(57)【要約】      （修正有）【課題】二液型の常温硬化型異方性導電接着剤を提供する。【解決手段】導電顆粒と、常温硬化型のエポキシ樹脂システムとを含む常温硬化型の異方性導電接着剤であって、導電顆粒はフィラメント状ニッケル粉末またはフレーク状ニッケル粉末であり、エポキシ樹脂システムは、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、フェノールエポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、及びフレキシブル化エポキシ樹脂から選ばれる一種以上のエポキシ樹脂と変性アミンまたはポリアミドから選ばれる硬化剤とからなる二液型の常温硬化型異方性導電接着剤。【選択図】図４
2010242053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温硬化型の異方性導電接着剤（ＡＣＡ）であって、
導電顆粒と、
常温硬化型のエポキシ樹脂システムとを含み、前記導電顆粒は常温硬化型のエポキシ樹脂システムの中で分散されている、ＡＣＡ。
【請求項２】
前記導電顆粒はフィラメント状ニッケル粉末またはフレーク状ニッケル粉末を含む、請求項１記載のＡＣＡ。
【請求項３】
前記導電顆粒の重量百分率は１〜１０％である、請求項１記載のＡＣＡ。
【請求項４】
前記常温硬化型のエポキシ樹脂システムは単一のエポキシ樹脂または数種の液状エポキシ樹脂を混合したもので、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、フェノールエポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、及びフレキシブル化エポキシ樹脂からなる群れから選ばれる、請求項１記載のＡＣＡ。
【請求項５】
前記ＡＣＡは、常温硬化型の硬化剤を含む、請求項１記載のＡＣＡ。
【請求項６】
前記常温硬化型の硬化剤は変性アミンまたはポリアミドである、請求項５記載のＡＣＡ。
【請求項７】
前記ＡＣＡは更に消泡剤または揺変剤を含む、請求項１記載のＡＣＡ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異方性導電材料に関し、特に常温硬化型（ａｍｂｉｅｎｔ−ｃｕｒａｂｌｅ）の異方性導電材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
技術の進歩に伴い、民生用電子製品の薄型化・コンパクトが進んでいる。それと同時に、電子製品のデータ処理速度の向上に対する消費者と消費市場の要望に応じて、各メーカーは電子製品において電子素子間の接続精密度の向上や、製品の信頼性と歩留まりの向上に励んでいる。
【０００３】
電子製品において電子素子の接続方法として、従来は半田付け法が利用される。半田付け法は操作が容易で相当な信頼性がある。しかし、回路素子の間隔の縮小につれ、従来の半田付け法はもはや要求を満たすことができず、一定の場合では用途の異なる異方性導電材料を別途に使用しなければならない。例えば、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）やＡＣＰ（異方性導電ペースト）は前述の問題を解決できる。しかし、これら異方性導電材料はまだ欠点が多い。
【０００４】
ＡＣＦの組成は一般にめっきされた顆粒などの導電顆粒を含む。導電顆粒は潜在性熱硬化型のエポキシ樹脂システムの中で分散されており、電気の伝導はこれら基板の表面と接触する導電顆粒により行われる。導電顆粒はＡＣＦの中で相互に接触せずに分散されている。したがって、電流は薄膜に沿って横方向に伝導されない。ＡＣＦは一般に長形の薄膜であり、その内側は離型ライナー（ｒｅｌｅａｓｅ  ｌｉｎｅｒ）により支えられている。ＡＣＦの使用は一般に２段階のステップがある。まず予備圧着として、ホットバーで離型ライナーを有するＡＣＦを第一基板に圧着する。圧着温度は約１００℃である。その後、離型ライナーを除去してＡＣＦの表面を露出させ、最後に第一基板とＡＣＦをホットバーで第二基板に圧着し、圧着と位置合わせを完成させる。この圧着は１６０〜２２０度の高温で行われる。ＴＦＴ−ＬＣＤでのＡＣＦの使用は全自動化が実現され、良好な信頼度を有する。しかし、フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）をリジッドプリント回路基板（ＰＣＢ）に圧着するなど他の応用においては、基板表面の均一性が保持しにくくて失敗率が高い。
【０００５】
また、高い熱圧着温度を要することも、ＡＣＦの普及率が上がらない要因の一つである。高い熱圧着温度では基板は収縮しやすい。特にタッチパネルの場合、基板がＰＥＴ材料を含むので他の応用例よりも収縮しやすい。これは容易に解決できる問題ではない。なぜならば、ＡＣＦは一般に遅反応性一液型潜在性硬化システム（ｓｌｏｗ−ｒｅａｃｔｉｎｇ  ｏｎｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｌａｔｅｎｔ  ｃｕｒｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）を有するドライフィルムで、その貯蔵寿命（ｓｈｅｌｆ  ｌｉｆｅ）を合理的な範囲に保持するために低温環境で保存するのが一般である。このような遅反応性硬化システムは通常の状態では迅速に硬化することができない。これを克服するために、圧着温度を１８０℃に上げて硬化の速度を速めるのが一般である。その反面、タッチパネルやＦＰＣＢに用いられるＰＥＴ薄膜など、高温状態で利用できない基板の使用も、それによって制限される。
【０００６】
前述の問題を解決するためにＡＣＰが利用されている。ＡＣＰは、基板の表面が均一でない場合でも支障なく利用することができる。そのため、ＡＣＰはＦＰＣＢとリジッドＰＣＢの接合に用いることが多い。ＡＣＰは一般にスクリーン印刷可能な液状ペーストであり、スクリーン印刷によりＡＣＰを基板の表面に塗布した後、簡易なドライ工程を実行する。つまり、温度を約１００℃にしてＡＣＰの中の溶液を除去し、粘着性のない（ｎｏｎ−ｔａｃｋｙ）表面を作成し、更にホットバーで位置合わせ及び熱圧着工程を行い、他基板と接合する。ＡＣＰの熱圧着温度は一般に１４０℃前後でＡＣＦより低い。しかし、一般のＡＣＰは粘着性が高いので、スクリーン印刷の過程で問題が起こりやすく、それにより塗布品質が低下する場合が多い。ＡＣＰの圧着温度はＡＣＦより低いが、１４０℃以上の操作温度はまだ高い。そのため、タッチパネルへの適用は、それによって制限される。
【０００７】
従来の技術として、特許文献１では、磁性顆粒と液状樹脂を混合し、この混合した樹脂を連続的なシートに作成し、更にシートを磁場のある環境で硬化させるというＡＣＳの製造方法を開示している。そうすれば、シートの中で導電性のある柱状構造は、厚さ方向に沿って形成される。
【０００８】
特許文献２では、硬化剤を含む液状シリコーンゴムに大きめな磁性導電顆粒を混合するのを開示している。磁性導電顆粒は、平均粒径５〜５０μｍの顆粒で、鉄、ニッケル、コバルトまたは複合材料をコアとして金や銀でコーティングされたものである。その後、シートモールディング法で強い磁場がある環境で圧力をかけ、異方性導電ゴムシートを作成する。
【０００９】
特許文献３では、小さめな磁性導電顆粒（平均粒径１〜１０μｍ）を含んだモールディングコンパウンドと、液状シリコーンゴムを開示している。同特許でもシートモールディング法により磁場の中で加熱し、異方性導電ゴムシートを作成する。
【００１０】
特許文献４では他のＡＣＳの形成方法を開示している。同方法では、絶縁ポリマーで被覆された銅線を数周巻いてから、シート状に薄切りする。
【００１１】
特許文献５では３段構造のＡＣＡフィルムを開示している。同特許でも分散された導電顆粒が利用されている。ＡＣＡフィルムの粘着性を強化するために、同特許はＡＣＡフィルムの中間にある主要材料層の上下両面を粘着増強層で被覆する。ＡＣＡフィルムの中間にある主要材料層は厚さ２５〜５０μｍのもので、重量百分率５〜２０％で粒径３〜１０μｍの導電顆粒を含む。粘着増強層は厚さ１〜１０μｍで、重量百分率５〜１０％の導電顆粒を含む。
【００１２】
特許文献６では異方性導電ペーストの組成を開示している。同特許による導電顆粒は金、ニッケル、銀、プラチナなどの貴金属、またはニッケルや金でめっきされた有機微顆粒である。同特許による基本ポリマーは、酸無水物、硬化剤としてのフェノール樹脂、及びエポキシ樹脂からなる熱硬化型樹脂と、適切な触媒と、消泡剤と、その他の必要な添加物とを含む。そのほか、高軟性のアクリレートとシリコーンエラストマー顆粒も添加されている。同特許による導電顆粒の重量百分率は２〜１５％であるが、同特許に掲げられる多くの例示のように、導電顆粒の重量百分率は５％である。
【００１３】
特許文献７では、ニッケルなどの磁性導電顆粒と、熱硬化型エポキシ樹脂を混合した異方性導電コンパウンドを開示している。同特許は、異方性導電コンパウンドを磁場の中で硬化しなければならず、紫外線硬化樹脂で前封止（ｐｒｅ−ｓｅａｌｉｎｇ）を行わなければならないので、実用性に乏しい。
【００１４】
特許文献８では、過酸化硬化（ｐｅｒｏｘｉｄｅ−ｃｕｒｅｄ）されたビニールエステル樹脂と導電顆粒を含むＡＣＡを開示している。同特許によるＡＣＡは粘着性、環境安定性、及び耐久性に優れているという。
特許文献９では、一定サイズの導電顆粒と、熱硬化型エポキシ樹脂と、ゴム顆粒と、高軟性のポリマー顆粒からなるＡＣＰを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】アメリカ特許第７，０７７，６５９Ｂ２号
【特許文献２】アメリカ特許第７，０７１，７２２Ｂ２号
【特許文献３】アメリカ特許第６，８４９，３３５Ｂ２号
【特許文献４】アメリカ特許第６．６６９．８６９Ｂ２号
【特許文献５】アメリカ特許第６，８７８，４３５Ｂ２号
【特許文献６】アメリカ特許第６，９３９，４３１Ｂ２号
【特許文献７】アメリカ特許第６，８３８，０２２Ｂ２号
【特許文献８】アメリカ特許第６，８２７，８８０Ｂ２号
【特許文献９】アメリカ特許第６，８１２，０６５Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明では前述の問題を解決するために新規なＡＣＡを開示している。かかるＡＣＡは二液型のＡＣＡで常温で硬化できる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
詳しく言えば、本発明によるＡＣＡは、導電顆粒と二液型の液状エポキシ樹脂粘着システムを混合したものである。エポキシ粘着システムはエポキシ樹脂と常温硬化型の硬化剤から構成される。導電顆粒は例えばフィラメント状粉末、フレーク状ニッケル粉末、めっきされた樹脂粉末、またはフィラメント状の銅粉である。エポキシ樹脂は任意の液状エポキシ樹脂であってよく、例えばフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、フェノールエポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、及びフレキシブル化エポキシ樹脂、または以上１種類もしくは複数種のエポキシ混合樹脂である。硬化剤は例えば液状変性アミンである。
【００１８】
前記新規なＡＣＡは手作業で各種の基板表面に簡単に適用することができる。一般の二液型エポキシ接着剤と同じように、接合基板を第一基板に接着した後、この組立物をスチール製品の表面に置き、その上に磁石をおいて、圧着を行う。そうすれば基板は常温で密着できる。磁石はニッケル粉末など磁性顆粒の方向合わせを容易にし、異方導電性を向上させる効果がある。なお、本発明による方法は一切の設備に頼らず、電子ＤＩＹ組み立て（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ＤＩＹ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）に便利である。磁石圧着による常温硬化工程のほか、本発明によるＡＣＡも一般のホットバー圧着機にも適するので、より迅速で信頼性の高い接合が実現できる。市販のＡＣＦやＡＣＰに比べて、本発明によるＡＣＡにはより多くの機能を有する。例えば、ＡＣＡは、圧着温度が６０〜１５０℃で幅が広いので、タッチパネルやフレキシブル表示パネルなどのフレキシブル透明基板にも適用できる。
【００１９】
本発明の主な目的は常温硬化型のＡＣＡを提供することにある。特許請求の範囲に示すように、本発明はＡＣＡを提供する。このＡＣＡは、エポキシ樹脂と常温硬化型の硬化剤からなる常温硬化型のエポキシ樹脂システムと、フィラメント状ニッケル粉末またはフレーク状ニッケル粉末を含む導電顆粒とを含む。導電顆粒はエポキシ樹脂システムの中で均一に分散されており、その重量百分率は約１〜１０％である。導電顆粒は電気的接続に用いられ、エポキシ樹脂は基板の接合に用いられる。
【００２０】
本発明ではＡＣＡの成分を提供する。常温硬化型エポキシ樹脂システムの中で極細目のニッケル粉末（フィラメント状ニッケル粉末またはフレーク状ニッケル粉末）が均一に分散されている。エポキシ樹脂システムはエポキシ樹脂と常温硬化型の硬化剤から構成される。このエポキシ樹脂システムは従来の二液型エポキシ接着剤に類似しているので、その接着能力は確実である。したがって、本発明によるＡＣＡの接着能力は各種の要求を満たすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
高温の環境（例えば１４０℃）で操作される市販の異方性導電製品と異なり、本発明によるＡＣＡは低温の環境はもちろん、常温の環境でも操作できる。このような低温操作の特性により、新規電子製品の可能性は大きく広げられている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による上下基板、及び対応するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の関係を表す説明図である。
【図２】ＡＣＡにより接合されるリジッドＰＣＢとＦＰＣＢにある接触パッドを表す説明図である。
【図３】リジッドＰＣＢとＦＰＣＢの圧着構造を表す説明図である。
【図４】リジッドＰＣＢとＦＰＣＢの間にある導線の「抵抗値対導線の長さ」の関係図である。
【図５】本発明の各実施例によるＡＣＡの調整法を表す説明図である。
【図６】本発明によるＡＣＡの抵抗値と導線の長さを表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
かかる材料の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照にして以下に説明する。下記実施例及び図は参考用・説明用のものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００２４】
本発明は、常温状態で硬化できるＡＣＡの組成に関する。図１を参照する。図１は本発明による上下基板、及び対応するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の関係を表す説明図である。図１に示すように、本発明による異方性導電材料（図示せず）は基板接着面６０と基板接着面６１の間の空隙５０を埋めており、基板接着面６０と基板接着面６１には突起７０、７１が設けられている。本発明による異方性導電材料はｚ方向（すなわち接着面と垂直の方向）への電気伝導のみ可能で、ｘ方向またはｙ方向（ｘ方向またはｙ方向は基板接着面と実質的に平行である）の電気伝導は起こらない。
【００２５】
本発明による常温硬化型ＡＣＡは、常温硬化型の液状エポキシ樹脂システムの中で均一に分散される導電顆粒を含む。このエポキシ樹脂システムはエポキシ樹脂と、常温硬化型の硬化剤を含む。導電顆粒は望ましくはフィラメント状のニッケル粉末であり、その特殊な表面領域と変形可能な多孔質構造により、導電が容易になる。市販のものとして例えばＩｎｃｏ社のタイプ２１０、タイプ２１０Ｈ、タイプ２４０、またはタイプ２２５などのフィラメント状ニッケル粉末がある。また、フレーク状ニッケル粉末（ｆｉｎｅ  ｆｌａｋｅ  ｎｉｃｋｅｌ  ｐｏｗｄｅｒ）は、フィラメント状ニッケル粉末ほど効果がよいではないが、一定程度の導電性がある。市販のものとしては例えばＩｎｃｏ社のＨＣＡ−１、Ｆｉｎｅ  Ｌｅａｆｉｎｇ、及びＦｉｎｅ  Ｌｅａｆｉｎｇ  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒａｄｅなどがある。前記導電顆粒は、混合物全体の重量を基準とすれば、その重量百分率は１〜１０％前後である。
【００２６】
常温硬化型のエポキシ樹脂システムは、単一の液状エポキシ樹脂または数種の液状エポキシ樹脂を混合したものに、常温硬化型の液状硬化剤を添加したものである。液状エポキシ樹脂として市販のエポキシ樹脂、例えばビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、フェノールエポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、またはフレキシブル化エポキシ樹脂を使用すればよい。市販のものとしてはＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社のＤＥＲ  ３８３、ＤＥＲ３５１、ＤＥＲ３２４などがある。常温硬化型の液状硬化剤としても市販の製品を使ってよい。市販の製品として、変性アミンやポリアミドなどのアミンが一般であり、その商品例としては例えばＳａｎｈｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｋｉｎｇｃｕｒｅ社のＮ−７６８、Ｋ８６３Ａ、またはＸ−９６３がある。また、本発明によるＡＣＡは要求に応じて消泡剤や揺変剤などの添加物を添加してもよい。
【００２７】
図５では本発明による常温硬化型ＡＣＡの可能な調製法を示している。図に示すものは本発明の基本概念を説明するために用いるに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。図５に示す成分１〜７は秤量後に高速攪拌器で攪拌され、ＡＣＡの主成分とされる。硬化剤は塗布する直前に主成分と混合される。
【００２８】
図２に示すように、ＡＣＡの導電性を試験するために、本発明では導線パターン９０を備えるプリント回路基板（ＰＣＢ）を提供する。ＰＣＢの導線パターン９０における各導線は、相互に平行で幅４ミル（約１００μｍ）のものであって、その間の間隔は８ミル（約２００μｍ）である（したがって、図２では４／８と示している）。このような導線パターン９０は、ＦＲ−４を基板とするリジッドＰＣＢと、ポリアミド薄膜を基板とするＦＰＣＢに適用できる。前の６本の導線の末端は、辺長５ｍｍの６つの正方形導電接触パッド８０にそれぞれ接続されている。したがって、各導線の抵抗値は一般の２プローブ電気マルチメーター、またはそれより感度が高い４プローブ低抵抗電気メーターで測定することができる。
【００２９】
図３を参照する。ＦＲ−４を基板とするリジッドＰＣＢ１００に、組成の異なるＡＣＡを塗布する。その後、同じ導線を有するＦＰＣＢ２００とリジッドＰＣＢ１００を重ね、ホットバー圧着機でこれを圧着すれば、ＡＣＡの粘着によりリジッドＰＣＢ１００とＦＰＣＢ２００の導線は接続されるようになる。
【００３０】
前記実験では２種類の方法で圧着を行うことができる。第一の方法は、ホットバーに設けられるＣＣＤレンズで上下導線の位置を合わせてから、両基板が重なる箇所に感圧接着テープを貼って組立物を一時固定する。その後、組立物をスチール製の表面に移し、その接合箇所に磁性物質を設ける。それにより常温硬化時、ＰＣＢの密着性は確保される。常温硬化は通常２〜３時間かかる。
【００３１】
第二の方法は従来のＡＣＦとＡＣＰと同じように、１ステップにおいてホットバーで位置合わせと圧着を同時に実行する。詳しく言えば、圧着温度を約８５℃にし、３分間にかけて約２０００ニュートンの圧力を２ｍｍ×７ｍｍの面積にかける。このようなホットバーの圧着により、良好かつ安定した結果が得られる。
【００３２】
複数の導線の抵抗値を測定するために、熱圧着で固定されたＦＰＣＢを内側方向に折り畳み、ＦＰＣＢ２００の接触パッド８０をリジッドＰＣＢ１００の接触パッド８０に接触させることができる。そうすれば、導線において両接触パッド（それぞれＦＰＣＢ２００とリジッドＰＣＢ１００にある）の間の抵抗値は容易に測定できる。
【００３３】
高感度の４プローブ低抵抗電気メーター（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｌｏｒｅｓｔａ−ＥＰ  ＭＣＰ  Ｔ３６０）で測定された結果は、図６に示すとおりである。図６の第一欄のａ−ａ’、ｂ−ｂ’、ｃ−ｃ’、ｄ−ｄ’、ｅ−ｅ’、ｆ−ｆ’はそれぞれ左から右へ６個の接触パッド８０を示し、そのうちａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆはリジッドＰＣＢ１００にある接触パッド８０であり、ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’、ｆ’はＦＰＣＢ２００にある接触パッド８０である。各接触パッド８０の間の導線の長さを定規で測った値は第二欄に記録されており、各接触パッド８０の抵抗は第三欄に記録されている。各組の「抵抗値対導線の長さ」の関係図を描画すれば、図４に示すとおりになる。図４に示すように、本発明の数値を線形回帰法で計算すれば、良好な相関係数が得られる。相関係数の値は０．９９８である。これは、高度の線形関係があることを意味する。この直線を導線距離が０に近い領域に延ばせば、すなわち導線をｙ軸に延ばせば、本発明によるＡＣＡの実際抵抗値が得られる。その値は０．０２４Ωで極めて小さい。
【００３４】
図６からでは接触インピーダンスというパラメータも見られる。その値は、接触抵抗値（０．０２４Ω）に接触面積（０．００２ｃｍ２）をかけて計算され、４．８×１０−５Ω・ｃｍ２となる。接触面積は、導線幅（０．０１ｃｍ）に導線ホットバーの幅（０．２ｃｍ）をかけて計算され、０．００２ｃｍ２となる。接触インピーダンスはＡＣＡの固有値（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｖａｌｕｅ）であり、接触面のサイズによって変わらない固定値である。反面、接触抵抗値は接触面積に反比例する。換言すれば、接触面積が大きければ大きいほど接触抵抗値が小さくなる。その関係は下記式に示すとおりである。
【００３５】
【数１】
2010242053.tif 000003
前記Ｒは接触抵抗値（Ω）を示し、σは接触インピーダンス（Ω・ｃｍ２）を示し、Ａは接触面積（ｃｍ２）を示す。
【００３６】
図５に示す各組の調製法は、導線をｙ軸に延ばして得た接触抵抗値がいずれも０．１Ωより小さいので、実用性に高い。また、各組の成分の剥離力はいずれも０．５ｋｇｆ／ｃｍより大きいので、各種の要求を満たすことができる。
【００３７】
以上は本発明に好ましい実施例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【符号の説明】
【００３８】
５０        空隙
６０、６１  基板接着面
７０、７１  突起
８０        接触パッド
９０        導線パターン
１００      リジッドＰＣＢ
２００      ＦＰＣＢ
【図１】
2010242053.tif 000004
【図２】
2010242053.tif 000005
【図３】
2010242053.tif 000006
【図４】
2010242053.tif 000007
【図５】
2010242053.tif 000008
【図６】
2010242053.tif 000009