JP4188278B2

JP4188278B2 - 異方導電性フィルムおよびヒートシールコネクター

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Publication number: JP4188278B2
Application number: JP2004137668A
Authority: JP
Inventors: 雅明小山田; 淳一竹下
Original assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd
Current assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: JP2004238738A

Description

本発明は、プラスチック材料に分散配合して電子機器類の微小部位を電気的接続する優れた耐湿安定性を有する導電性無電解めっき粉体を用いた異方導電性フィルム（ＡＣＦ）およびヒートシールコネクター（ＨＳＣ）に関する。特に、優れた耐熱性、分散性、密着性ならびに高導電性能を付与する導電性無電解めっき粉体を用いた異方導電性フィルムおよびヒートシールコネクターに関する。

導電性を付与したプラスチックス材料は、電子機器や部品の静電防止、電波吸収あるいは電磁波シールド等の部材に広く使用されている。プラスチック材料に導電性を付与する方法としては、従来からマトリックス樹脂成分に微粉状の導電性フィラーを分散複合化する手段がある。このような、導電性フィラーとしては、カーボン粉末やカーボン繊維、カーボンフレーク等のカーボン系、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、ステンレス等の金属粉末及び金属フレーク、金属繊維等の金属系、ＳｎＯ₂（Ｓｂドープ）、Ｉｎ₂Ｏ₃（Ｓｎドープ）、ＺｎＯ（Ａｌドープ）等の微粒子の金属酸化物系、マイカ、ガラスビーズ、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリなどのホイスカー、硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化チタンなどのベースフィラーに無電解めっき及び真空蒸着等で導電被覆する系が知られている。

このほかに、無電解めっき法を利用して導電性を付与したもので、二酸化チタン、シリカ、マイカ、シリケート、アルミナ、硫酸バリウムなどの白色粉末の基材表面に、アンチモンをドープして酸化第二錫を被覆するもの（特許文献１〜５参照）、また扁平状または燐片状細粉のステンレスやニッケル等の卑金属粒子にパラジウム、金等の貴金属を被覆するもの（特許文献６参照）、卑金属粒子の表面に２層以上の異なった貴金属を被覆し、表面層がパラジウムとなる様にしたもの（特許文献７参照）、無機粉体にめっきしたもの（特許文献８〜９参照）、無機質又は有機質の各種基材にめっきしたもの（特許文献１０参照）、また、ベンゾグアナミンやスチレン等の特殊な樹脂粒子に金属めっきを施したもの（特許文献１１〜１２参照）などが提案されている。

また、液晶ディスプレーパネルの電極と駆動用ＬＳＩチップの回路基板への接続、その他微小ピッチの電極端子間の接続など電子機器類の微小部位を電気的接続するための導電材料として上記のような導電性フィラーによって導電性を付与したプラスチック材料が使用されているが、これらの用途目的には特に高度かつ再現性の良好な導電性能が要求されている。

その他に、ＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）の入力側電極とＰＣＢ（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ）とは電極との接続などは、従来はんだで接続されているが、接続密度が高くなったことや、はんだに関する環境問題の点から、他の接続方法が求められてきた。入力側は出力側に比べて接続抵抗は低いが、ＩＣを安定に動作させるために低抵抗での安定した接続が必要となる。また、出力側に比べて大きな電流が流れるために、通常、熱が放射量よりも大きくなり接続部は昇温し接続抵抗が高くなるといった問題がある。
特開昭５６−４１６０３号公報特開昭６２−１８１３７１号公報特開平２−２１８７６８号公報特開平５−１１６９３０号公報特開平７−５０８４９１号公報特開平２−６６１０１号公報特開昭６０−２３３１６６号公報特開昭６０−１８１２９４号公報特開昭５９−１８２９６１号公報特開平１−２４２７８２号公報特開昭５７−４９６３２号公報特開昭６０−１２６０３号公報

上記のような高い電圧箇所に使用する場合は、芯材の粒子表面が酸化され導電性が低下するといった欠点を有し、その要求に十分応えることができない。
本発明者らは、かかる未解決課題について鋭意研究をかさねた結果、例えばＡＣＦやＨＳＣの様な高い導電性能や使用電圧の高い場所に使用する導電性粒子としては、芯材粒子の表面に金又はパラジウムを無電解めっき法で金属被覆した特定の粒子が、マトリックス成分に対し高い導電性能や高い熱信頼性を示すことを知見し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、導電性基材が形成された２枚の基板間に配置し、加熱加圧して前記導電性基材を接着して導通する異方導電性フィルムに、平均粒子径が１〜５０μｍで、縦横の長さ比（縦／横、但し、長い方を縦の長さとする）が１〜１．７で、表面に前記導電性基材に高電流を流すための接続面積を大きくするために比表面積を大きくした微小凹凸を有するニッケル粒子の最表面層に、金又はパラジウムを無電解めっき法でニッケル粒子に対して０．０３〜６５ｗｔ％で、膜厚が５０〜５００Åで被覆してなり、５００時間のエージング試験後の電気抵抗が０．１Ω・ｃｍ以下であり、且つその抵抗変化率Ωｖ＝｜Ωａ−Ωｂ｜／Ωａ≦２０（但し、Ωａはエージング試験前の電気抵抗、Ωｂはエージング試験後の電気抵抗を示す。）である導電性無電解めっき粉体を用いたことを特徴とする異方導電性フィルムを提供するものである。

また、本発明は、導電性基材が形成された２枚の基板間に上記の異方導電性フィルムを配置し、加熱加圧して前記導電性基材を接着してなることを特徴とする導電性基板を提供するものである。

さらに、本発明は、導電性基材が形成された２枚の基板間に配置し、加熱加圧して前記導電性基材を接着して導通するヒートシールコネクターに、平均粒子径が１〜５０μｍで、縦横の長さ比（縦／横、但し、長い方を縦の長さとする）が１〜１．７で、表面に前記導電性基材に高電流を流すための接続面積を大きくするために比表面積を大きくした微小凹凸を有するニッケル粒子の最表面層に、金又はパラジウムを無電解めっき法でニッケル粒子に対して０．０３〜６５ｗｔ％で、膜厚が５０〜５００Åで被覆してなり、５００時間のエージング試験後の電気抵抗が０．１Ω・ｃｍ以下であり、且つその抵抗変化率Ωｖ＝｜Ωａ−Ωｂ｜／Ωａ≦２０（但し、Ωａはエージング試験前の電気抵抗、Ωｂはエージング試験後の電気抵抗を示す。）である導電性無電解めっき粉体を用いたことを特徴とするヒートシールコネクターを提供するものである。

本発明においては、前記導電性無電解めっき粉体は、５００時間のエージング試験後の電気抵抗が０．１Ω・ｃｍ以下であり、且つその抵抗変化率Ωｖ＝｜Ωａ−Ωｂ｜／Ωａ≦２０（但し、Ωａはエージング試験前の電気抵抗、Ωｂはエージング試験後の電気抵抗を示す。）であることが好ましい。

本発明においては、上記の芯材粒子は金属粒子が好ましく、その金属粒子としてはニッケル粒子が好ましい。また、ニッケル粒子は、表面が微小凹凸を有するニッケル粒子が好適である。

本発明によれば、耐湿試験に基づくエージング後の導電率の劣化が少ない導電性無電解めっき粉体を用いた異方導電性フィルム（ＡＣＦ）およびヒートシールコネクター（ＨＳＣ）を提供することが可能となる。従って、従来ＡＣＦやＨＳＣ用の高度な導電性能が要求される用途に極めて有用である。

以下、本発明に対し詳細に説明する。
本発明で適用できる芯材粒子は、金属の粉体であって、無電解めっき可能な材質で、これらは天然物または合成物のいずれであってもよい。

かかる芯材粒子を挙げれば、例えば金属粉体としては、ニッケル、銅、鉄等あるいはそれらの合金を挙げることが出来る。
また、ＡＣＦやＨＳＣ用として使用する場合は、金属粒子、特にニッケル粒子が好ましい。ニッケル粒子は、その表面形状が微小凹凸になって比表面積が大きく、高電流を流すために接続面積を大きくするために比表面積が大きい方が好ましい。

上記の芯材粒子の粒子径は、特に制限されるものではないが、平均粒子径１〜５０μｍ、好ましくは４〜２０μｍである。この理由は、この範囲外のものは、粒度分布がシャープなものが得られなかったり、工業的な製造が実用的用途の点からみても必要性に欠けるからである。

本発明に係る導電性無電解めっき粉体の特徴は、上記芯材粒子そのままか、または芯材粒子に無電解めっき法でニッケル、銀、鉄、パラジウムなどの導電性の良好な金属を少なくとも一種以上被覆したものに、その最表層に金又はパラジウムをコーティングさせてなるものである。

次に、本発明の導電性無電解めっき粉体の特徴は、粒子の縦横の長さ比が２以下、好ましくは１．７以下であることが望ましい。この長さ比が２を越える様な扁平状や燐片状粒子の場合は、ＡＣＦやＨＳＣ等の用途に使用する場合は、お互の粒子が接触して導通しやすくなり、好ましくない。

次に、本発明の導電性無電解めっき粉体の特徴は、かかる粒子が５００時間のエージング試験後の電気抵抗が０．１Ω・ｃｍ以下であり、且つその抵抗変化率Ωｖ＝｜Ωａ−Ωｂ｜／Ωａ≦２０であるものである。

ここで、５００時間のエージング試験とは、導電性無電解めっき粉末を恒温高湿槽で６０℃、９５％ＲＨの条件で５００時間放置した後の電気抵抗である。その抵抗変化率Ωｖは、エージング試験前の電気抵抗Ωａとエージング試験後の電気抵抗Ωｂとの差の絶対値をエージング試験前の電気抵抗で割った値である。

また、該試験後の電気抵抗値が０．１Ω・ｃｍを越える場合は、導電性粒子としての耐久性に欠け、多くの場合、かかる粒子の表面が酸化されており、導電性能としての性能が劣化したものであって好ましくない。

特に、エージング試験後の電気抵抗変化率Ωｖが２０以下であることが必要である。この理由は、上記した精密電子材料用の機能性導電材としては、使用環境雰囲気下での長期安定な導電性を持つことが必要で、この数値以下であれば、充分に信頼性が得られるからである。

なお、５０００時間のエージング試験後の抵抗変化率Ωｖが２０を越える場合は、粒子表面が濃密に連続的に金属が被覆されなかつたり、耐剥離性など、そのめっき被覆処理に問題がある場合が多く、機能性導電材料としては不適である。

無電解めっき法による金属コーティングには置換、化学還元、不均化反応などの反応に基づく全ての無電解めっき反応を適用することができる。このような金属めっき被覆は、芯材粒子と強固に密着して被覆され、耐剥離性の良好な無電解めっき層を形成するので、上記の効果を具備できる。

本発明における芯材粒子の最表面層に被覆される金又はパラジウムの被覆量は、使用目的や芯材、被覆金属等によって異なるが、芯材粒子に対して０．０３〜６５ｗｔ％であり、好ましくは０．３〜１５ｗｔ％である。また、かかる金属膜厚は１０〜１０００Åであり、好ましくは５０〜５００Åの範囲である。

本発明にかかる導電性無電解めっき粉体は、特に異方導電フィルム（ＡＣＦ）やヒートシールコネクタ（ＨＳＣ）等に極めて有用なものとなる。
通常、ＡＣＦは、主に液晶パネル（ＬＣＤ）またはＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）とＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）との接続に用いられるものである。

また、ヒートシールコネクタはポリエステルフィルム上に熱硬化性樹脂系銀カーボンインクの導電ラインを有し、その表面が導電性粒子を有する熱可塑性合成ゴム系接着剤で覆われた熱圧着コネクタである。そのヒートシール剤塗布面を接続すべき電極それぞれに位置決めして押しつけ加熱固着する方法で使用される。

本発明の金属粒子を芯材粒子とした導電性無電解めっき粉体からなる導電材料は、上記の用途においてマトリックス成分に対し高い導電性能や高い熱信頼性を示し、優れた性能を示すものである。

かかる導電性無電解めっき粉末を得るには、芯材粒子の水性スラリーに錯化剤を添加して十分に分散させ、次いで金属無電解めっき液を構成する薬液の少なくとも２種を添加して金属被覆を形成する無電解めっき工程を施すことによって得ることができる。

或いは、予め構成する薬剤を溶解し、所望のｐＨに調整してなる無電解めっき浴に芯材粒子を投入して、金属被膜を形成する無電解めっき工程を施してもよい。
かかる無電解めっき法の具体的手段は、次のように行われる。ニッケル粒子を水に十分均一に分散し、分散濃度２〜５００ｇ／ｌ，好ましくは５〜３００ｇ／ｌの水性スラリーを調製する。分散操作には、通常攪拌、高速攪拌或いはコロイドミルまたはホモジナイザーのような剪断分散装置を用いて行うことができる。次いで、水性スラリーに錯化剤を添加して十分に分散させる。

錯化剤としては、例えばクエン酸、ヒドロキシ酢酸、酒石酸、リンゴ酸、乳酸、グルコン酸またはそのアルカリ金属塩やアンモニウム塩等のカルボン酸（塩）、グリシンなどのアミノ酸、エチレンジアミン、アルキルアミンなどのアミン酸、その他のアンモニウム、ＥＤＴＡ、ピロリン酸（塩）など、金属イオンに対し錯化作用のある化合物の少なくとも１種が用いられる。錯化剤は、通常水溶液の状態で添加されるが、その濃度は１〜１００ｇ／ｌ、好ましくは５〜５０ｇ／ｌの範囲に設定する。この段階での好ましい水性スラリーのｐＨは、４〜１４の範囲である。

このようにして調製した水性スラリーに、無電解めっき液として、例えば、シアン化金カリウム、塩化パラジウム等のめっき金属塩、水素化ホウ素、次亜リン酸ナトリウム等の還元剤及び水酸化ナトリウム等のｐＨ調整剤の各水溶液を添加することにより無電解めっき反応を行う。

また、かかる無電解めっき法において、その逆の方法である無電解めっき浴にニッケル粒子を添加して金属被覆を行ってもよいことは勿論である。
上記の工程により金属被膜が濃密で連続的薄膜として形成される。以下、常法により後処理することにより製品として回収する。

このようにして無電解めっき法により金属被膜が施された導電性無電解めっき粉体は、被覆金属層が緻密で連続性の薄膜として形成されているため、その粒子性状は、ニッケル粒子基材に比べてわずかに粒径が大きくなる程度で、粒度分布等に実質的に相違をもたらすことはない。

また、本発明の導電性無電解めっき粉体は、ＡＣＦやＨＳＣ等に利用されるが、かかるＡＣＦやＨＳＣ等は、大別して熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を接着剤とするタイプ、例えば特開昭５９−１２０４３６号公報、特開昭６０−１９１２２８号公報、特開昭６１−２８７９７４号公報、特開昭６２−２４４１４２号公報、特開昭６３−３０５５９１号公報、特開昭６４−８１８７８号公報、特開平１−２５１７８７号公報、特開平１−２６１４７８号公報、特願平５−３２７９９号公報等に記載されている公知の方法に基づいて作製することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例１〜３
真比重８．９、平均粒子径が表３に示す８．７μｍおよび８．８μｍ、且つ縦横長さ比１．１で粒子表面が微小凹凸を有するニッケル粒子１００ｇを、塩酸５０ｍｌ／ｌの水溶液中で５分間攪拌した。これを濾過し、１回リパルプ水洗したニッケル粉末を、ＥＤＴＡ−４Ｎａ（１０ｇ／ｌ）、クエン酸−２Ｎａ（１０ｇ／ｌ）からなる組成でｐＨ６に調製した液温６０℃の混合水溶液１リットルに撹拌しながら添加した。次いで、シアン化金カリウム（１０ｇ／１、Ａｕとして６．８ｇ／ｌ）、ＥＤＴＡ−４Ｎａ（１０ｇ／ｌ）およびクエン酸−２Ｎａ（１０ｇ／ｌ）の混合水溶液（Ａ液）と水素化ホウ素カリウム（３０ｇ／ｌ）、水酸化ナトリウム（６０ｇ／ｌ）の混合水溶液（Ｂ液）を送液ポンプを通して個別かつ同時に２０分間で添加した。この際のＡ液量、Ｂ液量は、表１に示す量に設定した。

引き続き、液を濾過し、濾過物を３回リパルプ洗浄した後、熱風乾燥機で１００℃の温度で乾燥してニッケル粉末上に無電解めっき被覆処理を施し、粒子表面に金被膜を形成した。

実施例４〜５
真比重８．９、平均粒子径が表３に示す１０．７μｍおよび１０．１μｍ、且つ縦横長さ比１．２で粒子表面が微小凹凸を有するニッケル粒子１００ｇを、塩酸５０ｍｌ／ｌの水溶液中で５分間攪拌した。これを濾過し、１回リパルプ水洗したニッケル粉末を、塩化パラジウム１．７７ｇ／ｌ、エチレンジアミン４．８１ｇ／ｌ、次亜リン酸ナトリウム６．３６ｇ／ｌ、チオグリコール酸２０ｍｇ／ｌからなる組成で、塩酸でｐＨ８に調整した液温６０℃の無電解めっき液に攪拌しながら添加し、３０分間めっき処理を施した。この際の無電解パラジウムめっき液を表２に示す。

なお、金及びパラジウム被覆量の測定は、得られためっき粉末を王水に溶解し、ＩＣＰ及び化学分析により定量した。導電性（電気抵抗）の評価は、めっき粉末１．５ｇを垂直に立てた内径１０ｍｍの樹脂製円筒内に入れ、５ｋｇの加重をかけた状態で上下電極間の電気抵抗を測定する方法で行った。

比較例１〜２
比較のために、実施例１〜３の芯材に用いたニッケル粉末（比較例１）と、該ニッケル粉末を還元処理して電気特性を向上させたニッケル粉末（比較例２）についても表３に併記した。

比較例３
実施例１の芯材粒子５００ｇを、実施例１と同一条件で前処理をしたのち、実施例１の同一組成の混合水溶液１リットルに撹拌しながら投入した。次いで、実施例１と同一組成のＡ液及びＢ液各１５ｍｌを送液ポンプを通して個別かつ同時に５分間で添加した。めっき液を濾過し、濾過物を３回リパルプ洗浄した後、熱風乾燥機で１００℃の温度で乾燥した。このようにして得られためっき被膜を実施例１と同様にして分析し、表３に併載した。

（エージング試験）
実施例１〜５で得られためっき粉末及び比較例１〜２のニッケル粉末及び比較例３のめっき粉末を恒温恒湿槽で６０℃、９５％ＲＨの条件で２５０時間及び５００時間のエージング試験を行った後の導電性（電気抵抗）の評価の結果を表３に併載した。また、各エージング試験結果後の抵抗変化率を表４に示す。

（注）Ωｖ１はエージング２５０時間後の抵抗変化率を示す。
Ωｖ２はエージング５００時間後の抵抗変化率を示す。
表３及び表４に示すように本発明の要件を満たす実施例品の導電性は、比較例に比べて優れており、特にエージング後の電気抵抗値の劣化が少なく、耐環境性に優れていることが分かる。

（導電性フィルム試験）
実施例１〜２の導電性無電解めっき粉体３ｇを、アクリル樹脂１００ｇ、メチルエチルケトン１２０ｇ、トルエン２５ｇの樹脂溶液に均一に分散した後、アプリケータを用い剥離紙に塗布し、乾燥を行い厚み２５μｍの導電性フィルムを得た。

また、比較例４として、真比重８．９、平均粒子径４０μｍ、且つ縦横長さ比２．５の扁平状ニッケル粒子を用いて同様に導電性フィルムを得た。
次に、導電性フィルムを導電性基材が形成されたフレキシブル基板（導電性基材の幅０．１ｍｍ、導電性基材の間隔０．１ｍｍ）二枚間に置き、加熱プレスを用いて温度１１０℃、圧力５０ｋｇ／ｃｍ^２で１５秒間二枚の基板を接着した。
実施例１〜２の粒子は導通したが、比較例４の試料は電極間でショートした。

本発明の異方導電性フィルム（ＡＣＦ）およびヒートシールコネクター（ＨＳＣ）は、耐湿試験に基づくエージング後の導電率の劣化が少ない導電性無電解めっき粉体を用いているので、液晶ディスプレーパネルの電極と駆動用ＬＳＩチップの回路基板への接続、その他微小ピッチの電極端子間の接続など電子機器類の微小部位を電気的接続するための導電材料として利用することができる。

Claims

導電性基材が形成された２枚の基板間に配置し、加熱加圧して前記導電性基材を接着して導通する異方導電性フィルムに、平均粒子径が１〜５０μｍで、縦横の長さ比（縦／横、但し、長い方を縦の長さとする）が１〜１．７で、表面に前記導電性基材に高電流を流すための接続面積を大きくするために比表面積を大きくした微小凹凸を有するニッケル粒子の最表面層に、金又はパラジウムを無電解めっき法でニッケル粒子に対して０．０３〜６５ｗｔ％で、膜厚が５０〜５００Åで被覆してなり、５００時間のエージング試験後の電気抵抗が０．１Ω・ｃｍ以下であり、且つその抵抗変化率Ωｖ＝｜Ωａ−Ωｂ｜／Ωａ≦２０（但し、Ωａはエージング試験前の電気抵抗、Ωｂはエージング試験後の電気抵抗を示す。）である導電性無電解めっき粉体を用いたことを特徴とする異方導電性フィルム。
導電性基材が形成された２枚の基板間に請求項１記載の異方導電性フィルムを配置し、加熱加圧して前記導電性基材を接着してなることを特徴とする導電性基板。
導電性基材が形成された２枚の基板間に配置し、加熱加圧して前記導電性基材を接着して導通するヒートシールコネクターに、平均粒子径が１〜５０μｍで、縦横の長さ比（縦／横、但し、長い方を縦の長さとする）が１〜１．７で、表面に前記導電性基材に高電流を流すための接続面積を大きくするために比表面積を大きくした微小凹凸を有するニッケル粒子の最表面層に、金又はパラジウムを無電解めっき法でニッケル粒子に対して０．０３〜６５ｗｔ％で、膜厚が５０〜５００Åで被覆してなり、５００時間のエージング試験後の電気抵抗が０．１Ω・ｃｍ以下であり、且つその抵抗変化率Ωｖ＝｜Ωａ−Ωｂ｜／Ωａ≦２０（但し、Ωａはエージング試験前の電気抵抗、Ωｂはエージング試験後の電気抵抗を示す。）である導電性無電解めっき粉体を用いたことを特徴とするヒートシールコネクター。