包覆导电性粒子、各向异性导电材料以及导电连接结构体的制作方法

xiaoxiao2020-8-1  10

专利名称:包覆导电性粒子、各向异性导电材料以及导电连接结构体的制作方法
技术领域
本发明涉及连接信赖性优异的包覆导电性粒子、各向异性导电材料以及导电连接结构体。
背景技术
具有金属表面的粒子,除了可以作为各种树脂填充材料、改性剂使用以外,还可以作为导电性微粒混合在粘合剂树脂中,在液晶显示器、个人电脑、携带式通信仪器等电子制品中,将用于将半导体元件等小型机电部件电连接到基板上,或将基板之间进行电连接的所谓的各向异性导电材料使用。
近年,由于伴随着电子仪器和电子部件的小型化,基板等配线变得微细,因此,谋求导电性微粒的微粒化和粒径精度的提高。为了确保高连接信赖性,有必要使各向异性导电材料中的导电性微粒的配合量增加,但在这样的具有微细配线的基板等中,存在引起由邻接的导电性微粒之间的横向方向的导通等,从而在邻接电极间产生所说的短路等问题。为了解决该问题,提出了使用将导电性微粒的表面用绝缘体包覆的包覆导电性粒子的各向异性导电材料。该包覆导电性微粒由于元件的绝缘体可以谋求电绝缘,并且通过施加热压合力等部分地除去绝缘体,从而可以露出导电性表面来谋求导通。
作为这样的用绝缘体包覆导电性微粒表面的方法,已知有例如,在专利文献1中记载的在导电性微粒的存在下进行界面聚合、悬浮聚合、乳液聚合等,由树脂进行微胶囊化的方法,在专利文献2中记载的通过向树脂溶液中分散导电性微粒后使之干燥的浸渍法来进行微胶囊化的方法,在专利文献3中记载的通过喷雾干燥、杂化(ハイブリダイゼ一ション)的方法,此外,还有通过真空蒸镀的方法等。
可是,在这样的方法中,使绝缘层的厚度成为恒定是困难的,另外,有时同时包覆了多个导电性微粒。使用包覆导电性粒子进行导电连接时,即使高度地控制导电性微粒的粒径,在绝缘包覆层的厚度不均一时,通过热或压力固定在电极之间时,压力不会均等地传递,从而变得容易引起导通不良。例如,通过上述的杂化的绝缘包覆的形成方法,由于是使作为包覆层的绝缘微粒通过物理的力附着在导电性微粒的表面的方法,因此,不能在导电性微粒的表面以单层形成包覆层,绝缘包覆层的厚度的控制是困难的,另外,由于因加热或摩擦热引起的热或冲击,树脂粉末熔融、变形,因此,进行均一的包覆是困难的。另外,由于树脂微粉末和金属表面的接触面积变大,在用于如液晶元件等难以施加热或压力的器件时,绝缘包覆层难以除去,其结果,存在引起导通不良这样的问题。
在专利文献4以及专利文献5中,记载了通过静电相互作用或杂化法在导电性微粒的表面使绝缘微粒弱附着而形成的包覆导电性粒子。可是,在用这样的方法得到的包覆导电性粒子中的绝缘微粒和导电性微粒的结合力由于只起因于范德瓦耳斯力和静电力,非常微弱,通过在粘合剂树脂中分散时或邻接粒子的接触,绝缘微粒被剥离,存在不能确保充分的绝缘性的问题。另一方面,以强的结合力将这样的绝缘微粒结合在导电性微粒的表面上时,即使进行热压粘合,绝缘微粒也不会剥离,从而有时有不导通的可能。
另外,导电性微粒虽然大多分散到绝缘性的粘合剂树脂中作为各向异性导电材料使用,但使用这样的各向异性导电材料进行导电连接时,在为了提高生产效率而要将导电连接工序高速化时,则存在容易产生导通不良这样的问题。可以认为,这是由于如果想要以高速进行连接,则不能充分地排除电极和导电性微粒之间的粘合剂树脂,从而在电极和导电性微粒之间粘合剂树脂残留。
专利文献1特开平4-362104号公报专利文献2特开昭62-40183号公报专利文献3特开平7-105716号公报专利文献4特开平4-259766号公报专利文献5特开平3-112011号公报发明内容鉴于上述现状,本发明的目的在于提供一种连接信赖性优异的包覆导电性粒子、各向异性导电材料以及导电连接结构体。
本发明涉及一种包覆导电性粒子,该包覆导电性粒子是包含具有由导电性金属构成的表面的粒子、和将具有由上述导电性的金属构成的表面的粒子的表面包覆的绝缘微粒的包覆导电性粒子,并且具有由上述导电性金属构成的表面的粒子在表面具有多个突起。
以下,详细地说明本发明。
本发明的包覆导电性粒子包含具有由导电性金属构成的表面的粒子(以下,称为金属表面粒子)、和将上述金属表面粒子包覆的绝缘微粒。通过这样将金属表面粒子的表面用绝缘微粒包覆,可以在使用本发明的包覆导电性粒子进行基板等的导电连接时,即使是具有微细配线的基板等,也不会发生由邻接的导电性微粒引起的横向的导通等,另外,在纵向,通过施加热和压力进行热压合,金属表面粒子的金属表面露出,从而可以确实地导通。
上述金属表面粒子,在表面具有多个突起。通过在表面具有多个突起,在作为各向异性导电材料使用时,可以使电极和包覆导电性粒子间的粘合剂树脂的排除性变高,即使是在高速连接时,也可以确实地导通。另外,由于具有这样的突起,即使在连接的铝电极上形成氧化包覆膜,也可以突破该氧化包覆膜而导通,因此,连接信赖性提高。
作为上述金属表面粒子,是在最表层包含导电性金属的粒子,而且,只要在表面具有突起,则没有特别的限定,可以举出,例如,只包含金属的粒子;在包含有机化合物或无机化合物的芯粒子的表面通过蒸镀、镀覆、涂布等形成了金属层的粒子;在绝缘性的芯粒子的表面导入了金属的微细粒子的粒子等。其中,在本发明的包覆导电性粒子使用于各向异性导电材料时,在包含树脂的芯粒子的表面形成了导电性金属层的粒子由于在电极间压合时变形而使接合面积增加,因此,从连接稳定性这点看,是优选的。
作为上述芯粒子,没有特别的限定,可以举出,例如,包含聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚丁二烯等聚烯烃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯等丙烯酸类树脂、聚对苯二甲酸亚烷基酯、聚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、苯酚甲醛树脂等酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等三聚氰胺树脂、苯并胍胺甲醛树脂等苯并胍胺树脂、尿素甲醛树脂、环氧树脂、(不)饱和聚酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚砜、聚苯醚、聚缩醛、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜等的物质。其中,使用聚合1种或2种或2种以上的具有乙烯性不饱和基团的各种聚合性单体而形成的树脂的粒子,由于容易获得合适的硬度,故优选。
上述具有乙烯性不饱和基团的聚合性单体,可以是非交联性单体,也可以是交联性单体。
作为上述非交联性单体,可以举出,例如,苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、对氯苯乙烯、氯甲基苯乙烯等苯乙烯类单体;(甲基)丙烯酸、马来酸、马来酸酐等含有羧基的单体;(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十六烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸乙二醇酯、(甲基)丙烯酸三氟乙酯、(甲基)丙烯酸五氟丙酯等(甲基)丙烯酸烷基酯类;(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、聚氧乙烯(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等含有氧原子的(甲基)丙烯酸酯类;(甲基)丙烯腈等含有腈基的单体;甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚等乙烯基醚类;醋酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、氟乙烯、氯乙烯、丙酸乙烯酯等酸乙烯酯类;乙烯、丙烯、丁烯、甲基戊烯、异戊二烯、丁二烯等不饱和烃等。
作为上述交联性单体,可以举出,例如,四羟甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、三(甲基)丙烯酸甘油酯、二(甲基)丙烯酸甘油酯、二(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸聚丙二醇酯等多官能(甲基)丙烯酸酯类;(异)氰尿酸三烯丙酯、偏苯三酸三烯丙酯、二乙烯基苯、邻苯二甲酸二烯丙酯、二烯丙基丙烯酰胺、二烯丙基醚等;γ-(甲基)丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷基苯乙烯、乙烯基三甲氧基硅烷等含有硅烷的单体;苯二甲酸等二羧酸类;二胺类;苯二甲酸二烯丙酯、苯并胍胺、三烯丙基异氰酸酯等。
上述芯粒子的平均粒径的优选的下限为0.5μm,优选的上限为100μm。如果不足0.5μm,在形成金属层时,容易发生凝集,使用发生凝集的芯粒子而制造的包覆导电性粒子有时引起邻接电极间的短路,如果超过100μm,得到的包覆导电性粒子的金属层有时容易剥离,信赖性降低。更加优选的下限为1μm,更加优选的上限为20μm。另外,上述芯粒子的平均粒径可以统计地处理用光学显微镜、电子显微镜、粒度分布计等计测的粒径来求得。
上述芯粒子的平均粒径的变动系数优选为10%或10%以下。如果超过10%,使用得到的包覆导电性粒子来任意地控制对置的电极间隔变得困难。另外,所谓上述变动系数,是将从粒径分布得到的标准偏差用平均粒径除而得到的数值。
上述芯粒子的10%K值的优选的下限为1000MPa,优选的上限为15000MPa。如果不足1000MPa,由于得到的包覆导电性粒子的强度不充分,在压缩变形时,产生粒子的破坏,从而有时不能实现作为导电材料的功能,如果超过15000MPa,有时会损伤电极。更加优选的下限为2000MPa,更加优选的上限为10000MPa。另外,上述10%K值,可以使用微小压缩试验器(例如,岛津制作所制造的PCT-200等),测定用由直径50μm的金刚石制圆柱构成的平滑压头端面在压缩速度2.6mN/秒、最大试验荷重10g的条件下压缩粒子时的压缩位移(mm),由下述式子求得。
F在粒子的10%压缩变形时的荷重值(N)S在粒子的10%压缩变形时的压缩位移(mm)R粒子的半径(mm)另外,为了得到10%K值满足上述条件的芯粒子,芯粒子优选包含聚合具有上述的乙烯性不饱和基团的聚合性单体而形成的树脂,此时,作为构成成分,更加优选至少含有20重量%或20重量%以上的交联性单体。
上述芯粒子优选恢复率为20%或20%以上的。如果不足20%,在压缩得到的包覆导电性粒子时,由于变形后不能恢复原来状态,故有时会引起连接不良。更加优选40%或40%以上。另外,上述恢复率是指在粒子上负荷9.8mN的荷重后的恢复率。
作为上述金属,只要是具有导电性的金属即可,没有特别的限定,可以举出,例如,金、银、铜、铂、锌、铁、锡、铅、铝、钴、铟、镍、铬、钛、锑、铋、锗、镉、硅等金属或ITO、焊锡等金属化合物。
上述金属层,可以是单层结构,也可以是包含多层的叠层结构。包含叠层结构时,优选最外层含有金的。由于将最外层作成含有金的层,耐腐蚀性高,并且接触电阻小,因此,得到的包覆导电性粒子为更加优异的粒子。
作为上述金属层的厚度,没有特别的限定,优选的下限为0.005μm,优选的上限为1μm。如果不足0.005μm,有时不能得到作为导电层的充分的效果,如果超过1μm,有时得到的包覆导电性粒子的比重过于变高,或包含树脂的芯粒子的硬度已经不能成为能够充分变形的硬度。更加优选的下限为0.01μm,更加优选的上限为0.3μm。
另外,将上述金属层的最外层作成金层时,金层的厚度的优选的下限为0.001μm,优选的上限为0.5μm。如果不足0.001μm,均一地包覆金属层变得困难,有时不能期望耐腐蚀性或接触电阻值的提高效果,如果超过0.5μm,对于其效果的比例是高价的。更加优选的下限为0.01μm,更加优选的上限为0.2μm。
作为形成上述导电性金属层的方法,没有特别的限定,可以举出,例如,物理的金属蒸镀法、化学的非电解镀覆法等已知的方法,但从工序的简便程度看,优选非电解镀覆法。作为可以用非电解镀覆法形成的金属层,可以举出,例如,金、银、铜、粗铂、钯、镍、铑、钌、钴、锡以及它们的合金等,但在本发明的包覆导电性粒子中,由于可以以高密度形成均一的包覆,故优选金属层的一部分或全部是通过非电解镀镍而形成的。
作为在上述金属层的最外层形成金层的方法,没有特别的限定,可以举出,例如,非电解镀覆、置换镀覆、电镀、溅射等已知的方法等。
作为上述金属表面粒子表面的突起,只要至少突起的表面是导电性金属,则没有特别的限定,可以与上述金属层相同,也可以不同。
上述突起的高度的优选的下限为0.05μm。如果不足0.05μm,在连接时有时难以获得突起部分容易从绝缘包覆层露出这样的所谓赋予突起的效果。更加优选的下限为0.1μm。
上述突起的高度的优选的上限为上述金属表面粒子的直径的40%。如果超过40%,突起有变得容易折断,或深深地陷入电极中而破损的危险,或者使用得到的包覆性导电粒子来任意地控制对置的电极间隔有时变得困难。更加优选的上限为20%。
作为上述突起的数量,没有特别的限定,但优选每一个包覆导电性粒子的平均突起数为8个或8个以上。如果不足8个,有时不能发挥作为赋予突起的效果的稳定的高的连接稳定性。
作为制造具有这样的突起的金属表面粒子的方法,没有特别的限定,可以举出,例如,1)在芯粒子的表面形成导电性金属层时,一边使含有无机材料或有机材料的子粒子进入,一边使导电性金属层成长的方法;2)在芯粒子的表面形成导电性金属层时,使与金属亲和性高的物质不均一地附着在芯粒子表面,在与上述金属亲和性高的物质多的部分局部地使包含导电性金属的突起成长,同时形成导电性金属层的方法;3)在表面具有包含作为突起的有机材料或无机材料的子粒子的芯粒子(以下,也称为突起粒子)的表面形成导电性金属层的方法。
作为上述1)法的具体的方法,可以举出,例如,将包含树脂的芯粒子的水性浆液添加到含有镍盐、还原剂、配位化剂等的非电解镀浴中进行非电解镀镍时,同时发生向芯粒子上形成镍层和镀浴自身的分解,将该自身分解物作为突起的核,同时进行镍覆膜的成长和突起的成长的方法等。
作为上述2)法的具体的方法,可以举出,例如,在芯粒子的表面倒入氯化钯后,通过在氯化钯的稀薄溶液中,在缓和的搅拌下极其稳定地进行氯化钯的还原,在芯粒子表面不均一地形成作为非电解镀镍的起点的钯,然后,添加到含有镍盐、还原剂、配位化剂等的非电解镀浴中进行非电解镀镍的方法。
在该方法中,在钯多的部分,与钯少的部分相比,由于镍的析出速度变大,作为结果,镀覆以所谓突起的状态进行。
作为3)法的具体的方法,可以举出,例如,制造通过杂化等各种方法在芯粒子的表面附着子粒子的突起粒子后,在得到的突起粒子的表面通过非电解镀镍等形成金属层的方法;在至少将聚合性不饱和单体和介质混合而得到的含有聚合性不饱和单体的聚合性液滴、或在介质中用聚合性单体使种粒子膨润的聚合性液滴的表面,使作为突起的子粒子凝集或结合,并通过聚合聚合性液滴来制造在表面具有突起的粒子(突起粒子)后,在得到的突起粒子的表面通过非电解镀镍等形成金属层的方法等。
作为将成为突起的粒子化学的和/或物理的结合在上述芯粒子的表面后,在该芯粒子和微粒的表面形成导电性金属层的方法,优选例如具有至少将聚合性不饱和单体和介质混合而配制含有聚合性不饱和单体的聚合性液滴分散到介质中的分散液的工序、在上述分散液中添加子粒子,并使子粒子附着在聚合性液滴的表面的工序、使子粒子附着的聚合性液滴聚合而得到突起粒子的工序、将得到的突起粒子进行金属镀覆的工序的方法。
作为其他的方法,例如,还可以通过具有将种粒子和含有聚合性不饱和单体的介质混合而配制种粒子分散到介质中的分散液的工序、上述种粒子吸收聚合性不饱和单体制造聚合性液滴的工序、在分散液中添加子粒子,并使子粒子附着在聚合性液滴的表面的工序、使子粒子附着的聚合性液滴聚合而得到突起粒子的工序、将得到的突起粒子进行金属镀覆的工序的方法来制造具有突起的金属表面粒子。
作为上述绝缘微粒,只要是绝缘性的,则没有特别的限定,可以举出,例如,除了含有绝缘性的树脂的微粒以外,还有含有二氧化硅等绝缘性的无机物的微粒等。其中,优选含有绝缘性树脂的微粒。作为上述绝缘性的树脂,没有特别的限定,可以举出,例如,用于上述芯粒子的树脂等。这些树脂可以单独使用,也可以2种或2种以上同时使用。
上述绝缘微粒的粒径的优选的下限为5nm,优选的上限为1000nm。如果不足5nm,邻接的包覆导电性粒子间的距离比电子的跳动距离小,容易引起漏泄,如果超过1000nm,有时在热压合时所必需的压力和热过于变大。更加优选的下限为10nm,更加优选的上限为500nm。
另外,由于小的绝缘微粒进入由大的绝缘微粒包覆的空隙间,可以提高包覆密度,故可以同时使用粒径不同的2种或2种以上的绝缘微粒。此时,优选小的绝缘微粒的粒径是大的绝缘微粒的粒径的1/2或1/2以下,另外,优选小的绝缘微粒的数量是大的绝缘微粒的数量的1/4或1/4以下。
另外,上述绝缘微粒的粒径和金属表面粒子的突起的高度之比也没有特别的限定。

图1~图4是示出绝缘微粒的粒径和金属表面粒子的突起的高度各种不同的例子的各部分凹口正面剖面图。例如,如图1所示,在含有金属的金属表面粒子1的表面形成多个突起11,绝缘微粒2的直径可以比该突起11的高度、即从金属表面粒子1的表面到突起11的最外侧端的尺寸大。另外,图1以及以下的图2~图4,说到底,只是模式性地示出绝缘微粒的径和突起的高度的关系。
另外,如图2所示,绝缘微粒2的径也可以比在金属表面粒子1的表面形成的突起11的高度小。另外,如图3所示,在金属表面粒子1配置多个比在外侧突出地设置的突起11的高度小的绝缘微粒2,金属表面粒子1的外表面也可以被绝缘性材料包覆。
另外,如图4所示,还可以同时使用比在金属表面粒子1的表面形成的突起11的高度小的径的绝缘微粒2A和大的径的绝缘微粒2B。即,可以使用多种大小的绝缘微粒。
另外,在图1~图4中,金属表面粒子1是由金属形成的,但如图5所示的金属表面粒子1,在含有绝缘性材料的粒子主体1A的表面,也可以为金属层1B、1C叠层的结构。在此时,也包含形成了突起11的部分,并且,金属表面粒子1的外表面由金属形成。另外还指出,在图5中,绝缘性微粒省略了图示。
另外,如图6所示,在绝缘粒子22的外表面,如图6的右侧所示,也可以通过形成含有金属的镀膜23来形成金属表面粒子21。此时,在镀膜23的一部分形成急剧的镀膜成长部分,从而构成突起部分23a。这样,在镀膜的形成时,还可以使镀膜部分地急剧成长,从而形成多个突起部分23a。另外,绝缘性粒子22虽然可以由适当的材料构成,但期望是能够形成含有金属的镀膜23的材料。此外,代替绝缘粒子22,还可以在包含绝缘性材料的粒子表面形成金属膜,并在该金属膜上形成镀膜23。
上述绝缘微粒优选粒径的CV值为20%或20%以下的。如果超过20%,得到的包覆导电性粒子的包覆层的厚度变得不均一,在电极间热压合时,难以均匀地施加压力,有时发生导通不良。另外,上述粒径的CV值,可以通过下述式计算出。
粒径的CV值(%)=粒径的标准偏差/平均粒径×100作为上述粒径分布的测定方法,在包覆金属表面粒子之前可以用粒度分布计来测定,包覆之后可以用SEM照相的图像分析等来测定。
上述绝缘微粒优选具有正电荷的。由于具有正电荷,可以用后述的异种凝集法进行与金属表面粒子的结合,另外,由于上述绝缘微粒之间静电排斥,可以抑制绝缘微粒之间的凝集,从而形成单层的包覆层。即,绝缘微粒带正电时,绝缘微粒以单层附着在金属表面粒子上。另外,这样的正电荷是基于铵基或锍基时,作为对后述的金属具有键合性的官能团(A)起作用,绝缘微粒容易与直接金属表面粒子的表面的金属形成化学键。因此,上述绝缘微粒优选包含具有铵基或锍基的树脂。其中,更加优选包含具有锍基的树脂。
作为具有上述正电荷的绝缘微粒,可以举出,在绝缘微粒制造时使具有正电荷的聚合性单体混入的方法、通过具有正电荷的自由基引发剂进行聚合的方法、使用具有正电荷的分散稳定剂或乳化剂制造的方法等。这些方法也可以2种或2种以上同时使用。这些当中,使用具有正电荷的聚合性单体的方法、使用自由基引发剂的方法是优选的。
作为具有上述正电荷的聚合性单体,可以举出,例如,N,N-二甲基氨乙基甲基丙烯酸酯、N,N-二甲基氨丙基丙烯酰胺、N,N,N-三甲基-N-2-甲基丙烯酰氧乙基氯化铵等含有铵基的单体、甲基丙烯酸苯基二甲锍基甲酯硫酸盐等具有锍基的单体等。作为具有上述正电荷的自由基引发剂,可以举出,例如,2,2’-偶氮双{2-甲基-N-[2-(1-羟基丁基)]-丙酰胺}、2,2’-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]、2,2’-偶氮双(2-脒基丙烷)以及它们的盐等。
在本发明的包覆导电性粒子中,上述金属表面粒子和绝缘微粒,优选通过对金属具有键合性的官能团(A)进行化学键合的。由于被化学键合,与只通过范德瓦耳斯力或静电力结合相比,结合力强,可以防止在混炼粘合剂树脂等时绝缘粒子剥落,或者在使用包覆导电性粒子作为各向异性导电材料时,由于与邻接粒子的接触,绝缘微粒剥落而引起漏泄。另一方面,如上所述,由于上述金属表面粒子具有突起,绝缘粒子无论如何牢固地接合,通过热压合,突起都会推进绝缘粒子,从而可以确实地导电连接。另外,由于这样的化学键合只在金属表面粒子和绝缘微粒之间形成,而绝缘粒子之间不结合,故由绝缘微粒形成的包覆层为单层。由此,作为金属表面粒子以及绝缘微粒,如果使用粒径均匀的粒子,就可以容易地使本发明的包覆导电性粒子的粒径均一。
作为上述官能团(A),只要是可以与金属形成离子键、共价键、配位键的基团,则没有特别的限定,可以举出,例如,硅烷基、硅烷醇基、羧基、氨基、铵基、硝基、羟基、羰基、硫醇基、磺酸基、锍基、硼酸基、噁唑啉基、吡咯烷酮基、磷酸基、腈基等。其中,优选可以配位结合的官能团,可以优选使用具有S、N、P原子的官能团。例如,金属为金时,优选具有对金形成配位键的S原子的官能团,特别是硫醇基、硫醚基。
作为使用这样的官能团(A)使金属表面粒子和绝缘微粒进行化学键合的方法,没有特别的限定,可以举出,例如,1)将在表面具有官能团(A)的绝缘微粒导入到金属表面粒子的表面的方法;2)将具有官能团(A)和反应性官能团(B)的化合物导入到金属表面,然后,通过一步反应或多步反应使反应性官能团(B)和绝缘微粒反应而键合的方法等。
在上述1)的方法中,作为制造在表面具有官能团(A)的绝缘微粒的方法,没有特别的限定,可以举出,例如,在制造绝缘微粒时混入具有官能团(A)的单体的方法;在绝缘微粒的表面通过化学键导入官能团(A)的方法;化学处理绝缘微粒的表面,改性为官能团(A)的方法;用等离子体等将绝缘微粒的表面改性为官能团(A)的方法等。
作为上述2)的方法,可以举出,例如,使在同一分子内具有官能团(A)和羟基、羧基、氨基、环氧基、甲硅烷基、硅烷醇基、异氰酸酯基等反应性官能团(B)的化合物与金属表面粒子反应,然后,使在表面具有可以共价结合的官能团的有机化合物粒子与反应性官能团(B)反应的方法等。作为这样的在同一分子内具有官能团(A)和反应性官能团(B)的化合物,可以举出,例如,2-氨基乙硫醇、对氨基苯硫酚等。如果使用2-氨基乙硫醇,在金属表面粒子的表面通过SH基团使2-氨基乙硫醇键合,对于另外的一个氨基,可以通过例如,使具有环氧基团或羧基等的绝缘粒子在表面反应,将金属表面粒子和绝缘微粒结合。
使用本发明的包覆导电性粒子进行电极间的连接时,通过施加热和压力进行热压合,使金属表面粒子的金属表面露出来进行导通。在这里所说的金属表面露出,是指金属表面粒子的金属表面的至少一部分可以不妨碍绝缘微粒地与直接电极连接的状态。另外,作为上述热压合的条件,根据各向异性导电材料中的包覆导电性粒子的密度或连接的电子部件的种类等而不同,不必进行限定,但通常在120~220℃的温度下、9.8×104~4.9×106Pa的压力下进行。
作为金属表面粒子的金属表面的露出状态,可以认为有以下的3种方式。
第1种方式是通过热压合,绝缘粒子熔融,从而金属表面粒子的金属表面露出。第2种方式是通过热压合,绝缘粒子变形,从而金属表面粒子的金属表面露出。第3种方式是通过热压合,金属表面粒子和绝缘粒子解离,从而金属表面粒子的金属表面露出。
其中,优选通过第2种方式使金属表面粒子的金属表面露出来进行导电连接。按照第1种方式时,有时熔融的绝缘粒子渗出而污染粘合剂树脂或基板、或者甚至使绝缘邻接的包覆导电性粒子间的包覆层熔融,从而不显示充分的绝缘性,按照第3种方式时,热压合时的金属表面粒子与绝缘粒子并列在压合的方向时,绝缘粒子嵌入到金属表面粒子和基板之间而不能解离,有时连接信赖性降低。另外,由于金属表面粒子在表面具有突起,按照第2种方式以及第3种方式的金属表面粒子的金属表面变得容易露出。
按照其中的任一种方式,金属表面粒子的金属表面露出来进行导电连接,虽然也依赖于热压合的条件,但通常可以通过金属表面粒子的硬度和绝缘粒子的硬度的相对关系来控制。这里所说的粒子的硬度,是指在热压合条件下的相对的硬度,例如,与金属表面粒子相比较,绝缘粒子的软化温度低,在热压合条件下只有绝缘粒子软化时,可以称绝缘粒子为软的。
另外,为了使金属表面粒子的金属表面露出,优选将绝缘粒子的包覆率,即,由绝缘粒子包覆的部分的面积占金属表面粒子的表面积全体的比例为5~50%。如果不足5%,邻接的包覆导电性粒子之间的绝缘不充分,如果超过50%,在第1种方式中,有时甚至使绝缘邻接的包覆导电性粒子间的包覆层熔融,从而不显示充分的绝缘性,在第2种方式中,绝缘粒子变形,即使压碎,金属表面有时也不会充分地露出,在第3种方式中,由于热压合方向的绝缘粒子解离,有必要将其他的绝缘粒子挤出,或者有可能在热压合时的金属表面粒子与绝缘粒子并列在压合的方向时,绝缘粒子嵌入到金属表面粒子和基板之间而不能解离。
对这样的金属表面粒子的硬度和绝缘粒子的硬度之间的相对关系的调整进一步进行说明。例如,作为上述金属表面粒子,当选择在包含铜、镍、铁、金等比较硬的金属;氮氧化铝(窒化アルミ)等比较硬的金属氧化物;二氧化硅等无机粒子;交联性单体的配合量为50重量%或50重量%以上的树脂的芯粒子上设置金属层的物质等比较硬的物质时,作为上述绝缘微粒,通过选择下述的物质,通过任一种方式,都可以调整金属表面粒子的金属表面的露出来进行导电连接。
作为制造本发明的包覆导电性粒子的方法,只要是使上述绝缘微粒接触具有上述突起的金属表面粒子的表面进行化学键合的方法,则没有特别的限定,例如,优选至少具有在有机溶剂和/或水中,对具有包含导电性金属的表面的粒子通过范德瓦耳斯力或静电相互作用而是绝缘微粒凝集的工序1、和将具有包含导电性金属的表面的粒子和绝缘微粒进行化学键合的工序2的方法。工序1的凝集法是被称为异种凝集法的方法,如果使用该方法,由于通过溶剂效果可以迅速并且确实地使金属表面粒子和绝缘微粒之间的化学反应发生,因此,不需要必要或必要以上的压力,另外,由于体系全体的温度的控制也容易,因此,绝缘微粒难以通过热来变形等。与此相对,如果通过使用原来的高速搅拌机或混合机等的干式方法来导入绝缘微粒,容易花费必要或必要以上的压力或摩擦热等负荷,在绝缘微粒比金属表面粒子硬时,有时损伤金属表面粒子,或金属层剥离,另外,在绝缘微粒比金属表面粒子软时,或绝缘微粒的玻璃化转变温度低时,由于与金属表面粒子的碰撞或摩擦热,绝缘微粒变形,有时接触面积变大、或绝缘膜厚变得不均一、或绝缘微粒叠层附着、或绝缘微粒熔融,包覆导电性粒子之间粘合而不能单粒子化。
作为上述有机溶剂,只要是不溶解绝缘微粒的溶剂,则没有特别的限定。
本发明的包覆导电性粒子由于通过绝缘微粒包覆金属表面粒子的表面,因此,即使是作为各向异性导电材料使用时,在邻接的粒子之间也不发生漏泄。另外,由于在上述金属表面粒子的表面具有突起,在连接时通过热压合可以使金属表面粒子的金属表面容易地露出,从而得到确实的导通。另外,在金属表面粒子和绝缘微粒进行化学键合时,在与粘合剂树脂等混炼时或与邻接粒子接触时,绝缘微粒和金属表面的结合力过弱,绝缘微粒不会剥落等。另外,绝缘微粒形成单层的包覆层,绝缘微粒的粒径分布小,并且绝缘微粒与金属表面的接触面积一定,因此,可以使包覆导电性粒子的粒径变得均一。
本发明的包覆导电性粒子可以用于各向异性导电材料、红外线反射材料、电磁波屏蔽材料等用途。其中,通过分散到绝缘性的粘合剂树脂中,可以适合作为各向异性导电材料使用。
本发明的包覆导电性粒子分散到绝缘性粘合剂树脂中的各向异性导电材料也是本发明之一。
另外,在本说明书中,各向异性导电材料也包含各向异性导电膜、各向异性导电糊、各向异性导电粘接剂、各向异性导电油墨等。
作为上述绝缘性粘合剂树脂,只要是绝缘性的即可,没有特别的限定,可以举出,例如,丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯树脂、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及其加氢物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物及其加氢物等热塑性树脂;环氧树脂、丙烯酸酯树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、酚醛树脂等热固性树脂;多元醇的丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、多元羧酸的不饱和酯等通过紫外线、电子射线等固化的树脂等。其中,优选通过热和/或光固化的粘合接着剂。
在本发明的各向异性导电材料中,除了作为必须成分的粘合剂树脂以及本发明的包覆导电性粒子以外,在不损害本发明的课题实现的范围内,还可以视需要添加,例如,填充剂、增量剂、软化剂、增塑剂、聚合催化剂、固化催化剂、着色剂、抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、润滑剂、抗静电剂、阻燃剂等各种添加剂中的1种或2种或2种以上。
在本发明的各向异性导电材料中,优选在含有的本发明的包覆导电性粒子的绝缘微粒中含有的官能团、和粘合剂树脂中的官能团进行化学键合。上述绝缘微粒和粘合剂树脂通过化学键和,分散到粘合剂树脂中的本发明的包覆导电性粒子的稳定性优异,同时热熔融的绝缘粒子不会渗出而污染电极或液晶,并且,可以得到长期的连接稳定性和信赖性优异的各向异性导电材料。
作为使本发明的包覆导电性粒子分散到上述粘合剂树脂中的方法,没有特别的限定,可以使用原本已知的分散方法,可以举出,例如,在粘合剂树脂中添加包覆导电性粒子之后,用行星式混合机等混炼分散的方法;使用均化器等将包覆导电性粒子均一地分散到水或有机溶剂中后,向粘合剂树脂中添加,再用行星式混合机混炼分散的方法;将粘合剂树脂用水或有机溶剂等稀释后,添加包覆导电性粒子,用行星式混合机等混炼分散的方法等赋予机械的剪切力的方法等。这些分散方法,可以单独使用,也可以2种或2种以上同时使用。
另外,在给与上述的剪切力时,优选适当选择不施加使分散在粘合剂树脂中的本发明的包覆导电性粒子的构造破坏等的机械剪切力这样的方法或条件来进行。
作为制造上述各向异性导电膜的方法,没有特别的限定,可以举出,例如,使本发明的包覆导电性粒子悬浮在在粘合剂树脂中加入了溶剂的物质中,并将该悬浮液流延到脱模的膜上来制造被膜,将从被膜中蒸发了溶剂的膜卷取在辊上的方法等。在通过上述各向异性导电膜进行导电连接时,将被膜与脱模的膜一起卷出,将被膜放置在应该连接的电极上,在其上重叠对向电极,并通过热压合进行连接的方法等。
上述各向异性糊可以通过例如,将各向异性导电粘接剂作成糊状来制造,并将其装入到适当的调合器中,在应该连接的电极上涂布希望的厚度,再在其上叠合对向电极,通过热压合使树脂固化来进行连接。
上述各向异性导电油墨,可以通过例如,将溶剂加入到各向异性导电粘合剂中,并使之具有适合于印刷的粘度来制造,将其在应该连接的电极上进行网版印刷,然后使溶剂蒸发,在其上叠加对向电极并通过热压合来进行连接。
作为上述各向异性导电材料的涂布膜厚,由使用的本发明的包覆导电性粒子的平均粒径和连接电极的方法来计算,优选包覆导电性粒子夹持在连接电极之间,并且连接基板间被粘接层充分充满的。
采用本发明的包覆导电性粒子或本发明的各向异性导电材料,使IC芯片或基板等电子部件导电连接而形成的导电连接结构体也是本发明之一。
按照本发明,可以提供连接信赖性优异的包覆导电性粒子、各向异性导电材料、以及导电连接结构体。
附图的简单说明[图1]图1是示出由绝缘微粒包覆金属表面粒子的方式的一例的局部凹口剖面图。
图2是示出由绝缘微粒包覆金属表面粒子的方式的另一例的局部凹口剖面图。
图3是示出由绝缘微粒包覆金属表面粒子的方式的另一例的局部凹口剖面图。
图4是示出由绝缘微粒包覆金属表面粒子的方式的另一例的局部凹口剖面图。
图5是示出金属表面粒子的变形例的图。
图6是示出金属表面粒子的另外的变形例的图。
符号说明1…金属表面粒子2…绝缘微粒11…金属表面粒子的突起部分21…金属表面粒子22…绝缘微粒23…镀膜23a…突起部分实施发明的最佳方案以下,举出实施例更加详细地说明本发明,但本发明并不受这些实施例的限定。
(实施例1)1.具有突起的金属表面粒子的制造
(1)子粒子的制造在安装有4口可分离型烧瓶盖、搅拌翼、三通旋塞、冷却管、温度传感器的容积1000ml的可分离型烧瓶中,称取70mmol甲基丙烯酸甲酯、10mmol甲基丙烯酸缩水甘油酯、20mmol二甲基丙烯酸乙二醇酯、3mmol甲基丙烯酸苯基二甲锍基甲酯硫酸盐、3mmol的2,2’-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基-丙酸脒]4水合物以及470mL蒸馏水后,以200rpm进行搅拌,在氮气氛围下70℃进行5小时聚合,得到在表面具有环氧基团的粒子。接着,添加30mmol的1,2-乙二胺,通过在70℃下进行1小时反应,将环氧基团变换为氨基。反应结束后,通过离心分离操作进行未反应的单体、聚合引发剂等的除去,添加400mL蒸馏水并通过超声波照射分散后,添加30mmol甲基丙烯酸缩水甘油酯,通过在70℃下进行1小时反应,将氨基变换为聚合性甲基丙烯酰基。反应结束后,通过离心分离操作进行2次未反应物的除去、洗净,再通过用蒸馏水进行分散,得到平均粒径为305nm、CV值为8.8%、固体成分率为10%的在表面具有聚合性官能团的子粒子分散液。
另外,子粒子的粒径以及分布,使用动态光散射粒度分布计(大塜电子社制造,DLS8000)进行测定。
(2)种粒子的制造在安装有4口可分离型烧瓶盖、搅拌翼、三通旋塞、冷却管、温度传感器的容积1000ml的可分离型烧瓶中,称取500mmol苯乙烯、85mmol正辛硫醇、2mmol过硫酸钾、2.5mmol氯化钠以及585mL蒸馏水,以200rpm进行搅拌,在氮气氛围下70℃进行24小时聚合。反应结束后,通过离心分离操作进行2次未反应物的除去、洗净,再通过用蒸馏水进行分散,得到平均粒径为900nm、CV值为3.2%、固体成分率为10%的种粒子分散液。
(3)突起粒子的制造在安装有4口可分离型烧瓶盖、搅拌翼、三通旋塞、冷却管、温度传感器的容积500ml的可分离型烧瓶中,称取10g得到的种粒子分散液以及90mL蒸馏水后,边搅拌边滴加1g得到的子粒子分散液,将种粒子和子粒子进行复合化。接着,添加0.05g月桂基硫酸钠、20g聚乙烯醇的3%水溶液,得到种/子粒子复合化液。
另外,用均化器