導電性粒子、異方性導電材料及び接続構造体
【課題】電極間を電気的に接続した場合に、電極間の導通信頼性を高めることができる導電性粒子を提供する。
【解決手段】導電性粒子１は、導電層６を表面に有する導電性粒子本体２と、導電性粒子本体２の表面２ａを被覆している絶縁性の樹脂層３と、導電性粒子本体２の表面２ａ上に配置されている複数の絶縁性粒子４とを備える。樹脂層３の平均厚みは、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／６以下である。絶縁性粒子４の平均粒子径は、樹脂層３の平均厚みの１．５〜３．５倍である。
【解決手段】導電性粒子１は、導電層６を表面に有する導電性粒子本体２と、導電性粒子本体２の表面２ａを被覆している絶縁性の樹脂層３と、導電性粒子本体２の表面２ａ上に配置されている複数の絶縁性粒子４とを備える。樹脂層３の平均厚みは、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／６以下である。絶縁性粒子４の平均粒子径は、樹脂層３の平均厚みの１．５〜３．５倍である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電極間の電気的な接続に用いることができる導電性粒子、並びに該導電性粒子を用いた異方性導電材料及び接続構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
異方性導電材料としては、異方性導電ペースト、異方性導電インク、異方性導電粘接着剤、異方性導電フィルム及び異方性導電シート等が広く知られている。これらの異方性導電材料では、ペースト、インク又は樹脂中に導電性粒子が分散されている。
【０００３】
上記導電性粒子の一例として、下記の特許文献１には、導電性の表面を有する導電性粒子本体の表面に絶縁層が形成されており、かつ該絶縁層に絶縁性粒子が埋め込まれている導電性粒子が開示されている。特許文献１の実施例１では、平均粒子径５μｍの絶縁性核体に金めっきを施した導電性粒子本体が用いられており、該導電性粒子本体の表面に厚み１μｍの絶縁層が形成されており、かつ該絶縁層に平均粒子径０．５μｍの絶縁性粒子が埋め込まれている。
【０００４】
電極間を電気的に接続する際には、特許文献１に記載の導電性粒子を含む異方性導電材料を電極間に配置して、加熱及び加圧する。加熱及び加圧によって、異方性導電材料を硬化させ、更に導電性粒子を圧縮して、導電性粒子本体と電極との間の絶縁層及び絶縁性粒子を除去し、導電性粒子本体を介して電極間を電気的に接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の導電性粒子では、導電接続の前に、絶縁性粒子が導電性粒子本体の表面から容易に脱離することがある。例えば、導電性粒子をバインダー樹脂中に分散させる際に、絶縁性粒子が導電性粒子本体の表面から脱離しやすい。絶縁性粒子が脱離すると導電層が部分的に露出することがある。このため、導電接続したときに、複数の導電性粒子本体の導電層が接触して、接続されてはならない隣り合う電極間が接続されることがある。
【０００７】
さらに、特許文献１に記載の導電性粒子では、導電接続の際に、導電性粒子本体と電極との間の絶縁層及び絶縁性粒子を充分に除去することが困難なことがある。このため、導電性粒子本体と電極とが接触せずに、接続されるべき上下の電極間が接続されないことがある。
【０００８】
従って、特許文献１に記載の導電性粒子を用いて電極間を電気的に接続した場合に、電極間の導通信頼性が低いことがある。
【０００９】
本発明の目的は、電極間を電気的に接続した場合に、電極間の導通信頼性を高めることができる導電性粒子、並びに該導電性粒子を用いた異方性導電材料及び接続構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の広い局面によれば、導電層を表面に有する導電性粒子本体と、該導電性粒子本体の表面を被覆している絶縁性の樹脂層と、上記導電性粒子本体の表面上に配置されている複数の絶縁性粒子とを備え、上記樹脂層の平均厚みが、上記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下であり、かつ、上記絶縁性粒子の平均粒子径が、上記樹脂層の平均厚みの１．５〜３．５倍である、導電性粒子が提供される。
【００１１】
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、上記絶縁性粒子の平均粒子径は、上記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下である。
【００１２】
本発明に係る導電性粒子の他の特定の局面では、上記導電性粒子本体の平均粒子径は２〜５μｍであり、上記樹脂層の平均厚みは５０〜５００ｎｍであり、かつ、上記絶縁性粒子の平均粒子径は１５０〜５００ｎｍである。
【００１３】
本発明に係る異方性導電材料は、本発明に従って構成された導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。
【００１４】
本発明に係る接続構造体は、第１の接続対象部材と、第２の接続対象部材と、第１，第２の接続対象部材を接続している接続部とを備え、上記接続部が本発明に従って構成された導電性粒子、又は該導電性粒子とバインダー樹脂とを含む異方性導電材料により形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る導電性粒子は、上記樹脂層の平均厚みが上記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下であり、かつ、上記絶縁性粒子の平均粒子径が上記樹脂層の平均厚みの１．５〜３．５倍であるので、導電接続の前に、上記絶縁性粒子が上記導電性粒子本体の表面から脱離し難い。このため、複数の導電性粒子本体が接触し難く、接続されてはならない隣り合う電極間が接続され難い。
【００１６】
さらに、導電性粒子を圧縮させて電極間を電気的に接続する際に、電極と導電性粒子本体との間の上記絶縁層及び上記絶縁性粒子を充分に排除できる。このため、接続されるべき上下の電極間を接続できる。
【００１７】
従って、本発明に係る導電性粒子の使用により、電極間の導通信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る導電性粒子を用いた接続構造体の部分切欠断面図である。
【図４】図４は、図３に示す接続構造体の変形例を示す部分切欠断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態及び実施例を説明することにより本発明を明らかにする。
【００２０】
（導電性粒子）
図１に、本発明の一実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００２１】
図１に示すように、導電性粒子１は、導電性粒子本体２と、導電性粒子本体２の表面２ａを被覆している絶縁性の樹脂層３と、導電性粒子本体２の表面２ａ上に配置されている複数の絶縁性粒子４を備える。導電性粒子本体２の表面２ａに、絶縁性粒子４が付着している。
【００２２】
絶縁性粒子４の一部の領域は、樹脂層３に埋め込まれている。絶縁性粒子４の一部の領域は、樹脂層３から露出している。樹脂層３は、絶縁性粒子４の導電性粒子本体２が配置された側とは反対側の表面を被覆していない。
【００２３】
図２に、本発明の他の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００２４】
図２に示す導電性粒子１１は、導電性粒子本体２と、該導電性粒子本体２の表面２ａを被覆している絶縁性の樹脂層１２と、導電性粒子本体２の表面２ａ上に配置されている複数の絶縁性粒子４とを備える。絶縁性粒子４全体が、樹脂層１２に埋め込まれている。絶縁性粒子４は、樹脂層１２から露出していない。樹脂層１２は、絶縁性粒子４の導電性粒子本体２が配置された側とは反対側の表面を被覆している。
【００２５】
電極間の導通信頼性をより一層高める観点からは、導電性粒子１と導電性粒子１１のうち、導電性粒子１が好ましい。絶縁性粒子４の少なくとも一部の領域は、樹脂層３に埋め込まれていることが好ましい。
【００２６】
樹脂層３，１２の平均厚みは、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／６以下である。電極と導電性粒子本体２との間の絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４をより一層容易に排除する観点からは、樹脂層３，１２の平均厚みは、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／１０以下であることが好ましく、１／１３以下であることがより好ましく、１／１５以下であることが更に好ましい。
【００２７】
絶縁性粒子４の平均粒子径は、樹脂層３，１２の平均厚みの１．５〜３．５倍である。導電接続の前に、絶縁性粒子の導電性粒子本体の表面からの脱離を抑制し、かつ導電接続の際に、電極と導電性粒子本体２との間の絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４をより一層容易に排除する観点からは、絶縁性粒子４の平均粒子径は、樹脂層３，１２の平均厚みの１．７倍以上であることがより好ましく、１．８倍以上であることが更に好ましい。導電接続の前に、絶縁性粒子４の導電性粒子本体２の表面２ａからの脱離をより一層抑制する観点からは、絶縁性粒子４の平均粒子径は、３．２倍以下であることがより好ましく、３．０倍以下であることが更に好ましい。
【００２８】
導電性粒子本体２は、基材粒子５と、該基材粒子５の表面５ａを被覆している導電層６とを有する。導電性粒子本体２は、基材粒子５の表面５ａが導電層６により被覆された被覆粒子である。従って、導電性粒子本体２は表面２ａに導電層６を有する。
【００２９】
基材粒子５としては、樹脂粒子、無機粒子、有機無機ハイブリッド粒子及び金属粒子等が挙げられる。
【００３０】
基材粒子５は、樹脂により形成された樹脂粒子であることが好ましい。導電性粒子１を用いて電極間を接続する際には、導電性粒子１を電極間に配置した後、加圧により導電性粒子本体２を圧縮させ、電極と接触させる。基材粒子５が樹脂粒子であると、上記加圧の際に導電性粒子本体２が変形しやすく、導電性粒子本体２と電極の接触面積を大きくすることができる。このため、電極間の導通信頼性を高めることができる。
【００３１】
上記樹脂粒子を形成するための樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、（メタ）アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルスルホン等が挙げられる。基材粒子５の硬度を好適な範囲に容易に制御できるので、上記樹脂粒子を形成するための樹脂は、エチレン性不飽和基を有する重合性単量体を１種又は２種以上重合させた重合体であることが好ましい。
【００３２】
上記無機粒子を形成するための無機物としては、シリカ及びカーボンブラック等が挙げられる。上記有機無機ハイブリッド粒子としては、例えば、架橋したアルコキシシリルポリマーとアクリル樹脂とにより形成された有機無機ハイブリッド粒子等が挙げられる。
【００３３】
基材粒子５が金属粒子である場合に、該金属粒子を形成するための金属としては、銀、銅、ニッケル、ケイ素、金及びチタン等が挙げられる。
【００３４】
導電層６を形成するための金属は特に限定されない。該金属としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、亜鉛、鉄、錫、鉛、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム、ケイ素及びこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属としては、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）及びはんだ等が挙げられる。なかでも、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができるので、錫と錫とを含む合金、ニッケル、パラジウム、銅又は金が好ましい。
【００３５】
導電層６は、１つの層により形成されている。導電層は、複数の層により形成されていてもよい。すなわち、導電層は、２層以上の積層構造を有していてもよい。導電層が複数の層により形成されている場合には、最外層は、金層、ニッケル層、パラジウム層、銅層又は錫と銀とを含む合金層であることが好ましく、金層であることがより好ましい。最外層がこれらの好ましい導電層である場合には、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。また、最外層が金層である場合には、耐食性をより一層高めることができる。
【００３６】
基材粒子５の表面５ａに導電層６を形成する方法は特に限定されない。導電層６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、並びに金属粉末もしくは金属粉末とバインダーとを含むペーストを基材粒子５の表面５ａにコーティングする方法等が挙げられる。なかでも、導電層６の形成が簡便であるので、無電解めっきによる方法が好ましい。上記物理的蒸着による方法としては、真空蒸着、イオンプレーティング及びイオンスパッタリング等の方法が挙げられる。
【００３７】
導電性粒子本体２の平均粒子径は、５００ｎｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、２μｍ〜５μｍの範囲内であることがより好ましい。導電性粒子本体２の平均粒子径が上記好ましい範囲内にある場合には、導電性粒子本体２と電極との接触面積を充分に大きくすることができ、かつ導電層６を形成する際に導電性粒子本体２が凝集し難くなる。さらに、導電性粒子本体２を介して接続された電極間の間隔が大きくなりすぎず、かつ導電層６が基材粒子５の表面５ａから剥離し難くなる。
【００３８】
導電性粒子本体２の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。導電性粒子本体２の平均粒子径は、導電性粒子本体を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察することにより、求められる。例えば、任意の複数（例えば５個）の導電性粒子本体２を観察して、平均値を算出することにより、上記平均粒子径は求められる。
【００３９】
導電層６の厚みは、５ｎｍ〜１μｍの範囲内であることが好ましい。導電層６の厚みのより好ましい下限は１０ｎｍ、より好ましい上限は３００ｎｍである。導電層６の厚みが上記好ましい範囲内にあると、充分な導電性を得ることができ、かつ導電性粒子本体２が硬くなりすぎずに、電極間の接続の際に導電性粒子本体２を充分に変形させることができる。
【００４０】
導電層６の厚みは、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、導電性粒子本体２の断面を観察することにより測定できる。
【００４１】
導電性粒子本体２は被覆粒子である。導電性粒子本体は、導電層を表面に有していればよく、基材粒子を有さない金属粒子であってもよい。
【００４２】
金属粒子である導電性粒子本体を形成するための金属は特に限定されない。該金属として、例えば、導電性粒子本体２の導電層６を形成するための金属として挙げたものが用いられる。なお、金属粒子である導電性粒子本体の平均粒子径の好ましい範囲は、導電性粒子本体２の平均粒子径と同様である。
【００４３】
樹脂層３，１２は、絶縁性を有する樹脂により形成されている。樹脂層３，１２は、導電性粒子本体２の表面２ａの少なくとも一部の領域を被覆している。樹脂層３，１２は、導電性粒子本体２の表面２ａ上の絶縁性粒子４が配置されている部分以外の領域において、導電性粒子本体２の表面２ａを被覆している。
【００４４】
樹脂層３，１２は、絶縁性の樹脂により形成されている。該絶縁性の樹脂として、例えば、基材粒子５としての樹脂粒子を形成すための樹脂として挙げたものが用いられる。
【００４５】
樹脂層３，１２の平均厚みは、５ｎｍ〜１μｍの範囲内であることが好ましく、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。樹脂層３，１２の平均厚みが上記好ましい範囲内にある場合には、導電接続の前に、絶縁性粒子４が導電性粒子本体２の表面２ａからより一層脱離し難くなり、更に導電接続の際に、電極と導電性粒子本体２との間の絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４をより一層容易に排除できる。
【００４６】
樹脂層３，１２の平均厚みは、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、導電性粒子１，１１の断面を観察することにより測定できる。
【００４７】
樹脂層３，１２の平均厚みは、導電性粒子本体２の表面２ａを直接被覆している部分３Ａ，１２Ａ、言い換えれば導電性粒子本体２の表面２ａ上の絶縁性粒子４が無い部分における樹脂層３，１２の厚みである。樹脂層１２の平均厚みには、絶縁性粒子４の表面を直接被覆している部分１２Ｂの厚みは含まれない。
【００４８】
絶縁性粒子４は、絶縁性を有する材料により形成されている。絶縁性粒子４は導電性粒子本体２よりも小さい。導電性粒子１では、絶縁性粒子４の一部の領域は、樹脂層３に埋め込まれている。導電性粒子１１では、絶縁性粒子４全体が、樹脂層１２に埋め込まれている。
【００４９】
絶縁性粒子４を構成する材料としては、絶縁性の樹脂、及び絶縁性の無機物等が挙げられる。上記絶縁性の樹脂として、例えば、基材粒子５としての樹脂粒子を形成するための樹脂として挙げたものが用いられる。上記絶縁性の無機物として、例えば、基材粒子５としての無機粒子を形成するための無機物として挙げたものが用いられる。
【００５０】
１つの導電性粒子本体２の表面２ａ上に配置される絶縁性粒子４は、３個以上であることが好ましく、８個以上であることがより好ましい。絶縁性粒子４が多いと、導電性粒子１により電極間を電気的に接続したときに、導電性粒子１がどのような方向に向いても、複数の導電性粒子本体２の接触が、絶縁性粒子４によって効果的に妨げられる。絶縁性粒子４が８個以上であると、複数の導電性粒子本体２の接触が、絶縁性粒子４によってより一層効果的に妨げられる。
【００５１】
絶縁性粒子４の粒子径は、導電性粒子本体２の粒子径及び導電性粒子１，１１の用途等によって適宜選択できる。絶縁性粒子４の平均粒子径は５ｎｍ〜１μｍの範囲内であることが好ましい。絶縁性粒子４の平均粒子径のより好ましい下限は１５０ｎｍ、より好ましい上限は５００ｎｍである。絶縁性粒子４の平均粒子径が小さすぎると、導電性粒子１がバインダー樹脂中に分散されたときに、導電性粒子１の導電性粒子本体２が露出し、複数の導電性粒子本体２が接触しやすくなる。絶縁性粒子４の平均粒子径が大きすぎると、電極間の接続の際に、電極と導電性粒子本体２との間の樹脂層３，１２及び絶縁性粒子４を排除するために、圧力を高くしなければならなかったり、高温に加熱しなければならなかったりする。
【００５２】
絶縁性粒子４の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。絶縁性粒子４の平均粒子径は、導電性粒子本体２の平均粒子径と同様にして求められる。
【００５３】
絶縁性粒子４の平均粒子径は、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／６以下であることが好ましい。この場合には、電極と導電性粒子本体２との間の絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４をより一層容易に排除できる。絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４の排除性をさらに一層高める観点からは、絶縁性粒子４の平均粒子径は、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／７以下であることが好ましく、１／７．５以下であることがより好ましい。
【００５４】
導電性粒子本体２の表面２ａを適度に露出させるためには、絶縁性粒子４の被覆率は、５〜７０％の範囲内であることが好ましい。上記被覆率は、導電性粒子本体２の表面積全体に占める絶縁性粒子４により被覆されている部分の面積を示す。上記被覆率が上記好ましい範囲内にあると、隣接する導電性粒子本体２がより一層接触し難くなり、かつ電極の接続の際に熱及び圧力を必要以上に付与しなくても、絶縁性粒子４を充分に排除できる。
【００５５】
導電性粒子の２の表面２ａを樹脂層３，１２で被覆する方法及び導電性粒子本体２の表面２ａ上に絶縁性粒子４を配置させる方法としては特に限定されず、例えば、界面重合法、懸濁重合法及び乳化重合法などの化学的方法、並びにスプレードライ、ハイブリタイゼーション、静電付着法、噴霧法、ディッピング及び真空蒸着等の物理的又は機械的方法等が挙げられる。なかでも、樹脂層３，１２による被覆及び絶縁性粒子４の配置をより一層容易に行う観点からは、ハイブリダイゼーションによる方法が好ましい。
【００５６】
導電性粒子１，１１を得るために、樹脂層３，１２による被覆と絶縁性粒子４の配置とは同時に行われてもよく、別の工程で行われてもよい。例えば、導電性粒子１を得るために、導電性粒子本体２の表面２ａを樹脂層３で被覆した後に、導電性粒子本体２の表面２ａ上に絶縁性粒子４を配置してもよい。
【００５７】
（異方性導電材料）
本発明に係る異方性導電材料は、上記導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。
【００５８】
上記バインダー樹脂は特に限定されない。上記バインダー樹脂として、例えば、絶縁性の樹脂が用いられる。上記バインダー樹脂としては、例えば、ビニル樹脂、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、熱可塑性ブロック共重合体及びエラストマー等が挙げられる。上記バインダー樹脂は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５９】
上記ビニル樹脂の具体例としては、酢酸ビニル樹脂、（メタ）アクリル樹脂及びスチレン樹脂等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びポリアミド樹脂等が挙げられる。上記硬化性樹脂の具体例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。なお、上記硬化性樹脂は、常温硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂及び湿気硬化型樹脂であってもよい。上記硬化性樹脂は、硬化剤と併用されてもよい。上記熱可塑性ブロック共重合体の具体例としては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物、及びスチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体の水素添加物等が挙げられる。上記エラストマーの具体例としては、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、及びアクリロニトリル−スチレンブロック共重合ゴム等が挙げられる。
【００６０】
異方性導電材料は、導電性粒子及びバインダー樹脂の他に、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤及び難燃剤等の各種の添加剤を含んでいてもよい。
【００６１】
上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法は、従来公知の分散方法を用いることができ特に限定されない。上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法としては、例えば、バインダー樹脂中に導電性粒子を添加した後、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、導電性粒子を水又は有機溶剤中にホモジナイザー等を用いて均一に分散させた後、バインダー樹脂中へ添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、又はバインダー樹脂を水又は有機溶剤等で希釈した後、導電性粒子を添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法等が挙げられる。
【００６２】
本発明に係る異方性導電材料は、異方性導電ペースト、異方性導電インク、異方性導電粘接着剤、異方性導電フィルム、及び異方性導電シート等として使用できる。上記異方性導電材料が、異方性導電フィルム又は異方性導電シート等のフィルム状の接着剤として使用される場合には、該導電性粒子を含むフィルム状の接着剤に、導電性粒子を含まないフィルム状の接着剤が積層されていてもよい。
【００６３】
上記異方性導電材料における導電性粒子の含有量は特に限定されない。導通信頼性を高める観点からは、異方性導電材料１００重量％中、導電性粒子の含有量の好ましい下限は０．０１重量％、より好ましい下限は０．１重量％、好ましい上限は２０重量％、より好ましい上限は１０重量％、更に好ましい上限は５重量％である。
【００６４】
（接続構造体）
図３は、本発明の一実施形態に係る導電性粒子を用いた接続構造体を模式的に示す断面図である。
【００６５】
図３に示す接続構造体２１は、第１の接続対象部材２２と、第２の接続対象部材２３と、第１，第２の接続対象部材２２，２３とを電気的に接続している接続部２４とを備える。接続部２４は、導電性粒子１とバインダー樹脂２５とを含む異方性導電材料により形成されている。
【００６６】
導電性粒子１とバインダー樹脂２５とを含む異方性導電材料にかえて、導電性粒子を用いてもよい。異方性導電材料ではなく導電性粒子が用いられた場合には、接続部自体が導電性粒子である。
【００６７】
第１の接続対象部材２２の上面２２ａに、複数の電極２２ｂが設けられている。第２の接続対象部材２３の下面２３ａに、複数の電極２３ｂが設けられている。電極２２ｂと電極２３ｂとが、導電性粒子１を介して、積層されている。電極２２ｂと電極２３ｂとが、導電性粒子本体２により電気的に接続されている。
【００６８】
第１，第２の接続対象部材２２，２３としては、半導体チップ、コンデンサ及びダイオード等の電子部品、並びにプリント基板、フレキシブルプリント基板及びガラス基板等の回路基板等が挙げられる。
【００６９】
接続構造体２１の製造方法は特に限定されない。接続構造体２１の製造方法の一例として、第１の接続対象部材２２と第２の接続対象部材２３との間に、上記異方性導電材料を配置して、積層体を得た後、該積層体を加熱し、加圧する方法が挙げられる。
【００７０】
上記積層体を加熱する際の温度は、１２０〜２２０℃程度である。上記積層体を加圧する際の圧力は９．８〜１０４〜４．９×１０６Ｐａ程度である。
【００７１】
上記積層体を加熱及び加圧する際に、導電性粒子２と電極２２ｂ，２３ｂとの間に存在していた樹脂層３及び絶縁性粒子４を排除できる。例えば、上記加熱及び加圧の際には、導電性粒子本体２と電極２２ｂ，２３ｂとの間に存在していた樹脂層３及び絶縁性粒子４が溶融したり、変形したりして、導電性粒子本体２の表面２ａが部分的に露出する。なお、上記加熱及び加圧の際には、大きな力が付与されるので、一部の絶縁性粒子４が導電性粒子本体２の表面２ａから剥離して、導電性粒子本体２の表面２ａが部分的に露出することもある。導電性粒子本体２の表面２ａが露出した部分が、電極２２ｂ，２３ｂに接触することにより、導電性粒子本体２を介して電極２２ｂ，２３ｂが電気的に接続される。
【００７２】
図４に接続構造体２１の変形例を示すように、複数の電極２２ｂ，２３ｂ間にそれぞれ配置された導電性粒子１Ａ，１Ｂが、他の導電性粒子１Ｃ，１Ｄに接触し、導電性粒子１Ａ〜１Ｄが連なることがある。近年、隣接する複数の電極の間隔が狭くなってきている。横方向の電極の間隔が狭いと、連なった複数の導電性粒子を介して、横方向に隣接する電極が連なることがある。
【００７３】
導電性粒子１Ａ〜１Ｄが接触して連なったとしても、大きな力が与えられない限り絶縁性粒子４が、導電性粒子本体２の表面２ａから脱離し難いので、導電性粒子本体２の間には絶縁性粒子４が存在する。このため、隣接する複数の電極２２ｂ，２３ｂの短絡を抑制できる。すなわち、複数の導電性粒子１が接触したとしても、接続されてはならない横方向に隣接する複数の電極２２ｂ，２３ｂが、複数の導電性粒子本体２により接続され難い。
【００７４】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。
【００７５】
（実施例１）
（１）原料
樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ」）にＮｉ／Ａｕめっきを施したミクロパールＡＵ−２０３Ａ（平均粒子径３μｍ）を、導電性粒子本体として用意した。
【００７６】
また、絶縁性の樹脂層を形成するための樹脂として、非架橋ポリスチレンラテックス（平均粒子径１００ｎｍ、積水メディカル社製）を乾燥させた粉体を用意した。
【００７７】
さらに、絶縁性粒子を形成するための材料として、シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）を用意した。
【００７８】
（２）導電性粒子の作製
導電性粒子本体３５ｇと、非架橋ポリスチレンラテックスの粉体２ｇと、シリカ粒子９ｇとをガラス瓶に一括添加し、手でよく振り混ぜて、予備混合物を得た。
【００７９】
次に、ハイブリタイゼーションシステムＮＨＳ−Ｏ型（奈良機械工業社製）に予備混合物を全量入れ、１３０００ｒｐｍで３分間混合し、導電性粒子を得た。
【００８０】
（実施例２）
シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）をシリカ粒子（平均粒子径３００μｍ、トクヤマ社製）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。
【００８１】
（実施例３）
シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）をシリカ（平均粒子径４００ｎｍ、トクヤマ社製）に変更したこと、並びに予備混合物を得る際に、ポリスチレンラテックスの粉体の添加量を２ｇから４ｇ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。
【００８２】
（比較例１）
シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）をシリカ粒子（平均粒子径４００μｍ、トクヤマ社製）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。
【００８３】
（比較例２）
予備混合物を得る際に、非架橋ポリスチレンラテックスの粉体の添加量を２ｇから４ｇ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。
【００８４】
（比較例３）
シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）をシリカ（平均粒子径３００ｎｍ、トクヤマ社製）に変更したこと、並びに予備混合物を得る際に、非架橋ポリスチレンラテックスの粉体の添加量を２ｇから４ｇ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。
【００８５】
（評価）
（１）導電性粒子本体の平均粒子径
日立ハイテクノロジーズ社製走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、導電性粒子本体の平均粒子径を測定した（ｎ＝５）。
【００８６】
（２）絶縁性の樹脂層の平均厚みと絶縁性粒子の平均粒子径
日本電子データム社製透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、絶縁性の樹脂層の平均厚み、及び、絶縁性粒子の平均粒子径を測定した（ｎ＝５）。
【００８７】
（３）隣接する電極間の絶縁性試験
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製「エピコート１００９」）１０重量部と、アクリルゴム（重量平均分子量約８０万）４０重量部と、マイクロカプセル型硬化剤（旭化成ケミカルズ社製「ＨＸ３９４１ＨＰ」）５０重量部と、シランカップリング剤（東レダウコーニングシリコーン社製「ＳＨ６０４０」）２重量部と、酢酸エチル１５０重量部とを混合し、樹脂組成物を得た。
【００８８】
得られた樹脂組成物１０ｇに導電性粒子１．５ｇを添加し、遊星式撹拌装置を用いて、減圧下において２０００ｒｐｍで１分間撹拌し、異方性導電ペーストを得た。
【００８９】
ＩＴＯにより形成された電極（Ｌ／Ｓ＝２０μｍ／２０μｍ、２０本）を上面に有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板）を用意した。このＦＰＣ基板上に、得られた異方性導電ペーストを塗布し、異方性導電ペースト層を形成した。異方性導電ペースト層上に、スライドガラスを積層した。その後、２９．４Ｎ／ｃｍ２、２００℃及び１５秒の条件で熱圧着し、接続構造体を得た。
【００９０】
得られた２つの接続構造体において、隣接する電極間のリークの有無を、テスターで抵抗を測定することにより評価した。抵抗が５００ＭΩ以下の場合に「リーク有」、抵抗が５００ＭΩを超える場合に「リーク無」と判定した。２つの接続構造体における電極間１９箇所中の「リーク有」の箇所の個数をそれぞれ求め、平均値を算出した。
【００９１】
（４）対向する上下の電極間の導通試験
上記（３）絶縁性粒子の付着性で用いた異方性導電ペーストを用意した。
【００９２】
上面にＩＴＯ電極を有するガラス基板（縦２０ｍｍ×横４０ｍｍ）上に、異方性導電ペーストを塗布し、異方性導電ペースト層を形成した。異方性導電ペースト層上に、下面にＩＴＯ電極を有するガラス基板（縦２０×横４０ｍｍ）を、２枚のガラス基板の縦方向が直交する方向となるように積層した。その後、３６５ｋＰａに加圧しながら、１６０℃で５分間加熱し、次に常温まで冷却し、接続構造体を得た。上下に対向している部分における電極の幅はそれぞれ、３００μｍであった。
【００９３】
得られた２つの接続構造体の対向する上下の電極間の接続抵抗をそれぞれ、４端子法により測定した。２つの接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧＝電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。
【００９４】
結果を下記の表１に示す。
【００９５】
【表１】
【符号の説明】
【００９６】
１…導電性粒子
１Ａ〜１Ｄ…導電性粒子
２…導電性粒子本体
２ａ…表面
３…樹脂層
３Ａ…導電性粒子本体の表面を直接被覆している部分
４…絶縁性粒子
５…基材粒子
５ａ…表面
６…導電層
１１…導電性粒子
１２…樹脂層
１２Ａ…導電性粒子本体の表面を直接被覆している部分
１２Ｂ…絶縁性粒子の表面を直接被覆している部分
２１…接続構造体
２２…第１の接続対象部材
２２ａ…上面
２２ｂ…電極
２３…第２の接続対象部材
２３ａ…下面
２３ｂ…電極
２４…接続部
２５…バインダー樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電極間の電気的な接続に用いることができる導電性粒子、並びに該導電性粒子を用いた異方性導電材料及び接続構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
異方性導電材料としては、異方性導電ペースト、異方性導電インク、異方性導電粘接着剤、異方性導電フィルム及び異方性導電シート等が広く知られている。これらの異方性導電材料では、ペースト、インク又は樹脂中に導電性粒子が分散されている。
【０００３】
上記導電性粒子の一例として、下記の特許文献１には、導電性の表面を有する導電性粒子本体の表面に絶縁層が形成されており、かつ該絶縁層に絶縁性粒子が埋め込まれている導電性粒子が開示されている。特許文献１の実施例１では、平均粒子径５μｍの絶縁性核体に金めっきを施した導電性粒子本体が用いられており、該導電性粒子本体の表面に厚み１μｍの絶縁層が形成されており、かつ該絶縁層に平均粒子径０．５μｍの絶縁性粒子が埋め込まれている。
【０００４】
電極間を電気的に接続する際には、特許文献１に記載の導電性粒子を含む異方性導電材料を電極間に配置して、加熱及び加圧する。加熱及び加圧によって、異方性導電材料を硬化させ、更に導電性粒子を圧縮して、導電性粒子本体と電極との間の絶縁層及び絶縁性粒子を除去し、導電性粒子本体を介して電極間を電気的に接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の導電性粒子では、導電接続の前に、絶縁性粒子が導電性粒子本体の表面から容易に脱離することがある。例えば、導電性粒子をバインダー樹脂中に分散させる際に、絶縁性粒子が導電性粒子本体の表面から脱離しやすい。絶縁性粒子が脱離すると導電層が部分的に露出することがある。このため、導電接続したときに、複数の導電性粒子本体の導電層が接触して、接続されてはならない隣り合う電極間が接続されることがある。
【０００７】
さらに、特許文献１に記載の導電性粒子では、導電接続の際に、導電性粒子本体と電極との間の絶縁層及び絶縁性粒子を充分に除去することが困難なことがある。このため、導電性粒子本体と電極とが接触せずに、接続されるべき上下の電極間が接続されないことがある。
【０００８】
従って、特許文献１に記載の導電性粒子を用いて電極間を電気的に接続した場合に、電極間の導通信頼性が低いことがある。
【０００９】
本発明の目的は、電極間を電気的に接続した場合に、電極間の導通信頼性を高めることができる導電性粒子、並びに該導電性粒子を用いた異方性導電材料及び接続構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の広い局面によれば、導電層を表面に有する導電性粒子本体と、該導電性粒子本体の表面を被覆している絶縁性の樹脂層と、上記導電性粒子本体の表面上に配置されている複数の絶縁性粒子とを備え、上記樹脂層の平均厚みが、上記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下であり、かつ、上記絶縁性粒子の平均粒子径が、上記樹脂層の平均厚みの１．５〜３．５倍である、導電性粒子が提供される。
【００１１】
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、上記絶縁性粒子の平均粒子径は、上記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下である。
【００１２】
本発明に係る導電性粒子の他の特定の局面では、上記導電性粒子本体の平均粒子径は２〜５μｍであり、上記樹脂層の平均厚みは５０〜５００ｎｍであり、かつ、上記絶縁性粒子の平均粒子径は１５０〜５００ｎｍである。
【００１３】
本発明に係る異方性導電材料は、本発明に従って構成された導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。
【００１４】
本発明に係る接続構造体は、第１の接続対象部材と、第２の接続対象部材と、第１，第２の接続対象部材を接続している接続部とを備え、上記接続部が本発明に従って構成された導電性粒子、又は該導電性粒子とバインダー樹脂とを含む異方性導電材料により形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る導電性粒子は、上記樹脂層の平均厚みが上記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下であり、かつ、上記絶縁性粒子の平均粒子径が上記樹脂層の平均厚みの１．５〜３．５倍であるので、導電接続の前に、上記絶縁性粒子が上記導電性粒子本体の表面から脱離し難い。このため、複数の導電性粒子本体が接触し難く、接続されてはならない隣り合う電極間が接続され難い。
【００１６】
さらに、導電性粒子を圧縮させて電極間を電気的に接続する際に、電極と導電性粒子本体との間の上記絶縁層及び上記絶縁性粒子を充分に排除できる。このため、接続されるべき上下の電極間を接続できる。
【００１７】
従って、本発明に係る導電性粒子の使用により、電極間の導通信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る導電性粒子を用いた接続構造体の部分切欠断面図である。
【図４】図４は、図３に示す接続構造体の変形例を示す部分切欠断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態及び実施例を説明することにより本発明を明らかにする。
【００２０】
（導電性粒子）
図１に、本発明の一実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００２１】
図１に示すように、導電性粒子１は、導電性粒子本体２と、導電性粒子本体２の表面２ａを被覆している絶縁性の樹脂層３と、導電性粒子本体２の表面２ａ上に配置されている複数の絶縁性粒子４を備える。導電性粒子本体２の表面２ａに、絶縁性粒子４が付着している。
【００２２】
絶縁性粒子４の一部の領域は、樹脂層３に埋め込まれている。絶縁性粒子４の一部の領域は、樹脂層３から露出している。樹脂層３は、絶縁性粒子４の導電性粒子本体２が配置された側とは反対側の表面を被覆していない。
【００２３】
図２に、本発明の他の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００２４】
図２に示す導電性粒子１１は、導電性粒子本体２と、該導電性粒子本体２の表面２ａを被覆している絶縁性の樹脂層１２と、導電性粒子本体２の表面２ａ上に配置されている複数の絶縁性粒子４とを備える。絶縁性粒子４全体が、樹脂層１２に埋め込まれている。絶縁性粒子４は、樹脂層１２から露出していない。樹脂層１２は、絶縁性粒子４の導電性粒子本体２が配置された側とは反対側の表面を被覆している。
【００２５】
電極間の導通信頼性をより一層高める観点からは、導電性粒子１と導電性粒子１１のうち、導電性粒子１が好ましい。絶縁性粒子４の少なくとも一部の領域は、樹脂層３に埋め込まれていることが好ましい。
【００２６】
樹脂層３，１２の平均厚みは、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／６以下である。電極と導電性粒子本体２との間の絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４をより一層容易に排除する観点からは、樹脂層３，１２の平均厚みは、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／１０以下であることが好ましく、１／１３以下であることがより好ましく、１／１５以下であることが更に好ましい。
【００２７】
絶縁性粒子４の平均粒子径は、樹脂層３，１２の平均厚みの１．５〜３．５倍である。導電接続の前に、絶縁性粒子の導電性粒子本体の表面からの脱離を抑制し、かつ導電接続の際に、電極と導電性粒子本体２との間の絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４をより一層容易に排除する観点からは、絶縁性粒子４の平均粒子径は、樹脂層３，１２の平均厚みの１．７倍以上であることがより好ましく、１．８倍以上であることが更に好ましい。導電接続の前に、絶縁性粒子４の導電性粒子本体２の表面２ａからの脱離をより一層抑制する観点からは、絶縁性粒子４の平均粒子径は、３．２倍以下であることがより好ましく、３．０倍以下であることが更に好ましい。
【００２８】
導電性粒子本体２は、基材粒子５と、該基材粒子５の表面５ａを被覆している導電層６とを有する。導電性粒子本体２は、基材粒子５の表面５ａが導電層６により被覆された被覆粒子である。従って、導電性粒子本体２は表面２ａに導電層６を有する。
【００２９】
基材粒子５としては、樹脂粒子、無機粒子、有機無機ハイブリッド粒子及び金属粒子等が挙げられる。
【００３０】
基材粒子５は、樹脂により形成された樹脂粒子であることが好ましい。導電性粒子１を用いて電極間を接続する際には、導電性粒子１を電極間に配置した後、加圧により導電性粒子本体２を圧縮させ、電極と接触させる。基材粒子５が樹脂粒子であると、上記加圧の際に導電性粒子本体２が変形しやすく、導電性粒子本体２と電極の接触面積を大きくすることができる。このため、電極間の導通信頼性を高めることができる。
【００３１】
上記樹脂粒子を形成するための樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、（メタ）アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルスルホン等が挙げられる。基材粒子５の硬度を好適な範囲に容易に制御できるので、上記樹脂粒子を形成するための樹脂は、エチレン性不飽和基を有する重合性単量体を１種又は２種以上重合させた重合体であることが好ましい。
【００３２】
上記無機粒子を形成するための無機物としては、シリカ及びカーボンブラック等が挙げられる。上記有機無機ハイブリッド粒子としては、例えば、架橋したアルコキシシリルポリマーとアクリル樹脂とにより形成された有機無機ハイブリッド粒子等が挙げられる。
【００３３】
基材粒子５が金属粒子である場合に、該金属粒子を形成するための金属としては、銀、銅、ニッケル、ケイ素、金及びチタン等が挙げられる。
【００３４】
導電層６を形成するための金属は特に限定されない。該金属としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、亜鉛、鉄、錫、鉛、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム、ケイ素及びこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属としては、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）及びはんだ等が挙げられる。なかでも、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができるので、錫と錫とを含む合金、ニッケル、パラジウム、銅又は金が好ましい。
【００３５】
導電層６は、１つの層により形成されている。導電層は、複数の層により形成されていてもよい。すなわち、導電層は、２層以上の積層構造を有していてもよい。導電層が複数の層により形成されている場合には、最外層は、金層、ニッケル層、パラジウム層、銅層又は錫と銀とを含む合金層であることが好ましく、金層であることがより好ましい。最外層がこれらの好ましい導電層である場合には、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。また、最外層が金層である場合には、耐食性をより一層高めることができる。
【００３６】
基材粒子５の表面５ａに導電層６を形成する方法は特に限定されない。導電層６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、並びに金属粉末もしくは金属粉末とバインダーとを含むペーストを基材粒子５の表面５ａにコーティングする方法等が挙げられる。なかでも、導電層６の形成が簡便であるので、無電解めっきによる方法が好ましい。上記物理的蒸着による方法としては、真空蒸着、イオンプレーティング及びイオンスパッタリング等の方法が挙げられる。
【００３７】
導電性粒子本体２の平均粒子径は、５００ｎｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、２μｍ〜５μｍの範囲内であることがより好ましい。導電性粒子本体２の平均粒子径が上記好ましい範囲内にある場合には、導電性粒子本体２と電極との接触面積を充分に大きくすることができ、かつ導電層６を形成する際に導電性粒子本体２が凝集し難くなる。さらに、導電性粒子本体２を介して接続された電極間の間隔が大きくなりすぎず、かつ導電層６が基材粒子５の表面５ａから剥離し難くなる。
【００３８】
導電性粒子本体２の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。導電性粒子本体２の平均粒子径は、導電性粒子本体を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察することにより、求められる。例えば、任意の複数（例えば５個）の導電性粒子本体２を観察して、平均値を算出することにより、上記平均粒子径は求められる。
【００３９】
導電層６の厚みは、５ｎｍ〜１μｍの範囲内であることが好ましい。導電層６の厚みのより好ましい下限は１０ｎｍ、より好ましい上限は３００ｎｍである。導電層６の厚みが上記好ましい範囲内にあると、充分な導電性を得ることができ、かつ導電性粒子本体２が硬くなりすぎずに、電極間の接続の際に導電性粒子本体２を充分に変形させることができる。
【００４０】
導電層６の厚みは、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、導電性粒子本体２の断面を観察することにより測定できる。
【００４１】
導電性粒子本体２は被覆粒子である。導電性粒子本体は、導電層を表面に有していればよく、基材粒子を有さない金属粒子であってもよい。
【００４２】
金属粒子である導電性粒子本体を形成するための金属は特に限定されない。該金属として、例えば、導電性粒子本体２の導電層６を形成するための金属として挙げたものが用いられる。なお、金属粒子である導電性粒子本体の平均粒子径の好ましい範囲は、導電性粒子本体２の平均粒子径と同様である。
【００４３】
樹脂層３，１２は、絶縁性を有する樹脂により形成されている。樹脂層３，１２は、導電性粒子本体２の表面２ａの少なくとも一部の領域を被覆している。樹脂層３，１２は、導電性粒子本体２の表面２ａ上の絶縁性粒子４が配置されている部分以外の領域において、導電性粒子本体２の表面２ａを被覆している。
【００４４】
樹脂層３，１２は、絶縁性の樹脂により形成されている。該絶縁性の樹脂として、例えば、基材粒子５としての樹脂粒子を形成すための樹脂として挙げたものが用いられる。
【００４５】
樹脂層３，１２の平均厚みは、５ｎｍ〜１μｍの範囲内であることが好ましく、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。樹脂層３，１２の平均厚みが上記好ましい範囲内にある場合には、導電接続の前に、絶縁性粒子４が導電性粒子本体２の表面２ａからより一層脱離し難くなり、更に導電接続の際に、電極と導電性粒子本体２との間の絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４をより一層容易に排除できる。
【００４６】
樹脂層３，１２の平均厚みは、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、導電性粒子１，１１の断面を観察することにより測定できる。
【００４７】
樹脂層３，１２の平均厚みは、導電性粒子本体２の表面２ａを直接被覆している部分３Ａ，１２Ａ、言い換えれば導電性粒子本体２の表面２ａ上の絶縁性粒子４が無い部分における樹脂層３，１２の厚みである。樹脂層１２の平均厚みには、絶縁性粒子４の表面を直接被覆している部分１２Ｂの厚みは含まれない。
【００４８】
絶縁性粒子４は、絶縁性を有する材料により形成されている。絶縁性粒子４は導電性粒子本体２よりも小さい。導電性粒子１では、絶縁性粒子４の一部の領域は、樹脂層３に埋め込まれている。導電性粒子１１では、絶縁性粒子４全体が、樹脂層１２に埋め込まれている。
【００４９】
絶縁性粒子４を構成する材料としては、絶縁性の樹脂、及び絶縁性の無機物等が挙げられる。上記絶縁性の樹脂として、例えば、基材粒子５としての樹脂粒子を形成するための樹脂として挙げたものが用いられる。上記絶縁性の無機物として、例えば、基材粒子５としての無機粒子を形成するための無機物として挙げたものが用いられる。
【００５０】
１つの導電性粒子本体２の表面２ａ上に配置される絶縁性粒子４は、３個以上であることが好ましく、８個以上であることがより好ましい。絶縁性粒子４が多いと、導電性粒子１により電極間を電気的に接続したときに、導電性粒子１がどのような方向に向いても、複数の導電性粒子本体２の接触が、絶縁性粒子４によって効果的に妨げられる。絶縁性粒子４が８個以上であると、複数の導電性粒子本体２の接触が、絶縁性粒子４によってより一層効果的に妨げられる。
【００５１】
絶縁性粒子４の粒子径は、導電性粒子本体２の粒子径及び導電性粒子１，１１の用途等によって適宜選択できる。絶縁性粒子４の平均粒子径は５ｎｍ〜１μｍの範囲内であることが好ましい。絶縁性粒子４の平均粒子径のより好ましい下限は１５０ｎｍ、より好ましい上限は５００ｎｍである。絶縁性粒子４の平均粒子径が小さすぎると、導電性粒子１がバインダー樹脂中に分散されたときに、導電性粒子１の導電性粒子本体２が露出し、複数の導電性粒子本体２が接触しやすくなる。絶縁性粒子４の平均粒子径が大きすぎると、電極間の接続の際に、電極と導電性粒子本体２との間の樹脂層３，１２及び絶縁性粒子４を排除するために、圧力を高くしなければならなかったり、高温に加熱しなければならなかったりする。
【００５２】
絶縁性粒子４の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。絶縁性粒子４の平均粒子径は、導電性粒子本体２の平均粒子径と同様にして求められる。
【００５３】
絶縁性粒子４の平均粒子径は、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／６以下であることが好ましい。この場合には、電極と導電性粒子本体２との間の絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４をより一層容易に排除できる。絶縁層３，１２及び絶縁性粒子４の排除性をさらに一層高める観点からは、絶縁性粒子４の平均粒子径は、導電性粒子本体２の平均粒子径の１／７以下であることが好ましく、１／７．５以下であることがより好ましい。
【００５４】
導電性粒子本体２の表面２ａを適度に露出させるためには、絶縁性粒子４の被覆率は、５〜７０％の範囲内であることが好ましい。上記被覆率は、導電性粒子本体２の表面積全体に占める絶縁性粒子４により被覆されている部分の面積を示す。上記被覆率が上記好ましい範囲内にあると、隣接する導電性粒子本体２がより一層接触し難くなり、かつ電極の接続の際に熱及び圧力を必要以上に付与しなくても、絶縁性粒子４を充分に排除できる。
【００５５】
導電性粒子の２の表面２ａを樹脂層３，１２で被覆する方法及び導電性粒子本体２の表面２ａ上に絶縁性粒子４を配置させる方法としては特に限定されず、例えば、界面重合法、懸濁重合法及び乳化重合法などの化学的方法、並びにスプレードライ、ハイブリタイゼーション、静電付着法、噴霧法、ディッピング及び真空蒸着等の物理的又は機械的方法等が挙げられる。なかでも、樹脂層３，１２による被覆及び絶縁性粒子４の配置をより一層容易に行う観点からは、ハイブリダイゼーションによる方法が好ましい。
【００５６】
導電性粒子１，１１を得るために、樹脂層３，１２による被覆と絶縁性粒子４の配置とは同時に行われてもよく、別の工程で行われてもよい。例えば、導電性粒子１を得るために、導電性粒子本体２の表面２ａを樹脂層３で被覆した後に、導電性粒子本体２の表面２ａ上に絶縁性粒子４を配置してもよい。
【００５７】
（異方性導電材料）
本発明に係る異方性導電材料は、上記導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。
【００５８】
上記バインダー樹脂は特に限定されない。上記バインダー樹脂として、例えば、絶縁性の樹脂が用いられる。上記バインダー樹脂としては、例えば、ビニル樹脂、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、熱可塑性ブロック共重合体及びエラストマー等が挙げられる。上記バインダー樹脂は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５９】
上記ビニル樹脂の具体例としては、酢酸ビニル樹脂、（メタ）アクリル樹脂及びスチレン樹脂等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びポリアミド樹脂等が挙げられる。上記硬化性樹脂の具体例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。なお、上記硬化性樹脂は、常温硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂及び湿気硬化型樹脂であってもよい。上記硬化性樹脂は、硬化剤と併用されてもよい。上記熱可塑性ブロック共重合体の具体例としては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物、及びスチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体の水素添加物等が挙げられる。上記エラストマーの具体例としては、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、及びアクリロニトリル−スチレンブロック共重合ゴム等が挙げられる。
【００６０】
異方性導電材料は、導電性粒子及びバインダー樹脂の他に、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤及び難燃剤等の各種の添加剤を含んでいてもよい。
【００６１】
上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法は、従来公知の分散方法を用いることができ特に限定されない。上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法としては、例えば、バインダー樹脂中に導電性粒子を添加した後、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、導電性粒子を水又は有機溶剤中にホモジナイザー等を用いて均一に分散させた後、バインダー樹脂中へ添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、又はバインダー樹脂を水又は有機溶剤等で希釈した後、導電性粒子を添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法等が挙げられる。
【００６２】
本発明に係る異方性導電材料は、異方性導電ペースト、異方性導電インク、異方性導電粘接着剤、異方性導電フィルム、及び異方性導電シート等として使用できる。上記異方性導電材料が、異方性導電フィルム又は異方性導電シート等のフィルム状の接着剤として使用される場合には、該導電性粒子を含むフィルム状の接着剤に、導電性粒子を含まないフィルム状の接着剤が積層されていてもよい。
【００６３】
上記異方性導電材料における導電性粒子の含有量は特に限定されない。導通信頼性を高める観点からは、異方性導電材料１００重量％中、導電性粒子の含有量の好ましい下限は０．０１重量％、より好ましい下限は０．１重量％、好ましい上限は２０重量％、より好ましい上限は１０重量％、更に好ましい上限は５重量％である。
【００６４】
（接続構造体）
図３は、本発明の一実施形態に係る導電性粒子を用いた接続構造体を模式的に示す断面図である。
【００６５】
図３に示す接続構造体２１は、第１の接続対象部材２２と、第２の接続対象部材２３と、第１，第２の接続対象部材２２，２３とを電気的に接続している接続部２４とを備える。接続部２４は、導電性粒子１とバインダー樹脂２５とを含む異方性導電材料により形成されている。
【００６６】
導電性粒子１とバインダー樹脂２５とを含む異方性導電材料にかえて、導電性粒子を用いてもよい。異方性導電材料ではなく導電性粒子が用いられた場合には、接続部自体が導電性粒子である。
【００６７】
第１の接続対象部材２２の上面２２ａに、複数の電極２２ｂが設けられている。第２の接続対象部材２３の下面２３ａに、複数の電極２３ｂが設けられている。電極２２ｂと電極２３ｂとが、導電性粒子１を介して、積層されている。電極２２ｂと電極２３ｂとが、導電性粒子本体２により電気的に接続されている。
【００６８】
第１，第２の接続対象部材２２，２３としては、半導体チップ、コンデンサ及びダイオード等の電子部品、並びにプリント基板、フレキシブルプリント基板及びガラス基板等の回路基板等が挙げられる。
【００６９】
接続構造体２１の製造方法は特に限定されない。接続構造体２１の製造方法の一例として、第１の接続対象部材２２と第２の接続対象部材２３との間に、上記異方性導電材料を配置して、積層体を得た後、該積層体を加熱し、加圧する方法が挙げられる。
【００７０】
上記積層体を加熱する際の温度は、１２０〜２２０℃程度である。上記積層体を加圧する際の圧力は９．８〜１０４〜４．９×１０６Ｐａ程度である。
【００７１】
上記積層体を加熱及び加圧する際に、導電性粒子２と電極２２ｂ，２３ｂとの間に存在していた樹脂層３及び絶縁性粒子４を排除できる。例えば、上記加熱及び加圧の際には、導電性粒子本体２と電極２２ｂ，２３ｂとの間に存在していた樹脂層３及び絶縁性粒子４が溶融したり、変形したりして、導電性粒子本体２の表面２ａが部分的に露出する。なお、上記加熱及び加圧の際には、大きな力が付与されるので、一部の絶縁性粒子４が導電性粒子本体２の表面２ａから剥離して、導電性粒子本体２の表面２ａが部分的に露出することもある。導電性粒子本体２の表面２ａが露出した部分が、電極２２ｂ，２３ｂに接触することにより、導電性粒子本体２を介して電極２２ｂ，２３ｂが電気的に接続される。
【００７２】
図４に接続構造体２１の変形例を示すように、複数の電極２２ｂ，２３ｂ間にそれぞれ配置された導電性粒子１Ａ，１Ｂが、他の導電性粒子１Ｃ，１Ｄに接触し、導電性粒子１Ａ〜１Ｄが連なることがある。近年、隣接する複数の電極の間隔が狭くなってきている。横方向の電極の間隔が狭いと、連なった複数の導電性粒子を介して、横方向に隣接する電極が連なることがある。
【００７３】
導電性粒子１Ａ〜１Ｄが接触して連なったとしても、大きな力が与えられない限り絶縁性粒子４が、導電性粒子本体２の表面２ａから脱離し難いので、導電性粒子本体２の間には絶縁性粒子４が存在する。このため、隣接する複数の電極２２ｂ，２３ｂの短絡を抑制できる。すなわち、複数の導電性粒子１が接触したとしても、接続されてはならない横方向に隣接する複数の電極２２ｂ，２３ｂが、複数の導電性粒子本体２により接続され難い。
【００７４】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。
【００７５】
（実施例１）
（１）原料
樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ」）にＮｉ／Ａｕめっきを施したミクロパールＡＵ−２０３Ａ（平均粒子径３μｍ）を、導電性粒子本体として用意した。
【００７６】
また、絶縁性の樹脂層を形成するための樹脂として、非架橋ポリスチレンラテックス（平均粒子径１００ｎｍ、積水メディカル社製）を乾燥させた粉体を用意した。
【００７７】
さらに、絶縁性粒子を形成するための材料として、シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）を用意した。
【００７８】
（２）導電性粒子の作製
導電性粒子本体３５ｇと、非架橋ポリスチレンラテックスの粉体２ｇと、シリカ粒子９ｇとをガラス瓶に一括添加し、手でよく振り混ぜて、予備混合物を得た。
【００７９】
次に、ハイブリタイゼーションシステムＮＨＳ−Ｏ型（奈良機械工業社製）に予備混合物を全量入れ、１３０００ｒｐｍで３分間混合し、導電性粒子を得た。
【００８０】
（実施例２）
シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）をシリカ粒子（平均粒子径３００μｍ、トクヤマ社製）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。
【００８１】
（実施例３）
シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）をシリカ（平均粒子径４００ｎｍ、トクヤマ社製）に変更したこと、並びに予備混合物を得る際に、ポリスチレンラテックスの粉体の添加量を２ｇから４ｇ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。
【００８２】
（比較例１）
シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）をシリカ粒子（平均粒子径４００μｍ、トクヤマ社製）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。
【００８３】
（比較例２）
予備混合物を得る際に、非架橋ポリスチレンラテックスの粉体の添加量を２ｇから４ｇ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。
【００８４】
（比較例３）
シリカ粒子（平均粒子径１８０ｎｍ、トクヤマ社製）をシリカ（平均粒子径３００ｎｍ、トクヤマ社製）に変更したこと、並びに予備混合物を得る際に、非架橋ポリスチレンラテックスの粉体の添加量を２ｇから４ｇ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。
【００８５】
（評価）
（１）導電性粒子本体の平均粒子径
日立ハイテクノロジーズ社製走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、導電性粒子本体の平均粒子径を測定した（ｎ＝５）。
【００８６】
（２）絶縁性の樹脂層の平均厚みと絶縁性粒子の平均粒子径
日本電子データム社製透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、絶縁性の樹脂層の平均厚み、及び、絶縁性粒子の平均粒子径を測定した（ｎ＝５）。
【００８７】
（３）隣接する電極間の絶縁性試験
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製「エピコート１００９」）１０重量部と、アクリルゴム（重量平均分子量約８０万）４０重量部と、マイクロカプセル型硬化剤（旭化成ケミカルズ社製「ＨＸ３９４１ＨＰ」）５０重量部と、シランカップリング剤（東レダウコーニングシリコーン社製「ＳＨ６０４０」）２重量部と、酢酸エチル１５０重量部とを混合し、樹脂組成物を得た。
【００８８】
得られた樹脂組成物１０ｇに導電性粒子１．５ｇを添加し、遊星式撹拌装置を用いて、減圧下において２０００ｒｐｍで１分間撹拌し、異方性導電ペーストを得た。
【００８９】
ＩＴＯにより形成された電極（Ｌ／Ｓ＝２０μｍ／２０μｍ、２０本）を上面に有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板）を用意した。このＦＰＣ基板上に、得られた異方性導電ペーストを塗布し、異方性導電ペースト層を形成した。異方性導電ペースト層上に、スライドガラスを積層した。その後、２９．４Ｎ／ｃｍ２、２００℃及び１５秒の条件で熱圧着し、接続構造体を得た。
【００９０】
得られた２つの接続構造体において、隣接する電極間のリークの有無を、テスターで抵抗を測定することにより評価した。抵抗が５００ＭΩ以下の場合に「リーク有」、抵抗が５００ＭΩを超える場合に「リーク無」と判定した。２つの接続構造体における電極間１９箇所中の「リーク有」の箇所の個数をそれぞれ求め、平均値を算出した。
【００９１】
（４）対向する上下の電極間の導通試験
上記（３）絶縁性粒子の付着性で用いた異方性導電ペーストを用意した。
【００９２】
上面にＩＴＯ電極を有するガラス基板（縦２０ｍｍ×横４０ｍｍ）上に、異方性導電ペーストを塗布し、異方性導電ペースト層を形成した。異方性導電ペースト層上に、下面にＩＴＯ電極を有するガラス基板（縦２０×横４０ｍｍ）を、２枚のガラス基板の縦方向が直交する方向となるように積層した。その後、３６５ｋＰａに加圧しながら、１６０℃で５分間加熱し、次に常温まで冷却し、接続構造体を得た。上下に対向している部分における電極の幅はそれぞれ、３００μｍであった。
【００９３】
得られた２つの接続構造体の対向する上下の電極間の接続抵抗をそれぞれ、４端子法により測定した。２つの接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧＝電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。
【００９４】
結果を下記の表１に示す。
【００９５】
【表１】
【符号の説明】
【００９６】
１…導電性粒子
１Ａ〜１Ｄ…導電性粒子
２…導電性粒子本体
２ａ…表面
３…樹脂層
３Ａ…導電性粒子本体の表面を直接被覆している部分
４…絶縁性粒子
５…基材粒子
５ａ…表面
６…導電層
１１…導電性粒子
１２…樹脂層
１２Ａ…導電性粒子本体の表面を直接被覆している部分
１２Ｂ…絶縁性粒子の表面を直接被覆している部分
２１…接続構造体
２２…第１の接続対象部材
２２ａ…上面
２２ｂ…電極
２３…第２の接続対象部材
２３ａ…下面
２３ｂ…電極
２４…接続部
２５…バインダー樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を表面に有する導電性粒子本体と、
前記導電性粒子本体の表面を被覆している絶縁性の樹脂層と、
前記導電性粒子本体の表面上に配置されている複数の絶縁性粒子とを備え、
前記樹脂層の平均厚みが、前記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下であり、かつ、
前記絶縁性粒子の平均粒子径が、前記樹脂層の平均厚みの１．５〜３．５倍である、導電性粒子。
【請求項２】
前記絶縁性粒子の平均粒子径が、前記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下である、請求項１に記載の導電性粒子。
【請求項３】
前記導電性粒子本体の平均粒子径が２〜５μｍであり、
前記樹脂層の平均厚みが５０〜５００ｎｍであり、かつ、
前記絶縁性粒子の平均粒子径が１５０〜５００ｎｍである、請求項１又は２に記載の導電性粒子。
【請求項４】
請求項１〜３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、異方性導電材料。
【請求項５】
第１の接続対象部材と、第２の接続対象部材と、第１，第２の接続対象部材を接続している接続部とを備え、
前記接続部が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性粒子又は該導電性粒子とバインダー樹脂とを含む異方性導電材料により形成されている、接続構造体。
【請求項１】
導電層を表面に有する導電性粒子本体と、
前記導電性粒子本体の表面を被覆している絶縁性の樹脂層と、
前記導電性粒子本体の表面上に配置されている複数の絶縁性粒子とを備え、
前記樹脂層の平均厚みが、前記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下であり、かつ、
前記絶縁性粒子の平均粒子径が、前記樹脂層の平均厚みの１．５〜３．５倍である、導電性粒子。
【請求項２】
前記絶縁性粒子の平均粒子径が、前記導電性粒子本体の平均粒子径の１／６以下である、請求項１に記載の導電性粒子。
【請求項３】
前記導電性粒子本体の平均粒子径が２〜５μｍであり、
前記樹脂層の平均厚みが５０〜５００ｎｍであり、かつ、
前記絶縁性粒子の平均粒子径が１５０〜５００ｎｍである、請求項１又は２に記載の導電性粒子。
【請求項４】
請求項１〜３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、異方性導電材料。
【請求項５】
第１の接続対象部材と、第２の接続対象部材と、第１，第２の接続対象部材を接続している接続部とを備え、
前記接続部が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性粒子又は該導電性粒子とバインダー樹脂とを含む異方性導電材料により形成されている、接続構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１８７３３２（Ｐ２０１１−１８７３３２Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１９９２（Ｐ２０１０−５１９９２）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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