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等を挙げることができる。

＜３．接続構造体の製造方法＞
本実施の形態に係る接続構造体の製造方法は、樹脂コア粒子と、樹脂コア粒子の表面に複数配置され、突起を形成する絶縁性粒子と、樹脂コア粒子及び絶縁性粒子の表面に配置される導電層とを備え、絶縁性粒子のモース硬度が、７より大きい導電性粒子を含有する導電材料を介して、第１の回路部材の端子と第２の回路部材の端子とを圧着する。これにより前述の導電性粒子により第１の回路部材の端子と第２の回路部材の端子とが接続されてなる接続構造体を得ることができる。

第１の回路部材及び第２の回路部材は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。第１の回路部材としては、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル用途、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）用途などのプラスチック基板、ガラス基板、プリント配線板（ＰＷＢ）などが挙げられる。また、第２の回路部材としては、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＣＯＦ（Chip On Film）などのフレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）基板などを挙げることができる。

図４は、圧着時の導電性粒子の概略を示す断面図である。図４において導電層は省略する。導電性粒子４０は、突起を形成する絶縁性粒子４２が樹脂コア粒子４１の表面に複数配置されているため、第１の回路部材５０の端子５１上に形成された酸化物層５２を突き破ることが可能となる。酸化物層５２は、配線の腐食を防止する保護層として機能し、例えばＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２などが挙げられる。

本実施の形態では、絶縁性粒子４１のモース硬度が、７より大きいため、圧着時の圧力を高くすることなく、酸化物層５２を突き破ることができ、配線クラックの発生を抑制することができる。特に、第１の回路部材５０が、ＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）基板などの低弾性率のプラスチック基板である場合、圧着時の圧力を高くすることなく、基材変形の影響を軽減して低抵抗を実現できるため、非常に有効である。なお、プラスチック基板の弾性率は、接続体に求められるフレキシビリティや、屈曲性と後述する駆動回路素子３等の電子部品との接続強度との関係等の要素を考慮して求められるが、一般に２０００ＭＰａ〜４１００ＭＰａとされる。

第１の回路部材の端子と第２の回路部材の端子との圧着では、第２の回路部材上から、所定温度に加温された圧着ツールによって、所定の圧力及び所定の時間、熱加圧され、本圧着される。ここで、所定の圧力は、回路部材の配線クラックを防止する観点から、１０ＭＰａ以上８０ＭＰａ以下であることが好ましい。また、所定温度は、圧着時における異方性導電フィルムの温度であり、８０℃以上２３０℃以下であることが好ましい。

圧着ツールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、押圧対象よりも大面積である押圧部材を用いて押圧を１回で行ってもよく、また、押圧対象よりも小面積である押圧部材を用いて押圧を数回に分けて行ってもよい。圧着ツールの先端形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平面状、曲面状などが挙げられる。なお、先端形状が曲面状である場合、曲面状に沿って押圧することが好ましい。

また、圧着ツールと第２の回路部材との間に緩衝材を介装して熱圧着してもよい。緩衝材を介装することにより、押圧ばらつきを低減できると共に、圧着ツールが汚れるのを防止することができる。緩衝材は、シート状の弾性材又は塑性体からなり、例えばシリコンラバーやポリ４フッ化エチレンが用いられる。

このような接続構造体の製造方法によれば、絶縁性粒子のモース硬度が大きいため、圧着時の圧力を高くすることなく、酸化物層を突き破ることができ、配線クラックの発生を抑制することができる。また、導電層をＮｉ−Ｗ−Ｂなどの硬度が大きいものとすることにより、圧着時の圧力を高くすることなく、酸化物層を容易に突き破ることができ、配線クラックの発生をさらに抑制することができる。

＜３．実施例＞
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、突起を有する導電性粒子を作製し、これを含有する異方性導電フィルムを用いて接続構造体を作製した。そして、接続構造体の導通抵抗、及び配線クラックの発生率について評価した。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

異方性導電フィルムの作製、接続構造体の作製、導通抵抗の測定、及び配線クラックの発生率の算出は、次のように行った。

［異方性導電フィルムの作製］
ＡＣＦ層とＮＣＦ層とが積層された２層構造の異方性導電フィルムを作製した。先ず、フェノキシ樹脂（ＹＰ５０、新日鐵化学（株））２０質量部、液状エポキシ樹脂（ＥＰ８２８、三菱化学（株））３０質量部、固形エポキシ樹脂（ＹＤ−０１４、新日鐵化学（株））１０質量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤（ノバキュア３９４１Ｈ、旭化成イーマテリアルズ）３０質量部、導電性粒子１０質量部を配合して、厚み６μｍのＡＣＦ層を得た。次に、フェノキシ樹脂（ＹＰ５０、新日鐵化学（株））２０質量部、液状エポキシ樹脂（ＥＰ８２８、三菱化学（株））３０質量部、固形エポキシ樹脂（ＹＤ−０１４、新日鐵化学（株））１０質量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤（ノバキュア３９４１Ｈ、旭化成イーマテリアルズ）３０質量部を配合して、厚み１２μｍのＮＣＦ層を得た。そして、ＡＣＦ層とＮＣＦ層とを貼り合わせて、厚み１８μｍの２層構造の異方性導電フィルムを得た。

［接続構造体の作製］
評価基材として、ＴｉＯ_２／Ａｌコーティングガラス基板（０．３ｍｍｔ、ＴｉＯ_２厚み：５０ｎｍ、Ａｌ厚み：３００ｎｍ）、ＴｉＯ_２／ＡｌコーティングＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）基板（０．３ｍｍｔ、ＴｉＯ_２厚み：５０ｎｍ、Ａｌ厚み：３００ｎｍ）、及び、ＩＣ（１．８ｍｍ×２０ｍｍ、Ｔ：０．３ｍｍ、Au-plated bump：３０μｍ×８５μｍ、ｈ＝１５μｍ）を準備した。また、圧着条件は、１９０℃−６０ＭＰａ−５ｓｅｃ、又は１９０℃−１００ＭＰａ−５ｓｅｃとした。

先ず、ＴｉＯ_２／Ａｌコーティングガラス基板上又はＴｉＯ_２／ＡｌコーティングＰＥＴ基板上に、１．５ｍｍ幅にスリットされた異方性導電フィルムを、圧着機を用いて仮貼りし、剥離ＰＥＴフィルムを剥がした後、ＩＣを、圧着機を用いて、所定の圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。

［導通抵抗の測定］
デジタルマルチメーター（商品名：デジタルマルチメーター７５６１、横河電機社製）を用いて、初期の接続構造体の導通抵抗（Ω）の測定を行った。また、接続構造体を、８５℃、８５％ＲＨの高温高湿環境下に５００ｈ放置して信頼性試験を行った後、接続構造体の導通抵抗（Ω）の測定を行った。

［配線クラックの発生率］
接続構造体の基板側の配線の任意の２０箇所を金属顕微鏡にて観察し、配線クラックをカウントして発生率を算出した。

［総合判定］
初期の導通抵抗と信頼性試験後の導通抵抗との差が０．３Ω以下、且つ配線クラックの発生率が０％の場合を「ＯＫ」を評価し、それ以外を「ＮＧ」と評価した。

＜実施例１＞
樹脂コア粒子として、次のようにジビニルベンゼン系樹脂粒子を作製した。ジビニルベンゼン、スチレン、ブチルメタクリレートの混合比を調整した溶液に重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイドを投入して高速で均一攪拌しながら加熱を行い、重合反応を行うことにより微粒子分散液を得た。微粒子分散液をろ過し、減圧乾燥することにより微粒子の凝集体であるブロック体を得た。そして、ブロック体を粉砕することにより、平均粒子径３．０μｍのジビニルベンゼン系樹脂粒子を得た。この樹脂コア粒子の２０％圧縮されたときの圧縮弾性率（２０％Ｋ値）は、１２０００Ｎ／ｍｍ^２であった。

また、絶縁性粒子として、平均粒子径が１５０ｎｍであるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を使用した。また、導電層用のメッキ液として、硫酸ニッケル０．２３ｍｏｌ／Ｌ、ジメチルアミンボラン０．２５ｍｏｌ／Ｌ、及びクエン酸ナトリウム０．５ｍｏｌ／Ｌを含むニッケルめっき液（ｐＨ８．５）を含むニッケルメッキ液を使用した。

先ず、パラジウム触媒液を５ｗｔ％含むアルカリ溶液１００質量部に対し、樹脂コア粒子１０質量部を超音波分散器で分散させた後、溶液をろ過し、樹脂コア粒子を取り出した。次いで、樹脂コア粒子１０質量部をジメチルアミンボラン１ｗｔ％溶液１００質量部に添加し、樹脂コア粒子の表面を活性化させた。そして、樹脂コア粒子を十分に水洗した後、蒸留水５００質量部に加え、分散させることにより、パラジウムが付着された樹脂コア粒子を含む分散液を得た。

次に、絶縁性粒子１ｇを３分間かけて分散液に添加し、絶縁性粒子が付着された粒子を含むスラリーを得た。そして、スラリーを６０℃で撹拌しながら、スラリー中にニッケルメッキ液を徐々に滴下し、無電解ニッケルメッキを行った。水素の発泡が停止するのを確認した後、粒子をろ過し、水洗し、アルコール置換した後に真空乾燥し、アルミナで形成された突起と、Ｎｉ−Ｂメッキの導電層とを有する導電性粒子を得た。この導電性粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したところ、平均粒子径は３〜４μｍであり、粒子１個当たりの突起の数は約７０であり、また、導電層の厚みは約１００ｎｍであった。

表１に示すように、この導電性粒子を添加した異方性導電フィルムを用いて、ＴｉＯ_２／Ａｌコーティングガラス基板とＩＣとを１９０℃−６０ＭＰａ−５ｓｅｃの圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。接続構造体の初期の抵抗値は０．６Ω、信頼性試験後の抵抗値は０．９Ω、配線クラックの発生率は０％であり、総合判定はＯＫであった。

＜実施例２＞
表１に示すように、実施例１と同一の導電性粒子を添加した異方性導電フィルムを用いて、ＴｉＯ_２／ＡｌコーティングＰＥＴ基板とＩＣとを１９０℃−６０ＭＰａ−５ｓｅｃの圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。接続構造体の初期の抵抗値は０．７Ω、信頼性試験後の抵抗値は１．０Ω、配線クラックの発生率は０％であり、総合判定はＯＫであった。

＜実施例３＞
導電層用のメッキ液として、硫酸ニッケル０．２３ｍｏｌ／Ｌ、ジメチルアミンボラン０．２５ｍｏｌ／Ｌ、クエン酸ナトリウム０．５ｍｏｌ／Ｌ及びタングステン酸ナトリウム０．３５ｍｏｌ／Ｌを含むＮｉ−Ｗ−Ｂめっき液（ｐＨ８．５）を使用した。これ以外は、実施例１と同様にして、アルミナで形成された突起と、Ｎｉ−Ｗ−Ｂメッキの導電層とを有する導電性粒子を得た。この導電性粒子を金属顕微鏡にて観察したところ、平均粒子径は３〜４μｍであり、粒子１個当たりの突起の数は約７０であり、また、導電層の厚みは約１００ｎｍであった。

表１に示すように、この導電性粒子を添加した異方性導電フィルムを用いて、ＴｉＯ_２／Ａｌコーティングガラス基板とＩＣとを１９０℃−６０ＭＰａ−５ｓｅｃの圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。接続構造体の初期の抵抗値は０．３Ω、信頼性試験後の抵抗値は０．５Ω、配線クラックの発生率は０％であり、総合判定はＯＫであった。

＜実施例４＞
表１に示すように、実施例３と同一の導電性粒子を添加した異方性導電フィルムを用いて、ＴｉＯ_２／ＡｌコーティングＰＥＴ基板とＩＣとを１９０℃−６０ＭＰａ−５ｓｅｃの圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。接続構造体の初期の抵抗値は０．６Ω、信頼性試験後の抵抗値は０．８Ω、配線クラックの発生率は０％であり、総合判定はＯＫであった。

＜比較例１＞
絶縁性粒子として、平均粒子径が１５０ｎｍであるシリカ（ＳｉＯ_２）を使用した。これ以外は、実施例１と同様にして、シリカで形成された突起と、Ｎｉ−Ｂメッキの導電層とを有する導電性粒子を得た。この導電性粒子を金属顕微鏡にて観察したところ、平均粒子径は３〜４μｍであり、粒子１個当たりの突起の数は約７０であり、また、導電層の厚みは約１００ｎｍであった。

表１に示すように、この導電性粒子を添加した異方性導電フィルムを用いて、ＴｉＯ_２／Ａｌコーティングガラス基板とＩＣとを１９０℃−６０ＭＰａ−５ｓｅｃの圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。接続構造体の初期の抵抗値は１．５Ω、信頼性試験後の抵抗値は３．０Ω、配線クラックの発生率は０％であり、総合判定はＮＧであった。

＜比較例２＞
表１に示すように、比較例１と同一の導電性粒子を添加した異方性導電フィルムを用いて、ＴｉＯ_２／ＡｌコーティングＰＥＴ基板とＩＣとを１９０℃−６０ＭＰａ−５ｓｅｃの圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。接続構造体の初期の抵抗値は３．０Ω、信頼性試験後の抵抗値は６．０Ω、配線クラックの発生率は０％であり、総合判定はＮＧであった。

＜比較例３＞
絶縁性粒子として、平均粒子径が１５０ｎｍであるシリカ（ＳｉＯ_２）を使用した。また、導電層用のメッキ液として、硫酸ニッケル０．２３ｍｏｌ／Ｌ、ジメチルアミンボラン０．２５ｍｏｌ／Ｌ、クエン酸ナトリウム０．５ｍｏｌ／Ｌ及びタングステン酸ナトリウム０．３５ｍｏｌ／Ｌを含むＮｉ−Ｗ−Ｂめっき液（ｐＨ８．５）を使用した。これ以外は、実施例１と同様にして、シリカで形成された突起と、Ｎｉ−Ｗ−Ｂメッキの導電層とを有する導電性粒子を得た。この導電性粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したところ、平均粒子径は３〜４μｍであり、粒子１個当たりの突起の数は約７０であり、また、導電層の厚みは約１００ｎｍであった。

表１に示すように、この導電性粒子を添加した異方性導電フィルムを用いて、ＴｉＯ_２／Ａｌコーティングガラス基板とＩＣとを１９０℃−６０ＭＰａ−５ｓｅｃの圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。接続構造体の初期の抵抗値は０．７Ω、信頼性試験後の抵抗値は１．１Ω、配線クラックの発生率は０％であり、総合判定はＮＧであった。

＜比較例４＞
表１に示すように、比較例３と同一の導電性粒子を添加した異方性導電フィルムを用いて、ＴｉＯ_２／ＡｌコーティングＰＥＴ基板とＩＣとを１９０℃−６０ＭＰａ−５ｓｅｃの圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。接続構造体の初期の抵抗値は１．８Ω、信頼性試験後の抵抗値は３．６Ω、配線クラックの発生率は０％であり、総合判定はＮＧであった。

＜比較例５＞
表１に示すように、比較例３と同一の導電性粒子を添加した異方性導電フィルムを用いて、ＴｉＯ_２／ＡｌコーティングＰＥＴ基板とＩＣとを１９０℃−１００ＭＰａ−５ｓｅｃの圧着条件で圧着し、接続構造体を得た。接続構造体の初期の抵抗値は０．７Ω、信頼性試験後の抵抗値は１．０Ω、配線クラックの発生率は２５％であり、総合判定はＮＧであった。

比較例１のように、導電層としてＮｉ−Ｂを形成し、絶縁性粒子としてモース硬度が７であるシリカを用いた場合、信頼性試験後の抵抗が上昇した。また、比較例２のように比較例１の導電性粒子を用いてＰＥＴ基板を接続させた場合、信頼性試験後の抵抗が大きく上昇した。また、比較例３のように、導電層としてＮｉ−Ｗ−Ｂを形成し、絶縁性粒子としてモース硬度が７であるシリカを用いた場合も、信頼性試験後の抵抗が上昇した。また、また、比較例４のように比較例２の導電性粒子を用いてＰＥＴ基板を接続させた場合、信頼性試験後の抵抗が大きく上昇した。また、比較例５のように圧着時の圧力を高くしてＰＥＴ基板を接続させた場合、信頼性試験後の抵抗の上昇を抑制することができたが、クラックが発生してしまった。

一方、実施例１〜４のように、絶縁性粒子としてモース硬度が９であるアルミナを用いた場合、圧着時の圧力を高くすることなく、信頼性試験後の抵抗の上昇を抑制することができ、クラックの発生を防止することができた。また、実施例２，４のように、ＰＥＴ基板の接続でも低抵抗を実現することができた。また、実施例４のように、導電層としてＮｉ−Ｗ−Ｂを形成することにより、ＰＥＴ基板の接続においてさらに低抵抗を実現することができた。これらは、絶縁性粒子の硬度が大きいため、圧着時の圧力を高くしなくても、配線表面の酸化物層を突き破り、配線と導電性粒子との接点が増加したからであると考えられる。

１０樹脂コア粒子、２０絶縁性粒子、３０，３１，３２，３３，３４導電層、４０導電性粒子、４１樹脂コア粒子、４２絶縁性粒子、５０第１の回路部材、５１端子、５２酸化物層

Claims

樹脂コア粒子と、前記樹脂コア粒子の表面に複数配置され、突起を形成する絶縁性粒子と、前記樹脂コア粒子及び前記絶縁性粒子の表面に配置される導電層とを備え、前記絶縁性粒子のモース硬度が、７より大きい導電性粒子を含有する導電材料。
前記導電性粒子の導電層が、ニッケル又はニッケル合金である請求項１記載の導電材料。
前記導電性粒子の絶縁性粒子が、ジルコニア、アルミナ、炭化タングステン、及びダイヤモンドの内の少なくとも１種以上である請求項１又は２記載の導電材料。
前記導電性粒子の絶縁性粒子の平均粒子径が、５０〜２５０ｎｍであり、
前記導電性粒子の樹脂コア粒子の表面に形成された突起の個数が、１〜５００である請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電材料。
前記導電性粒子の樹脂コア粒子の２０％圧縮されたときの圧縮弾性率が、５００〜２００００Ｎ／ｍｍ^２である請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電材料。
プラスチック基板上の酸化物層が設けられた端子を接続する請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電材料。
樹脂コア粒子と、前記樹脂コア粒子の表面に複数配置され、突起を形成する絶縁性粒子と、前記樹脂コア粒子及び前記絶縁性粒子の表面に配置される導電層とを備え、前記絶縁性粒子のモース硬度が、７より大きい導電性粒子により第１の回路部材の端子と第２の回路部材の端子とが接続されてなる接続構造体。
樹脂コア粒子と、前記樹脂コア粒子の表面に複数配置され、突起を形成する絶縁性粒子と、前記樹脂コア粒子及び前記絶縁性粒子の表面に配置される導電層とを備え、前記絶縁性粒子のモース硬度が、７より大きい導電性粒子を含有する導電材料を介して、第１の回路部材の端子と第２の回路部材の端子とを圧着する接続構造体の製造方法。