導電性粒子、異方性導電材料及び接続構造体
【課題】接続構造体における電極間の接続に用いた場合に、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を提供する。
【解決手段】本発明に係る導電性粒子１は、基材粒子２と、基材粒子２の表面２ａ上に配置されており、かつ外側の表面４ａに突起４ｂを有する第１の導電層４と、第１の導電層４の外側の表面４ａ上に配置されたはんだ層５とを備える。本発明に係る異方性導電材料は、導電性粒子１と、バインダー樹脂とを含む。
【解決手段】本発明に係る導電性粒子１は、基材粒子２と、基材粒子２の表面２ａ上に配置されており、かつ外側の表面４ａに突起４ｂを有する第１の導電層４と、第１の導電層４の外側の表面４ａ上に配置されたはんだ層５とを備える。本発明に係る異方性導電材料は、導電性粒子１と、バインダー樹脂とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電極間の接続に使用できる導電性粒子に関し、より詳細には、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置された導電層とを有する導電性粒子、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】
ＩＣチップとフレキシブルプリント回路基板との接続、液晶駆動用ＩＣチップ間の接続、及びＩＣチップとＩＴＯ電極を有する回路基板との接続等に、導電性粒子が用いられている。例えば、ＩＣチップの電極と回路基板の電極との間に導電性粒子を配置した後、加熱及び加圧により導電性粒子を電極に接触させて、上記電極同士を電気的に接続できる。
【０００３】
また、上記導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散され、異方性導電材料としても用いられている。
【０００４】
上記導電性粒子の一例として、下記の特許文献１には、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆しているニッケルめっき層と、該ニッケルめっき層の表面を被覆しているはんだ層とを有する導電性粒子が開示されている。
【０００５】
また、下記の特許文献２には、平均粒径１〜２０μｍの球状の基材粒子の表面に、無電解めっき法によりニッケル層が形成された導電性粒子が開示されている。この導電性粒子は、導電層の最表層に０．０５〜４μｍの微小な突起を有する。該導電層と該突起とは実質的に連続的に連なっている。また、ここでは、ニッケル導電層又はニッケル合金導電層の表面上に金層を形成してもよいことが記載されている。
【０００６】
下記の特許文献３には、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面上に設けられた銅層とを備える導電性粒子が開示されている。特許文献３では、このような導電性粒子は、具体的な実施例では開示されていないが、対向する回路の接続において良好な電気的接続が得られることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３０６２３１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３１３２号公報
【特許文献３】特開２００３−３２３８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の導電性粒子では、電極間の接続時に、電極とニッケル層との間のはんだ層が十分に除去されないことがある。このため、例えば、電極とニッケル層とが接触せずに、電極間の接続抵抗が高くなることがある。
【０００９】
さらに、特許文献１に記載の導電性粒子は、バインダー樹脂に分散されて用いられていない。これは、導電性粒子の粒子径が大きいので、該導電性粒子は、該導電性粒子をバインダー樹脂中に分散させて異方性導電材料として用いるには好ましくないためである。特許文献２の実施例では、粒子径が６５０μｍの樹脂粒子の表面を導電層で被覆しており、粒子径が数百μｍの導電性粒子を得ており、この導電性粒子は、バインダー樹脂と混合された異方性導電材料として用いられていない。
【００１０】
特許文献１では、導電性粒子を用いて接続対象部材の電極間を接続する際には、１つの電極上に１つの導電性粒子を置き、次に導電性粒子上に電極を置いた後、加熱している。加熱により、はんだ層は、溶融して電極と接合する。しかしながら、このように、電極上に導電性粒子を置く作業は煩雑である。また、接続対象部材間には、樹脂層が存在しないため、接続信頼性が低い。
【００１１】
特許文献２〜３に記載のように、ニッケル層又は銅層を表面に有する導電性粒子では、導電性粒子が長期間保管されたり、導電性粒子が高温及び高湿下に晒されたりした場合に、ニッケル層又は銅層が酸化することがある。ニッケル層又は銅層が酸化した導電性粒子を用いて電極間を電気的に接続すると、接続抵抗が高くなる。
【００１２】
従って、特許文献１〜３に記載の導電性粒子を含む異方性導電材料では、該異方性導電材料を電極間の接続に用いた接続構造体において、導通信頼性が低いことがある。
【００１３】
本発明の目的は、接続構造体における電極間の接続に用いた場合に、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】
【００１４】
本発明の広い局面によれば、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、該第１の導電層の外側の表面上に配置されたはんだ層とを備える、導電性粒子が提供される。
【００１５】
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、上記第１の導電層が、１層の構造又は２層以上の積層構造を有し、上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層の導電性が、上記はんだ層の導電性よりも高く、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層の導電性が、上記はんだ層の導電性よりも高い。
【００１６】
本発明に係る導電性粒子の他の特定の局面では、上記第１の導電層が、１層の構造又は２層以上の積層構造を有し、上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層の融点が、上記はんだ層の融点よりも高く、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層の融点が、上記はんだ層の融点よりも高い。
【００１７】
本発明に係る導電性粒子のさらに他の特定の局面では、上記第１の導電層が、第１の導電層本体と、該第１の導電層本体の外側の表面から露出した部分を有しかつ導電性を有する粒子とを含み、該粒子の露出した部分によって、第１の導電層は外側の表面に突起を有する。
【００１８】
本発明に係る導電性粒子のさらに他の特定の局面では、上記基材粒子の表面上に配置された芯物質がさらに備えられており、上記第１の導電層が上記基材粒子の表面と上記芯物質の表面とを被覆しており、上記第１の導電層が上記芯物質の表面を被覆していることにより、上記第１の導電層は外側の表面に突起を有する。
【００１９】
本発明に係る導電性粒子の平均粒子径は０．１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。上記基材粒子は、樹脂粒子であることが好ましい。本発明に係る導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散されて用いられる導電性粒子であることが好ましい。
【００２０】
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。
【００２１】
本発明に係る異方性導電材料のある特定の局面では、フラックスがさらに含まれている。
【００２２】
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、該第１，第２の接続対象部材を電気的に接続している接続部とを備えており、該接続部が、本発明に従って構成された導電性粒子により形成されているか、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】
【００２３】
本発明に係る導電性粒子では、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、該第１の導電層の外側の表面上に配置されたはんだ層とを備えるので、接続構造体における電極間の接続に用いた場合に、電極と第１の導電層との間のはんだ層を効果的に排除することができ、電極と第１の導電層とを効果的に接触させることができる。また、はんだ層は溶融しやすいので、はんだ層と電極との接触面積を大きくすることができる。従って、得られる接続構造体の導通信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１の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、本発明の第２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、本発明の第３の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第４の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る導電性粒子とバインダー樹脂とを含む異方性導電材料を用いた接続構造体を模式的に示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２６】
本発明に係る導電性粒子は、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、該第１の導電層の外側の表面上に配置されたはんだ層とを備える。上記第１の導電層は、１層の構造又は２層以上の積層構造を有する。上記第１の導電層は１層の構造を有していてもよく、２層以上の積層構造を有していてもよい。すなわち、上記第１の導電層は、単層であってもよく、多層であってもよい。上記はんだ層は、第２の導電層である。
【００２７】
上記第１の導電層の外側の表面に突起があると、導電性粒子を用いた電極間の接続時に、該第１の導電層の突起により、電極と第１の導電層との間のはんだ層が排除されやすい。このため、電極と第１の導電層とを効果的に接触させることができる。さらに、排除されたはんだ層によって、電極と第１の導電層との接触部分の周囲において、電極とはんだ層とが十分な接触面積で接触する。
【００２８】
従って、本発明に係る導電性粒子を用いた接続構造体の導通信頼性を高めることができる。特に、上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層の導電性は、上記はんだ層の導電性よりも高いことが好ましい。更に、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層の導電性は、上記はんだ層の導電性よりも高いことが好ましい。第１の導電層（単層の場合）又は第１の導電層の最外層（多層の場合）の導電性を、はんだ層の導電性よりも高くすることにより、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。本発明に係る導電性粒子を用いて電極間を電気的に接続する際には、第１の導電層を電極に接触させることが好ましい。
【００２９】
さらに、内層である第１の導電層の外側の表面上に第２の導電層が配置されていることによって、内層である第１の導電層の酸化を防ぐことができる。第１の導電層として、比較的酸化しやすい銅層、ニッケル層又は銀層などを用いることができる。銅層、ニッケル層又は銀層などは、酸化が進行しやすい一方で、導電性が高く、電極間の接続抵抗を低くすることを可能にする。
【００３０】
上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層の融点は、上記はんだ層の融点よりも高いことが好ましい。更に、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層の融点は、上記はんだ層の融点よりも高いことが好ましい。これらの場合には、導電性粒子を用いて、加熱により接続構造体における電極間を接続する場合に、第２の導電層を第１の導電層よりも先に溶融させることができるか、又は第２の導電層のみを溶融させることができる。このため、第１の導電層と電極とをより一層容易に接触させたり、はんだ層と電極との接触面積をより一層大きくしたりすることができ、導電性粒子による電極間の接続をより一層確実に果たすことができる。
【００３１】
さらに、上記第１の導電層の表面上にはんだ層が配置されていることによって、接続対象部材の電極間の仮圧着時に、導通不良が生じた場合に、接続対象部材を再剥離することも容易になる。
【００３２】
また、本発明に係る導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散されて用いられる導電性粒子であることが好ましい。本発明に係る導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散されて異方性導電材料として用いられることが好ましい。該異方性導電材料を接続構造体における電極間の接続に用いた場合には、電極間の接続が容易である。例えば、接続対象部材上に設けられた電極上に導電性粒子を１個ずつ配置せずに、接続対象部材上に異方性導電材料を塗工又は積層するだけで、電極上に導電性粒子を配置できる。さらに、接続対象部材上に異方性導電材料層を形成した後、該異方性導電材料層に他の接続対象部材を電極が対向するように積層するだけで、電極間を電気的に接続できる。従って、接続対象部材の電極間が接続された接続構造体の製造効率を高めることができる。この電極間を電気的に接続する際に、第１の導電層を電極に接触させることが好ましい。さらに、接続対象部材間には、導電性粒子だけでなくバインダー樹脂も存在するので、接続対象部材を強固に接着させることができ、接続信頼性を高めることができる。
【００３３】
（導電性粒子）
以下、図面を参照しつつ、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。
【００３４】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００３５】
図１に示す導電性粒子１は、基材粒子２と、芯物質３と、第１の導電層４と、はんだ層である第２の導電層５とを備える。
【００３６】
芯物質３は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。芯物質３は、基材粒子２の表面２ａ上に部分的に配置されており、点在している。基材粒子２の表面２ａ上に、複数の芯物質３が配置されている。芯物質３は、基材粒子２の表面２ａを部分的に被覆している。芯物質３は、基材粒子２の表面２ａ上に部分的に直接積層されている。
【００３７】
第１の導電層４は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。第１の導電層４は、外側の表面４ａに突起４ｂを有する。第１の導電層４は、基材粒子２の表面２ａを被覆している。また、第１の導電層４は、芯物質３の表面３ａを被覆している。第１の導電層４が芯物質３の表面３ａを被覆していることによって、第１の導電層４は、外側の表面４ａに突起４ｂを有する。導電性粒子１では、基材粒子２の表面２ａ上及び芯物質３の表面３ａ上に第１の導電層４が直接積層されている。第１の導電層４は１層の構造を有する。第１の導電層４は内層である。
【００３８】
第２の導電層５は、第１の導電層４の外側の表面４ａ上に配置されている。第２の導電層５は、第１の導電層４の外側の表面４ａを被覆している。第２の導電層５は、第１の導電層４の外側の表面４ａ上に直接積層されている。第２の導電層５は、１層の構造を有する。第２の導電層５は外層である。
【００３９】
図２に、本発明の第２の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００４０】
図２に示す導電性粒子１１は、基材粒子２と、芯物質３と、第１の導電層１２と、はんだ層である第２の導電層１３とを備える。導電性粒子１１と導電性粒子１とは、導電層のみが異なっている。
【００４１】
第１の導電層１２は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。第１の導電層１２は、外側の表面１２ａに突起１２ｂを有する。第１の導電層１２は、基材粒子２の表面２ａと芯物質３の表面３ａとを被覆している。第１の導電層１２が芯物質３の表面３ａを被覆していることによって、第１の導電層１２は、外側の表面１２ａに突起１２ｂを有する。
【００４２】
第１の導電層１２は、２層の積層構造を有し、多層である。第１の導電層１２は、内側の導電層２１と、外側の導電層２２とを有する。外側の導電層２２は、第１の導電層１２の最外層である。第１の導電層１２は内層である。
【００４３】
第２の導電層１３は、第１の導電層１２の外側の表面１２ａ上に配置されている。第２の導電層１３は、第１の導電層１２の外側の表面１２ａ上に直接積層されている。第２の導電層１３は、第１の導電層１２の最外層である外側の導電層２２の表面上に配置されている。第２の導電層１３は、第１の導電層１２の外側の表面１２ａ及び外側の導電層２２の外側の表面を被覆している。第２の導電層１３は、１層の構造を有する。第２の導電層１３は外層である。
【００４４】
図３に、本発明の第３の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００４５】
図３に示す導電性粒子３１は、基材粒子２と、第１の導電層３２と、はんだ層である第２の導電層３３とを備える。導電性粒子３１と導電性粒子１とは、芯物質の有無と導電層とのみが異なっている。
【００４６】
第１の導電層３２は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。第１の導電層３２は、外側の表面３２ａに突起３２ｂを有する。第１の導電層３２は、第１の導電層本体３６と、導電性を有する粒子３７とを含む。粒子３７は、第１の導電層本体３６の外側の表面上に付着している。従って、導電性を有する粒子３７は、第１の導電層本体３６の外側の表面から露出している。第１の導電層３２は、第１の導電層本体３６の外側の表面から露出している部分を有する粒子３７を含むことによって、外側の表面３２ａに突起３２ｂを有する。
【００４７】
第２の導電層３３は、第１の導電層３２の外側の表面３２ａ上に配置されている。第２の導電層３３は、第１の導電層３２の外側の表面３２ａを被覆している。第２の導電層３３は、第１の導電層本体３６の外側の表面及び粒子３７の表面を被覆している。
【００４８】
図４に、本発明の第４の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００４９】
図４に示す導電性粒子４１は、基材粒子２と、第１の導電層４２と、はんだ層である第２の導電層４３とを備える。導電性粒子４１と導電性粒子１とは、芯物質の有無と導電層とのみが異なっている。
【００５０】
第１の導電層４２は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。第１の導電層４２は、外側の表面４２ａに突起４２ｂを有する。第１の導電層４２は、第１の導電層本体４６と、導電性を有する粒子４７とを含む。粒子４７は、第１の導電層本体４６内に埋め込まれた部分と、第１の導電層本体４６本体の外側の表面から露出した部分とを有する。第１の導電層４２は、第１の導電層本体４６本体の外側の表面から露出した部分を有する導電性粒子４１を含むことによって、外側の表面４２ａに突起４２ｂを有する。
【００５１】
第２の導電層４３は、第１の導電層４２の外側の表面４２ａ上に配置されている。第２の導電層４３は、第１の導電層４２の外側の表面４２ａを被覆している。第２の導電層４３は、第１の導電層本体４６の外側の表面及び粒子４７の露出した表面を被覆している。
【００５２】
導電性粒子１，１１，３１，４１のように、第１の導電層は、１層の構造を有していてもよく、２層の積層構造を有していてもよい。さらに、第１の導電層は、２層以上の積層構造を有していてもよい。
【００５３】
上記基材粒子としては、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。
【００５４】
上記基材粒子は、樹脂により形成された樹脂粒子であることが好ましい。電極間を接続する際には、導電性粒子を電極間に配置した後、一般的に導電性粒子を圧縮させる。基材粒子が樹脂粒子であると、圧縮により導電性粒子が変形しやすく、導電性粒子と電極との接触面積が大きくなる。このため、電極間の導通信頼性を高めることができる。さらに、上記基材粒子が、ニッケルなどの金属又はガラスにより形成された粒子ではなく、樹脂により形成された樹脂粒子であると、導電性粒子の柔軟性を高めることができる。導電性粒子の柔軟性が高いと、導電性粒子に接触した電極の損傷を抑制できる。
【００５５】
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、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。圧縮により導電性粒子を適度に変形させることができるので、上記樹脂粒子は、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により形成されていることが好ましい。
【００５６】
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、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。
【００５７】
基材粒子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。但し、基材粒子は金属粒子ではないことが好ましい。
【００５８】
上記第１の導電層は、金属により形成されていることが好ましい。第１の導電層を構成する金属は、特に限定されない。該金属としては、例えば、錫、金、銀、銅、白金、パラジウム、亜鉛、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、ゲルマニウム及びカドミウム、並びにこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属として、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）も用いることができる。上記金属は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】
上記基材粒子の表面上に第１の導電層を形成する方法、並びに第１の導電層の表面上にはんだ層を形成する方法は特に限定されない。第１の導電層及びはんだ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、物理的な衝突による方法、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樹脂粒子の表面にコーティングする方法等が挙げられる。なかでも、無電解めっき又は電気めっきが好適である。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。また、上記物理的な衝突による方法では、例えば、シータコンポーザ等が用いられる。
【００６０】
本発明に係る導電性粒子では、上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層が銅層、ニッケル層又は銀層であることが好ましく、銅層であることがより好ましい。また、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層が銅層、ニッケル層又は銀層であることが好ましく、銅層であることがより好ましい。この場合には、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、これらの好ましい導電層の表面には、はんだ層をより一層容易に形成できる。
【００６１】
銅層、ニッケル層及び銀層の導電性は、はんだ層の導電性よりも高い。このため、電極間の導通信頼性を高めることができる。一方で、銅層及び銀層も、比較的酸化しやすい性質を有する。しかしながら、本発明に係る導電性粒子では、第１の導電層が銅層及び銀層である場合に、該銅層及び銀層の表面上に第２の導電層が配置されているため、銅層及び銀層の酸化を効果的に抑制できる。
【００６２】
上記第２の導電層は、上記第１の導電層の表面全体上に配置されていることが好ましい。上記第２の導電層は、上記第１の導電層の表面全体上に直接積層されていることが好ましい。上記第２の導電層は、上記第１の導電層の表面全体を被覆していることが好ましい。これらの場合に、上記第２の導電層は、上記第１の導電層の表面上に部分的に配置又は積層されておらず、上記第１の導電層の表面を部分的に被覆していない。上記第２の導電層が、上記第１の導電層の表面全体上に配置又は積層されていることにより、第１の導電層の酸化が部分的に進行し難くなる。このため、接続構造体の導通信頼性を充分に高めることができる。
【００６３】
上記第１の導電層の表面上に上記はんだ層を形成する方法は、物理的な衝突による方法であることが好ましい。上記はんだ層は、物理的な衝撃により、導電層の表面上に配置されていることが好ましい。
【００６４】
従来、導電層の外側の表面層にはんだ層を有する導電性粒子の粒子径は、数百μｍ程度であった。これは、粒子径が数十μｍであり、かつ表面層がはんだ層である導電性粒子を得ようとしても、はんだ層を均一に形成できなかったためである。これに対してシータコンポーザを用いることによって、導電性粒子の粒子径が数十μｍ、特に粒子径が０．１μｍ以上、粒子径が５０μｍ以下である導電性粒子を得る場合であっても、第１の導電層の表面上にはんだ層を均一に形成できる。
【００６５】
はんだ層１００重量％中、錫の含有量は、好ましくは８５重量％未満、より好ましくは８０重量％以下である。また、はんだ層１００重量％中の錫の含有量は、第１の導電層の融点などを考慮して適宜決定される。はんだ層１００重量％中の錫の含有量は、好ましくは５重量％以上、より好ましくは１０重量％以上、更に好ましくは２０重量％以上である。
【００６６】
第１の導電層及びはんだ層の厚みはそれぞれ、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、更に好ましくは２０ｎｍ以上、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下、更に好ましくは２０μｍ以下である。第１の導電層及びはんだ層の厚みが上記下限以上であると、導電性が十分に高くなる。第１の導電層及びはんだ層の厚みが上記上限以下であると、基材粒子と第１の導電層及びはんだ層との熱膨張率の差が小さくなり、第１，第２の導電層の剥離が生じ難くなる。
【００６７】
第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、第１の導電層の最外層の厚みは、好ましくは３ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、更に好ましくは２０ｎｍ以上、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下、更に好ましくは２０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以下である。第１の導電層の最外層の厚みが上記下限以上であると、導電性が十分に高くなる。第１の導電層の最外層の厚みが上記上限以下であると、基材粒子と第１の導電層の最外層との熱膨張率の差が小さくなり、第１の導電層の最外層の剥離が生じ難くなる。
【００６８】
上記導電性粒子の平均粒子径は、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは８０μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下、特に好ましくは４０μｍ以下である。導電性粒子の平均粒子径が上記下限以上及び上記上限以下であると、導電性粒子と電極との接触面積が充分に大きくなり、かつ導電層を形成する際に凝集した導電性粒子が形成されにくくなる。また、導電性粒子を介して接続された電極間の間隔が大きくなりすぎず、かつ導電層が基材粒子の表面から剥離し難くなる。
【００６９】
異方性導電材料における導電性粒子に適した大きさであり、かつ電極間の間隔をより一層小さくすることができるので、導電性粒子の平均粒子径は、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下である。
【００７０】
上記導電性粒子の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。導電性粒子の平均粒子径は、任意の導電性粒子５０個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、平均値を算出することにより求められる。
【００７１】
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。第１の導電層が外側の表面に突起を有することによって、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が効果的に排除される。このため、電極と導電性粒子の導電層とをより一層確実に接触させることができ、電極間の接続抵抗を低くすることができる。さらに、導電性粒子がはんだ層の表面上に配置された絶縁性粒子を備える場合に、又は導電性粒子が樹脂中に分散されて異方性導電材料として用いられる場合に、第１の導電層の外側の表面の突起によって、導電性粒子と電極との間の樹脂を効果的に排除できる。このため、電極間の導通信頼性を高めることができる。
【００７２】
第１の導電層の外側の表面に突起を形成する方法としては、基材粒子の表面に芯物質を付着させた後、無電解めっきにより導電層を形成する方法、基材粒子の表面上に無電解めっきにより導電層を形成した後、芯物質を付着させ、更に無電解めっきにより導電層を形成する方法、無電解めっきにより導電層を形成する際に、導電性を有する粒子を添加する方法等が挙げられる。
【００７３】
基材粒子の表面に芯物質を付着させる方法としては、例えば、基材粒子の分散液中に、芯物質となる導電性物質を添加し、基材粒子の表面に芯物質を、例えば、ファンデルワールス力により集積させ、付着させる方法、並びに基材粒子を入れた容器に、芯物質となる導電性物質を添加し、容器の回転等による機械的な作用により基材粒子の表面に芯物質を付着させる方法等が挙げられる。なかでも、付着させる芯物質の量を制御しやすいため、分散液中の基材粒子の表面上に芯物質を集積させ、付着させる方法が好ましい。
【００７４】
上記無電解めっきにより導電層を形成する際に、導電性を有する粒子を添加する方法では、導電性を有する粒子を無電解めっき反応の後期段階で添加することで、第１の導電層の外側の表面に導電性を有する粒子を多く存在させることができる。
【００７５】
上記芯物質を構成する導電性物質及び上記導電性を有する粒子を構成する導電性物質としては、例えば、金属、金属の酸化物、黒鉛等の導電性非金属及び導電性ポリマー等が挙げられる。導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン等が挙げられる。なかでも、導電性を高めることができるので、金属が好ましい。
【００７６】
上記金属としては、例えば、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、鉛、錫、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、ゲルマニウム及びカドミウム等の金属、並びに錫−鉛合金、錫−銅合金、錫−銀合金及び錫−鉛−銀合金等の２種類以上の金属で構成される合金等が挙げられる。なかでも、ニッケル、銅、銀又は金が好ましい。上記芯物質及び上記導電性を有する粒子を構成する金属は、上記第１の導電層又は除き第１の導電層本体を構成する金属と同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００７７】
上記芯物質及び上記導電性を有する粒子の形状は特に限定されない。芯物質及び上記導電性を有する粒子の形状は塊状であることが好ましい。芯物質及び上記導電性を有する粒子としては、例えば、粒子状の塊、複数の微小粒子が凝集した凝集塊、及び不定形の塊等が挙げられる。
【００７８】
本発明に係る導電性粒子は、はんだ層の表面上に配置された絶縁性粒子を備えていてもよい。はんだ層の表面上に配置された絶縁性粒子は、複数であることが好ましい。
【００７９】
絶縁性粒子を備えた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粒子が存在するので、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、導電性粒子における第２の導電層と電極との間の絶縁性粒子を容易に排除できる。
【００８０】
上記絶縁性粒子を構成する絶縁性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン類、（メタ）アクリレート重合体、（メタ）アクリレート共重合体、ブロックポリマー、熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂の架橋物、熱硬化性樹脂及び水溶性樹脂等が挙げられる。
【００８１】
上記ポリオレフィン類としては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。上記（メタ）アクリレート重合体としては、ポリメチル（メタ）アクリレート、ポリエチル（メタ）アクリレート及びポリブチル（メタ）アクリレート等が挙げられる。上記ブロックポリマーとしては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ＳＢ型スチレン−ブタジエンブロック共重合体、及びＳＢＳ型スチレン−ブタジエンブロック共重合体、並びにこれらの水素添加物等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂としては、ビニル重合体及びビニル共重合体等が挙げられる。上記熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びメラミン樹脂等が挙げられる。上記水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド及びメチルセルロース等が挙げられる。なかでも、水溶性樹脂が好ましく、ポリビニルアルコールがより好ましい。
【００８２】
上記はんだ層の表面に絶縁性粒子を付着させる方法としては、化学的方法、及び物理的もしくは機械的方法等が挙げられる。上記化学的方法としては、例えば、界面重合法、粒子存在下での懸濁重合法及び乳化重合法等が挙げられる。上記物理的もしくは機械的方法としては、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による方法等が挙げられる。なかでも、絶縁性粒子が脱離し難いことから、上記はんだ層の表面に、化学結合を介して絶縁性粒子を付着させる方法が好ましい。
【００８３】
（異方性導電材料）
本発明に係る異方性導電材料は、上述した導電性粒子と、バインダー樹脂を含む。すなわち、本発明に係る異方性導電材料に含まれている導電性粒子は、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、該第１の導電層の表面上に配置されたはんだ層とを備える。
【００８４】
本発明に係る異方性導電材料は、液状であることが好ましく、異方性導電ペーストであることが好ましい。
【００８５】
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。
【００８６】
上記ビニル樹脂の具体例としては、酢酸ビニル樹脂、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、光硬化型樹脂又は湿気硬化型樹脂であってもよい。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。
【００８７】
上記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。この場合には、電極間を電気的に接続する際の加熱により、導電性粒子のはんだ層を溶融させるとともに、バインダー樹脂を硬化させることができる。このため、第１の導電層による電極間の接続と、バインダー樹脂による接続対象部材の接続とを同時に行うことができる。
【００８８】
本発明に係る異方性導電材料は、バインダー樹脂を硬化させるために、硬化剤を含むことが好ましい。
【００８９】
上記硬化剤は特に限定されない。上記硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤及び酸無水物硬化剤等が挙げられる。硬化剤は、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。
【００９０】
本発明に係る異方性導電材料は、フラックスをさらに含むことが好ましい。フラックスの使用により、はんだ層の表面に酸化被膜が形成され難くなり、さらに、はんだ層又は電極表面に形成された酸化被膜を効果的に除去できる。
【００９１】
上記フラックスは特に限定されない。フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを使用できる。フラックスとしては、例えば、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸の誘導体、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、有機酸及び松脂等が挙げられる。フラックスは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。
【００９２】
上記溶融塩としては、塩化アンモニウム等が挙げられる。上記有機酸としては、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、グルタミン酸及びヒドラジン等が挙げられる。上記松脂としては、活性化松脂及び非活性化松脂等が挙げられる。上記フラックスは、松脂であることが好ましい。松脂の使用により、電極間の接続抵抗がより一層低くなる。
【００９３】
上記松脂はアビエチン酸を主成分とするロジン類である。フラックスは、ロジン類であることが好ましく、アビエチン酸であることがより好ましい。この好ましいフラックスの使用により、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。
【００９４】
上記フラックスは、バインダー樹脂中に分散されていてもよく、導電性粒子の表面上に付着していてもよい。
【００９５】
本発明に係る異方性導電材料は、フラックスの活性度を調整するために、塩基性有機化合物を含んでいてもよい。上記塩基性有機化合物としては、塩酸アニリン及び塩酸ヒドラジン等が挙げられる。
【００９６】
硬化剤を用いる場合には、上記バインダー樹脂１００重量部に対して、上記硬化剤の含有量は好ましくは０．０１重量部以上、より好ましくは０．１重量部以上、好ましくは１００重量部以下、より好ましくは５０重量部以下である。上記硬化剤の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、上記バインダー樹脂を十分に硬化させることができ、更に硬化後に硬化剤に由来する残渣が生じ難くなる。
【００９７】
異方性導電材料１００重量％中、上記導電性粒子の含有量は好ましくは０．０１重量％以上、より好ましくは０．１重量％以上、好ましくは２０重量％以下である。上記導電性粒子の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、隣り合う電極間の短絡を一層防止することができ、かつ電極間の導通信頼性がより一層高くなる。
【００９８】
異方性導電材料１００重量％中、フラックスの含有量は０重量％以上、好ましくは０．５重量％以上、好ましくは３０重量％以下、より好ましくは２５重量％以下である。異方性導電材料は、フラックスを含んでいなくてもよい。フラックスの含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだ層の表面に酸化被膜がより一層形成され難くなり、さらに、はんだ層又は電極表面に形成された酸化被膜をより一層効果的に除去できる。
【００９９】
本発明に係る異方性導電材料は、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、帯電防止剤又は難燃剤等の各種添加剤をさらに含んでいてもよい。
【０１００】
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、並びに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。
【０１０１】
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、又は異方性導電シート等として使用できる。本発明の導電性粒子を含む異方性導電材料が、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。ただし、上述のように、本発明に係る異方性導電材料は、液状であることが好ましく、異方性導電ペーストであることが好ましい。
【０１０２】
（接続構造体）
本発明に係る異方性導電材料を用いて、接続対象部材を接続することにより、接続構造体を得ることができる。
【０１０３】
上記接続構造体は、第１の接続対象部材と、第２の接続対象部材と、該第１，第２の接続対象部材を電気的に接続している接続部とを備えており、該接続部が上記導電性粒子により形成されているか、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ことが好ましい。上記接続部は、本発明に係る異方性導電材料を硬化させることにより形成されていることが好ましい。
【０１０４】
図５に、本発明の第１の実施形態に係る導電性粒子を含む異方性導電材料を用いた接続構造体を模式的に正面断面図で示す。
【０１０５】
図５に示す接続構造体５１は、第１の接続対象部材５２と、第２の接続対象部材５３と、第１，第２の接続対象部材５２，５３を電気的に接続している接続部５４とを備える。接続部５４は、導電性粒子１とバインダー樹脂とを含む異方性導電材料を硬化させることにより形成されている。なお、図５では、導電性粒子１は、図示の便宜上、略図的に示されている。
【０１０６】
第１の接続対象部材５２の上面５２ａには、複数の電極５２ｂが設けられている。第２の接続対象部材５３の下面５３ａには、複数の電極５３ｂが設けられている。電極５２ｂと電極５３ｂとが、１つ又は複数の導電性粒子１により電気的に接続されている。従って、第１，第２の接続対象部材５２，５３が導電性粒子１により電気的に接続されている。
【０１０７】
上記接続構造体の製造方法は特に限定されない。接続構造体の製造方法の一例としては、第１の接続対象部材と第２の接続対象部材との間に上記異方性導電材料を配置し、積層体を得た後、該積層体を加熱及び加圧する方法等が挙げられる。加熱及び加圧により、導電性粒子１のはんだ層５が溶融して、該導電性粒子１により電極５２ｂ，５３ｂ間が電気的に接続される。このとき、第１の導電層４を電極５２ｂ，５３ｂに接触させることが好ましい。バインダー樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、バインダー樹脂が硬化して、硬化したバインダー樹脂により第１，第２の接続対象部材５２，５３が接続される。
【０１０８】
上記加圧の圧力は９．８〜１０４〜４．９×１０６Ｐａ程度である。上記加熱の温度は、１２０〜２２０℃程度である。
【０１０９】
接続構造体５１では、上記積層体を加熱及び加圧することにより、導電性粒子１のはんだ層５が溶融した後、溶融したはんだ層部分が電極５２ｂ，５３ｂと十分に接触する。すなわち、表面層がはんだ層５である導電性粒子１を用いることにより、はんだ層５を速やかに溶融させることができ、導電性粒子１と電極５２ｂ，５３ｂとの接触面積を大きくすることができる。このため、接続構造体５１の導通信頼性を高めることができる。また、第１の導電層４を電極５２ｂ，５３ｂに接触させることにより、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。なお、加熱により、一般にフラックスは次第に失活する。
【０１１０】
上記接続対象部材としては、具体的には、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。
【０１１１】
上記接続対象部材に設けられている電極としては、金電極、ニッケル電極、錫電極、アルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極及びタングステン電極等の金属電極が挙げられる。上記接続対象部材がフレキシブルプリント基板である場合には、上記電極は金電極、ニッケル電極、錫電極又は銅電極であることが好ましい。上記接続対象部材がガラス基板である場合には、上記電極はアルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極又はタングステン電極であることが好ましい。なお、上記電極がアルミニウム電極である場合には、アルミニウムのみで形成された電極であってもよく、金属酸化物層の表面にアルミニウム層が積層された電極であってもよい。上記金属酸化物としては、３価の金属元素がドープされた酸化インジウム及び３価の金属元素がドープされた酸化亜鉛等が挙げられる。上記３価の金属元素としては、Ｓｎ、Ａｌ及びＧａ等が挙げられる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
（実施例１）
（１）導電性粒子の作製
平均粒子径１０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２１０」）を用意した。この樹脂粒子を、銅粒子（平均粒子径０．２μｍ）を添加しながら無電解銅めっきし、厚み１μｍの銅層を形成して、粒子を得た。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子の銅層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、銅層の表面上に厚み２μｍのはんだ層を形成した。
【０１１４】
このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層が上記銅粒子の露出した部分により外側の表面に突起を有し、該銅層の表面に厚み２μｍのはんだ層（錫を４２重量％含む）が形成されている導電性粒子を作製した。
【０１１５】
第１の導電層である銅層の融点は１０８４℃であった。第２の導電層であるはんだ層（錫を４２重量％含む）の融点は１３８℃であった。
【０１１６】
（２）異方性導電材料Ａの作製
作製直後の導電性粒子を用意した。
【０１１７】
バインダー樹脂であるＴＥＰＩＣ−ＰＡＳ Ｂ２２（日産化学工業社製、比重１．４）１００重量部、硬化剤であるＴＥＰ−２Ｅ４ＭＺ（日本曹達社製）１５重量部と、弱活性ロジン５重量部とを配合し、さらに作製直後の導電性粒子Ａ１０重量部を添加した後、遊星式攪拌機を用いて２０００ｒｐｍで５分間攪拌することにより、異方性導電ペーストである異方性導電材料を得た。
【０１１８】
（実施例２）
平均粒子径１０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２１０」）を用意した。この樹脂粒子をエッチング処理した後、水洗した。次に、樹脂粒子に硫酸パラジウムを加え、パラジウムイオンを樹脂粒子に吸着させた。
【０１１９】
パラジウムが付着した樹脂粒子をイオン交換水３００ｍＬ中で３分間攪拌し、分散させ、分散液を得た。次に、芯物質である銅粒子（平均粒子径１μｍ）を含むスラリーを３分間かけて上記分散液に添加し、芯物質が付着した樹脂粒子を得た。
【０１２０】
次に、芯物質が付着した樹脂粒子を、無電解ニッケルめっきし、樹脂粒子の表面上に厚み０．３μｍの下地ニッケルめっき層を形成した。次いで、下地ニッケルめっき層が形成された樹脂粒子を電解銅めっきし、厚み１μｍの銅層を形成して、粒子を得た。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子の銅層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、銅層の表面上に厚み２μｍのはんだ層を形成した。
【０１２１】
このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層が外側の表面に突起を有し、該銅層の表面に厚み２μｍのはんだ層（錫を４２重量％含む）が形成されている導電性粒子を作製した。
【０１２２】
第１の導電層である銅層の融点は１０８４℃であった。第２の導電層であるはんだ層（錫を４２重量％含む）の融点は１３８℃であった。
【０１２３】
得られた導電性粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２４】
（実施例３）
樹脂粒子を、平均粒子径２０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２２０」）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２５】
（実施例４）
樹脂粒子を、平均粒子径３０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパール−ＳＰ２３０」）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２６】
（実施例５）
電解銅めっきにより形成した銅層の厚みを１μｍから２．５μｍに変更したこと、並びにはんだ微粉末の使用量を増やしてはんだ層の厚みを２μｍから５μｍに変更したこと以外は実施例４と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２７】
（実施例６）
はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を、はんだ微粉末（錫７８重量％とビスマス２２重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２８】
第１の導電層である銅層の融点は１０８４℃であった。第２の導電層であるはんだ層（錫を７８重量％含む）の融点は１３８℃であった。
【０１２９】
（実施例７）
平均粒子径１０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２１０」）を用意した。この樹脂粒子を、ニッケル粒子（平均粒子径０．１μｍ）を添加しながら無電解ニッケルめっきし、厚み１μｍのニッケル層を形成して、粒子を得た。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子のニッケル層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、ニッケル層の表面上に厚み２μｍのはんだ層を形成した。
【０１３０】
このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍのニッケル層が形成されており、該ニッケル層が上記ニッケル粒子の露出した部分により外側の表面に突起を有し、該ニッケル層の表面に厚み２μｍのはんだ層（錫を４２重量％含む）が形成されている導電性粒子を作製した。
【０１３１】
第１の導電層であるニッケル層の融点は１４５５℃であった。第２の導電層であるはんだ層（錫を４２重量％含む）の融点は１３８℃であった。得られた導電性粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、異方性導電材料を得た。
【０１３２】
（比較例１）
はんだ粒子（錫：ビスマス＝４３重量％：５７重量％、平均粒子径１５μｍ）を用意した。上記はんだ粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、異方性導電材料を得た。
【０１３３】
（比較例２）
比較例２では、第１の導電層の外側の表面に突起を形成しなかった。
【０１３４】
平均粒子径１０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２１０」）を用意した。この樹脂粒子を無電解銅めっきし、厚み１μｍの銅層を形成して、粒子を得た。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子の銅層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、銅層の表面上に厚み２μｍのはんだ層を形成した。
【０１３５】
このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層が外側の表面に突起を有さず、該銅層の表面に厚み２μｍのはんだ層（錫を４２重量％含む）が形成されている導電性粒子を作製した。得られた導電性粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、異方性導電材料を得た。
【０１３６】
（評価）
（１）接続構造体の作製
Ｌ／Ｓが２００μｍ／２００μｍの金電極パターンが上面に形成されたＦＲ−４基板を用意した。また、Ｌ／Ｓが２００μｍ／２００μｍの金電極パターンが下面に形成されたポリイミド基板（フレキシブル基板）を用意した。
【０１３７】
上記ＦＲ−４基板の上面に、得られた異方性導電材料を撹拌してから、異方性導電材料に含まれている導電性粒子の平均粒子径の３倍の厚みとなるように塗工し、異方性導電材料層を形成した。
【０１３８】
次に、異方性導電材料層の上面にポリイミド基板（フレキシブル基板）を、電極同士が対向するように積層した。その後、異方性導電材料層の温度が１８５℃となるようにヘッドの温度を調整しながら、半導体チップの上面に加圧加熱ヘッドを載せ、２．０ＭＰａの圧力をかけて、異方性導電材料層を１８５℃で硬化させ、異方性導電材料を用いた接続構造体を得た。
【０１３９】
（２）接続状態観察
得られた接続構造体の電極接続部分の断面をＳＥＭで観察し、はんだ層の接続状態を確認した。
【０１４０】
実施例１〜７の異方性導電材料を用いた接続構造体の断面では、はんだ層が第１の導電層と電極の間から排除され、電極上へ濡れ広がっていた。しかし、比較例１の異方性導電材料を用いた接続構造体では、基材粒子が存在しないため、接続基板間の距離が一定にならず、部分的には両基板の電極へすべて塗れ広がってしまい、粒子形状を保てない場合も散見された。比較例２では第１の導電層と電極との間にはんだ層が存在した。
【０１４１】
（３）上下の電極間の導通試験
得られた接続構造体の上下の電極間の接続抵抗を、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。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。接続抵抗の平均値が２．０Ω以下である場合を「○」、接続抵抗の平均値が２Ωを超える場合を「×」と判定した。
【０１４２】
上下の電極間の導通試験の評価結果を下記の表１に示す。
【０１４３】
【表１】
【符号の説明】
【０１４４】
１…導電性粒子
２…基材粒子
２ａ…表面
３…芯物質
３ａ…表面
４…第１の導電層
４ａ…表面
４ｂ…突起
５…第２の導電層
１１…導電性粒子
１２…第１の導電層
１２ａ…表面
１２ｂ…突起
１３…第２の導電層
２１…内側の第１の導電層
２２…外側の第１の導電層
３１，４１…導電性粒子
３２，４２…第１の導電層
３２ａ，４２ａ…表面
３２ｂ，４２ｂ…突起
３３，４３…第２の導電層
３６，４６…第１の導電層本体
３７，４７…粒子
５１…接続構造体
５２…第１の接続対象部材
５２ａ…上面
５２ｂ…電極
５３…第２の接続対象部材
５３ａ…下面
５３ｂ…電極
５４…接続部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電極間の接続に使用できる導電性粒子に関し、より詳細には、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置された導電層とを有する導電性粒子、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】
ＩＣチップとフレキシブルプリント回路基板との接続、液晶駆動用ＩＣチップ間の接続、及びＩＣチップとＩＴＯ電極を有する回路基板との接続等に、導電性粒子が用いられている。例えば、ＩＣチップの電極と回路基板の電極との間に導電性粒子を配置した後、加熱及び加圧により導電性粒子を電極に接触させて、上記電極同士を電気的に接続できる。
【０００３】
また、上記導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散され、異方性導電材料としても用いられている。
【０００４】
上記導電性粒子の一例として、下記の特許文献１には、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆しているニッケルめっき層と、該ニッケルめっき層の表面を被覆しているはんだ層とを有する導電性粒子が開示されている。
【０００５】
また、下記の特許文献２には、平均粒径１〜２０μｍの球状の基材粒子の表面に、無電解めっき法によりニッケル層が形成された導電性粒子が開示されている。この導電性粒子は、導電層の最表層に０．０５〜４μｍの微小な突起を有する。該導電層と該突起とは実質的に連続的に連なっている。また、ここでは、ニッケル導電層又はニッケル合金導電層の表面上に金層を形成してもよいことが記載されている。
【０００６】
下記の特許文献３には、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面上に設けられた銅層とを備える導電性粒子が開示されている。特許文献３では、このような導電性粒子は、具体的な実施例では開示されていないが、対向する回路の接続において良好な電気的接続が得られることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３０６２３１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３１３２号公報
【特許文献３】特開２００３−３２３８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の導電性粒子では、電極間の接続時に、電極とニッケル層との間のはんだ層が十分に除去されないことがある。このため、例えば、電極とニッケル層とが接触せずに、電極間の接続抵抗が高くなることがある。
【０００９】
さらに、特許文献１に記載の導電性粒子は、バインダー樹脂に分散されて用いられていない。これは、導電性粒子の粒子径が大きいので、該導電性粒子は、該導電性粒子をバインダー樹脂中に分散させて異方性導電材料として用いるには好ましくないためである。特許文献２の実施例では、粒子径が６５０μｍの樹脂粒子の表面を導電層で被覆しており、粒子径が数百μｍの導電性粒子を得ており、この導電性粒子は、バインダー樹脂と混合された異方性導電材料として用いられていない。
【００１０】
特許文献１では、導電性粒子を用いて接続対象部材の電極間を接続する際には、１つの電極上に１つの導電性粒子を置き、次に導電性粒子上に電極を置いた後、加熱している。加熱により、はんだ層は、溶融して電極と接合する。しかしながら、このように、電極上に導電性粒子を置く作業は煩雑である。また、接続対象部材間には、樹脂層が存在しないため、接続信頼性が低い。
【００１１】
特許文献２〜３に記載のように、ニッケル層又は銅層を表面に有する導電性粒子では、導電性粒子が長期間保管されたり、導電性粒子が高温及び高湿下に晒されたりした場合に、ニッケル層又は銅層が酸化することがある。ニッケル層又は銅層が酸化した導電性粒子を用いて電極間を電気的に接続すると、接続抵抗が高くなる。
【００１２】
従って、特許文献１〜３に記載の導電性粒子を含む異方性導電材料では、該異方性導電材料を電極間の接続に用いた接続構造体において、導通信頼性が低いことがある。
【００１３】
本発明の目的は、接続構造体における電極間の接続に用いた場合に、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】
【００１４】
本発明の広い局面によれば、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、該第１の導電層の外側の表面上に配置されたはんだ層とを備える、導電性粒子が提供される。
【００１５】
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、上記第１の導電層が、１層の構造又は２層以上の積層構造を有し、上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層の導電性が、上記はんだ層の導電性よりも高く、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層の導電性が、上記はんだ層の導電性よりも高い。
【００１６】
本発明に係る導電性粒子の他の特定の局面では、上記第１の導電層が、１層の構造又は２層以上の積層構造を有し、上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層の融点が、上記はんだ層の融点よりも高く、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層の融点が、上記はんだ層の融点よりも高い。
【００１７】
本発明に係る導電性粒子のさらに他の特定の局面では、上記第１の導電層が、第１の導電層本体と、該第１の導電層本体の外側の表面から露出した部分を有しかつ導電性を有する粒子とを含み、該粒子の露出した部分によって、第１の導電層は外側の表面に突起を有する。
【００１８】
本発明に係る導電性粒子のさらに他の特定の局面では、上記基材粒子の表面上に配置された芯物質がさらに備えられており、上記第１の導電層が上記基材粒子の表面と上記芯物質の表面とを被覆しており、上記第１の導電層が上記芯物質の表面を被覆していることにより、上記第１の導電層は外側の表面に突起を有する。
【００１９】
本発明に係る導電性粒子の平均粒子径は０．１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。上記基材粒子は、樹脂粒子であることが好ましい。本発明に係る導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散されて用いられる導電性粒子であることが好ましい。
【００２０】
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。
【００２１】
本発明に係る異方性導電材料のある特定の局面では、フラックスがさらに含まれている。
【００２２】
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、該第１，第２の接続対象部材を電気的に接続している接続部とを備えており、該接続部が、本発明に従って構成された導電性粒子により形成されているか、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】
【００２３】
本発明に係る導電性粒子では、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、該第１の導電層の外側の表面上に配置されたはんだ層とを備えるので、接続構造体における電極間の接続に用いた場合に、電極と第１の導電層との間のはんだ層を効果的に排除することができ、電極と第１の導電層とを効果的に接触させることができる。また、はんだ層は溶融しやすいので、はんだ層と電極との接触面積を大きくすることができる。従って、得られる接続構造体の導通信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１の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、本発明の第２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、本発明の第３の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第４の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る導電性粒子とバインダー樹脂とを含む異方性導電材料を用いた接続構造体を模式的に示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２６】
本発明に係る導電性粒子は、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、該第１の導電層の外側の表面上に配置されたはんだ層とを備える。上記第１の導電層は、１層の構造又は２層以上の積層構造を有する。上記第１の導電層は１層の構造を有していてもよく、２層以上の積層構造を有していてもよい。すなわち、上記第１の導電層は、単層であってもよく、多層であってもよい。上記はんだ層は、第２の導電層である。
【００２７】
上記第１の導電層の外側の表面に突起があると、導電性粒子を用いた電極間の接続時に、該第１の導電層の突起により、電極と第１の導電層との間のはんだ層が排除されやすい。このため、電極と第１の導電層とを効果的に接触させることができる。さらに、排除されたはんだ層によって、電極と第１の導電層との接触部分の周囲において、電極とはんだ層とが十分な接触面積で接触する。
【００２８】
従って、本発明に係る導電性粒子を用いた接続構造体の導通信頼性を高めることができる。特に、上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層の導電性は、上記はんだ層の導電性よりも高いことが好ましい。更に、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層の導電性は、上記はんだ層の導電性よりも高いことが好ましい。第１の導電層（単層の場合）又は第１の導電層の最外層（多層の場合）の導電性を、はんだ層の導電性よりも高くすることにより、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。本発明に係る導電性粒子を用いて電極間を電気的に接続する際には、第１の導電層を電極に接触させることが好ましい。
【００２９】
さらに、内層である第１の導電層の外側の表面上に第２の導電層が配置されていることによって、内層である第１の導電層の酸化を防ぐことができる。第１の導電層として、比較的酸化しやすい銅層、ニッケル層又は銀層などを用いることができる。銅層、ニッケル層又は銀層などは、酸化が進行しやすい一方で、導電性が高く、電極間の接続抵抗を低くすることを可能にする。
【００３０】
上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層の融点は、上記はんだ層の融点よりも高いことが好ましい。更に、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層の融点は、上記はんだ層の融点よりも高いことが好ましい。これらの場合には、導電性粒子を用いて、加熱により接続構造体における電極間を接続する場合に、第２の導電層を第１の導電層よりも先に溶融させることができるか、又は第２の導電層のみを溶融させることができる。このため、第１の導電層と電極とをより一層容易に接触させたり、はんだ層と電極との接触面積をより一層大きくしたりすることができ、導電性粒子による電極間の接続をより一層確実に果たすことができる。
【００３１】
さらに、上記第１の導電層の表面上にはんだ層が配置されていることによって、接続対象部材の電極間の仮圧着時に、導通不良が生じた場合に、接続対象部材を再剥離することも容易になる。
【００３２】
また、本発明に係る導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散されて用いられる導電性粒子であることが好ましい。本発明に係る導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散されて異方性導電材料として用いられることが好ましい。該異方性導電材料を接続構造体における電極間の接続に用いた場合には、電極間の接続が容易である。例えば、接続対象部材上に設けられた電極上に導電性粒子を１個ずつ配置せずに、接続対象部材上に異方性導電材料を塗工又は積層するだけで、電極上に導電性粒子を配置できる。さらに、接続対象部材上に異方性導電材料層を形成した後、該異方性導電材料層に他の接続対象部材を電極が対向するように積層するだけで、電極間を電気的に接続できる。従って、接続対象部材の電極間が接続された接続構造体の製造効率を高めることができる。この電極間を電気的に接続する際に、第１の導電層を電極に接触させることが好ましい。さらに、接続対象部材間には、導電性粒子だけでなくバインダー樹脂も存在するので、接続対象部材を強固に接着させることができ、接続信頼性を高めることができる。
【００３３】
（導電性粒子）
以下、図面を参照しつつ、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。
【００３４】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００３５】
図１に示す導電性粒子１は、基材粒子２と、芯物質３と、第１の導電層４と、はんだ層である第２の導電層５とを備える。
【００３６】
芯物質３は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。芯物質３は、基材粒子２の表面２ａ上に部分的に配置されており、点在している。基材粒子２の表面２ａ上に、複数の芯物質３が配置されている。芯物質３は、基材粒子２の表面２ａを部分的に被覆している。芯物質３は、基材粒子２の表面２ａ上に部分的に直接積層されている。
【００３７】
第１の導電層４は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。第１の導電層４は、外側の表面４ａに突起４ｂを有する。第１の導電層４は、基材粒子２の表面２ａを被覆している。また、第１の導電層４は、芯物質３の表面３ａを被覆している。第１の導電層４が芯物質３の表面３ａを被覆していることによって、第１の導電層４は、外側の表面４ａに突起４ｂを有する。導電性粒子１では、基材粒子２の表面２ａ上及び芯物質３の表面３ａ上に第１の導電層４が直接積層されている。第１の導電層４は１層の構造を有する。第１の導電層４は内層である。
【００３８】
第２の導電層５は、第１の導電層４の外側の表面４ａ上に配置されている。第２の導電層５は、第１の導電層４の外側の表面４ａを被覆している。第２の導電層５は、第１の導電層４の外側の表面４ａ上に直接積層されている。第２の導電層５は、１層の構造を有する。第２の導電層５は外層である。
【００３９】
図２に、本発明の第２の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００４０】
図２に示す導電性粒子１１は、基材粒子２と、芯物質３と、第１の導電層１２と、はんだ層である第２の導電層１３とを備える。導電性粒子１１と導電性粒子１とは、導電層のみが異なっている。
【００４１】
第１の導電層１２は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。第１の導電層１２は、外側の表面１２ａに突起１２ｂを有する。第１の導電層１２は、基材粒子２の表面２ａと芯物質３の表面３ａとを被覆している。第１の導電層１２が芯物質３の表面３ａを被覆していることによって、第１の導電層１２は、外側の表面１２ａに突起１２ｂを有する。
【００４２】
第１の導電層１２は、２層の積層構造を有し、多層である。第１の導電層１２は、内側の導電層２１と、外側の導電層２２とを有する。外側の導電層２２は、第１の導電層１２の最外層である。第１の導電層１２は内層である。
【００４３】
第２の導電層１３は、第１の導電層１２の外側の表面１２ａ上に配置されている。第２の導電層１３は、第１の導電層１２の外側の表面１２ａ上に直接積層されている。第２の導電層１３は、第１の導電層１２の最外層である外側の導電層２２の表面上に配置されている。第２の導電層１３は、第１の導電層１２の外側の表面１２ａ及び外側の導電層２２の外側の表面を被覆している。第２の導電層１３は、１層の構造を有する。第２の導電層１３は外層である。
【００４４】
図３に、本発明の第３の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００４５】
図３に示す導電性粒子３１は、基材粒子２と、第１の導電層３２と、はんだ層である第２の導電層３３とを備える。導電性粒子３１と導電性粒子１とは、芯物質の有無と導電層とのみが異なっている。
【００４６】
第１の導電層３２は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。第１の導電層３２は、外側の表面３２ａに突起３２ｂを有する。第１の導電層３２は、第１の導電層本体３６と、導電性を有する粒子３７とを含む。粒子３７は、第１の導電層本体３６の外側の表面上に付着している。従って、導電性を有する粒子３７は、第１の導電層本体３６の外側の表面から露出している。第１の導電層３２は、第１の導電層本体３６の外側の表面から露出している部分を有する粒子３７を含むことによって、外側の表面３２ａに突起３２ｂを有する。
【００４７】
第２の導電層３３は、第１の導電層３２の外側の表面３２ａ上に配置されている。第２の導電層３３は、第１の導電層３２の外側の表面３２ａを被覆している。第２の導電層３３は、第１の導電層本体３６の外側の表面及び粒子３７の表面を被覆している。
【００４８】
図４に、本発明の第４の実施形態に係る導電性粒子を断面図で示す。
【００４９】
図４に示す導電性粒子４１は、基材粒子２と、第１の導電層４２と、はんだ層である第２の導電層４３とを備える。導電性粒子４１と導電性粒子１とは、芯物質の有無と導電層とのみが異なっている。
【００５０】
第１の導電層４２は、基材粒子２の表面２ａ上に配置されている。第１の導電層４２は、外側の表面４２ａに突起４２ｂを有する。第１の導電層４２は、第１の導電層本体４６と、導電性を有する粒子４７とを含む。粒子４７は、第１の導電層本体４６内に埋め込まれた部分と、第１の導電層本体４６本体の外側の表面から露出した部分とを有する。第１の導電層４２は、第１の導電層本体４６本体の外側の表面から露出した部分を有する導電性粒子４１を含むことによって、外側の表面４２ａに突起４２ｂを有する。
【００５１】
第２の導電層４３は、第１の導電層４２の外側の表面４２ａ上に配置されている。第２の導電層４３は、第１の導電層４２の外側の表面４２ａを被覆している。第２の導電層４３は、第１の導電層本体４６の外側の表面及び粒子４７の露出した表面を被覆している。
【００５２】
導電性粒子１，１１，３１，４１のように、第１の導電層は、１層の構造を有していてもよく、２層の積層構造を有していてもよい。さらに、第１の導電層は、２層以上の積層構造を有していてもよい。
【００５３】
上記基材粒子としては、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。
【００５４】
上記基材粒子は、樹脂により形成された樹脂粒子であることが好ましい。電極間を接続する際には、導電性粒子を電極間に配置した後、一般的に導電性粒子を圧縮させる。基材粒子が樹脂粒子であると、圧縮により導電性粒子が変形しやすく、導電性粒子と電極との接触面積が大きくなる。このため、電極間の導通信頼性を高めることができる。さらに、上記基材粒子が、ニッケルなどの金属又はガラスにより形成された粒子ではなく、樹脂により形成された樹脂粒子であると、導電性粒子の柔軟性を高めることができる。導電性粒子の柔軟性が高いと、導電性粒子に接触した電極の損傷を抑制できる。
【００５５】
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、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。圧縮により導電性粒子を適度に変形させることができるので、上記樹脂粒子は、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により形成されていることが好ましい。
【００５６】
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、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。
【００５７】
基材粒子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。但し、基材粒子は金属粒子ではないことが好ましい。
【００５８】
上記第１の導電層は、金属により形成されていることが好ましい。第１の導電層を構成する金属は、特に限定されない。該金属としては、例えば、錫、金、銀、銅、白金、パラジウム、亜鉛、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、ゲルマニウム及びカドミウム、並びにこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属として、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）も用いることができる。上記金属は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】
上記基材粒子の表面上に第１の導電層を形成する方法、並びに第１の導電層の表面上にはんだ層を形成する方法は特に限定されない。第１の導電層及びはんだ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、物理的な衝突による方法、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樹脂粒子の表面にコーティングする方法等が挙げられる。なかでも、無電解めっき又は電気めっきが好適である。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。また、上記物理的な衝突による方法では、例えば、シータコンポーザ等が用いられる。
【００６０】
本発明に係る導電性粒子では、上記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、上記第１の導電層が銅層、ニッケル層又は銀層であることが好ましく、銅層であることがより好ましい。また、上記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、上記第１の導電層の最外層が銅層、ニッケル層又は銀層であることが好ましく、銅層であることがより好ましい。この場合には、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、これらの好ましい導電層の表面には、はんだ層をより一層容易に形成できる。
【００６１】
銅層、ニッケル層及び銀層の導電性は、はんだ層の導電性よりも高い。このため、電極間の導通信頼性を高めることができる。一方で、銅層及び銀層も、比較的酸化しやすい性質を有する。しかしながら、本発明に係る導電性粒子では、第１の導電層が銅層及び銀層である場合に、該銅層及び銀層の表面上に第２の導電層が配置されているため、銅層及び銀層の酸化を効果的に抑制できる。
【００６２】
上記第２の導電層は、上記第１の導電層の表面全体上に配置されていることが好ましい。上記第２の導電層は、上記第１の導電層の表面全体上に直接積層されていることが好ましい。上記第２の導電層は、上記第１の導電層の表面全体を被覆していることが好ましい。これらの場合に、上記第２の導電層は、上記第１の導電層の表面上に部分的に配置又は積層されておらず、上記第１の導電層の表面を部分的に被覆していない。上記第２の導電層が、上記第１の導電層の表面全体上に配置又は積層されていることにより、第１の導電層の酸化が部分的に進行し難くなる。このため、接続構造体の導通信頼性を充分に高めることができる。
【００６３】
上記第１の導電層の表面上に上記はんだ層を形成する方法は、物理的な衝突による方法であることが好ましい。上記はんだ層は、物理的な衝撃により、導電層の表面上に配置されていることが好ましい。
【００６４】
従来、導電層の外側の表面層にはんだ層を有する導電性粒子の粒子径は、数百μｍ程度であった。これは、粒子径が数十μｍであり、かつ表面層がはんだ層である導電性粒子を得ようとしても、はんだ層を均一に形成できなかったためである。これに対してシータコンポーザを用いることによって、導電性粒子の粒子径が数十μｍ、特に粒子径が０．１μｍ以上、粒子径が５０μｍ以下である導電性粒子を得る場合であっても、第１の導電層の表面上にはんだ層を均一に形成できる。
【００６５】
はんだ層１００重量％中、錫の含有量は、好ましくは８５重量％未満、より好ましくは８０重量％以下である。また、はんだ層１００重量％中の錫の含有量は、第１の導電層の融点などを考慮して適宜決定される。はんだ層１００重量％中の錫の含有量は、好ましくは５重量％以上、より好ましくは１０重量％以上、更に好ましくは２０重量％以上である。
【００６６】
第１の導電層及びはんだ層の厚みはそれぞれ、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、更に好ましくは２０ｎｍ以上、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下、更に好ましくは２０μｍ以下である。第１の導電層及びはんだ層の厚みが上記下限以上であると、導電性が十分に高くなる。第１の導電層及びはんだ層の厚みが上記上限以下であると、基材粒子と第１の導電層及びはんだ層との熱膨張率の差が小さくなり、第１，第２の導電層の剥離が生じ難くなる。
【００６７】
第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、第１の導電層の最外層の厚みは、好ましくは３ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、更に好ましくは２０ｎｍ以上、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下、更に好ましくは２０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以下である。第１の導電層の最外層の厚みが上記下限以上であると、導電性が十分に高くなる。第１の導電層の最外層の厚みが上記上限以下であると、基材粒子と第１の導電層の最外層との熱膨張率の差が小さくなり、第１の導電層の最外層の剥離が生じ難くなる。
【００６８】
上記導電性粒子の平均粒子径は、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは８０μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下、特に好ましくは４０μｍ以下である。導電性粒子の平均粒子径が上記下限以上及び上記上限以下であると、導電性粒子と電極との接触面積が充分に大きくなり、かつ導電層を形成する際に凝集した導電性粒子が形成されにくくなる。また、導電性粒子を介して接続された電極間の間隔が大きくなりすぎず、かつ導電層が基材粒子の表面から剥離し難くなる。
【００６９】
異方性導電材料における導電性粒子に適した大きさであり、かつ電極間の間隔をより一層小さくすることができるので、導電性粒子の平均粒子径は、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下である。
【００７０】
上記導電性粒子の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。導電性粒子の平均粒子径は、任意の導電性粒子５０個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、平均値を算出することにより求められる。
【００７１】
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。第１の導電層が外側の表面に突起を有することによって、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が効果的に排除される。このため、電極と導電性粒子の導電層とをより一層確実に接触させることができ、電極間の接続抵抗を低くすることができる。さらに、導電性粒子がはんだ層の表面上に配置された絶縁性粒子を備える場合に、又は導電性粒子が樹脂中に分散されて異方性導電材料として用いられる場合に、第１の導電層の外側の表面の突起によって、導電性粒子と電極との間の樹脂を効果的に排除できる。このため、電極間の導通信頼性を高めることができる。
【００７２】
第１の導電層の外側の表面に突起を形成する方法としては、基材粒子の表面に芯物質を付着させた後、無電解めっきにより導電層を形成する方法、基材粒子の表面上に無電解めっきにより導電層を形成した後、芯物質を付着させ、更に無電解めっきにより導電層を形成する方法、無電解めっきにより導電層を形成する際に、導電性を有する粒子を添加する方法等が挙げられる。
【００７３】
基材粒子の表面に芯物質を付着させる方法としては、例えば、基材粒子の分散液中に、芯物質となる導電性物質を添加し、基材粒子の表面に芯物質を、例えば、ファンデルワールス力により集積させ、付着させる方法、並びに基材粒子を入れた容器に、芯物質となる導電性物質を添加し、容器の回転等による機械的な作用により基材粒子の表面に芯物質を付着させる方法等が挙げられる。なかでも、付着させる芯物質の量を制御しやすいため、分散液中の基材粒子の表面上に芯物質を集積させ、付着させる方法が好ましい。
【００７４】
上記無電解めっきにより導電層を形成する際に、導電性を有する粒子を添加する方法では、導電性を有する粒子を無電解めっき反応の後期段階で添加することで、第１の導電層の外側の表面に導電性を有する粒子を多く存在させることができる。
【００７５】
上記芯物質を構成する導電性物質及び上記導電性を有する粒子を構成する導電性物質としては、例えば、金属、金属の酸化物、黒鉛等の導電性非金属及び導電性ポリマー等が挙げられる。導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン等が挙げられる。なかでも、導電性を高めることができるので、金属が好ましい。
【００７６】
上記金属としては、例えば、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、鉛、錫、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、ゲルマニウム及びカドミウム等の金属、並びに錫−鉛合金、錫−銅合金、錫−銀合金及び錫−鉛−銀合金等の２種類以上の金属で構成される合金等が挙げられる。なかでも、ニッケル、銅、銀又は金が好ましい。上記芯物質及び上記導電性を有する粒子を構成する金属は、上記第１の導電層又は除き第１の導電層本体を構成する金属と同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００７７】
上記芯物質及び上記導電性を有する粒子の形状は特に限定されない。芯物質及び上記導電性を有する粒子の形状は塊状であることが好ましい。芯物質及び上記導電性を有する粒子としては、例えば、粒子状の塊、複数の微小粒子が凝集した凝集塊、及び不定形の塊等が挙げられる。
【００７８】
本発明に係る導電性粒子は、はんだ層の表面上に配置された絶縁性粒子を備えていてもよい。はんだ層の表面上に配置された絶縁性粒子は、複数であることが好ましい。
【００７９】
絶縁性粒子を備えた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粒子が存在するので、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、導電性粒子における第２の導電層と電極との間の絶縁性粒子を容易に排除できる。
【００８０】
上記絶縁性粒子を構成する絶縁性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン類、（メタ）アクリレート重合体、（メタ）アクリレート共重合体、ブロックポリマー、熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂の架橋物、熱硬化性樹脂及び水溶性樹脂等が挙げられる。
【００８１】
上記ポリオレフィン類としては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。上記（メタ）アクリレート重合体としては、ポリメチル（メタ）アクリレート、ポリエチル（メタ）アクリレート及びポリブチル（メタ）アクリレート等が挙げられる。上記ブロックポリマーとしては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ＳＢ型スチレン−ブタジエンブロック共重合体、及びＳＢＳ型スチレン−ブタジエンブロック共重合体、並びにこれらの水素添加物等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂としては、ビニル重合体及びビニル共重合体等が挙げられる。上記熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びメラミン樹脂等が挙げられる。上記水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド及びメチルセルロース等が挙げられる。なかでも、水溶性樹脂が好ましく、ポリビニルアルコールがより好ましい。
【００８２】
上記はんだ層の表面に絶縁性粒子を付着させる方法としては、化学的方法、及び物理的もしくは機械的方法等が挙げられる。上記化学的方法としては、例えば、界面重合法、粒子存在下での懸濁重合法及び乳化重合法等が挙げられる。上記物理的もしくは機械的方法としては、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による方法等が挙げられる。なかでも、絶縁性粒子が脱離し難いことから、上記はんだ層の表面に、化学結合を介して絶縁性粒子を付着させる方法が好ましい。
【００８３】
（異方性導電材料）
本発明に係る異方性導電材料は、上述した導電性粒子と、バインダー樹脂を含む。すなわち、本発明に係る異方性導電材料に含まれている導電性粒子は、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、該第１の導電層の表面上に配置されたはんだ層とを備える。
【００８４】
本発明に係る異方性導電材料は、液状であることが好ましく、異方性導電ペーストであることが好ましい。
【００８５】
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。
【００８６】
上記ビニル樹脂の具体例としては、酢酸ビニル樹脂、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、光硬化型樹脂又は湿気硬化型樹脂であってもよい。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。
【００８７】
上記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。この場合には、電極間を電気的に接続する際の加熱により、導電性粒子のはんだ層を溶融させるとともに、バインダー樹脂を硬化させることができる。このため、第１の導電層による電極間の接続と、バインダー樹脂による接続対象部材の接続とを同時に行うことができる。
【００８８】
本発明に係る異方性導電材料は、バインダー樹脂を硬化させるために、硬化剤を含むことが好ましい。
【００８９】
上記硬化剤は特に限定されない。上記硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤及び酸無水物硬化剤等が挙げられる。硬化剤は、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。
【００９０】
本発明に係る異方性導電材料は、フラックスをさらに含むことが好ましい。フラックスの使用により、はんだ層の表面に酸化被膜が形成され難くなり、さらに、はんだ層又は電極表面に形成された酸化被膜を効果的に除去できる。
【００９１】
上記フラックスは特に限定されない。フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを使用できる。フラックスとしては、例えば、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸の誘導体、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、有機酸及び松脂等が挙げられる。フラックスは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。
【００９２】
上記溶融塩としては、塩化アンモニウム等が挙げられる。上記有機酸としては、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、グルタミン酸及びヒドラジン等が挙げられる。上記松脂としては、活性化松脂及び非活性化松脂等が挙げられる。上記フラックスは、松脂であることが好ましい。松脂の使用により、電極間の接続抵抗がより一層低くなる。
【００９３】
上記松脂はアビエチン酸を主成分とするロジン類である。フラックスは、ロジン類であることが好ましく、アビエチン酸であることがより好ましい。この好ましいフラックスの使用により、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。
【００９４】
上記フラックスは、バインダー樹脂中に分散されていてもよく、導電性粒子の表面上に付着していてもよい。
【００９５】
本発明に係る異方性導電材料は、フラックスの活性度を調整するために、塩基性有機化合物を含んでいてもよい。上記塩基性有機化合物としては、塩酸アニリン及び塩酸ヒドラジン等が挙げられる。
【００９６】
硬化剤を用いる場合には、上記バインダー樹脂１００重量部に対して、上記硬化剤の含有量は好ましくは０．０１重量部以上、より好ましくは０．１重量部以上、好ましくは１００重量部以下、より好ましくは５０重量部以下である。上記硬化剤の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、上記バインダー樹脂を十分に硬化させることができ、更に硬化後に硬化剤に由来する残渣が生じ難くなる。
【００９７】
異方性導電材料１００重量％中、上記導電性粒子の含有量は好ましくは０．０１重量％以上、より好ましくは０．１重量％以上、好ましくは２０重量％以下である。上記導電性粒子の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、隣り合う電極間の短絡を一層防止することができ、かつ電極間の導通信頼性がより一層高くなる。
【００９８】
異方性導電材料１００重量％中、フラックスの含有量は０重量％以上、好ましくは０．５重量％以上、好ましくは３０重量％以下、より好ましくは２５重量％以下である。異方性導電材料は、フラックスを含んでいなくてもよい。フラックスの含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだ層の表面に酸化被膜がより一層形成され難くなり、さらに、はんだ層又は電極表面に形成された酸化被膜をより一層効果的に除去できる。
【００９９】
本発明に係る異方性導電材料は、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、帯電防止剤又は難燃剤等の各種添加剤をさらに含んでいてもよい。
【０１００】
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、並びに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。
【０１０１】
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、又は異方性導電シート等として使用できる。本発明の導電性粒子を含む異方性導電材料が、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。ただし、上述のように、本発明に係る異方性導電材料は、液状であることが好ましく、異方性導電ペーストであることが好ましい。
【０１０２】
（接続構造体）
本発明に係る異方性導電材料を用いて、接続対象部材を接続することにより、接続構造体を得ることができる。
【０１０３】
上記接続構造体は、第１の接続対象部材と、第２の接続対象部材と、該第１，第２の接続対象部材を電気的に接続している接続部とを備えており、該接続部が上記導電性粒子により形成されているか、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ことが好ましい。上記接続部は、本発明に係る異方性導電材料を硬化させることにより形成されていることが好ましい。
【０１０４】
図５に、本発明の第１の実施形態に係る導電性粒子を含む異方性導電材料を用いた接続構造体を模式的に正面断面図で示す。
【０１０５】
図５に示す接続構造体５１は、第１の接続対象部材５２と、第２の接続対象部材５３と、第１，第２の接続対象部材５２，５３を電気的に接続している接続部５４とを備える。接続部５４は、導電性粒子１とバインダー樹脂とを含む異方性導電材料を硬化させることにより形成されている。なお、図５では、導電性粒子１は、図示の便宜上、略図的に示されている。
【０１０６】
第１の接続対象部材５２の上面５２ａには、複数の電極５２ｂが設けられている。第２の接続対象部材５３の下面５３ａには、複数の電極５３ｂが設けられている。電極５２ｂと電極５３ｂとが、１つ又は複数の導電性粒子１により電気的に接続されている。従って、第１，第２の接続対象部材５２，５３が導電性粒子１により電気的に接続されている。
【０１０７】
上記接続構造体の製造方法は特に限定されない。接続構造体の製造方法の一例としては、第１の接続対象部材と第２の接続対象部材との間に上記異方性導電材料を配置し、積層体を得た後、該積層体を加熱及び加圧する方法等が挙げられる。加熱及び加圧により、導電性粒子１のはんだ層５が溶融して、該導電性粒子１により電極５２ｂ，５３ｂ間が電気的に接続される。このとき、第１の導電層４を電極５２ｂ，５３ｂに接触させることが好ましい。バインダー樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、バインダー樹脂が硬化して、硬化したバインダー樹脂により第１，第２の接続対象部材５２，５３が接続される。
【０１０８】
上記加圧の圧力は９．８〜１０４〜４．９×１０６Ｐａ程度である。上記加熱の温度は、１２０〜２２０℃程度である。
【０１０９】
接続構造体５１では、上記積層体を加熱及び加圧することにより、導電性粒子１のはんだ層５が溶融した後、溶融したはんだ層部分が電極５２ｂ，５３ｂと十分に接触する。すなわち、表面層がはんだ層５である導電性粒子１を用いることにより、はんだ層５を速やかに溶融させることができ、導電性粒子１と電極５２ｂ，５３ｂとの接触面積を大きくすることができる。このため、接続構造体５１の導通信頼性を高めることができる。また、第１の導電層４を電極５２ｂ，５３ｂに接触させることにより、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。なお、加熱により、一般にフラックスは次第に失活する。
【０１１０】
上記接続対象部材としては、具体的には、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。
【０１１１】
上記接続対象部材に設けられている電極としては、金電極、ニッケル電極、錫電極、アルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極及びタングステン電極等の金属電極が挙げられる。上記接続対象部材がフレキシブルプリント基板である場合には、上記電極は金電極、ニッケル電極、錫電極又は銅電極であることが好ましい。上記接続対象部材がガラス基板である場合には、上記電極はアルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極又はタングステン電極であることが好ましい。なお、上記電極がアルミニウム電極である場合には、アルミニウムのみで形成された電極であってもよく、金属酸化物層の表面にアルミニウム層が積層された電極であってもよい。上記金属酸化物としては、３価の金属元素がドープされた酸化インジウム及び３価の金属元素がドープされた酸化亜鉛等が挙げられる。上記３価の金属元素としては、Ｓｎ、Ａｌ及びＧａ等が挙げられる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
（実施例１）
（１）導電性粒子の作製
平均粒子径１０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２１０」）を用意した。この樹脂粒子を、銅粒子（平均粒子径０．２μｍ）を添加しながら無電解銅めっきし、厚み１μｍの銅層を形成して、粒子を得た。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子の銅層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、銅層の表面上に厚み２μｍのはんだ層を形成した。
【０１１４】
このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層が上記銅粒子の露出した部分により外側の表面に突起を有し、該銅層の表面に厚み２μｍのはんだ層（錫を４２重量％含む）が形成されている導電性粒子を作製した。
【０１１５】
第１の導電層である銅層の融点は１０８４℃であった。第２の導電層であるはんだ層（錫を４２重量％含む）の融点は１３８℃であった。
【０１１６】
（２）異方性導電材料Ａの作製
作製直後の導電性粒子を用意した。
【０１１７】
バインダー樹脂であるＴＥＰＩＣ−ＰＡＳ Ｂ２２（日産化学工業社製、比重１．４）１００重量部、硬化剤であるＴＥＰ−２Ｅ４ＭＺ（日本曹達社製）１５重量部と、弱活性ロジン５重量部とを配合し、さらに作製直後の導電性粒子Ａ１０重量部を添加した後、遊星式攪拌機を用いて２０００ｒｐｍで５分間攪拌することにより、異方性導電ペーストである異方性導電材料を得た。
【０１１８】
（実施例２）
平均粒子径１０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２１０」）を用意した。この樹脂粒子をエッチング処理した後、水洗した。次に、樹脂粒子に硫酸パラジウムを加え、パラジウムイオンを樹脂粒子に吸着させた。
【０１１９】
パラジウムが付着した樹脂粒子をイオン交換水３００ｍＬ中で３分間攪拌し、分散させ、分散液を得た。次に、芯物質である銅粒子（平均粒子径１μｍ）を含むスラリーを３分間かけて上記分散液に添加し、芯物質が付着した樹脂粒子を得た。
【０１２０】
次に、芯物質が付着した樹脂粒子を、無電解ニッケルめっきし、樹脂粒子の表面上に厚み０．３μｍの下地ニッケルめっき層を形成した。次いで、下地ニッケルめっき層が形成された樹脂粒子を電解銅めっきし、厚み１μｍの銅層を形成して、粒子を得た。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子の銅層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、銅層の表面上に厚み２μｍのはんだ層を形成した。
【０１２１】
このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層が外側の表面に突起を有し、該銅層の表面に厚み２μｍのはんだ層（錫を４２重量％含む）が形成されている導電性粒子を作製した。
【０１２２】
第１の導電層である銅層の融点は１０８４℃であった。第２の導電層であるはんだ層（錫を４２重量％含む）の融点は１３８℃であった。
【０１２３】
得られた導電性粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２４】
（実施例３）
樹脂粒子を、平均粒子径２０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２２０」）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２５】
（実施例４）
樹脂粒子を、平均粒子径３０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパール−ＳＰ２３０」）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２６】
（実施例５）
電解銅めっきにより形成した銅層の厚みを１μｍから２．５μｍに変更したこと、並びにはんだ微粉末の使用量を増やしてはんだ層の厚みを２μｍから５μｍに変更したこと以外は実施例４と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２７】
（実施例６）
はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を、はんだ微粉末（錫７８重量％とビスマス２２重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、導電性粒子及び異方性導電材料を得た。
【０１２８】
第１の導電層である銅層の融点は１０８４℃であった。第２の導電層であるはんだ層（錫を７８重量％含む）の融点は１３８℃であった。
【０１２９】
（実施例７）
平均粒子径１０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２１０」）を用意した。この樹脂粒子を、ニッケル粒子（平均粒子径０．１μｍ）を添加しながら無電解ニッケルめっきし、厚み１μｍのニッケル層を形成して、粒子を得た。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子のニッケル層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、ニッケル層の表面上に厚み２μｍのはんだ層を形成した。
【０１３０】
このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍのニッケル層が形成されており、該ニッケル層が上記ニッケル粒子の露出した部分により外側の表面に突起を有し、該ニッケル層の表面に厚み２μｍのはんだ層（錫を４２重量％含む）が形成されている導電性粒子を作製した。
【０１３１】
第１の導電層であるニッケル層の融点は１４５５℃であった。第２の導電層であるはんだ層（錫を４２重量％含む）の融点は１３８℃であった。得られた導電性粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、異方性導電材料を得た。
【０１３２】
（比較例１）
はんだ粒子（錫：ビスマス＝４３重量％：５７重量％、平均粒子径１５μｍ）を用意した。上記はんだ粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、異方性導電材料を得た。
【０１３３】
（比較例２）
比較例２では、第１の導電層の外側の表面に突起を形成しなかった。
【０１３４】
平均粒子径１０μｍのジビニルベンゼン樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ−２１０」）を用意した。この樹脂粒子を無電解銅めっきし、厚み１μｍの銅層を形成して、粒子を得た。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子の銅層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、銅層の表面上に厚み２μｍのはんだ層を形成した。
【０１３５】
このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層が外側の表面に突起を有さず、該銅層の表面に厚み２μｍのはんだ層（錫を４２重量％含む）が形成されている導電性粒子を作製した。得られた導電性粒子を用いたこと以外は実施例１と同様にして、異方性導電材料を得た。
【０１３６】
（評価）
（１）接続構造体の作製
Ｌ／Ｓが２００μｍ／２００μｍの金電極パターンが上面に形成されたＦＲ−４基板を用意した。また、Ｌ／Ｓが２００μｍ／２００μｍの金電極パターンが下面に形成されたポリイミド基板（フレキシブル基板）を用意した。
【０１３７】
上記ＦＲ−４基板の上面に、得られた異方性導電材料を撹拌してから、異方性導電材料に含まれている導電性粒子の平均粒子径の３倍の厚みとなるように塗工し、異方性導電材料層を形成した。
【０１３８】
次に、異方性導電材料層の上面にポリイミド基板（フレキシブル基板）を、電極同士が対向するように積層した。その後、異方性導電材料層の温度が１８５℃となるようにヘッドの温度を調整しながら、半導体チップの上面に加圧加熱ヘッドを載せ、２．０ＭＰａの圧力をかけて、異方性導電材料層を１８５℃で硬化させ、異方性導電材料を用いた接続構造体を得た。
【０１３９】
（２）接続状態観察
得られた接続構造体の電極接続部分の断面をＳＥＭで観察し、はんだ層の接続状態を確認した。
【０１４０】
実施例１〜７の異方性導電材料を用いた接続構造体の断面では、はんだ層が第１の導電層と電極の間から排除され、電極上へ濡れ広がっていた。しかし、比較例１の異方性導電材料を用いた接続構造体では、基材粒子が存在しないため、接続基板間の距離が一定にならず、部分的には両基板の電極へすべて塗れ広がってしまい、粒子形状を保てない場合も散見された。比較例２では第１の導電層と電極との間にはんだ層が存在した。
【０１４１】
（３）上下の電極間の導通試験
得られた接続構造体の上下の電極間の接続抵抗を、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。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。接続抵抗の平均値が２．０Ω以下である場合を「○」、接続抵抗の平均値が２Ωを超える場合を「×」と判定した。
【０１４２】
上下の電極間の導通試験の評価結果を下記の表１に示す。
【０１４３】
【表１】
【符号の説明】
【０１４４】
１…導電性粒子
２…基材粒子
２ａ…表面
３…芯物質
３ａ…表面
４…第１の導電層
４ａ…表面
４ｂ…突起
５…第２の導電層
１１…導電性粒子
１２…第１の導電層
１２ａ…表面
１２ｂ…突起
１３…第２の導電層
２１…内側の第１の導電層
２２…外側の第１の導電層
３１，４１…導電性粒子
３２，４２…第１の導電層
３２ａ，４２ａ…表面
３２ｂ，４２ｂ…突起
３３，４３…第２の導電層
３６，４６…第１の導電層本体
３７，４７…粒子
５１…接続構造体
５２…第１の接続対象部材
５２ａ…上面
５２ｂ…電極
５３…第２の接続対象部材
５３ａ…下面
５３ｂ…電極
５４…接続部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材粒子と、
前記基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の外側の表面上に配置されたはんだ層とを備える、導電性粒子。
【請求項２】
前記第１の導電層が、１層の構造又は２層以上の積層構造を有し、
前記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、前記第１の導電層の導電性が、前記はんだ層の導電性よりも高く、
前記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、前記第１の導電層の最外層の導電性が、前記はんだ層の導電性よりも高い、請求項１に記載の導電性粒子。
【請求項３】
前記第１の導電層が、１層の構造又は２層以上の積層構造を有し、
前記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、前記第１の導電層の融点が、前記はんだ層の融点よりも高く、
前記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、前記第１の導電層の最外層の融点が、前記はんだ層の融点よりも高い、請求項１又は２に記載の導電性粒子。
【請求項４】
前記第１の導電層が、第１の導電層本体と、該第１の導電層本体の外側の表面から露出した部分を有しかつ導電性を有する粒子とを含み、該粒子の露出した部分によって、第１の導電層は外側の表面に突起を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性粒子。
【請求項５】
前記基材粒子の表面上に配置された芯物質をさらに備え、
前記第１の導電層が前記基材粒子の表面と前記芯物質の表面とを被覆しており、前記第１の導電層が前記芯物質の表面を被覆していることにより、前記第１の導電層が外側の表面に突起を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性粒子。
【請求項６】
平均粒子径が０．１μｍ以上、５０μｍ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。
【請求項７】
前記基材粒子が樹脂粒子である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性粒子。
【請求項８】
バインダー樹脂中に分散されて用いられる導電性粒子である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の導電性粒子。
【請求項９】
請求項１〜７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１０】
フラックスをさらに含む、請求項９に記載の異方性導電材料。
【請求項１１】
第１の接続対象部材と、
第２の接続対象部材と、
前記第１，第２の接続対象部材を電気的に接続している接続部とを備え、
前記接続部が、請求項１〜７のいずれか１項に記載の導電性粒子により形成されているか、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】
基材粒子と、
前記基材粒子の表面上に配置されており、かつ外側の表面に突起を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の外側の表面上に配置されたはんだ層とを備える、導電性粒子。
【請求項２】
前記第１の導電層が、１層の構造又は２層以上の積層構造を有し、
前記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、前記第１の導電層の導電性が、前記はんだ層の導電性よりも高く、
前記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、前記第１の導電層の最外層の導電性が、前記はんだ層の導電性よりも高い、請求項１に記載の導電性粒子。
【請求項３】
前記第１の導電層が、１層の構造又は２層以上の積層構造を有し、
前記第１の導電層が１層の構造を有する場合には、前記第１の導電層の融点が、前記はんだ層の融点よりも高く、
前記第１の導電層が２層以上の積層構造を有する場合には、前記第１の導電層の最外層の融点が、前記はんだ層の融点よりも高い、請求項１又は２に記載の導電性粒子。
【請求項４】
前記第１の導電層が、第１の導電層本体と、該第１の導電層本体の外側の表面から露出した部分を有しかつ導電性を有する粒子とを含み、該粒子の露出した部分によって、第１の導電層は外側の表面に突起を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性粒子。
【請求項５】
前記基材粒子の表面上に配置された芯物質をさらに備え、
前記第１の導電層が前記基材粒子の表面と前記芯物質の表面とを被覆しており、前記第１の導電層が前記芯物質の表面を被覆していることにより、前記第１の導電層が外側の表面に突起を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性粒子。
【請求項６】
平均粒子径が０．１μｍ以上、５０μｍ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。
【請求項７】
前記基材粒子が樹脂粒子である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性粒子。
【請求項８】
バインダー樹脂中に分散されて用いられる導電性粒子である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の導電性粒子。
【請求項９】
請求項１〜７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１０】
フラックスをさらに含む、請求項９に記載の異方性導電材料。
【請求項１１】
第１の接続対象部材と、
第２の接続対象部材と、
前記第１，第２の接続対象部材を電気的に接続している接続部とを備え、
前記接続部が、請求項１〜７のいずれか１項に記載の導電性粒子により形成されているか、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５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４２１３７（Ｐ２０１２−１４２１３７Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２９４４（Ｐ２０１０−２９２９４４）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【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２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【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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