JP2003234020A

JP2003234020A - 導電性微粒子

Info

Publication number: JP2003234020A
Application number: JP2002029784A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Yoneda; 義和米田
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】隣接電極間のリーク（短絡）を防止でき、か
つ接続抵抗値が低く信頼性の高い導電材料として利用で
きる導電性微粒子を提供する。【解決手段】芯材粒子、前記芯材粒子の表面に形成さ
れた導電性金属層、及び、前記導電性金属層の表面に形
成された絶縁層からなる導電性微粒子であって、前記芯
材粒子は、平均粒子径が０．５〜３０μｍであり、前記
導電性金属層は、表面に前記導電性金属層の最外層と実
質的に連続である高さ０．０５〜４μｍの微小突起を有
する導電性微粒子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、隣接電極間のリー
ク（短絡）を防止でき、かつ接続抵抗値が低く信頼性の
高い導電材料として利用できる導電性微粒子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイ、パーソナルコ
ンピュータ、携帯通信機器等のエレクトロニクス製品に
おいて、半導体素子等の小型電子部品を基板に電気的に
接続したり、基板同士を電気的に接続したりするため
に、いわゆる異方性導電材料が使用されている。なかで
も、導電性微粒子をバインダー樹脂に混合した異方性導
電接着剤が広く用いられている。

【０００３】これらの異方性導電接着剤に用いられる導
電性微粒子としては、有機基材粒子又は無機基材粒子の
表面に金属めっきを施したものや金属粒子等が挙げられ
る。このような導電性微粒子は、例えば、特公平６−９
６７７１号公報、特開平４−３６９０２号公報、特開平
４−２６９７２０号公報、特開平３−２５７７１０号公
報等に開示されている。

【０００４】また、このような導電性微粒子をバインダ
ー樹脂と混ぜ合わせてフィルム状又はペースト状にした
異方性導電接着剤は、例えば、特開昭６３−２３１８８
９号公報、特開平４−２５９７６６号公報、特開平３−
２９１８０７号公報、特開平５−７５２５０号公報等に
開示されている。

【０００５】近年では特に電子機器や電子部品の小型化
が加速し、基板等の配線がより微細になってきたため、
導電性微粒子もこれに対応できるように微粒子化や粒子
径精度の向上が図られてきた。しかしながら、高い粒子
径精度を保ったまま一定以上に粒子径を小さくすること
は技術的に困難である。また、電気容量の問題を解決す
るためには、導電性微粒子を大量に混入させなければな
らないため、ある確率で隣接する導電性微粒子が発生す
る。そのため導電性微粒子によるブリッジが発生し、隣
接する電極間でのリークが発生しやすくなるという問題
があった。

【０００６】この問題を解決するべく、導電性微粒子の
最外層に更に絶縁被覆を施し、隣接する粒子同士の電気
的絶縁性を確保しつつ、熱や圧力により接触する基盤上
の電極との間では電気的に接続できるという、いわゆる
異方導電性を備えた導電性微粒子の検討も行われてき
た。しかしながら、電気的に接続するべき導電層の表面
に絶縁層を設けることは、接続抵抗値の上昇や信頼性の
低下、更には接続不良を発生させる要因となっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑み、隣接電極間のリーク（短絡）を防止でき、かつ接
続抵抗値が低く信頼性の高い導電材料として利用できる
導電性微粒子を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、絶縁層のすぐ内層の導電性金属層に微小突起を
形成することにより、隣接する導電性微粒子間の絶縁性
を確保し隣接電極間のリーク（短絡）が防止できるとと
もに、接続時には微小突起が絶縁層を突き破って接続を
行い、高い接続信頼性が得られることを見出し、本発明
を完成するに至った。

【０００９】本発明は、芯材粒子、前記芯材粒子の表面
に形成された導電性金属層、及び、前記導電性金属層の
表面に形成された絶縁層からなる導電性微粒子であっ
て、前記芯材粒子は、平均粒子径が０．５〜３０μｍで
あり、前記導電性金属層は、表面に前記導電性金属層の
最外層と実質的に連続である高さ０．０５〜４μｍの微
小突起を有する導電性微粒子である。以下に本発明を詳
述する。

【００１０】本発明の導電性微粒子は、芯材粒子、上記
芯材粒子の表面に形成された導電性金属層、及び、上記
導電性金属層の表面に形成された絶縁層からなる。上記
芯材粒子としては、適度な弾性率、弾性変形性及び復元
性を有するものであれば無機、有機を問わず特に限定さ
れないが、樹脂からなるものが好適である。また、上記
芯材粒子の形状としては本発明の主旨を喪失しない範囲
であれば特に限定されず、例えば、球状、短繊維状、柱
状等が挙げられるが、ギャップを一定に保ち安定した接
続を行うためには大きさ、形状がよくそろっていること
が好ましい。このような要件を容易に実現できる形状と
しては、球状が好適である。

【００１１】上記芯材粒子の平均粒子径の下限は０．５
μｍ、上限は３０μｍである。０．５μｍ未満である
と、粒子自体が接続電極等にめり込みやすくなるため、
微小突起を形成する効果が得られにくくなるうえ、接続
対象の電極部を破壊してしまうおそれがある。３０μｍ
を超えると、粒子そのものが隣接間電極にまたがってし
まうため横導通が起こりやすくなり、絶縁層を形成する
意味を消失してしまう。本発明の目的は、より高精細な
電極間を横導通することなしに高い信頼性で接続するこ
とにあるので、粒子径があまりに大きいと本来の目的に
適しなくなる。したがって、最適な粒子径は接続対象と
なる電極パターンのピッチ等により決定されるべきであ
るが、一般的な用途を想定した場合には、好ましい芯材
粒子の粒子径の下限は０．８μｍ、上限は２０μｍであ
り、より好ましい下限は１μｍ、上限は１５μｍであ
る。

【００１２】本発明の導電性微粒子を、接続する電極の
ピッチが小さい等の特に高精度が要求される用途に用い
る場合には、上記芯材粒子は、アスペクト比が１．２以
下、ＣＶ値が１０％以下であり、下記式（１）で表され
る表面の平滑度が９５％以上であることが好ましい。平滑度（％）＝（１−表面の凹凸の高低差／平均粒子半径）×１００（１）

【００１３】上記芯材粒子の、粒子の平均長径を平均短
径で割った値であるアスペクト比が１．２を超えると、
粒子が不揃いとなるため、短径部分が電極に届かず接続
不良の原因となることがある。より好ましくは１．１以
下、更に好ましくは１．０５以下である。

【００１４】上記芯材粒子のＣＶ値が１０％を超える
と、粒径が不揃いとなるため、小さい導電性微粒子が電
極に届かず接続不良の原因となることがある。より好ま
しくは７％以下であり、更に好ましくは５％以下であ
る。なお、上記ＣＶ値は、下記式（３）により求めら
れる。ＣＶ値（％）＝（σ／Ｄｎ）×１００（３）式中、σは粒径の標準偏差を表し、Ｄｎは数平均粒径を
表す。

【００１５】上記芯材粒子の上記式（１）で表される表
面の平滑度が９５％未満であると、異方性導電材料の導
電材料として使用した場合、上下電極間に一定の割合で
変形、圧着されないため接続信頼性が低下することがあ
る。また、微小突起の大きさより導電性微粒子の凹凸が
大きいと、微小突起を付与した効果が損なわれることも
ある。より好ましくは９７％以上であり、更に好ましく
は９８％以上である。

【００１６】上記導電性金属層としては特に限定され
ず、例えば、ニッケル、金等からなるものが挙げられ
る。上記導電性金属層は１層からなるものに限定され
ず、目的に応じて複数の層からなるものであってもよ
い。例えば、ニッケルを主体とする導電性金属層を形成
した後、更に外層に金からなる導電性金属層を形成する
ことにより、より抵抗値の低減を図ることも可能であ
る。

【００１７】上記導電性金属層の平均膜厚としては特に
限定されないが、導電接続材料として必要な電気導電性
を発揮するためには、好ましい下限は０．０２μｍ、上
限は０．５μｍである。０．０２μｍ未満であると、芯
材粒子上に導電性金属層が形成されていない部分が生じ
たり、また、抵抗が大きくなったりすることがあり、
０．５μｍを超えると、導電性金属層が硬くなり芯材粒
子の変形に追従できず破壊が進みやすくなったり、芯材
の変形を妨げるため接続電極を破壊したり、接触面積が
大きくならなかったりして、接続抵抗値が高くなったり
接続不良が発生しやすくなることがある。より好ましい
下限は０．０５μｍ、上限は０．３５μｍ、更に好まし
い下限は０．０７μｍ、上限は０．２μｍである。

【００１８】上記導電性金属層は、表面に上記導電性金
属層の最外層と実質的に連続である微小突起を有する。
上記微小突起は、導電性金属層を構成するのと同じ金属
からなるものであっても、異なる金属からなるものであ
ってもよい。また、上記導電性金属層が複数の層からな
る場合にあっては、上記微小突起は上記導電性金属層の
最外層に形成されてもよいし、内部の層に形成されても
よい。上記微小突起は、上記導電性金属層の最外層と実
質的に連続している。ここで実質的に連続とは、上記微
小突起が導電性金属層の一部として、導電性金属層全体
で導通していることを意味する。

【００１９】上記微小突起の高さは、０．０５〜４μｍ
である。０．０５μｍ未満であると、接続時に突起部分
が絶縁層を突き破ることができずに微小突起を付与した
効果が得られにくい。４μｍを超えると、微小突起が折
れやすくなったり、電極に深くめり込み破損したりする
おそれがある。本発明の主旨から最適な微小突起の高さ
は、絶縁層の厚みと粒子径に依存するが、たいていの場
合は、導電性微粒子の粒子径の２５％より小さいことが
好ましい。

【００２０】上記微小突起の数としては、１粒子当たり
の平均突起数が８以上であることが好ましい。８未満で
あると、安定した高い接続安定性を発揮できないことが
ある。また、安定した高い接続安定性を発揮する為に
は、導電性金属層の表面の微小突起は、下記式（２）で
表される微小突起の突起密度係数が０．２５以上である
ことが好ましい。Ｄ＝Ｎ／［４×（ｒ＋ｈ）²÷（２×ｒ×ｈ＋ｈ²）］（２）式中、Ｄは突起密度係数を表し、Ｎは１粒子当たりの平
均突起数を表し、ｒは導電性微粒子の平均半径を表し、
ｈは微小突起の平均高さを表す。突起密度係数が０．２
５未満であると、突起部分が電極に接触する確率が低く
なりすぎて突起を有する効果が得られにくくなる。好ま
しくは０．４以上、更に好ましくは０．７以上、特に好
ましくは１以上である。突起密度係数の上限は特にない
が、突起が密になりすぎて実質上凹部を有する導電性微
粒子になってしまうと、効果が得られにくくなるので好
ましくない。

【００２１】上記導電性金属層は、一般的に用いられる
無電解めっき法により形成することができる。また、上
記微小突起の作製方法としては特に限定されず、例え
ば、芯材粒子の水性スラリーを、ニッケル塩、還元剤、
錯化剤等を含んだ無電解めっき浴に添加して無電解めっ
きを行うことにより、芯材粒子上へのニッケル皮膜の形
成とめっき浴の自己分解とを同時に起こして、この自己
分解物を微小突起の核とし、次いで、構成成分が少なく
とも２液に分離した無電解めっき液により無電解めっき
を行うことにより、微小突起の成長とニッケル皮膜の成
長とを同時に行う方法；芯材粒子表面にハイブリダイゼ
ーション等の各種方法により突起部を設ける方法等が挙
げられる。また、上記導電性金属層が複数の層からなる
場合には、上記微小突起部はいずれかの層又は任意の複
数層に形成されていてもよい。

【００２２】本発明の導電性微粒子は、その最外層部に
連続又は不連続な絶縁層を有する。上記絶縁層は、導電
性微粒子間を絶縁することができ、一定の圧力及び／又
は加熱により容易にその絶縁性が崩壊するものであれば
どのような物質からなるものであってもよく、また、そ
の形状も限定されない。上記絶縁層としては、例えば、
絶縁性樹脂からなるものが挙げられる。また、上記絶縁
層としては、一層又は複数層からなるものであってもよ
く、例えば、単一又は複数の被膜状の層からなるもの；
絶縁性を有する粒状、球状、塊状、鱗片状その他形状の
粒子が上記導電性金属層の表面に付着してなるもの；上
記導電性金属層の表面を化学修飾してなるもの；これら
が組み合わされてなるもの等が挙げられる。

【００２３】上記絶縁層の厚さとしては特に限定され
ず、絶縁性を発揮できる厚さがあればよいが、通常は好
ましい下限は０．５ｎｍ、上限は４μｍである。より好
ましい下限は１．５ｎｍ、上限は２μｍ、更に好ましい
下限は５ｎｍ、上限は０．２μｍであるが、上記微小突
起の大きさにより最適値は大きく変化する。特に重要な
点は、粒子間の接触では絶縁性を保持できる絶縁層の膜
厚を設定することである。

【００２４】上記絶縁層を形成する方法としては特に限
定されず、通常用いられる方法を用いることができ、例
えば、樹脂を溶解した溶液中に粒子を分散させた後、乾
燥、単粒子化を行う方法等が挙げられる。

【００２５】本発明の導電性微粒子は、Ｋ値の好ましい
下限が１００ｋｇ／ｍｍ²、上限が１０００ｋｇ／ｍｍ²
である。１００ｋｇ／ｍｍ²未満であると、電極に導電
性微粒子が接する際に充分な接触圧が得られないため絶
縁層を破壊して突起部が接触することができないことが
あり、１０００ｋｇ／ｍｍ²を超えると、電極を破壊し
たり、粒子の変形が小さくなるため接触面積が小さくな
り接続抵抗値が上昇したり接続不良が発生しやすくな
る。上記Ｋ値としては、導電性微粒子の粒子径や接続す
る電極の硬度により最適な範囲が大きく異なるため、最
終的には実験により最適値を決定することが好ましい。
なお、上記Ｋ値は、下記式（４）により求められる。Ｋ値（Ｎ／ｍｍ²）＝（３／√２）・Ｆ・Ｓ^-3/2・Ｒ^-1/2（４）式中、Ｆは２０℃、１０％圧縮変形における荷重値
（Ｎ）を表し、Ｓは圧縮変位（ｍｍ）を表し、Ｒは半径
（ｍｍ）を表す。

【００２６】本発明の導電性微粒子は、異方導電材料等
の導電材料として使用された場合に、粒子同士の横方向
の接触に対しては絶縁層が機能し隣接電極間の絶縁性を
保持してリーク（短絡）の発生を防止し、一方、接続時
には圧力及び／又は加熱により絶縁層のすぐ内層の導電
性金属層に形成された微小突起が絶縁層を突き破ること
により、圧力及び／又は熱のかかる基板上の導電パター
ンと接する部分のみが選択的に接続される。したがっ
て、導電材を高密度に配しても、意図しない横方向の絶
縁性を保持したまま対向する基板上の高精細な導電パタ
ーン間を電気的に良好に接続することができる。

【００２７】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００２８】（実施例１）芯材粒子として、樹脂製スペ
ーサー用微球体（積水化学工業社製、ミクロパールＬＰ
−７０４：平均粒子径４μｍ）を用いた。この芯材粒子
に、アルカリ脱脂、酸中和、ＳｎＣｌ₂溶液におけるセ
ンシタイジング、ＰｄＣｌ₂溶液におけるアクチベイチ
ングからなる無電解めっき前処理工程を行った。なお、
上記センシタイジングとは、絶縁物質の表面にＳｎ²⁺イ
オンを吸着させる工程であり、アクチベイチングとは、
Ｓｎ²⁺＋Ｐｄ²⁺→Ｓｎ ⁴⁺＋Ｐｄ⁰なる反応を絶縁物質表
面に起こしてＰｄを無電解めっきの触媒核とする工程で
ある。

【００２９】無電解めっき前処理工程を施した芯材粒子
を、所定の方法にしたがって建浴、加温された無電解め
っき浴に浸漬して無電解めっきを行った。無電解めっき
浴としては、無電解ニッケル浴を用いてニッケルめっき
を行った。その後、更に、置換めっき法により表面に金
めっきを施した。金属めっきを施した粒子をポリビニル
アルコール水溶液中に分散し、乾燥、単粒子化を行うこ
とにより絶縁層を設け、導電性微粒子を得た。

【００３０】（比較例１）絶縁層被覆前の導電性微粒子
としてミクロパールＡＵＬ−７０４（積水化学工業社
製、芯材粒子の平均粒子径４μｍ）を用い、これに実施
例１と同様の方法により絶縁被覆層を施して、導電性微
粒子を得た。

【００３１】実施例１及び比較例１で作製した導電性微
粒子について、粒子径、ニッケル層及び金層の厚さを測
定し、更に、下記の方法により微小突起の平均高さ、平
均突起数、突起密度係数及び接続抵抗値を測定した。結
果を表１に示した。

【００３２】（平均突起数、突起密度係数の測定）走査
電子顕微鏡（ＳＥＭ）により２０個の導電性微粒子を観
察し、片面に観測される微小突起数を計数し、その平均
値を２倍して１粒子当たりの平均突起数とした。微小突
起の平均高さについては、ＳＥＭによって観測される微
粒子の外周部分を拡大し、突起の高さを２０個計測し、
その平均とした。これらの測定により得られた数値を用
い、下記式（２）により突起密度計数を算出した。Ｄ＝Ｎ／［４×（ｒ＋ｈ）²÷（２×ｒ×ｈ＋ｈ²）］（２）式中、Ｄは突起密度係数を表し、Ｎは１粒子当たりの平
均突起数を表し、ｒは導電性微粒子の平均半径を表し、
ｈは微小突起の平均高さを表す。

【００３３】（接続抵抗値の測定）エポキシバインダー
中に導電性微粒子が２５万個／ｍｍ²になるように配合
したものを、２００×２００μmの接合配線パターンを
有するフレキシブルプリント回路板間に挟み、圧着した
状態で電気抵抗値を測定した。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、隣接電極間のリーク
（短絡）を防止でき、かつ接続抵抗値が低く信頼性の高
い導電材料として利用できる導電性微粒子を提供でき
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｊ 11/00 Ｃ０９Ｊ 11/00 201/00 201/00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材粒子、前記芯材粒子の表面に形成さ
れた導電性金属層、及び、前記導電性金属層の表面に形
成された絶縁層からなる導電性微粒子であって、前記芯
材粒子は、平均粒子径が０．５〜３０μｍであり、前記
導電性金属層は、表面に前記導電性金属層の最外層と実
質的に連続である高さ０．０５〜４μｍの微小突起を有
することを特徴とする導電性微粒子。
【請求項２】芯材粒子は、樹脂からなることを特徴と
する請求項１記載の導電性微粒子。
【請求項３】芯材粒子は、アスペクト比が１．２以
下、ＣＶ値が１０％以下であり、かつ、下記式（１）で
表される表面の平滑度が９５％以上であることを特徴と
する請求項１又は２記載の導電性微粒子。平滑度（％）＝（１−表面の凹凸の高低差／平均粒子半径）×１００（１）
【請求項４】微小突起は、１粒子当たりの平均突起数
が８以上であり、かつ、下記式（２）で表される突起密
度係数が０．２５以上であることを特徴とする請求項
１、２又は３記載の絶縁被覆導電性微粒子。Ｄ＝Ｎ／［４×（ｒ＋ｈ）²÷（２×ｒ×ｈ＋ｈ²）］（２）式中、Ｄは突起密度係数を表し、Ｎは１粒子当たりの平
均突起数を表し、ｒは導電性微粒子の平均半径を表し、
ｈは微小突起の平均高さを表す。
【請求項５】Ｋ値が１００〜１０００ｋｇ／ｍｍ²で
あることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の導
電性微粒子。