JP7655745B2 - Coated particles and conductive materials containing same - Google Patents
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Description
本発明は、導電性粒子が絶縁層で被覆された被覆粒子及びそれを含む導電性材料に関するものである。 The present invention relates to coated particles in which conductive particles are coated with an insulating layer and to a conductive material containing the same.
樹脂粒子の表面にニッケルや金などの金属を形成させた導電性粒子は、導電性接着剤、異方性導電膜、異方性導電接着剤等の導電性材料として使用されている。
近年、電子機器類の一層の小型化に伴い、電子回路の回路幅やピッチはますます小さくなっている。それに伴い、上述の導電性接着剤、異方性導電膜、異方性導電接着剤等に用いられる導電性粒子として、その粒径が小さいものが求められている。このような小さい粒径の導電性粒子を使用した場合、その接続性を高めるためには導電性粒子の配合量を増加させなければならない。しかしながら、導電性粒子の配合量を増加させると、意図しない方向への導通、すなわち対向電極間とは異なる方向への導通により短絡が生じてしまい、該方向における絶縁性が得難いことが問題となっている。この問題を解決するために、導電性粒子の表面を絶縁性の物質で被覆して、導電性粒子の金属層同士の接触を防止した絶縁被覆導電性粒子が使用されている。
2. Description of the Related Art Conductive particles, which are resin particles having metals such as nickel and gold formed on the surfaces thereof, are used as conductive materials such as conductive adhesives, anisotropic conductive films, and anisotropic conductive adhesives.
In recent years, with the further miniaturization of electronic devices, the circuit width and pitch of electronic circuits are becoming smaller and smaller. Accordingly, conductive particles with small particle diameters are required for use in the above-mentioned conductive adhesives, anisotropic conductive films, anisotropic conductive adhesives, etc. When conductive particles with such small particle diameters are used, the amount of conductive particles must be increased to improve the connectivity. However, when the amount of conductive particles is increased, a short circuit occurs due to conduction in an unintended direction, i.e., conduction in a direction different from that between the opposing electrodes, and it is difficult to obtain insulation in that direction. In order to solve this problem, insulating-coated conductive particles are used in which the surfaces of the conductive particles are coated with an insulating material to prevent contact between the metal layers of the conductive particles.
例えば特許文献1には、導電性の金属からなる表面を有する粒子を核とし、その表面を、該金属に対して結合性を有する官能基を含有する有機化合物からなる有機粒子により部分的に修飾してなる被覆粒子が記載されており、前記有機化合物は正又は負の電荷を有していることが記載されている。 For example, Patent Document 1 describes coated particles in which a particle having a surface made of a conductive metal is used as a core, and the surface of the core is partially modified with organic particles made of an organic compound containing a functional group that has a binding ability to the metal, and the organic compound has a positive or negative charge.
また特許文献2では、特許文献1と同様の被覆粒子が記載されている。同文献には、該被覆粒子が、絶縁微粒子が金属に対して結合性を有する官能基を介して導電性の金属からなる表面を有する粒子に化学結合することにより、単層の被覆層を形成していると記載されている。同文献には、このような構成の被覆粒子は、該被覆粒子を電極間で熱圧着することで絶縁微粒子が溶融、変形又は剥離することにより金属被覆粒子の金属表面が露出することで電極間での導通を可能とし接続性が得られる旨が記載されている。特許文献1及び2では、前記の官能基としてアンモニウム基やスルホニウム基が例示されている。 Patent Document 2 also describes coated particles similar to those in Patent Document 1. The document describes that the coated particles form a single-layer coating layer by chemically bonding insulating fine particles to particles having a surface made of a conductive metal via functional groups that have binding properties to metal. The document describes that coated particles having such a configuration can be thermocompressed between electrodes to melt, deform, or peel off the insulating fine particles, thereby exposing the metal surface of the metal-coated particles, thereby enabling conduction between the electrodes and obtaining connectivity. Patent Documents 1 and 2 give examples of the functional groups as ammonium groups and sulfonium groups.
また特許文献3には、金属との結合力を有するヘテロ元素又は官能基を表面に含む絶縁性樹脂微粒子を金属被覆粒子の表面に塗布した後、これを加熱することにより、金属被覆粒子の表面に粒子形状を有しない絶縁層を有する異方性絶縁導電性粒子が得られることが記載されている。 Patent Document 3 also describes that insulating resin fine particles that contain heteroelements or functional groups on the surface that have a bonding force with metals are applied to the surface of metal-coated particles, and then the particles are heated to obtain anisotropic insulating conductive particles that have an insulating layer that does not have a particle shape on the surface of the metal-coated particles.
絶縁性粒子に被覆された導電性粒子では、絶縁性粒子と導電性粒子との密着性の向上が課題であった。絶縁性粒子と導電性粒子との密着性は、対向電極とは異なる方向での絶縁性を得ながら対向電極間で導通を図る(以下、単に接続信頼性ともいう)上で重要であるため、更に絶縁性粒子と導電性粒子との密着性に優れた被覆粒子の開発が要望されている。また、熱圧着時の機械的な力により導電性粒子が電極からずれてしまうため、導通信頼性の向上も要望されている。 The challenge for conductive particles coated with insulating particles has been to improve the adhesion between the insulating particles and the conductive particles. The adhesion between the insulating particles and the conductive particles is important for achieving electrical conduction between opposing electrodes while obtaining insulation in a direction different from that of the opposing electrodes (hereinafter also referred to simply as connection reliability), so there is a demand for the development of coated particles that have even better adhesion between the insulating particles and the conductive particles. In addition, because the mechanical force applied during thermocompression causes the conductive particles to shift from the electrodes, there is also a demand for improved electrical conduction reliability.
従って、本発明の目的は、絶縁性粒子と導電性粒子との密着性及び導通信頼性に優れた被覆粒子及びそれを含む導電性材料を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to provide coated particles that have excellent adhesion and electrical conductivity reliability between insulating particles and conductive particles, and a conductive material that contains the coated particles.
本発明者らは上記実情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、芯材表面に金属皮膜が形成された導電性粒子の表面を、絶縁性粒子で被覆した被覆粒子において、前記絶縁性粒子として、表面に凹凸を有するシリカ粒子の表面を電荷を有する官能基を含む化合物又はその縮合物が固定されているものを用いると、絶縁性粒子と導電性粒子との密着性に優れ、更に導通信頼性にも優れた被覆粒子になることを見出し、本発明を完成するに到った。 In light of the above situation, the inventors have conducted extensive research and have discovered that, in coated particles in which the surface of conductive particles having a metal film formed on the surface of a core material is coated with insulating particles, when the insulating particles are silica particles having an uneven surface to which a compound containing a charged functional group or a condensation product thereof is fixed, the coated particles have excellent adhesion between the insulating particles and the conductive particles and also have excellent electrical conductivity reliability, leading to the completion of the present invention.
即ち、本発明が提供しようとする第1の発明は、芯材粒子の表面に金属皮膜が形成された導電性粒子の表面を絶縁性粒子で被覆した被覆粒子であって、前記絶縁性粒子は、電荷を有する官能基を含む化合物又はその縮合物が、表面に凹凸のあるシリカ粒子の表面に固定されていることを特徴とする被覆粒子である。 In other words, the first invention that the present invention aims to provide is a coated particle in which the surface of a conductive particle having a metal film formed on the surface of a core particle is coated with an insulating particle, and the insulating particle is characterized in that a compound containing a functional group having an electric charge or a condensate thereof is fixed to the surface of a silica particle having an uneven surface.
また、本発明が提供しようとする第2の発明は、前記第1の発明の被覆粒子と絶縁性樹脂とを含む導電性材料である。 The second invention that the present invention provides is a conductive material containing the coated particles of the first invention and an insulating resin.
本発明によれば、絶縁性粒子と導電性粒子との密着性に優れ、また導通信頼性にも優れた被覆粒子を提供することができる。 The present invention provides coated particles that have excellent adhesion between insulating particles and conductive particles and also have excellent electrical conductivity reliability.
以下、本発明を好ましい実施形態に基づき説明する。
本実施形態の被覆粒子は、芯材粒子の表面に金属皮膜が形成された導電性粒子の表面を、絶縁性粒子で被覆した被覆粒子であって、前記絶縁性粒子は、電荷を有する官能基を含む化合物又はその縮合物が、表面に凹凸のあるシリカ粒子の表面に固定されていることを特徴とするものである。
The present invention will now be described based on preferred embodiments.
The coated particles of this embodiment are conductive particles having a metal coating formed on the surface of a core particle, the surface of which is coated with insulating particles, and the insulating particles are characterized in that a compound containing a functional group having an electric charge or a condensation product thereof is fixed to the surface of a silica particle having an uneven surface.
(導電性粒子)
導電性粒子としては、導電性接着剤、異方性導電膜、異方性導電接着剤に従来用いられている公知のものを用いることができる。
(Conductive particles)
As the conductive particles, known particles that have been conventionally used in conductive adhesives, anisotropic conductive films, and anisotropic conductive adhesives can be used.
導電性粒子における芯材粒子としては、無機物であっても有機物であっても特に制限なく用いることができる。無機物の芯材粒子としては、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、ハンダ等の金属粒子、合金、ガラス、セラミック、シリカ、金属又は非金属の酸化物(含水物も含む)、アルミノ珪酸塩を含む金属珪酸塩、金属炭化物、金属窒化物、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属リン酸塩、金属硫化物、金属酸塩、金属ハロゲン化物及び炭素等が挙げられる。一方、有機物の芯材粒子としては、例えば、天然繊維、天然樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリブテン、ポリアミド、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルニトリル、ポリアセタール、アイオノマー、ポリエステル等の熱可塑性樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、有機物と無機物との複合材料を用いることもできる。例としてはスチレンシリカ複合樹脂、アクリルシリカ複合樹脂、架橋したアルコキシリルポリマー-アクリル樹脂、ポリオルガノシロキサン-シリカ、スチレンーアクリレートーシリカ複合樹脂などが挙げられる。これらの中でも、金属からなる芯材粒子に比べて比重が小さくて沈降し難く、分散安定性に優れ、樹脂の弾性により電気接続を維持し易いという点で、樹脂或いは有機物と無機物との複合材料からなる芯材粒子が好ましい。また、有機物と無機物との複合材料は、コア・シェル構造を有するものであってもよい。 The core particles in the conductive particles can be inorganic or organic, with no particular restrictions. Examples of inorganic core particles include metal particles such as gold, silver, copper, nickel, palladium, and solder, alloys, glass, ceramics, silica, metal or nonmetal oxides (including hydrates), metal silicates including aluminosilicates, metal carbides, metal nitrides, metal carbonates, metal sulfates, metal phosphates, metal sulfides, metal acid salts, metal halides, and carbon. On the other hand, examples of organic core particles include thermoplastic resins such as natural fibers, natural resins, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polybutene, polyamide, polyacrylic ester, polyacrylonitrile, polyacetal, ionomers, and polyesters, alkyd resins, phenolic resins, urea resins, benzoguanamine resins, melamine resins, xylene resins, silicone resins, epoxy resins, and diallyl phthalate resins. These may be used alone or in combination of two or more. A composite material of an organic substance and an inorganic substance may also be used. Examples include styrene-silica composite resin, acrylic-silica composite resin, crosslinked alkoxysilyl polymer-acrylic resin, polyorganosiloxane-silica, and styrene-acrylate-silica composite resin. Among these, core particles made of resin or a composite material of organic and inorganic substances are preferred because they have a smaller specific gravity than core particles made of metal and are less likely to settle, have excellent dispersion stability, and are easier to maintain electrical connection due to the elasticity of the resin. The composite material of organic and inorganic substances may also have a core-shell structure.
芯材粒子として有機物を用いる場合、ガラス転移温度を有しないか、或いは、そのガラス転移温度は100℃超であることが、異方導電接続工程において芯材粒子の形状が維持されやすいことや金属皮膜を形成する工程において芯材粒子の形状を維持しやすい点から好ましい。また芯材粒子がガラス転移温度を有する場合、ガラス転移温度は、200℃以下であることが、異方導電接続において導電性粒子が軟化しやすく接触面積が大きくなることで導通が取りやすくなる点から好ましい。この観点から、芯材粒子がガラス転移温度を有する場合、ガラス転移温度は、100℃超180℃以下であることがより好ましく、100℃超160℃以下であることが特に好ましい。 When an organic substance is used as the core particle, it is preferable that the core particle does not have a glass transition temperature or that the glass transition temperature is greater than 100°C, since the shape of the core particle is easily maintained in the anisotropic conductive connection process and in the process of forming the metal film. When the core particle has a glass transition temperature, the glass transition temperature is preferably 200°C or less, since the conductive particles are easily softened in the anisotropic conductive connection and the contact area is increased, making it easier to obtain electrical continuity. From this perspective, when the core particle has a glass transition temperature, the glass transition temperature is more preferably greater than 100°C and less than 180°C, and particularly preferably greater than 100°C and less than 160°C.
芯材粒子として有機物を用いる場合において、その有機物が高度に架橋した樹脂であるときは、ガラス転移温度は下記実施例に記載の方法にて200℃まで測定を試みても、ほとんど観測されない。本明細書中ではこのような粒子をガラス転移点を有しない粒子ともいい、本発明においては、このような芯材粒子を用いてもよい。前記のこのようなガラス転移温度を有しない芯材粒子材料の具体例としては、前記で例示した有機物を構成する単量体に架橋性の単量体を併用して共重合させて得ることができる。架橋性の単量体としては、テトラメチレンジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレンオキシドジ(メタ)アクリレート、テトラエチレンオキシド(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメテロールプロパントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンジ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、テトラメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アク
リレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート、グリセロールトリジ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン等の多官能ビニル系単量体、ビニルトリメトキシシラン、トリメトキシシリルスチレン、γ-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のシラン含有系単量体、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルフタレート、ジアリルアクリルアミド、ジアリルエーテル等の単量体が挙げられる。特にCOG(Chip on Glass)分野ではこのような硬質な有機材料による芯材粒子が多く使用される。
When an organic substance is used as the core particle, if the organic substance is a highly crosslinked resin, the glass transition temperature is hardly observed even when the measurement is attempted up to 200°C by the method described in the following examples. In this specification, such particles are also referred to as particles having no glass transition point, and such core particles may be used in the present invention. Specific examples of the core particle material having no glass transition temperature can be obtained by copolymerizing the monomer constituting the organic substance exemplified above with a crosslinkable monomer. Examples of crosslinkable monomers include tetramethylene di(meth)acrylate, ethylene glycol di(meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate, polypropylene glycol di(meth)acrylate, ethylene oxide di(meth)acrylate, tetraethylene oxide (meth)acrylate, 1,6-hexane di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, 1,9-nonanediol di(meth)acrylate, trimeterolpropane tri(meth)acrylate, tetramethylolmethane di(meth)acrylate, tetramethylolmethane tri(meth)acrylate, Examples of such hard organic materials include polyfunctional (meth)acrylates such as tetramethylolmethane tetra(meth)acrylate, tetramethylolpropane tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol penta(meth)acrylate, glycerol di(meth)acrylate, glycerol tridi(meth)acrylate, etc., polyfunctional vinyl monomers such as divinylbenzene and divinyltoluene, silane-containing monomers such as vinyltrimethoxysilane, trimethoxysilylstyrene, γ-(meth)acryloxypropyltrimethoxysilane, etc., and monomers such as triallyl isocyanurate, diallyl phthalate, diallyl acrylamide, diallyl ether, etc. In particular, in the field of COG (Chip on Glass), core particles made of such hard organic materials are often used.
芯材粒子の形状に特に制限はない。一般に、芯材粒子は球状である。しかし、芯材粒子は球状以外の形状、例えば、繊維状、中空状、板状又は針状であってもよく、その表面に多数の突起を有するもの又は不定形のものであってもよい。本発明においては、充填性に優れ、金属を被覆しやすいといった点で、球状の芯材粒子が好ましい。 There are no particular limitations on the shape of the core particles. In general, the core particles are spherical. However, the core particles may be in a shape other than spherical, for example, fibrous, hollow, plate-like or needle-like, and may have a large number of protrusions on their surface or may be amorphous. In the present invention, spherical core particles are preferred because they have excellent filling properties and are easy to coat with metal.
芯材粒子からなる粉体の前述の方法によって測定された粒度分布には幅がある。一般に、粉体の粒度分布の幅は、下記式(1)で示される変動係数により表される。
変動係数(%)=(標準偏差/平均粒径)×100 (1)
この変動係数が大きいことは分布に幅があることを示し、一方、変動係数が小さいことは粒度分布がシャープであることを示す。本発明では、芯材粒子として、この変動係数が30%以下、特に20%以下、とりわけ10%以下のものを使用することが好ましい。この理由は、本発明の導電性粒子を異方性導電フィルム中の導電粒子として用いた場合に、接続に有効な寄与割合が高くなるという利点があるからである。
The particle size distribution of the powder made of core particles measured by the above-mentioned method has a certain range. In general, the range of the particle size distribution of a powder is represented by the coefficient of variation shown in the following formula (1).
Coefficient of variation (%) = (standard deviation / average particle size) x 100 (1)
A large coefficient of variation indicates that the distribution is broad, while a small coefficient of variation indicates that the particle size distribution is sharp. In the present invention, it is preferable to use core particles having a coefficient of variation of 30% or less, particularly 20% or less, and especially 10% or less. The reason for this is that when the conductive particles of the present invention are used as conductive particles in an anisotropic conductive film, there is an advantage in that the contribution ratio effective for connection is high.
また、芯材粒子のその他の物性は、特に制限されるものではないが、芯材粒子が樹脂粒子である場合は、下記式(2)で定義されるKの値が、20℃において100N/mm2~100000N/mm2の範囲であり、かつ10%圧縮変形後の回復率が20℃において1%~100%の範囲であることが好ましい。これらの物性値を満足することで、電極どうしを圧着するときに電極を傷つけることなく、電極と十分に接触させることができるからである。
K値(N/mm2 )=(3/√2)×F×S-3/2×R-1/2・・・(2)
〔ここに、計算式(2)で示されるF、Sは、微小圧縮試験機MCTM-500島津製作所製)で測定したときの、それぞれ該微球体の10%圧縮変形における荷重値(N)、圧縮変位(mm)であり、Rは該微球体の半径(mm)である〕
In addition, other physical properties of the core material particles are not particularly limited, but when the core material particles are resin particles, it is preferable that the value of K defined by the following formula (2) is in the range of 100 N/mm 2 to 100,000 N/mm 2 at 20° C., and the recovery rate after 10% compressive deformation is in the range of 1% to 100% at 20° C. By satisfying these physical property values, sufficient contact with the electrodes can be achieved without damaging the electrodes when they are pressed together.
K value (N/ mm2 ) = (3/√2) x F x S -3/2 x R -1/2 (2)
(Here, F and S shown in formula (2) are the load value (N) and compression displacement (mm) at 10% compression deformation of the microsphere when measured using a microcompression tester MCTM-500 (manufactured by Shimadzu Corporation), and R is the radius of the microsphere (mm).)
導電性粒子の形状は、芯材粒子の形状にもよるが、特に制限はない。例えば、繊維状、中空状、板状又は針状であってもよいが、充填性、接続性に優れるという点で、球状のもの好ましい。 The shape of the conductive particles is not particularly limited, although it depends on the shape of the core particles. For example, they may be fibrous, hollow, plate-like, or needle-like, but spherical ones are preferred because they have excellent filling properties and connectivity.
また、導電性粒子は、その表面が平滑であってもよい。あるいは導電性粒子は、その表面から突出する複数の突起を有していてもよい。この突起は、金属皮膜と同一材料から構成された連続体であると、導電性が更に一層向上するので好ましい。更に詳細には、金属皮膜が、平坦部と、該平坦部から突出し、かつ該平坦部からの連続体になっている複数の突起部とを有し、該平坦部と該突起部とが同一の材料から構成されていることが好ましい。「連続体」とは、金属皮膜の突起部と平坦部とが単一の工程によって形成され、かつ金属皮膜の平坦部と突起部との間に、継ぎ目等の一体感を損なうような部位が存在しないことを意味する。ただし突起部に関しては、該突起部が、金属皮膜を構成する材料からなる粒子が列状に複数個連結してなる粒子連結体から構成され、該粒子間に粒界が観察されることは許容される。したがって、例えば芯材粒子の表面に突起形成用のコア粒子、例えば金属、金属酸化物、黒鉛等の非金属無機物、導電性ポリマー等を付着させ、該コア粒子を成長の起点として形成された突起は、平坦部と突起とが単一の工程によって形成されたものではないので、本発明にいう連続体に含まれない。尤も、かかるコア粒子を芯材粒子に付着させ、該コア粒子を成長の起点として形成された突起を有する導電性粒子も、本発明の範囲内であることに留意すべきである。 The conductive particles may have a smooth surface. Alternatively, the conductive particles may have a plurality of protrusions protruding from the surface. If the protrusions are a continuum made of the same material as the metal coating, the conductivity is further improved, which is preferable. More specifically, the metal coating has a flat portion and a plurality of protrusions protruding from the flat portion and forming a continuum from the flat portion, and the flat portion and the protrusions are preferably made of the same material. The term "continuum" means that the protrusions and flat portion of the metal coating are formed by a single process, and there is no part between the flat portion and the protrusions of the metal coating that impairs the sense of unity, such as a seam. However, with regard to the protrusions, the protrusions are made of a particle linkage formed by connecting a plurality of particles made of the material that constitutes the metal coating in a row, and it is acceptable for grain boundaries to be observed between the particles. Therefore, for example, when a core particle for forming a protrusion, such as a non-metallic inorganic material such as a metal, a metal oxide, graphite, or a conductive polymer, is attached to the surface of a core particle, and the protrusion is formed with the core particle as the starting point of growth, the flat portion and the protrusion are not formed in a single process, and therefore are not included in the continuum referred to in the present invention. However, it should be noted that a conductive particle having a protrusion formed by attaching such a core particle to a core particle and using the core particle as the starting point of growth is also within the scope of the present invention.
導電性粒子が上述した構成の突起を有すると、電極の導通をとる場合、電極表面に形成されている酸化皮膜を該突起が突き破ることができ、接続抵抗の低減を図ることができる。 When the conductive particles have protrusions of the above-mentioned configuration, the protrusions can break through the oxide film formed on the electrode surface when the electrodes are electrically connected, thereby reducing the connection resistance.
突起はその高さHが、平均して20nm以上、特に50nm以上であることが好ましい。突起の数は、導電性粒子の粒径にもよるが、1つの粒子当たり、1~20000個、特に5~5000個であることが、導電性粒子の導電性の一層の向上の点から好ましい。突起のアスペクト比は、好ましくは0.5以上、更に好ましくは1以上である。突起のアスペクト比が大きいと、上述した酸化皮膜を容易に突き破ることができるので有利である。
また、導電性粒子を用いて異方性導電フィルムを形成した場合には、突起のアスペクト比が大きいと、樹脂排除性が高くなるので、導電性が高くなると考えられる。アスペクト比とは、突起の高さHと突起の基部の長さDとの比、すなわちH/Dで定義される値である。
The height H of the protrusions is preferably 20 nm or more, particularly 50 nm or more, on average. The number of protrusions varies depending on the particle size of the conductive particles, but it is preferable that there be 1 to 20,000 protrusions, particularly 5 to 5,000 protrusions per particle, from the viewpoint of further improving the conductivity of the conductive particles. The aspect ratio of the protrusions is preferably 0.5 or more, more preferably 1 or more. A large aspect ratio of the protrusions is advantageous because they can easily break through the oxide film described above.
In addition, when an anisotropic conductive film is formed using conductive particles, it is believed that a large aspect ratio of the protrusions increases the resin rejection property and therefore the conductivity becomes high. The aspect ratio is the ratio of the height H of the protrusions to the length D of the base of the protrusions, i.e., a value defined as H/D.
突起のアスペクト比は上述のとおりであるところ、導電性粒子の突起の基部の長さD自体は5~500nm、特に10~400nmであることが好ましく、突起の高さHについては5~500nm、特に10~400nmであることが好ましい。 The aspect ratio of the protrusions is as described above, and the length D of the base of the conductive particle protrusions is preferably 5 to 500 nm, particularly 10 to 400 nm, and the height H of the protrusions is preferably 5 to 500 nm, particularly 10 to 400 nm.
導電性粒子における金属皮膜は、導電性を有するものであり、その構成金属としては、例えば、金、白金、銀、銅、鉄、亜鉛、ニッケル、スズ、鉛、アンチモン、ビスマス、コバルト、インジウム、チタン、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、アルミニウム、クロム、パラジウム、タングステン、モリブデン等の金属又はこれらの合金のほか、ITO、ハンダ等の金属化合物等が挙げられる。中でも金、銀、銅、ニッケル、パラジウム又はハンダが抵抗が少ないため好ましく、とりわけ、ニッケル、パラジウム、金、ニッケル合金、パラジウム合金又は金合金が、絶縁性粒子との結合性が高いために好適に用いられる。導電性粒子における金属は1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、ニッケル合金はニッケルーリン、ニッケルーホウ素、ニッケル―ホウ素―リンも含み、パラジウム合金は、パラジウム―リン、パラジウム―ホウ素も含む。 The metal coating in the conductive particles is conductive, and examples of the constituent metals include metals such as gold, platinum, silver, copper, iron, zinc, nickel, tin, lead, antimony, bismuth, cobalt, indium, titanium, antimony, bismuth, germanium, aluminum, chromium, palladium, tungsten, and molybdenum, as well as alloys thereof, and metal compounds such as ITO and solder. Among these, gold, silver, copper, nickel, palladium, and solder are preferred because of their low resistance, and nickel, palladium, gold, nickel alloys, palladium alloys, and gold alloys are particularly preferred because of their high bonding with insulating particles. The metals in the conductive particles can be used alone or in combination of two or more. Nickel alloys also include nickel-phosphorus, nickel-boron, and nickel-boron-phosphorus, and palladium alloys also include palladium-phosphorus and palladium-boron.
金属皮膜は、単層構造であっても、複数層からなる積層構造であってもよい。複数層からなる積層構造である場合には、特に無電解めっき法により金属皮膜を形成したときに、下地層をニッケル又はニッケル合金とし、最表層が、ニッケル、パラジウム、金、ニッケル合金、パラジウム合金又は金合金であることが、接続抵抗の低減を図る観点から好ましい。 The metal coating may be a single layer structure or a laminated structure consisting of multiple layers. In the case of a laminated structure consisting of multiple layers, it is preferable from the viewpoint of reducing the connection resistance, particularly when the metal coating is formed by electroless plating, that the underlayer be nickel or a nickel alloy and the outermost layer be nickel, palladium, gold, a nickel alloy, a palladium alloy or a gold alloy.
また、芯材粒子の表面の金属皮膜の厚さは0.001μm~2μm、特に0.005~1μmであることが好ましい。 The thickness of the metal coating on the surface of the core particles is preferably 0.001 μm to 2 μm, and more preferably 0.005 to 1 μm.
芯材粒子の表面に金属皮膜を形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、メカノケミカル法、ハイブリダイゼーション法等を利用する乾式法、電解めっき法、無電解めっき法等を利用する湿式法が挙げられる。また、これらの方法を組み合わせて芯材粒子の表面に金属皮膜を形成してもよいが、芯材粒子の表面を無電解めっきにより金属皮膜を形成した導電性粒子が、粒子表面を均一かつ濃密に被覆できる点で好ましい。 Methods for forming a metal coating on the surface of core particles include dry methods using deposition, sputtering, mechanochemical methods, hybridization methods, etc., and wet methods using electrolytic plating, electroless plating, etc. In addition, a metal coating may be formed on the surface of core particles by combining these methods, but conductive particles in which a metal coating is formed on the surface of core particles by electroless plating are preferred in that the particle surface can be uniformly and densely coated.
導電性粒子の平均粒子径は、好ましくは0.1μm以上50μm以下、より好ましくは1μm以上30μm以下である。導電性粒子の平均粒子径が上記範囲内であることで、得られる被覆粒子が対向電極間とは異なる方向での短絡を発生させることなく、対向電極間での導通を確保しやすい。なお、本発明において、導電性粒子の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて測定した粒子径の平均値である。なお走査型電子顕微鏡画像において導電性粒子が球状である場合は、SEMを用いて測定する粒子径とは、円形の導電性粒子像の径である。絶縁性粒子が球状でない場合、SEMを用いて測定する粒子径は、導電性粒子の像を横断する線分のうち最も大きい長さ(最大長さ)をいう。 The average particle diameter of the conductive particles is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, more preferably 1 μm or more and 30 μm or less. When the average particle diameter of the conductive particles is within the above range, the obtained coated particles do not cause a short circuit in a direction different from that between the opposing electrodes, and it is easy to ensure conduction between the opposing electrodes. In the present invention, the average particle diameter of the conductive particles is the average particle diameter measured using a scanning electron microscope (SEM). In addition, when the conductive particles are spherical in the scanning electron microscope image, the particle diameter measured using SEM is the diameter of the circular conductive particle image. When the insulating particles are not spherical, the particle diameter measured using SEM refers to the longest length (maximum length) of the line segments that cross the image of the conductive particles.
具体的には、導電性粒子の平均粒子径は実施例に記載の方法にて測定される。 Specifically, the average particle size of the conductive particles is measured by the method described in the examples.
また、導電性粒子は、溶出するアルカリ金属イオン、ハロゲンイオン、有機酸イオン等の不純物イオンが少ないものが、電極等の腐食を抑制する観点から好ましい。 In addition, conductive particles that contain fewer impurity ions such as alkali metal ions, halogen ions, and organic acid ions are preferred from the viewpoint of suppressing corrosion of electrodes, etc.
本発明で用いる絶縁性粒子は、表面に凹凸を有するシリカ粒子の表面を電荷を有する官能基を含む化合物又はその縮合物が固定されているものである。 The insulating particles used in the present invention are silica particles having an uneven surface, to which a compound containing a charged functional group or a condensation product thereof is fixed.
本発明で用いるシリカ粒子は、表面に凹凸のあるシリカ粒子である。該表面に凹凸のあるシリカ粒子は、大きいシリカ粒子の表面に小さいシリカ粒子を結合させることにより得られるものであり、大きいシリカ粒子の表面に小さいシリカ粒子に起因した凹凸を有しているものが好ましく用いられる。 The silica particles used in the present invention are silica particles with an uneven surface. The silica particles with an uneven surface are obtained by bonding small silica particles to the surface of large silica particles, and it is preferable to use large silica particles having uneven surfaces caused by small silica particles.
大きいシリカ粒子の粒子径は、TEM観察から求められる平均粒子径で50~500nm、好ましくは60~250nmである。大きいシリカ粒子の平均粒子径が上記範囲にあることにより、絶縁性粒子が導電性粒子の粒子表面に均一に分散した状態で吸着しやすくなる。 The particle size of the large silica particles is 50 to 500 nm, preferably 60 to 250 nm, as determined by TEM observation. By having the average particle size of the large silica particles within the above range, the insulating particles are more likely to be adsorbed in a uniformly dispersed state on the particle surface of the conductive particles.
また、小さいシリカ粒子の粒子径は、絶縁性粒子と導電性粒子との密着性に優れ、また、電極熱圧着時の機械的な力により導電性粒子が電極からずれを抑制し、導通信頼性に優れたものとする観点から、TEM観察から求められる平均粒子径で3~30nm、好ましくは3~10nmである。 The particle size of the small silica particles is 3 to 30 nm, preferably 3 to 10 nm, as determined by TEM observation, from the viewpoints of providing excellent adhesion between the insulating particles and the conductive particles, suppressing displacement of the conductive particles from the electrode due to mechanical forces during thermocompression bonding of the electrodes, and providing excellent electrical conductivity reliability.
大きいシリカ粒子と小さいシリカ粒子の添加割合は、大きいシリカ粒子100質量部に対して、小さいシリカ粒子を10~80重量部、好ましくは20~80重量部とすることが、平滑表面のシリカ粒子と比べて、被覆率が高い絶縁性粒子を得る観点から好ましい。 The ratio of large silica particles to small silica particles is preferably 10 to 80 parts by weight, and more preferably 20 to 80 parts by weight, of small silica particles per 100 parts by mass of large silica particles, from the viewpoint of obtaining insulating particles with a higher coverage rate than silica particles with a smooth surface.
該表面に凹凸のあるシリカ粒子は、公知の方法により製造することができる(例えば、特開2013-227168号参照)。
例えば、前記大きいシリカ粒子と前記小さいシリカ粒子よりなるコロイダルシリカに粒子の結合剤を添加して、大きい粒子の表面に小さい粒子を結合させ、更に加熱下に活性珪酸を添加して該粒子の一体化することにより得ることができる。
The silica particles having an uneven surface can be produced by a known method (for example, see JP-A-2013-227168).
For example, a particle binder is added to colloidal silica consisting of the large silica particles and the small silica particles to bond the small particles to the surfaces of the large particles, and active silicic acid is further added under heating to integrate the particles.
結合剤としては、アルミン酸ソーダまたはハロゲン化アルミニウム化合物等のアルミニウム化合物が挙げられる。アルミニウム化合物の添加量は、大きいシリカ粒子の比表面積より算出される。例えば、50nmのシリカ粒子をSiO2として100g含有するコロイダルシリカは、比表面積が54.4m2/gなので全比表面積は5440m2、すなわち5.44×1021nm2、シラノール基密度は8個/nm2なので、全シラノール基は4.35×1022個、全シラノール基の10%にアルミン酸イオンAl(OH)4-を結合させるとして、アルミン酸イオンの量は4.35×1021個、モル量に換算して0.0073mol、Al2O3として0.74gのアルミン酸ソーダの使用量になる。 The binder may be an aluminum compound such as sodium aluminate or an aluminum halide compound. The amount of the aluminum compound to be added is calculated from the specific surface area of the large silica particles. For example, colloidal silica containing 100 g of 50 nm silica particles as SiO 2 has a specific surface area of 54.4 m 2 /g, so the total specific surface area is 5440 m 2 , that is, 5.44×10 21 nm 2 , and the silanol group density is 8/nm 2 , so the total number of silanol groups is 4.35×10 22 , and if aluminate ions Al(OH) 4- are bonded to 10% of the total silanol groups, the amount of aluminate ions is 4.35×10 21 , which is 0.0073 mol in molar terms, and the amount of sodium aluminate used as Al 2 O 3 is 0.74 g.
次いで、活性珪酸を添加して該粒子を一体化するのであるが、活性珪酸の添加量は大きいシリカ粒子の粒子径を基準に算出することが出来る。活性珪酸の添加量は大きいシリカ粒子の粒子径を3~7nm増大させるのに相当するシリカを含有することが必要である。活性珪酸の添加量が3nmより少ないと結合が壊れやすく。7nmよりも多いと凹凸の程度が小さくなり平滑表面のシリカ粒子との性能差が判然としなくなる。より好ましくは4~6nmである。 Activated silicic acid is then added to integrate the particles, and the amount of activated silicic acid added can be calculated based on the particle size of the larger silica particles. The amount of activated silicic acid added must contain enough silica to increase the particle size of the larger silica particles by 3 to 7 nm. If the amount of activated silicic acid added is less than 3 nm, the bonds are easily broken. If it is more than 7 nm, the degree of unevenness is small and the difference in performance with silica particles with a smooth surface becomes unclear. A value of 4 to 6 nm is more preferable.
活性珪酸は加熱下に添加する。これはコロイダルシリカのビルドアッププロセスと同じで、大小二種類のシリカ粒子と結合剤の混合液を60~100℃に加熱して、その温度を維持しつつ、活性珪酸のシリカ成分が大小粒子の結合体を被覆していくことができる添加速度で添加する。活性珪酸の添加中は液のpHが9~11を保つようにアルカリ剤を同時添加する。アルカリ剤としては苛性ソーダ、苛性カリ、水酸化テトラメチルアンモニウムなどが使用できる。
かくすることにより、表面に凹凸のあるシリカ粒子を得ることができる。
The activated silicic acid is added under heating. This is the same as the build-up process for colloidal silica, where a mixture of two types of silica particles (large and small) and a binder is heated to 60-100°C, and while maintaining that temperature, the activated silicic acid is added at a rate that allows the silica component of the activated silicic acid to cover the combined large and small particles. While the activated silicic acid is being added, an alkaline agent is added at the same time to keep the pH of the solution at 9-11. Examples of alkaline agents that can be used include caustic soda, caustic potash, and tetramethylammonium hydroxide.
By doing so, it is possible to obtain silica particles having an uneven surface.
該表面に凹凸のあるシリカ粒子の表面に固定する電荷を有する官能基を含む化合物において、電荷を有する官能基としては、正の電荷を有するものであっても、負の電荷を有するものであってもよい。
正の電荷を有する官能基としては、例えば、ホスホニウム基、アンモニウム基、スルホニウム基、アミノ基等が挙げられる。
負の電荷を有する官能基としては、カルボキシル基、水酸基、チオール基、スルホン酸基、リン酸基等が挙がられる。
In the compound containing a charged functional group to be fixed to the surface of the silica particle having an uneven surface, the charged functional group may be one having a positive charge or one having a negative charge.
Examples of the positively charged functional group include a phosphonium group, an ammonium group, a sulfonium group, and an amino group.
Examples of the negatively charged functional group include a carboxyl group, a hydroxyl group, a thiol group, a sulfonic acid group, and a phosphate group.
本発明において、電荷を有する官能基としては、ホスホニウム基、アンモニウム基、チオール基、スルホン酸基から選ばれる基が、導電性粒子に絶縁性粒子が一層密着したものになる観点から好ましい。 In the present invention, the charged functional group is preferably a group selected from a phosphonium group, an ammonium group, a thiol group, and a sulfonic acid group, from the viewpoint of achieving even closer adhesion of the insulating particles to the conductive particles.
ホスホニウム基又はアンモニウム基を有する化合物としては、下記一般式(1)で表される化合物が好ましい。
前記一般式(1)の式中、R1、R2、R3及びR4は、炭素数1~18の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又はフェニル基を示す。また、R1、R2、R3及びR4はシリカ原子を含む基であってもよい。R1、R2、R3及びR4が、シクロアルキル基又はフェニル基の場合、例えば、4-メチルシクロヘキシル基、4-メチルフェニル基のように、シクロアルキル環又はベンゼン環の水素原子の一部が、アルキル基で置換されていてもよい。また、R1、R2、R3及びR4は、同一の基であっても異なる基であってもよい。また、R1、R2、R3及びR4は、炭素数1~18の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、シクロアルキル基、アリル基又はフェニル基の水素原子の一部が、ヒドロキシル基、アミノ基、アルコキシ基等の置換基で置換されている基であってもよい。
As the compound having a phosphonium group or an ammonium group, a compound represented by the following general formula (1) is preferable.
In the formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent a linear or branched alkyl group, a cycloalkyl group, an allyl group, or a phenyl group having 1 to 18 carbon atoms. R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be a group containing a silica atom. When R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are a cycloalkyl group or a phenyl group, some of the hydrogen atoms of the cycloalkyl ring or the benzene ring may be substituted with an alkyl group, such as a 4-methylcyclohexyl group or a 4-methylphenyl group. R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be the same group or different groups. R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be a linear or branched alkyl group, a cycloalkyl group, an allyl group, or a phenyl group having 1 to 18 carbon atoms, some of the hydrogen atoms of which are substituted with a substituent such as a hydroxyl group, an amino group, or an alkoxy group.
また、Xのアニオンとしては、例えば、ベンゾトリアゾールイオン、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、BF4 -、PF6 -、PO2(OMe)3 -、PS2(OEt)2 -、(CO2Me)2PhSO3 -、CF3SO3 -、HSO4 -、(CF3SO2)2N-等が挙げられ、ここに例示したアニオンが、製造が易いという点で好ましい。 Examples of the anion of X include a benzotriazole ion, a fluorine ion, a chloride ion, a bromide ion, an iodide ion, BF 4 − , PF 6 − , PO 2 (OMe) 3 − , PS 2 (OEt) 2 − , (CO 2 Me) 2 PhSO 3 − , CF 3 SO 3 − , HSO 4 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and the like, and the anions exemplified here are preferred in terms of ease of production.
本発明において、好ましいホスホニウム基又はアンモニウム基を有する化合物は、下記一般式(2)で表されるホスホニウム塩又はアンモニウム塩が好ましい。該一般式(2)で表されるシリル基を有するホスホニウム塩及びアンモニウム塩は、加水分解性のシリル基の部位を有する。後述するイオン液体が粒子表面に固定されたシリカ粒子の調製方法において、アルカリによりアルコキシシランと同様に、加水分解する部位が加水分解されてシリカ粒子と直接結合するようになるため、一層金属皮膜との密着性が向上する観点から好ましい。
一般式(2)の式中のQはP原子又はN原子を示し、好ましくはP原子である。一般式(2)の式中のR5~R7は、好ましくは炭素数1~5の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。R8は、好ましくは炭素数1~2のアルキル基である。nは好ましくは2~4である。
なお、Xのアニオンの種類は特に制限されないが、例えば、ベンゾトリアゾールイオン、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、BF4
-、PF6
-、PO2(OMe)3
-、PS2(OEt)2
-、(CO2Me)2PhSO3
-、CF3SO3
-、HSO4
-、(CF3SO2)2N-等が挙げられ、ここに例示したアニオンが、製造が易いという点で好ましい。
In general formula (2), Q represents a P atom or an N atom, and is preferably a P atom. In general formula (2), R 5 to R 7 preferably represent a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. R 8 is preferably an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms. n is preferably 2 to 4.
The type of anion for X is not particularly limited, and examples thereof include benzotriazole ion, fluorine ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, BF 4 − , PF 6 − , PO 2 (OMe) 3 − , PS 2 (OEt) 2 − , (CO 2 Me) 2 PhSO 3 − , CF 3 SO 3 − , HSO 4 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and the like, with the anions exemplified here being preferred in terms of ease of production.
スルホニウム基を有する化合物としては、下記一般式(3)で表される化合物が好ましい。
一般式(3)の式中のX1のアニオンの種類は特に制限されないが、例えば、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、過塩素酸イオン、硫酸水素イオン、p-トルエンスルホン酸イオン等が挙げられ、ここに例示したアニオンが、製造が易いという点で好ましい。 The type of anion of X1 in the general formula (3) is not particularly limited, and examples thereof include a fluorine ion, a chloride ion, a bromide ion, an iodide ion, a perchlorate ion, a hydrogen sulfate ion, and a p-toluenesulfonate ion. The anions exemplified here are preferred in terms of ease of production.
アミノ基、カルボキシル基、水酸基、スルホン酸基及びリン酸基から選ばれる電荷を有する官能基を有する化合物としては、下記一般式(4)で表されるものが好ましい。
R12Si(OR13)3 (4)
The compound having a charged functional group selected from an amino group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group is preferably one represented by the following general formula (4).
R 12 Si(OR 13 ) 3 (4)
一般式(4)の式中、R12は、1~3個のアミノ基、カルボキシル基、水酸基、スルホン酸基及びリン酸基から選ばれる電荷を有する官能基を有する炭素数1~8の炭化水素基、1~3個のアミノ基、カルボキシル基、水酸基、スルホン酸基及びリン酸基から選ばれる電荷を有する官能基を有する脂環式炭化水素基、1~3個のアミノ基、カルボキシル基、水酸基、スルホン酸基及びリン酸基から選ばれる電荷を有する官能基を有する炭素数6~8の芳香族炭化水素基を示す。R13は、水素原子、炭素数1~8の脂肪族炭化水素基、炭素数3~8の脂環式炭化水素基、又は炭素数6~8の芳香族炭化水素基を示す。なお、R12は、それぞれが同一の基でも異なる基であってもよい。 In the general formula (4), R 12 represents a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms and having 1 to 3 functional groups having a charge selected from amino groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, sulfonic acid groups, and phosphoric acid groups, an alicyclic hydrocarbon group having 1 to 3 functional groups having a charge selected from amino groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, sulfonic acid groups, and phosphoric acid groups, or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 8 carbon atoms and having 1 to 3 functional groups having a charge selected from amino groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, sulfonic acid groups, and phosphoric acid groups. R 13 represents a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 8 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 8 carbon atoms. Each of the R 12 may be the same group or different groups.
絶縁性粒子におけるホスホニウム基、アンモニウム基及びスルホニウム基から選ばれる電荷を有する官能基を有する化合物又はその縮合物(以下、「官能基1を有する化合物」ということがある)の含有量は、0.001~50質量%、好ましくは0.1~30質量%、いっそう好ましくは0.1~10質量%であることが金属皮膜との密着性も高くなる観点から好ましい。 The content of the compound having a charged functional group selected from a phosphonium group, an ammonium group, and a sulfonium group, or a condensate thereof (hereinafter sometimes referred to as a "compound having functional group 1") in the insulating particles is preferably 0.001 to 50 mass%, preferably 0.1 to 30 mass%, and more preferably 0.1 to 10 mass%, from the viewpoint of increasing adhesion to the metal coating.
前記官能基1を有する化合物を、表面に凹凸のあるシリカ粒子(以下、「凹凸のあるシリカ粒子」ということがある)に固定する方法としては、凹凸のあるシリカ粒子、アルコキシシラン、官能基1を有する化合物、及び反応溶媒を含む反応原料液に、アルカリを添加してアルコキシシランの加水分解を行い、シリカ粒子の表面処理を行う表面処理工程を行うことにより調製することができる。 The compound having functional group 1 can be fixed to silica particles having an uneven surface (hereinafter, sometimes referred to as "uneven silica particles") by adding an alkali to a reaction raw material liquid containing uneven silica particles, an alkoxysilane, a compound having functional group 1, and a reaction solvent to hydrolyze the alkoxysilane, and then carrying out a surface treatment process to perform surface treatment on the silica particles.
表面処理工程に係る凹凸のあるシリカ粒子及び官能基1を有する化合物は前述したものを用いることができる。 The uneven silica particles and the compound having functional group 1 used in the surface treatment process can be those described above.
表面処理工程に係るアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等のジアルキルジアルコキシシラン、ヘキシルオキシトリメチルシラン等のアルコキシトリアルキルシランが挙げられる。これらのアルコキシシランにおけるアルキル基の炭素鎖長は1~6であることが好ましい。アルコキシ基の炭素鎖長も1~6であることが好ましい。これらのうち、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランが、製造上、取り扱い易い点で好ましい。また、アルコキシシランは、1種単独でも、2種以上の組み合せでもよい。 Examples of alkoxysilanes used in the surface treatment process include tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane, alkyltrialkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane and methyltriethoxysilane, dialkyldialkoxysilanes such as dimethyldimethoxysilane and dimethyldiethoxysilane, and alkoxytrialkylsilanes such as hexyloxytrimethylsilane. The carbon chain length of the alkyl group in these alkoxysilanes is preferably 1 to 6. The carbon chain length of the alkoxy group is also preferably 1 to 6. Of these, tetraethoxysilane and tetramethoxysilane are preferred in terms of ease of handling in manufacturing. The alkoxysilanes may be used alone or in combination of two or more.
表面処理工程に係る反応溶媒は、アルコキシシラン及び官能基1を有する化合物を溶解するものが用いられる。表面処理工程に係る反応溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコールが挙げられ、この中で、メタノールが反応効率が高い観点から特に好ましい。また、水と低級アルコールとの混合溶媒であってもよい。 The reaction solvent used in the surface treatment step is one that dissolves alkoxysilane and a compound having functional group 1. Examples of reaction solvents used in the surface treatment step include lower alcohols such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol, and among these, methanol is particularly preferred from the viewpoint of high reaction efficiency. A mixed solvent of water and a lower alcohol may also be used.
反応原料液中の表面に凹凸のあるシリカ粒子の含有量は、特に制限されないが、好ましくは1~80質量%、特に好ましくは3~50質量%である。反応原料液中の凹凸のあるシリカ粒子の含有量が、上記範囲にあることにより、官能基1を有する化合物を固定した凹凸のあるシリカ粒子の分散安定性が高くなる。 The content of the silica particles having an uneven surface in the reaction raw material liquid is not particularly limited, but is preferably 1 to 80 mass%, and particularly preferably 3 to 50 mass%. When the content of the silica particles having an uneven surface in the reaction raw material liquid is within the above range, the dispersion stability of the silica particles having an uneven surface to which the compound having functional group 1 is fixed is increased.
反応原料液中のアルコキシシランの含有量は、凹凸のあるシリカ粒子1gに対して、0.05~1.5mmol、好ましくは0.08~1.05mmolである。反応原料液中のアルコキシシランの含有量が上記範囲にあることにより、凹凸のあるシリカ粒子表面への官能基1を有する化合物の固定率が高くなる。 The content of alkoxysilane in the reaction raw liquid is 0.05 to 1.5 mmol, preferably 0.08 to 1.05 mmol, per 1 g of uneven silica particles. By having the content of alkoxysilane in the reaction raw liquid within the above range, the fixation rate of the compound having functional group 1 to the uneven silica particle surface is increased.
反応原料液中の官能基1を有する化合物の含有量は、凹凸のあるシリカ粒子1gに対して0.001ml以上、好ましくは0.005~1.5ml、特に0.01~1.0mlである。反応原料液中の官能基1を有する化合物の含有量が上記範囲にあることにより、凹凸のあるシリカ粒子表面への官能基1を有する化合物の固定率が高くなり、また金属皮膜との密着性も高くなる。 The content of the compound having functional group 1 in the reaction raw liquid is 0.001 ml or more, preferably 0.005 to 1.5 ml, and particularly 0.01 to 1.0 ml per gram of uneven silica particles. By having the content of the compound having functional group 1 in the reaction raw liquid within the above range, the fixation rate of the compound having functional group 1 to the uneven silica particle surface is increased, and the adhesion with the metal coating is also increased.
表面処理工程において、反応原料液に加えるアルカリとしては、アルコキシシランの加水分解を行うことができるものであれば、特に制限されず、例えば、アルカリとしては、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム等が挙げられるが、反応性が高く、目的物を高純度で得ることができる観点で、水酸化アンモニウムが特に好ましい。 In the surface treatment step, the alkali to be added to the reaction raw material liquid is not particularly limited as long as it can hydrolyze alkoxysilane. For example, examples of alkali include ammonium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc., but ammonium hydroxide is particularly preferred from the viewpoint of high reactivity and ability to obtain the target product with high purity.
反応原料液に加えるアルカリの混合量は、特に制限されず、適宜選択される。 The amount of alkali added to the reaction mixture is not particularly limited and may be selected as appropriate.
反応原料液に、アルカリを混合して、アルコキシシランの加水分解を行う際の反応温度は、15~60℃、好ましくは20~35℃である。反応温度が上記範囲にあることにより、凹凸のあるシリカ粒子表面への官能基1を有する化合物の固定率が高くなり、また金属皮膜との密着性も高くなる。 The reaction temperature when the alkali is mixed into the reaction liquid to hydrolyze the alkoxysilane is 15 to 60°C, preferably 20 to 35°C. By keeping the reaction temperature within the above range, the fixation rate of the compound having functional group 1 to the uneven silica particle surface is increased, and the adhesion to the metal film is also increased.
反応時間は、特に制限されず、適宜選択されるが、好ましくは1~72時間、特に好ましくは1~24時間である。 The reaction time is not particularly limited and may be selected appropriately, but is preferably 1 to 72 hours, and particularly preferably 1 to 24 hours.
反応原料溶液に、アルカリを添加して、アルコキシシランの加水分解を行う表面処理工程を行った後、反応液から固形分を遠心分離等により分離し、必要に応じ、得られた固形分を溶媒に分散させて、再び遠心分離を行うという操作を、数回繰り返し、次いで、乾燥して、官能基1を有する化合物が粒子表面に固定された凹凸のあるシリカ粒子が得られる。 After a surface treatment step in which an alkali is added to the reaction raw solution to hydrolyze the alkoxysilane, the solids are separated from the reaction solution by centrifugation or the like, and if necessary, the solids obtained are dispersed in a solvent and centrifuged again. This operation is repeated several times, and then the mixture is dried to obtain silica particles with irregularities on which a compound having functional group 1 is fixed to the particle surface.
また、表面処理工程を行った後、反応液を常圧又は減圧下で、反応溶媒が蒸発する温度に加熱して、反応液からそのまま官能基1を有する化合物が粒子表面に固定された表面に凹凸を有するシリカ粒子を回収してもよい。 In addition, after the surface treatment step, the reaction solution may be heated under normal or reduced pressure to a temperature at which the reaction solvent evaporates, and silica particles having an uneven surface and a compound having functional group 1 fixed to the particle surface may be recovered directly from the reaction solution.
なお、官能基1を有する化合物として前記一般式(3)で表されるホスホニウム基又はアンモニウム基を有する化合物を用いる場合は、該ホスホニウム基又はアンモニウム基を有する化合物は、加水分解性のシリル基の部位を有しているため、前記表面処理工程において、アルコキシシランを用いることなく、前記表面処理工程をそのまま行ってもよい。 When a compound having a phosphonium group or an ammonium group represented by the general formula (3) is used as the compound having functional group 1, the compound having a phosphonium group or an ammonium group has a hydrolyzable silyl group site, so that the surface treatment step may be performed without using an alkoxysilane in the surface treatment step.
官能基1を有する化合物として前記一般式(3)で表されるホスホニウム基又はアンモニウム基を有する化合物を用いる場合は、凹凸のあるシリカ粒子に固定されるものは、前記一般式(3)で表されるホスホニウム基又はアンモニウム基を有する化合物の縮合物である。 When a compound having a phosphonium group or an ammonium group represented by the general formula (3) is used as the compound having functional group 1, what is fixed to the uneven silica particles is a condensate of the compound having a phosphonium group or an ammonium group represented by the general formula (3).
絶縁性粒子におけるアミノ基、カルボキシル基、水酸基、スルホン酸基及びリン酸基から選ばれる電荷を有する官能基を有する化合物又はその縮合物(以下、「官能基2を有する化合物」ということがある)の含有量は、0.1~10質量%、好ましくは1~5質量%であることにより、凹凸のあるシリカ粒子の表面を均一に被覆することができる観点から好ましい。 The content of the compound having a functional group with a charge selected from an amino group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphate group, or a condensate thereof (hereinafter, sometimes referred to as a "compound having functional group 2") in the insulating particles is 0.1 to 10 mass%, preferably 1 to 5 mass%, which is preferable from the viewpoint of being able to uniformly coat the uneven surface of the silica particles.
官能基2を有する化合物を、凹凸のあるシリカ粒子表面に固定する方法は、湿式又は乾式で行うことができる。なお、官能基2を有する化合物において、電荷を有する官能基を有する化合物としては、一般式(5)で表される化合物を用いる場合には、凹凸のあるシリカ粒子粒面に固定する官能基2を有する化合物は、その縮合物であってもよい。 The method of fixing the compound having functional group 2 to the uneven silica particle surface can be carried out by a wet method or a dry method. In addition, when a compound represented by general formula (5) is used as the compound having a functional group with a charge in the compound having functional group 2, the compound having functional group 2 fixed to the uneven silica particle surface may be a condensation product thereof.
一般式(5)で表される化合物を用いて、凹凸のあるシリカ粒子に対して固定処理を湿式法により行う場合は、固定方法としては、1)官能基2を有する化合物を所望の濃度で含む溶媒に、凹凸のあるシリカ粒子を浸漬し、必要により加温して凹凸のあるシリカ粒子と官能基2を有する化合物との反応を促進させ後、溶媒ごと噴霧乾燥するか、あるいは、固液分離後、乾燥する方法、2)凹凸のあるシリカ粒子と溶媒を含む分散液に、官能基2を有する化合物を添加し、50~100℃に加温して反応を行った後、溶媒ごと噴霧乾燥するか、あるいは、固液分離後、乾燥する方法等が挙げられる。 When the compound represented by the general formula (5) is used to fix uneven silica particles by a wet method, examples of the fixing method include: 1) immersing uneven silica particles in a solvent containing a compound having functional group 2 at a desired concentration, heating if necessary to promote the reaction between the uneven silica particles and the compound having functional group 2, and then spray drying together with the solvent or performing solid-liquid separation and drying; 2) adding a compound having functional group 2 to a dispersion containing uneven silica particles and a solvent, heating to 50 to 100°C to cause a reaction, and then spray drying together with the solvent or performing solid-liquid separation and drying.
湿式法で用いることができる溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール、或いはこれらアルコールと水との混合溶媒を用いることができる。 Solvents that can be used in the wet method include alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, or mixtures of these alcohols with water.
官能基2を有する化合物を用いて、凹凸のあるシリカ粒子に対して固定処理を乾式法により行う場合は、固定方法としては、官能基2を有する化合物と凹凸のあるシリカ粒子を、ヘンシェルミキサー、気流式粉砕機等の機械的手段を用いて、乾式で混合する方法、あるいは、官能基2を有する化合物を溶剤で希釈し、希釈液と凹凸のあるシリカ粒子とを混合し、得られる混合物を加熱乾燥する方法等が挙げられる。 When a compound having functional group 2 is used to perform a dry fixation process on uneven silica particles, examples of the fixation method include a method of dry mixing the compound having functional group 2 and the uneven silica particles using a mechanical means such as a Henschel mixer or an airflow grinder, or a method of diluting the compound having functional group 2 with a solvent, mixing the diluted solution with the uneven silica particles, and heating and drying the resulting mixture.
本発明においては、単分散された絶縁性粒子が得られやすく、また、被覆粒子の被覆率が高いものが得られやすいと言う観点で、前記湿式法の2)の方法で得られる絶縁性粒子を用いることが好ましい。 In the present invention, it is preferable to use insulating particles obtained by the wet method 2) above, because it is easy to obtain monodispersed insulating particles and to obtain particles with a high coverage rate.
また、一般式(3)の式中のR12がスルホン酸基である化合物の場合は、一般式(3)の式中のR12がメルカプト基である化合物を用いて、前述のように凹凸のあるシリカ粒子に該化合物の縮合物を固定した後、溶媒中で酸化剤で酸化処理してメルカプト基をスルホン酸基に転換してもよい。 In the case of a compound in which R 12 in the formula (3) is a sulfonic acid group, a condensate of the compound in which R 12 in the formula (3) is a mercapto group may be fixed to the silica particles having irregularities as described above, and then the mercapto group may be converted to a sulfonic acid group by oxidation treatment with an oxidizing agent in a solvent.
用いることができる溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール、或いはこれらアルコールと水との混合溶媒を用いることができる。 Solvents that can be used include alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, or mixtures of these alcohols with water.
用いることができる酸化剤としては、過酸化水素、過酢酸、過安息香酸等を用いることができ、特に高純度のものを得る観点で過酸化水素を用いることが好ましい。
酸化剤の添加量は、官能基2を有する化合物に対して、2~6モル倍とすることが、残留する酸化剤を最小限にする観点から好ましい。
酸化反応の温度は、特に制限はないが5~100℃、好ましくは20~100℃であり、また、反応時間は、反応温度にもよるが、通常は、1時間以上、好ましくは2~40時間である。
Usable oxidizing agents include hydrogen peroxide, peracetic acid, and perbenzoic acid, and it is particularly preferable to use hydrogen peroxide from the viewpoint of obtaining a product of high purity.
The amount of the oxidizing agent added is preferably 2 to 6 moles per mole of the compound having functional group 2, from the viewpoint of minimizing the amount of residual oxidizing agent.
The temperature for the oxidation reaction is not particularly limited, but is usually 5 to 100° C., preferably 20 to 100° C. The reaction time varies depending on the reaction temperature, but is usually 1 hour or more, preferably 2 to 40 hours.
(被覆粒子)
前記導電性粒子の粒子表面に前記絶縁性粒子を被覆する方法としては、湿式又は乾式で行うことができる。
(Coated Particles)
The surface of the conductive particles may be coated with the insulating particles by a wet method or a dry method.
乾式法としては、強力な剪断力が作用する機械的手段にて調製される。乾式法で使用する装置としては、ハイスピードミキサー、スーパーミキサー、ターボスフェアミキサー、アイリッヒミキサー、ヘンシェルミキサー、ハイブリダイゼイションシステム、ナウターミキサー、リボンブレンダー、ジェットミル及びコスモマイザー等の装置を用いることができる。 In the dry method, the mixture is prepared by mechanical means that exerts a strong shearing force. Apparatuses that can be used in the dry method include high-speed mixers, super mixers, turbosphere mixers, Eirich mixers, Henschel mixers, hybridization systems, Nauta mixers, ribbon blenders, jet mills, and cosmoizers.
湿式法としては、絶縁性粒子と導電性粒子とを溶媒を介して撹拌下に接触させて、導電性粒子の表面に絶縁性粒子を付着させる方法である。用いることができる溶媒としては、例えば、水、アセトン、メタノール、エタノール或いはこれらの混合溶媒等が挙げられる。 The wet method is a method in which insulating particles and conductive particles are brought into contact with each other through a solvent under stirring, and the insulating particles are attached to the surfaces of the conductive particles. Examples of solvents that can be used include water, acetone, methanol, ethanol, and mixtures of these.
絶縁性粒子及び導電性粒子を液媒中で混合させるにあたっては、絶縁性粒子を含む分散液と導電性粒子とを混合してもよく、導電性粒子を含む分散液と絶縁微粒子とを混合してもよく、或いは、溶媒に絶縁性粒子及び導電性粒子をそれぞれ投入してもよく、絶縁性粒子を含む分散媒と導電性粒子を含む分散媒とを混合してもよい。導電性粒子と絶縁性粒子とを含む分散液中に、導電性粒子は質量基準で100ppm以上100,000ppm以下含有されていることが好ましく、500ppm以上80,000ppm以下含有されていることがより好ましい。 When mixing insulating particles and conductive particles in a liquid medium, a dispersion liquid containing insulating particles may be mixed with conductive particles, a dispersion liquid containing conductive particles may be mixed with insulating fine particles, or insulating particles and conductive particles may be added to a solvent, or a dispersion medium containing insulating particles may be mixed with a dispersion medium containing conductive particles. In a dispersion liquid containing conductive particles and insulating particles, the conductive particles are preferably contained in an amount of 100 ppm or more and 100,000 ppm or less by mass, and more preferably 500 ppm or more and 80,000 ppm or less.
導電性粒子と絶縁性粒子とを含む分散液中に、絶縁性粒子は質量基準で10ppm以上50,000ppm以下含有されていることが好ましく、250ppm以上10,000ppm以下含有されていることがより好ましい。 In a dispersion liquid containing conductive particles and insulating particles, the insulating particles are preferably contained in an amount of 10 ppm or more and 50,000 ppm or less by mass, and more preferably 250 ppm or more and 10,000 ppm or less.
導電性粒子混合後の分散液において、絶縁性粒子の導電性粒子への付着に供する時間は、好ましくは0.1時間以上24時間以下である。この間、分散液を撹拌することが好ましい。次いで、分散液の固形分を必要に応じ、洗浄、乾燥し、絶縁性粒子が導電性粒子表面に付着した被覆粒子が得られる。 In the dispersion liquid after mixing the conductive particles, the time for the insulating particles to adhere to the conductive particles is preferably 0.1 hours or more and 24 hours or less. During this time, it is preferable to stir the dispersion liquid. Next, the solid content of the dispersion liquid is washed and dried as necessary to obtain coated particles in which the insulating particles are adhered to the surfaces of the conductive particles.
絶縁性粒子と導電性粒子を接触させる温度は、特に制限されるものではないが5~100℃、好ましくは10~50℃であり、室温(25℃)付近でも十分である。溶媒から常法により、固形分を回収し必要により洗浄、乾燥を行うことで本発明の被覆粒子を得ることができる。 The temperature at which the insulating particles and conductive particles are brought into contact is not particularly limited, but is 5 to 100°C, preferably 10 to 50°C, and is also sufficient at around room temperature (25°C). The coated particles of the present invention can be obtained by recovering the solid content from the solvent by a conventional method, and washing and drying as necessary.
絶縁性粒子と、導電性粒子とを溶媒中で混合させる際、これらの粒子と溶媒からなる分散液には、絶縁性粒子の被覆率を高めることを目的として、必要により無機塩、有機塩又は有機酸を含有させることができる。無機塩、有機塩又は有機酸としては、陰イオンを解離するものが好適に用いられ、この陰イオンとしては、Cl-、F-、Br-、I-、SO4 2-、CO3 2-、NO3 -、COO-、RCOO-(Rは有機基)等が好適である。無機塩としては、例えばNaCl、KCl、LiCl、MgCl2、BaCl2、NaF、KF、LiF、MgF2、BaF2、NaBr、KBr、LiBr、MgBr2、BaBr2、NaI、KI、LiI、MgI2、BaI2、Na2SO4、K2SO4、Li2SO4、MgSO4、Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、KHCO3、Li2CO3、LiHCO3、MgCO3、NaNO3、KNO3、LiNO3、MgNO3、BaNO3等を用いることができる。また有機塩としては、コハク酸Na、シュウ酸Na、酢酸Na、クエン酸Na、マロン酸Na、酒石酸Na、フマル酸Na、マレイン酸Na、等を用いることができる。有機酸としてはグリシン等のアミノ酸や、コハク酸、シュウ酸、酢酸、クエン酸、酒石酸、マロン酸、フマル酸、マレイン酸等を用いることができる。 When the insulating particles and the conductive particles are mixed in a solvent, the dispersion liquid consisting of these particles and the solvent may contain an inorganic salt, an organic salt or an organic acid as necessary for the purpose of increasing the coverage of the insulating particles. As the inorganic salt, organic salt or organic acid, one that dissociates an anion is preferably used, and as this anion, Cl - , F - , Br - , I - , SO 4 2- , CO 3 2- , NO 3 - , COO - , RCOO - (R is an organic group), etc. are preferred. Examples of inorganic salts that can be used include NaCl, KCl, LiCl, MgCl2 , BaCl2 , NaF , KF, LiF, MgF2 , BaF2, NaBr , KBr, LiBr, MgBr2 , BaBr2 , NaI , KI , LiI , MgI2 , BaI2 , Na2SO4 , K2SO4 , Li2SO4 , MgSO4 , Na2CO3 , NaHCO3 , K2CO3 , KHCO3 , Li2CO3 , LiHCO3 , MgCO3 , NaNO3 , KNO3 , LiNO3 , MgNO3 , and BaNO3 . As the organic salt, sodium succinate, sodium oxalate, sodium acetate, sodium citrate, sodium malonate, sodium tartrate, sodium fumarate, sodium maleate, etc. As the organic acid, amino acids such as glycine, succinic acid, oxalic acid, acetic acid, citric acid, tartaric acid, malonic acid, fumaric acid, maleic acid, etc. can be used.
好ましい無機塩、有機塩及び有機酸の濃度は、導電性粒子表面積において絶縁性粒子が占める被覆面積としてどの程度とするかにより異なるが、絶縁性粒子及び導電性粒子を含む分散液中において、例えば、5mmol/L以上100mmol/L以下となる濃度であると、好適な被覆率を有し、また絶縁性粒子が単層である被覆粒子を得やすいために好ましい。この観点から、当該分散液中の無機塩、有機塩及び有機酸の濃度は7mmol/L以上90mmol/L以下であることがより好ましく、10mmol/L以上80mmol/L以下であることが特に好ましい。 The preferred concentrations of inorganic salts, organic salts, and organic acids vary depending on the extent to which the insulating particles occupy a surface area of the conductive particles, but in a dispersion containing insulating particles and conductive particles, a concentration of, for example, 5 mmol/L to 100 mmol/L is preferred because it has a suitable coverage rate and makes it easy to obtain coated particles in which the insulating particles are a single layer. From this perspective, the concentrations of inorganic salts, organic salts, and organic acids in the dispersion are more preferably 7 mmol/L to 90 mmol/L, and particularly preferably 10 mmol/L to 80 mmol/L.
また、導電性粒子と絶縁性粒子とを含む分散液に、無機塩、有機塩又は有機酸を添加する場合には、一般に、20℃以上100℃以下とすることが、品質が一定な被覆粒子が得やすい点から好ましく、40℃以上90℃以下であることが特に好ましい。この範囲であると絶縁性粒子と導電性粒子との間に好適な接触面積を得やすいため好ましい。 When an inorganic salt, an organic salt, or an organic acid is added to a dispersion liquid containing conductive particles and insulating particles, a temperature of 20°C or higher and 100°C or lower is generally preferred in that coated particles of consistent quality can be easily obtained, and a temperature of 40°C or higher and 90°C or lower is particularly preferred. This range is preferred because it is easy to obtain a suitable contact area between the insulating particles and the conductive particles.
また、同一分子内に導電性粒子中の金属皮膜と反応性を有する官能基(A)と、絶縁性粒子に含有された電荷を有する官能基を含む化合物中の電荷を有する官能基と反応性を有する官能基(B)とを有する化合物(以下、「反応性化合物」ということがある)を、導電性粒子の金属皮膜と反応させる第1工程、次いで、絶縁性粒子と反応させる第2工程を行う方法により本発明の被覆粒子を得てもよい。 The coated particles of the present invention may also be obtained by a method in which a compound having, in the same molecule, a functional group (A) that is reactive with the metal film in the conductive particle and a functional group (B) that is reactive with the charged functional group in the compound containing a charged functional group contained in the insulating particle (hereinafter sometimes referred to as a "reactive compound") is reacted with the metal film of the conductive particle in a first step, and then reacted with the insulating particle in a second step.
前記官能基(A)としては、例えば、シラン基、シラノール基、カルボキシルキ基、アミノ基、アンモニウム基、ニトロ基、水酸基、カルボニル基、チオール基、スルホン酸基、スルホニウム基、ホウ酸基、オキサゾリン基、ピロリドン基、リン酸基、ニトリル基等が挙げられる。 Examples of the functional group (A) include silane groups, silanol groups, carboxyl groups, amino groups, ammonium groups, nitro groups, hydroxyl groups, carbonyl groups, thiol groups, sulfonic acid groups, sulfonium groups, boric acid groups, oxazoline groups, pyrrolidone groups, phosphate groups, and nitrile groups.
前記官能基(B)は、凹凸のあるシリカ粒子に固定する電荷を有する官能基を含む化合物又はその縮合物の種類により異なるが、その一例を示せば、例えば、電荷を有する官能基を含む化合物として、メルカプト基を有する化合物の場合は、例えば、エポキシ基、アミノ基、ハライド基、ヒドロキシル基、カルボン酸ハライド基、カルボン酸無水物基、炭素-炭素二重結合を有する基、環状エーテル基、環状チオエーテル基、イソシアナト基、イソチオシアナト基等が挙げられる。 The functional group (B) varies depending on the type of compound or condensate thereof that contains a functional group having an electric charge to be fixed to the uneven silica particles. For example, in the case of a compound having a mercapto group, examples of the compound containing a functional group having an electric charge include an epoxy group, an amino group, a halide group, a hydroxyl group, a carboxylic acid halide group, a carboxylic acid anhydride group, a group having a carbon-carbon double bond, a cyclic ether group, a cyclic thioether group, an isocyanato group, and an isothiocyanato group.
また、電荷を有する官能基を含む化合物として、スルホン酸基を有する化合物の場合は、前記官能基(B)は、例えば、エポキシ基、アミノ基、水酸基、イソシアネート基、オキサゾリン基、カルボジイミド基、ハロゲン基等が挙げられる。 In the case of a compound having a sulfonic acid group as a compound containing a functional group having a charge, examples of the functional group (B) include an epoxy group, an amino group, a hydroxyl group, an isocyanate group, an oxazoline group, a carbodiimide group, and a halogen group.
また、電荷を有する官能基を含む化合物として、ホスホニウム基又はアンモニウム基を有する化合物の場合は、前記官能基(B)は、例えば、アミノ基、ハライド基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基、リン酸基等が挙げられる。 When the compound containing a functional group having a charge is a compound having a phosphonium group or an ammonium group, the functional group (B) may be, for example, an amino group, a halide group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, or a phosphate group.
なお、前記第1工程は、公知の方法により行うことができ、例えば、WO2003/025955号パンフレット、特開2001-342377号公報、特開2003-26813号公報等に記載の方法が挙げられる。 The first step can be carried out by a known method, for example, the method described in WO2003/025955, JP2001-342377A, JP2003-26813A, etc.
前記第2工程は、湿式又は乾式で行うことができる。 The second step can be carried out wet or dry.
乾式法としては、強力な剪断力が作用する機械的手段にて調製される。乾式法で使用する装置としては、ハイスピードミキサー、スーパーミキサー、ターボスフェアミキサー、アイリッヒミキサー、ヘンシェルミキサー、ハイブリダイゼイションシステム、ナウターミキサー、リボンブレンダー、ジェットミル及びコスモマイザー等の装置を用いることができる。 In the dry method, the mixture is prepared by mechanical means that exerts a strong shearing force. Apparatuses that can be used in the dry method include high-speed mixers, super mixers, turbosphere mixers, Eirich mixers, Henschel mixers, hybridization systems, Nauta mixers, ribbon blenders, jet mills, and cosmoizers.
湿式法としては、絶縁性粒子と、反応性化合物で被覆処理された導電性粒子とを溶媒を介して撹拌下に接触させて、反応性化合物で被覆処理された導電性粒子の表面に絶縁性粒子を付着させる方法である。用いることができる溶媒としては、例えば、水、アセトン、メタノール、エタノール或いはこれらの混合溶媒等が挙げられる。絶縁性粒子と反応性化合物で被覆処理された導電性粒子を接触させる温度は、特に制限されるものではないが5~100℃、好ましくは10~50℃であり、室温(25℃)付近でも十分である。溶媒から常法により、固形分を回収し必要により洗浄、乾燥を行うことで本発明の被覆粒子を
得ることができる。
The wet method is a method in which insulating particles and conductive particles coated with a reactive compound are brought into contact with each other through a solvent under stirring, and the insulating particles are attached to the surfaces of the conductive particles coated with the reactive compound. Examples of solvents that can be used include water, acetone, methanol, ethanol, and mixtures of these. The temperature at which the insulating particles and the conductive particles coated with the reactive compound are brought into contact is not particularly limited, but is 5 to 100°C, preferably 10 to 50°C, and is sufficient even at around room temperature (25°C). The coated particles of the present invention can be obtained by recovering the solid content from the solvent by a conventional method, and washing and drying are performed as necessary.
本発明に係る被覆粒子は、絶縁性粒子の被覆率が30%以上、好ましくは30~100%、特に30~80%であることが、該被覆粒子を用いて上下の電極間を電気的に接続したときに、電気信頼性が優れたものになる観点から好ましい。 The coated particles according to the present invention preferably have a coverage rate of 30% or more, preferably 30 to 100%, and particularly 30 to 80%, of the insulating particles, from the viewpoint of achieving excellent electrical reliability when the coated particles are used to electrically connect upper and lower electrodes.
なお、被覆率とは、SEMにて導電性粒子に付着した絶縁性粒子の個数nを数え、以下の式から被覆率を算出した。評価に用いた被覆率は、被覆粒子20個の平均値である。
被覆率(%)=(n/N)×100
N:導電性粒子の表面に、絶縁粒子が最密充填で配列したときの絶縁性粒子の個数
N=4π(R+r)2/2√3r2
(R:導電性粒子の半径(nm)、r:絶縁性粒子の半径(nm))
The coverage rate was calculated by counting the number n of insulating particles attached to the conductive particles using a SEM and using the following formula: The coverage rate used for evaluation was the average value of 20 coated particles.
Coverage (%) = (n/N) x 100
N: The number of insulating particles when the insulating particles are arranged in close packing on the surface of a conductive particle, N = 4π(R + r) 2 / 2√3r 2
(R: radius of conductive particle (nm), r: radius of insulating particle (nm))
また、本発明に係る被覆粒子は、前記導電性粒子として、該導電性粒子を疎水化剤で表面処理したものを用いることができる。導電性粒子の表面に疎水化剤を存在させると、絶縁性粒子との親和性に優れ、絶縁性粒子の被覆率をいっそう高めることができる。
前記疎水化剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、チタネート系カップリング剤、高級脂肪酸その誘導体、リン酸エステル及び亜リン酸エステル等が挙げられる。これらは単独で又は必要に応じ2種以上組み合わせて用いられる。
In addition, the coated particles according to the present invention may be conductive particles that have been surface-treated with a hydrophobizing agent. The presence of a hydrophobizing agent on the surface of the conductive particles provides excellent affinity with the insulating particles, and the coverage of the insulating particles can be further increased.
Examples of the hydrophobizing agent include benzotriazole-based compounds, titanate-based coupling agents, higher fatty acids and their derivatives, phosphates, phosphites, etc. These may be used alone or in combination of two or more kinds, if necessary.
なお、この場合、記絶縁性粒子は、1)該導電性粒子の粒子表面に存在する疎水化剤を介して導電性粒子と結合していていもよく、2)疎水化剤を介さないで、該導電性粒子の粒子表面と直接結合していてもよく、前記1)と2)が混在して結合しても良い。 In this case, the insulating particles may be bonded to the conductive particles 1) via a hydrophobizing agent present on the particle surface of the conductive particles, or 2) directly to the particle surface of the conductive particles without the hydrophobizing agent, or may be bonded in a mixture of 1) and 2).
ベンゾトリアゾール系化合物は、下記一般式(4)で表されるものが好ましい。
前記一般式(4)の式中のA1及びA2は、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基又はカルボキシル基を示す。該アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数が1~5のものが好ましい。該アリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基が好ましい。該ハロゲン原子としては、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。前記一般式(4)中のp1及びq1は、同一の又は異なる0~2の整数を示す。また、A1とA2は同一の基でも異なる基であってもよい。
The benzotriazole compound is preferably one represented by the following general formula (4).
In the general formula (4), A 1 and A 2 represent an alkyl group, an aryl group, a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, or a carboxyl group. The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group. The aryl group is preferably a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, or a naphthyl group. The halogen atom includes chlorine, bromine, and iodine. In the general formula (4), p1 and q1 represent integers of 0 to 2, which may be the same or different. A 1 and A 2 may be the same or different groups.
前記一般式(4)で表わされるベンゾトリアゾール系化合物の好ましい具体的な化合物としては、例えば、ベンゾトリアゾール、4-メチルベンゾトリアゾール、5-メチルベンゾトリアゾール、4-エチルベンゾトリアゾール、5-エチルベンゾトリアゾール、4,5-ジメチルベンゾトリアゾール、4,6-ジメチルベンゾトリアゾール、5,6-ジメチルベンゾトリアゾール、4,5-ジエチルベンゾトリアゾール、4,6-ジエチルベンゾトリアゾール、5,6-ジエチルベンゾトリアゾール、4-フェニルベンゾトリアゾール、5-フェニルベンゾトリアゾール、4-クロロベンゾトリアゾール、5-クロロベンゾトリアゾール、4-カルボキシベンゾトリアゾール、5-カルボキシベンゾトリアゾール、4,5-ジカルボキシベンゾトリアゾール、4,6-ジカルボキシベンゾトリアゾール等が挙げられる。 Specific preferred examples of the benzotriazole-based compound represented by the general formula (4) include benzotriazole, 4-methylbenzotriazole, 5-methylbenzotriazole, 4-ethylbenzotriazole, 5-ethylbenzotriazole, 4,5-dimethylbenzotriazole, 4,6-dimethylbenzotriazole, 5,6-dimethylbenzotriazole, 4,5-diethylbenzotriazole, 4,6-diethylbenzotriazole, 5,6-diethylbenzotriazole, 4-phenylbenzotriazole, 5-phenylbenzotriazole, 4-chlorobenzotriazole, 5-chlorobenzotriazole, 4-carboxybenzotriazole, 5-carboxybenzotriazole, 4,5-dicarboxybenzotriazole, and 4,6-dicarboxybenzotriazole.
チタネート系カップリング剤の例としては、以下の式(i)又は式(ii)で表されるものが挙げられる。
(B1O)Ti(OB2)(OB3)(OB4) (i)
(式中、B1はアルキル基であり、B2~B4はそれぞれアルキル基、アルキル基中の末端以外のメチレン基が酸素原子で置換された基、アルケニル基、アルケニル基中の末端以外のメチレン基が酸素原子で置換された基、アルカノイル基、ジアルキルパイロホスフェート基及びアルキルベンゼンスルホニル基から選ばれる基である。ただし、B2~B4のいずれか1以上が、アルカノイル基、ジアルキルパイロホスフェート基又はアルキルベンゼンスルホニル基である。B1とB2が一緒になって環を形成してもよい。)
Examples of titanate coupling agents include those represented by the following formula (i) or formula (ii).
(B 1 O) Ti (OB 2 ) (OB 3 ) (OB 4 ) (i)
(In the formula, B 1 is an alkyl group, and B 2 to B 4 are each a group selected from an alkyl group, a group in which a methylene group other than the terminal group in an alkyl group is substituted with an oxygen atom, an alkenyl group, a group in which a methylene group other than the terminal group in an alkenyl group is substituted with an oxygen atom, an alkanoyl group, a dialkyl pyrophosphate group, and an alkylbenzenesulfonyl group; provided that at least one of B 2 to B 4 is an alkanoyl group, a dialkyl pyrophosphate group, or an alkylbenzenesulfonyl group. B 1 and B 2 may join together to form a ring.)
(B5O)Ti(OB6)(OB7)(OB8)・[P(OB9)2OH]2 (ii)
(式中、B5~B8はそれぞれアルキル基、アルキル基中の末端以外のメチレン基が酸素原子で置換された基、アルケニル基、又はアルケニル基中の末端以外のメチレン基が酸素原子で置換された基である。B9はアルキル基である。)
上記で挙げた式(i)においてB1~B4のうち2又は3つの基が同一であってもよく、B1~B4が全て異なっていてもよい。式(ii)で表される化合物においてB5~B8のうち2又は3つの基が同一であってもよく、B5~B8が全て異なっていてもよい。2つ存在するB9は同一であってもよく異なっていてもよい。式(i)で表される化合物において、アルカノイル基、ジアルキルパイロホスフェート基又はアルキルベンゼンスルホニル基の好ましい数は1~3、更に好ましくは2~3、特に好ましくは3である。
(B 5 O)Ti(OB 6 )(OB 7 )(OB 8 )・[P(OB 9 ) 2 OH] 2 (ii)
(In the formula, B 5 to B 8 are each an alkyl group, an alkyl group in which a methylene group other than the terminal one is substituted with an oxygen atom, an alkenyl group, or an alkenyl group in which a methylene group other than the terminal one is substituted with an oxygen atom. B 9 is an alkyl group.)
In the above-mentioned formula (i), two or three groups among B 1 to B 4 may be the same, or B 1 to B 4 may all be different. In the compound represented by formula (ii), two or three groups among B 5 to B 8 may be the same, or B 5 to B 8 may all be different. Two B 9s may be the same or different. In the compound represented by formula (i), the number of alkanoyl groups, dialkyl pyrophosphate groups or alkylbenzenesulfonyl groups is preferably 1 to 3, more preferably 2 to 3, and particularly preferably 3.
上記で挙げたアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル墓、n-ペンチル基、イソペンチル基、2-メチルブチル基、1-メチルブチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、3-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、1-メチルペンチル基、ヘプチル基、オクチル基、イソオクチル基、2-エチルヘキシル基、3,7-ジメチルオクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ラウリル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基(ステアリル基を含む)、ノナデシル基、エイコシル基、トリアコンチル基およびテトラコンチル基等が挙げられる。アルケニル基としては、上記のアルキル基の炭素-炭素一重結合の一つ又は二つ以上を炭素-炭素二重結合に変更した基が挙げられる。 Examples of the alkyl groups listed above include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, isopentyl, 2-methylbutyl, 1-methylbutyl, n-hexyl, isohexyl, 3-methylpentyl, 2-methylpentyl, 1-methylpentyl, heptyl, octyl, isooctyl, 2-ethylhexyl, 3,7-dimethyloctyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, lauryl, tetradecyl, hexadecyl, octadecyl (including stearyl), nonadecyl, eicosyl, triacontyl, and tetracontyl. Examples of the alkenyl groups include the above alkyl groups in which one or more of the carbon-carbon single bonds are changed to carbon-carbon double bonds.
アルキル基中の末端以外のメチレン基が酸素原子で置換された基とは、アルコキシ基ではなく、アルキル基中のメチレン基同士の間を酸素原子で中断された基が挙げられる。アルケニル基中の末端以外のメチレン基が酸素原子で置換された基についても同様の基が挙げられる。 An example of an alkyl group in which a methylene group other than the terminal is replaced with an oxygen atom is not an alkoxy group, but rather a group in which an oxygen atom interrupts the methylene groups in the alkyl group. Similar examples of an alkenyl group in which a methylene group other than the terminal is replaced with an oxygen atom.
B1~B4、B5~B8で表されるアルキル基、アルキル基中の末端以外のメチレン基が酸素原子で置換された基、アルケニル基、及び、アルケニル基中の末端以外のメチレン基が酸素原子で置換された基の炭素原子数としては3~40が好ましく、3~32がより好ましい。B2~B4で表されるアルカノイル基としては炭素原子数2~40のものが好ましい。B2~B4で表されるジアルキルパイロホスフェート基のアルキル基としては炭素原子数3~40のものが好ましい。B2~B4で表されるアルキルベンゼンスルホニル基のアルキル基としては炭素原子数3~40のものが好ましい。B9で表されるアルキル基としては、炭素原子数3~40のものが好ましい。 The number of carbon atoms of the alkyl groups represented by B 1 to B 4 and B 5 to B 8, the groups in which the methylene groups other than the terminals in the alkyl groups are substituted with oxygen atoms, the alkenyl groups, and the groups in which the methylene groups other than the terminals in the alkenyl groups are substituted with oxygen atoms is preferably 3 to 40, more preferably 3 to 32. The alkanoyl groups represented by B 2 to B 4 preferably have 2 to 40 carbon atoms. The alkyl groups of the dialkyl pyrophosphate groups represented by B 2 to B 4 preferably have 3 to 40 carbon atoms. The alkyl groups of the alkylbenzenesulfonyl groups represented by B 2 to B 4 preferably have 3 to 40 carbon atoms. The alkyl groups of the alkylbenzenesulfonyl groups represented by B 2 to B 4 preferably have 3 to 40 carbon atoms. The alkyl groups of the alkyl groups represented by B 9 preferably have 3 to 40 carbon atoms.
B1とB2が一緒になって形成する環としては-CH2-CH2-又は-CH2-COO-等が式(i)における酸素原子及びチタン原子と構成する環が挙げられる。 The ring formed by B 1 and B 2 taken together includes a ring formed by -CH 2 -CH 2 - or -CH 2 -COO-, etc., together with the oxygen atom and titanium atom in formula (i).
上記式(i)又は式(ii)で表される各基は、置換基で置換されていてもよい。その場合の置換基としては、ハロゲン原子、エポキシ基、アミノ基、ビニル基、アクリル基、イソシアネート基、メルカプト基が挙げられる。 Each group represented by the above formula (i) or formula (ii) may be substituted with a substituent. In this case, examples of the substituent include a halogen atom, an epoxy group, an amino group, a vinyl group, an acrylic group, an isocyanate group, and a mercapto group.
本発明に用いられるチタネート系カップリング剤の具体例としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、テトライソプロピル(ジオクチルホスファイト)チタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2-ジアリルオキシメチル-1-ブチル)ビス(ジトリデシル)ホスファイトチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート等が挙げられ、これらは1種又は2種以上で用いることができる。
なお、これらのチタネート系カップリング剤は、例えば、味の素ファインテクノ株式会社から市販されている。
Specific examples of titanate-based coupling agents used in the present invention include isopropyl triisostearoyl titanate, isopropyl tridodecylbenzenesulfonyl titanate, isopropyl tris(dioctyl pyrophosphate) titanate, tetraisopropyl(dioctyl phosphite) titanate, tetraisopropyl bis(dioctyl phosphite) titanate, tetraoctyl bis(ditridecyl phosphite) titanate, tetra(2,2-diallyloxymethyl-1-butyl)bis(ditridecyl)phosphite titanate, bis(dioctyl pyrophosphate)oxyacetate titanate, bis(dioctyl pyrophosphate)ethylene titanate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
These titanate coupling agents are commercially available, for example, from Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd.
高級脂肪酸としては、飽和又は不飽和の直鎖又は分枝鎖のモノ又はポリカルボン酸であることが好ましく、飽和又は不飽和の直鎖又は分枝鎖のモノカルボン酸であることが更に好ましく、飽和又は不飽和の直鎖モノカルボン酸であることが一層好ましい。脂肪酸は、その炭素数が好ましくは7以上である。また、誘導体とは、前記脂肪酸の塩又はアミドを指す。 The higher fatty acid is preferably a saturated or unsaturated linear or branched mono- or polycarboxylic acid, more preferably a saturated or unsaturated linear or branched monocarboxylic acid, and even more preferably a saturated or unsaturated linear monocarboxylic acid. The fatty acid preferably has 7 or more carbon atoms. The derivative refers to a salt or amide of the fatty acid.
本発明に用いられる脂肪酸又はその誘導体は、脂肪酸の炭素数が好ましくは7~23であり、更に好ましくは10~20である。このような脂肪酸又はその誘導体としては、例えばカプリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の飽和脂肪酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸等の不飽和脂肪酸、又はこれらの金属塩若しくはアミド等が挙げられる。脂肪酸の金属塩としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Zr、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag等の遷移金属、及びAl、Zn等の遷移金属以外の他の金属の塩が挙げられ、好ましくはAl、Zn、W、V等の多価金属塩である。脂肪酸金属塩は、金属の価数に応じて、モノ体、ジ体、トリ体、テトラ体等であり得る。脂肪酸金属塩は、これらの任意の組み合わせであってもよい。 The fatty acid or its derivative used in the present invention preferably has 7 to 23 carbon atoms, more preferably 10 to 20. Examples of such fatty acids or their derivatives include saturated fatty acids such as capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, and stearic acid, unsaturated fatty acids such as oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, and arachidonic acid, and metal salts or amides thereof. Examples of metal salts of fatty acids include salts of alkali metals, alkaline earth metals, transition metals such as Zr, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Ag, and metals other than transition metals such as Al and Zn, and are preferably polyvalent metal salts such as Al, Zn, W, and V. The fatty acid metal salt may be mono-, di-, tri-, or tetra-form depending on the valence of the metal. The fatty acid metal salt may be any combination of these.
リン酸エステル及び亜リン酸エステルとしては、炭素数6~22のアルキル基を有するものが、好ましく用いられる。
リン酸エステルとしては、例えば、リン酸ヘキシルエステル、リン酸ヘプチルエステル、リン酸モノオクチルエステル、リン酸モノノニルエステル、リン酸モノデシルエステル、リン酸モノウンデシルエステル、リン酸モノドデシルエステル、リン酸モノトリデシルエステル、リン酸モノテトラデシルエステル、リン酸モノペンタデシルエステル等が挙げられる。
亜リン酸エステルとしては、例えば、亜リン酸ヘキシルエステル、亜リン酸ヘプチルエステル、亜リン酸モノオクチルエステル、亜リン酸モノノニルエステル、亜リン酸モノデシルエステル、亜リン酸モノウンデシルエステル、亜リン酸モノドデシルエステル、亜リン酸モノトリデシルエステル、亜リン酸モノテトラデシルエステル、亜リン酸モノペンタデシルエステル等が挙げられる。
As the phosphate ester and the phosphite ester, those having an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms are preferably used.
Examples of phosphate esters include hexyl phosphate, heptyl phosphate, monooctyl phosphate, monononyl phosphate, monodecyl phosphate, monoundecyl phosphate, monododecyl phosphate, monotridecyl phosphate, monotetradecyl phosphate, and monopentadecyl phosphate.
Examples of phosphite esters include hexyl phosphite, heptyl phosphite, monooctyl phosphite, monononyl phosphite, monodecyl phosphite, monoundecyl phosphite, monododecyl phosphite, monotridecyl phosphite, monotetradecyl phosphite, and monopentadecyl phosphite.
本発明において、疎水化剤は、絶縁性粒子との親和性に優れ、また、絶縁性粒子の被覆率を高める効果が高い点で、トリアゾール系化合物、チタネート系カップリング剤が好ましく、特にベンゾトリアゾール、4-カルボキシベンゾトリアゾール、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、テトライソプロピル(ジオクチルホスファイト)チタネートが特に好ましい。 In the present invention, the hydrophobizing agent is preferably a triazole-based compound or a titanate-based coupling agent, since it has excellent affinity with insulating particles and is highly effective in increasing the coverage of insulating particles. In particular, benzotriazole, 4-carboxybenzotriazole, isopropyl triisostearoyl titanate, and tetraisopropyl (dioctyl phosphite) titanate are particularly preferred.
本発明において、疎水化剤は、導電性粒子の表面に存在していればよく、その場合、導電性粒子の表面全体に存在していてもよく、表面の一部にのみ存在していてもよい。また、疎水化剤は、導電性粒子の表面の一部又は全体を被覆する層を形成していてもよい。 In the present invention, the hydrophobizing agent may be present on the surface of the conductive particle, and in that case, it may be present on the entire surface of the conductive particle, or may be present only on a part of the surface. In addition, the hydrophobizing agent may form a layer that covers a part or the entire surface of the conductive particle.
該導電性粒子を疎水化剤で表面処理する方法としては、特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。その一例を示せば、導電性粒子と疎水化剤を溶媒中で混合する方法が挙げられる。 There are no particular limitations on the method for surface-treating the conductive particles with a hydrophobizing agent, and any known method can be used. One example is a method in which the conductive particles and the hydrophobizing agent are mixed in a solvent.
前記溶媒としては、水や有機溶媒が挙げられ、水と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。有機溶媒としては、例えば、トルエン、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブチルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。溶媒に導電性粒子と疎水化剤とを投入した分散液において、疎水化剤の濃度としては、0.01~20質量%である。また、この分散液における導電性粒子の濃度としては1~50質量%である。 The solvent may be water or an organic solvent, or may be a mixed solvent of water and an organic solvent. Examples of organic solvents include toluene, methanol, ethanol, propanol, butanol, isobutyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, acetonitrile, N-methylpyrrolidone, and dimethylformamide. In a dispersion in which conductive particles and a hydrophobizing agent are added to a solvent, the concentration of the hydrophobizing agent is 0.01 to 20% by mass. The concentration of the conductive particles in this dispersion is 1 to 50% by mass.
処理後の分散液をろ過し、必要により乾燥することで表面に疎水化剤を有する導電性粒子を得ることができる。
また、疎水化剤で表面処理したも導電性粒子の粒子表面に前記絶縁性粒子を被覆する方法としては、前述した導電性粒子の粒子表面に前記絶縁性粒子を被覆する方法と同様な方法を用いることができる。
The dispersion liquid after the treatment is filtered and, if necessary, dried to obtain conductive particles having a hydrophobizing agent on the surface thereof.
In addition, as a method for coating the insulating particles on the particle surfaces of the conductive particles that have been surface-treated with a hydrophobizing agent, a method similar to the method for coating the insulating particles on the particle surfaces of the conductive particles described above can be used.
本発明の被覆粒子は、被覆粒子間の絶縁性及び対向電極間での接続性を活かして、例えば異方性導電フィルム(ACF)やヒートシールコネクタ(HSC)、液晶ディスプレーパネルの電極を駆動用LSIチップの回路基板へ接続するための導電材料などとして好適に使用される。特に、導電性接着剤の導電性フィラーとして好適に用いられる。 The coated particles of the present invention are suitable for use as, for example, anisotropic conductive films (ACFs), heat seal connectors (HSCs), and conductive materials for connecting electrodes of liquid crystal display panels to the circuit boards of driving LSI chips, taking advantage of the insulating properties between coated particles and the connectivity between opposing electrodes. In particular, they are suitable for use as conductive fillers in conductive adhesives.
前記の導電性接着剤は、導電性基材が形成された2枚の基板間に配置され、加熱加圧によって前記導電性基材を接着して導通する異方導電性接着剤として好ましく用いられる。この異方導電性接着剤は、本発明の被覆粒子と接着剤樹脂とを含む。接着剤樹脂としては、絶縁性で、かつ接着剤樹脂として用いられているものであれば、特に制限なく使用できる。熱可塑性樹脂及び熱硬化性のいずれであってもよく、加熱によって接着性能が発現するものが好ましい。そのような接着剤樹脂には、例えば熱可塑性タイプ、熱硬化性タイプ、紫外線硬化タイプ等がある。また、熱可塑性タイプと熱硬化性タイプとの中間的な性質を示す、いわゆる半熱硬化性タイプ、熱硬化性タイプと紫外線硬化タイプとの複合タイプ等がある。これらの接着剤樹脂は被着対象である回路基板等の表面特性や使用形態に合わせて適宜選択できる。特に、熱硬化性樹脂を含んで構成される接着剤樹脂が、接着後の材料的強度に優れる点から好ましい。 The conductive adhesive is preferably used as an anisotropic conductive adhesive that is placed between two substrates on which a conductive base material is formed, and that adheres the conductive base material to provide electrical conductivity by heating and pressurization. This anisotropic conductive adhesive contains the coated particles of the present invention and an adhesive resin. Any adhesive resin that is insulating and can be used as an adhesive resin can be used without particular restrictions. It may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin, and it is preferable that the adhesive performance is expressed by heating. Such adhesive resins include, for example, a thermoplastic type, a thermosetting type, and an ultraviolet curing type. In addition, there are so-called semi-thermosetting types that show intermediate properties between the thermoplastic type and the thermosetting type, and composite types of a thermosetting type and an ultraviolet curing type. These adhesive resins can be appropriately selected according to the surface characteristics of the circuit board or the like to be adhered and the form of use. In particular, adhesive resins that contain a thermosetting resin are preferable because they have excellent material strength after adhesion.
接着剤樹脂としては、具体的には、エチレン-酢酸ビニル共重合体、カルボキシル変性エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-イソブチルアクリレート共重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、ポリウレタン、SBSブロック共重合体、カルボキシル変性SBS共重合体、SIS共重合体、SEBS共重合体、マレイン酸変性SEBS共重合体、ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム、カルボキシル変性クロロプレンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、イソブチレン-イソプレン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(以下、NBRと表す。)、カルボキシル変性NBR、アミン変性NBR、エポキシ樹脂、エポキシエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂又はシリコーン樹脂などから選ばれる1種又は2種以上の組合せにより得られるものを主剤として調製されたものが挙げられる。これらのうち、熱可塑性樹脂としては、スチレン-ブタジエンゴムやSEBSなどがリワーク性に優れるので好ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が好ましい。これらのうち接着力が高く、耐熱性、電気絶縁性に優れ、しかも溶融粘度が低く、低圧力で接続が可能であるという利点から、エポキシ樹脂が最も好ましい。 Specific examples of adhesive resins include those prepared using as the main agent one or a combination of two or more selected from ethylene-vinyl acetate copolymer, carboxyl-modified ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-isobutyl acrylate copolymer, polyamide, polyimide, polyester, polyvinyl ether, polyvinyl butyral, polyurethane, SBS block copolymer, carboxyl-modified SBS copolymer, SIS copolymer, SEBS copolymer, maleic acid-modified SEBS copolymer, polybutadiene rubber, chloroprene rubber, carboxyl-modified chloroprene rubber, styrene-butadiene rubber, isobutylene-isoprene copolymer, acrylonitrile-butadiene rubber (hereinafter referred to as NBR), carboxyl-modified NBR, amine-modified NBR, epoxy resin, epoxy ester resin, acrylic resin, phenolic resin, and silicone resin. Of these, styrene-butadiene rubber and SEBS are preferred as thermoplastic resins because they have excellent reworkability. Epoxy resin is preferred as a thermosetting resin. Of these, epoxy resin is the most preferred due to its advantages of high adhesive strength, excellent heat resistance and electrical insulation, low melt viscosity, and the ability to connect at low pressure.
前記のエポキシ樹脂としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有する多価エポキシ樹脂であれば、一般に用いられているエポキシ樹脂が使用可能である。具体的なものとしては、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等のノボラック樹脂、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、レゾルシン、ビスヒドロキシジフェニルエーテル等の多価フェノール類、エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ポリプロピレングリコール等の多価アルコール類、エチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、アニリン等のポリアミノ化合物、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸等の多価カルボキシ化合物等とエピクロルヒドリン又は2-メチルエピクロルヒドリンを反応させて得られるグリシジル型のエポキシ樹脂が例示される。また、ジシクロペンタジエンエポキサイド、ブタジエンダイマージエポキサイド等の脂肪族及び脂環族エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上混合して使用することができる。 As the epoxy resin, any commonly used epoxy resin can be used as long as it is a polyhydric epoxy resin having two or more epoxy groups in one molecule. Specific examples include novolac resins such as phenol novolac and cresol novolac; polyhydric phenols such as bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, resorcin, and bishydroxydiphenyl ether; polyhydric alcohols such as ethylene glycol, neopentyl glycol, glycerin, trimethylolpropane, and polypropylene glycol; polyamino compounds such as ethylenediamine, triethylenetetramine, and aniline; and polyvalent carboxy compounds such as adipic acid, phthalic acid, and isophthalic acid, and glycidyl-type epoxy resins obtained by reacting epichlorohydrin or 2-methylepichlorohydrin. Other examples include aliphatic and alicyclic epoxy resins such as dicyclopentadiene epoxide and butadiene dimer diepoxide. These can be used alone or in combination of two or more.
なお、上述した各種の接着樹脂としては、不純物イオン(NaやCl等)や加水分解性塩素などが低減された高純度品を用いることが、イオンマイグレーションの防止の観点から好ましい。 In addition, from the viewpoint of preventing ion migration, it is preferable to use high-purity adhesive resins with reduced impurity ions (such as Na and Cl) and hydrolyzable chlorine as the various adhesive resins mentioned above.
異方導電性接着剤における導電性粒子の使用量は、接着剤樹脂成分100質量部に対し通常0.1~30質量部、好ましくは0.5~25質量部、より好ましくは1~20質量部である。導電性粒子の使用量がこの範囲内にあることにより、接続抵抗や溶融粘度が高くなることが抑制され、接続信頼性を向上させ、接続の異方性を十分に確保することができる。 The amount of conductive particles used in an anisotropic conductive adhesive is usually 0.1 to 30 parts by mass, preferably 0.5 to 25 parts by mass, and more preferably 1 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of the adhesive resin component. By keeping the amount of conductive particles within this range, increases in connection resistance and melt viscosity are suppressed, connection reliability is improved, and sufficient anisotropy of the connection can be ensured.
前記の異方導電性接着剤には、上述した導電性粒子及び接着剤樹脂の他に、当該技術分野において、公知の添加剤を配合することができる。その配合量も当該技術分野において公知の範囲内とすることができる。他の添加剤としては、例えば粘着付与剤、反応性助剤、エポキシ樹脂硬化剤、金属酸化物、光開始剤、増感剤、硬化剤、加硫剤、劣化防止剤、耐熱添加剤、熱伝導向上剤、軟化剤、着色剤、各種カップリング剤又は金属不活性剤などを例示することができる。 In addition to the conductive particles and adhesive resin described above, the anisotropic conductive adhesive may contain additives known in the art. The amount of additives may be within the range known in the art. Examples of other additives include tackifiers, reactive assistants, epoxy resin curing agents, metal oxides, photoinitiators, sensitizers, curing agents, vulcanizing agents, deterioration inhibitors, heat resistance additives, thermal conductivity enhancers, softeners, colorants, various coupling agents, and metal deactivators.
粘着付与剤としては、例えばロジン、ロジン誘導体、テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、石油樹脂、クマロン-インデン樹脂、スチレン系樹脂、イソプレン系樹脂、アルキルフェノール樹脂、キシレン樹脂などが挙げられる。反応性助剤すなわち架橋剤としては、例えばポリオール、イソシアネート類、メラミン樹脂、尿素樹脂、ウトロピン類、アミン類、酸無水物、過酸化物などが挙げられる。エポキシ樹脂硬化剤としては、1分中に2個以上の活性水素を有するものであれば特に制限なく使用できる。具体的なものとしては、例えばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタフェニレンジアミン、ジシアンジアミド、ポリアミドアミン等のポリアミノ化合物;無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水ピロメリット酸等の有機酸無水物;フェノールノボラック、クレゾールノボラック等のノボラック樹脂等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。また、必要に応じて潜在性硬化剤を用いてもよい。使用できる潜在性硬化剤としては、例えば、イミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素-アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等及びこれらの変性物が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上の混合体として使用できる。 Examples of tackifiers include rosin, rosin derivatives, terpene resins, terpene phenol resins, petroleum resins, coumarone-indene resins, styrene resins, isoprene resins, alkylphenol resins, and xylene resins. Examples of reactive auxiliaries, i.e. crosslinking agents, include polyols, isocyanates, melamine resins, urea resins, utropines, amines, acid anhydrides, and peroxides. As epoxy resin curing agents, any agent having two or more active hydrogens per minute can be used without any particular restrictions. Specific examples include polyamino compounds such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, metaphenylenediamine, dicyandiamide, and polyamidoamine; organic acid anhydrides such as phthalic anhydride, methylnadic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, and pyromellitic anhydride; and novolac resins such as phenol novolac and cresol novolac. These can be used alone or in combination of two or more. A latent curing agent may also be used as necessary. Examples of usable latent curing agents include imidazoles, hydrazides, boron trifluoride-amine complexes, sulfonium salts, amine imides, polyamine salts, dicyandiamide, and modified versions of these. These can be used alone or as a mixture of two or more.
前記の異方導電性接着剤は、当該技術分野において通常使用されている製造装置を用いて製造される。例えば、導電性粒子及び接着剤樹脂並びに必要に応じ硬化剤や各種添加剤を配合し、接着剤樹脂が熱硬化性樹脂の場合は有機溶媒中で混合することにより、熱可塑性樹脂の場合は接着剤樹脂の軟化点以上の温度で、具体的には好ましくは約50~150℃程度で溶融混練することにより製造される。このようにして得られた異方導電性接着剤は、塗布してもよいし、フィルム状にして適用してもよい。 The anisotropic conductive adhesive is manufactured using manufacturing equipment commonly used in the technical field. For example, it is manufactured by blending conductive particles and adhesive resin, as well as a curing agent and various additives as necessary, and mixing them in an organic solvent if the adhesive resin is a thermosetting resin, or by melt-kneading them at a temperature above the softening point of the adhesive resin, specifically preferably at about 50 to 150°C, if the adhesive resin is a thermoplastic resin. The anisotropic conductive adhesive obtained in this way may be applied as a coating or in the form of a film.
以下、本発明を実施例により、詳細に説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
<凹凸のあるシリカ粒子を含む分散液の調製>
脱イオン水733gにJIS3号珪酸ソーダ(SiO2 :29.0%、Na2O:9.7%、H2O:61.3%)117gを加えて均一に混合し、SiO2を4.0%含む希釈珪酸ソーダを作成した。この希釈珪酸ソーダを予め塩酸によって再生したH型強酸性陽イオン交換樹脂のカラムに通して脱アルカリし、シリカ濃度3.5%でpH2.9の活性珪酸900gを得た。
脱イオン水2783gにシリカ濃度41%で粒子径80nmの大粒子コロイダルシリカ217gを混合し、シリカ濃度3%の希釈大粒子コロイダルシリカを得た。別途、脱イオン水280gにシリカ濃度15%で粒子径7nmの小粒子コロイダルシリカ20gを混合し、シリカ濃度1%の希釈小粒子コロイダルシリカを得た。希釈大粒子コロイダルシリカに攪拌下で希釈小粒子コロイダルシリカを添加した。次に、塩化アルミニウム6水和物(AlCl3・6H2O)2.6gを脱イオン水23.4gに溶解させた溶解液26gを混合した。全溶液を混合し、30分間攪拌した後、98℃まで加熱し、この温度を1時間保った後、活性珪酸900gと1%苛性ソーダ81gを1.6時間かけて添加した。添加中は98℃を保ち、添加終了後も98℃に加熱して1時間この温度を保った後、50℃まで放冷した。得られたコロイダルシリカ分散液を、分画分子量6000の中空糸型限外濾過膜(旭化成(株)製マイクローザUFモジュールSIP-1013)を用いてポンプ循環送液による加圧濾過を行い、シリカ濃度30%の凹凸のあるシリカ約400gを得た。このコロイダルシリカはTEM映像によると粒子表面には凹凸があり、TEMから求められる平均粒子径は99nmであった。
なお、TEMによる平均粒子径は、任意に50個の粒子を抽出して、それらの粒子径を測定し、その平均値を平均粒子径とした。
図1に得られた凹凸のあるシリカ粒子のTEM写真を示す。
<Preparation of Dispersion Containing Uneven Silica Particles>
117 g of JIS No. 3 sodium silicate ( SiO2 : 29.0%, Na2O : 9.7%, H2O : 61.3%) was added to 733 g of deionized water and mixed uniformly to prepare diluted sodium silicate containing 4.0% SiO2 . This diluted sodium silicate was passed through a column of H-type strongly acidic cation exchange resin that had been regenerated with hydrochloric acid in advance to dealkalize it, obtaining 900 g of active silicic acid with a silica concentration of 3.5% and a pH of 2.9.
217g of large-particle colloidal silica with a silica concentration of 41% and a particle size of 80 nm was mixed with 2783g of deionized water to obtain a diluted large-particle colloidal silica with a silica concentration of 3%. Separately, 20g of small-particle colloidal silica with a silica concentration of 15% and a particle size of 7 nm was mixed with 280g of deionized water to obtain a diluted small-particle colloidal silica with a silica concentration of 1%. The diluted small-particle colloidal silica was added to the diluted large-particle colloidal silica under stirring. Next, 26g of a solution in which 2.6g of aluminum chloride hexahydrate ( AlCl3.6H2O ) was dissolved in 23.4g of deionized water was mixed. The entire solution was mixed and stirred for 30 minutes, then heated to 98°C, and this temperature was maintained for 1 hour, after which 900g of active silicic acid and 81g of 1% caustic soda were added over 1.6 hours. The temperature was kept at 98°C during the addition, and after the addition was completed, the mixture was heated to 98°C and kept at this temperature for 1 hour, and then allowed to cool to 50°C. The obtained colloidal silica dispersion was subjected to pressure filtration by pump circulation using a hollow fiber ultrafiltration membrane (Microza UF module SIP-1013, manufactured by Asahi Kasei Corporation) with a molecular weight cutoff of 6000, to obtain about 400 g of uneven silica with a silica concentration of 30%. TEM images of this colloidal silica showed that the particle surfaces were uneven, and the average particle size determined from the TEM was 99 nm.
The average particle size measured by TEM was determined by randomly selecting 50 particles, measuring their particle sizes, and averaging the measurements.
FIG. 1 shows a TEM photograph of the resulting silica particles having projections and recesses.
<絶縁性粒子試料の調製>
(絶縁性粒子1)
反応容器に、上記で得られた凹凸のあるシリカ粒子を含む分散液(SiO2:30質量%、水:70質量%)58.2gにメタノール45gを添加し分散液を得た。次いで、分散液に3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン0.15gを撹拌下に添加し、そのまま20分間撹拌した。
次いで、反応容器を60℃にまで昇温し3時間撹拌し反応を終了した。
反応終了後、濾過して固形分を回収し、固形分をメタノールで洗浄し、120℃で真空下に12時間乾燥を行って、凹凸のあるシリカ粒子の表面を3-メルカプトプロピルトリメトキシシランで表面処理された絶縁性粒子1を得た。
<Preparation of insulating particle samples>
(Insulating Particle 1)
In a reaction vessel, 45 g of methanol was added to 58.2 g of the dispersion containing the uneven silica particles obtained above (SiO2: 30 mass%, water: 70 mass%) to obtain a dispersion. Next, 0.15 g of 3-mercaptopropyltrimethoxysilane was added to the dispersion with stirring, and the mixture was stirred for 20 minutes.
Then, the temperature of the reaction vessel was raised to 60° C., and the mixture was stirred for 3 hours to complete the reaction.
After the reaction was completed, the solid content was recovered by filtration, washed with methanol, and dried at 120°C under vacuum for 12 hours to obtain insulating particles 1 in which the surfaces of the uneven silica particles were surface-treated with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane.
(絶縁性粒子2)
反応容器に、上記で得られた凹凸のあるシリカ粒子を含む分散液(SiO2:30質量%、水:70質量%)58.2gにメタノール45gを添加し分散液を得た。次いで、分散液に3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン0.15gを撹拌下に添加し、そのまま20分間撹拌した。
次いで、反応容器を60℃にまで昇温し3時間撹拌し反応を終了した。
次いで、反応液を室温(25℃)まで冷却後、31重量%過酸化水素水0.25gを添加し、沸騰させた状態で5時間反応を行った。
反応終了後、濾過して固形分を回収し、固形分をメタノールで洗浄し、120℃で真空下に12時間乾燥を行って、スルホン酸基を有するシランカップリング剤の縮合物が化学結合を介して粒子表面に固定されている凹凸のあるシリカ粒子を得、これを絶縁性粒子2とした。
(Insulating Particles 2)
Into a reaction vessel, 45 g of methanol was added to 58.2 g of the dispersion containing the uneven silica particles obtained above (SiO 2 : 30 mass %, water: 70 mass %) to obtain a dispersion. Next, 0.15 g of 3-mercaptopropyltrimethoxysilane was added to the dispersion with stirring, and the mixture was stirred for 20 minutes.
Then, the temperature of the reaction vessel was raised to 60° C. and the mixture was stirred for 3 hours to complete the reaction.
Next, the reaction solution was cooled to room temperature (25° C.), and 0.25 g of 31% by weight hydrogen peroxide solution was added thereto, followed by reaction for 5 hours while boiling.
After the reaction was completed, the solids were recovered by filtration, washed with methanol, and dried at 120°C under vacuum for 12 hours to obtain silica particles with irregularities in which a condensate of a silane coupling agent having a sulfonic acid group was fixed to the particle surface via a chemical bond, which was designated as insulating particles 2.
(絶縁性粒子3)
電荷を有する官能基を含む化合物として、下記の化合物(a)を用いた。
また、得られた化合物(a)の反応残基を固定した凹凸のあるシリカ粒子について、元素分析をおこなったところ、化合物(a)の反応残基の含有量は3.0質量%であった。これを絶縁性粒子3とした。
(Insulating Particles 3)
As the compound containing a functional group having a charge, the following compound (a) was used.
Furthermore, elemental analysis of the resulting silica particles having irregularities and having the reaction residue of compound (a) fixed thereto revealed that the content of the reaction residue of compound (a) was 3.0% by mass. These were designated insulating particles 3.
(絶縁性粒子4)
電荷を有する官能基を含む化合物として、下記の化合物(b)を用いた。
As the compound containing a functional group having a charge, the following compound (b) was used.
(絶縁性粒子5)
テトラエトキシシランを添加しない以外は、絶縁性粒子4と同様にして化合物(b)の反応残基を固定した凹凸のあるシリカ粒子を得た。また、得られた化合物(b)の反応残基を固定した凹凸のあるシリカ粒子について、元素分析をおこなったところ、化合物(bの反応残基の含有量は2.2質量%であった。
(Insulating Particles 5)
Except for not adding tetraethoxysilane, silica particles having projections and recesses and having reaction residues of compound (b) fixed thereto were obtained in the same manner as insulating particles 4. Furthermore, elemental analysis was performed on the obtained silica particles having projections and recesses and having reaction residues of compound (b) fixed thereto, and the content of reaction residues of compound (b) was found to be 2.2% by mass.
(絶縁性粒子6)
撹拌羽根を取り付けた200mlの4つ口フラスコに、純水を100ml投入した。その後、スチレンモノマー30.00mmol、4-(ビニルベンジル)トリエチルアンモニウムクロライド0.03mmol、及び重合開始剤として2、2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)ジヒドロクロライド0.50mmolを投入した。窒素を15分間通気し、溶存酸素を追い出した後、60℃に昇温し、6時間保持して重合反応を進行させた。重合後の微粒子の分散液を目開き150μmのSUS篩を通過させ、凝集物を除去した。凝集物を除去した分散液を、遠心分離機にて微粒子を沈降させ、上澄み液を除去
した。得られた固形分に純水を加えて洗浄して、ポリ(スチレン/4-(ビニルベンジル)トリエチルアンモニウムクロライド)の球状の微粒子を得た。得られた微粒子の平均粒子径は272nmであった。
(Insulating Particles 6)
100 ml of pure water was added to a 200 ml four-neck flask equipped with a stirring blade. Then, 30.00 mmol of styrene monomer, 0.03 mmol of 4-(vinylbenzyl)triethylammonium chloride, and 0.50 mmol of 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochloride as a polymerization initiator were added. Nitrogen was aerated for 15 minutes to expel dissolved oxygen, and the temperature was raised to 60°C and maintained for 6 hours to allow the polymerization reaction to proceed. The dispersion of the fine particles after polymerization was passed through a SUS sieve with a mesh size of 150 μm to remove aggregates. The dispersion from which the aggregates had been removed was centrifuged to settle the fine particles, and the supernatant was removed. Pure water was added to the obtained solid content and washed to obtain spherical fine particles of poly(styrene/4-(vinylbenzyl)triethylammonium chloride). The average particle diameter of the obtained fine particles was 272 nm.
(絶縁性粒子7)
凹凸のあるシリカ粒子を含む分散液(SiO2:30質量%、水:70質量%)に代えて、市販のコロイダルシリカを含む分散液(SiO2:30質量%、水:70質量%)を用いた以外は、絶縁性粒子1と同様にしてシリカ粒子の表面を3-メルカプトプロピルトリメトキシシランで表面処理された絶縁性粒子7を得た。
なお、このコロイダルシリカはTEM映像によると該コロイダルシリカは球状で、平均粒子径は95nmであった。
なお、TEMによる平均粒子径は、任意に50個の粒子を抽出して、それらの粒子径を測定し、その平均値を平均粒子径とした。
(Insulating Particles 7)
Insulating particles 7 were obtained in which the surfaces of the silica particles were surface-treated with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane in the same manner as insulating particles 1, except that a dispersion containing commercially available colloidal silica (SiO 2 : 30% by mass, water: 70% by mass) was used instead of a dispersion containing uneven silica particles (SiO 2 : 30% by mass, water: 70% by mass).
According to a TEM image, this colloidal silica was spherical and had an average particle size of 95 nm.
The average particle size measured by TEM was determined by randomly selecting 50 particles, measuring their particle sizes, and averaging the measurements.
(絶縁性粒子8)
凹凸のあるシリカ粒子を含む分散液(SiO2:30質量%、水:70質量%)に代えて、市販のコロイダルシリカを含む分散液(SiO2:30質量%、水:70質量%)を用いた以外は、絶縁性粒子2と同様にしてスルホン酸基を有するシランカップリング剤の縮合物が化学結合を介して粒子表面に固定されているシリカ粒子を得、これを絶縁性粒子8とした。なお、このコロイダルシリカはTEM映像によると該コロイダルシリカは球状で、平均粒子径は95nmであった。
なお、TEMによる平均粒子径は、任意に50個の粒子を抽出して、それらの粒子径を測定し、その平均値を平均粒子径とした。
(Insulating Particles 8)
Except for using a dispersion liquid containing commercially available colloidal silica (SiO 2 : 30 mass %, water: 70 mass %) instead of the dispersion liquid containing uneven silica particles (SiO 2 : 30 mass %, water: 70 mass %), silica particles having a condensate of a silane coupling agent having a sulfonic acid group fixed to the particle surface via a chemical bond were obtained in the same manner as for insulating particles 2, and these were designated as insulating particles 8. TEM images showed that this colloidal silica was spherical and had an average particle diameter of 95 nm.
The average particle size measured by TEM was determined by randomly selecting 50 particles, measuring their particle sizes, and averaging the measurements.
<導電性粒子試料の調製>
導電性粒子は、下記の市販の導電性粒子を使用した。
なお、導電性粒子の平均粒子径は走査型電子顕微鏡(SEM)写真(倍率100,000倍)から任意に200個の粒子を抽出して、それらの粒子径を測定し、その平均値を平均粒子径とした。
<Preparation of Conductive Particle Sample>
The conductive particles used were the following commercially available conductive particles.
The average particle diameter of the conductive particles was determined by randomly extracting 200 particles from a scanning electron microscope (SEM) photograph (magnification: 100,000 times), measuring their particle diameters, and averaging the measured values.
(導電性粒子1)
球状の樹脂粒子の表面に厚さが0.125μmのニッケル皮膜を有する、平均粒子径が3μmのNiめっき粒子(日本化学工業株式会社製)を用意した。樹脂粒子は架橋性のアクリル樹脂からなり、ガラス転移温度が120℃であった。
なお、平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)写真(倍率、100,000倍)から、任意に抽出して、それらの粒子径を測定し、その平均値を平均粒子径とした。
(Conductive Particle 1)
Ni-plated particles (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) having an average particle size of 3 μm and having a nickel coating with a thickness of 0.125 μm on the surface of spherical resin particles were prepared. The resin particles were made of a crosslinkable acrylic resin and had a glass transition temperature of 120° C.
The average particle size was determined by measuring the particle sizes of particles randomly extracted from a scanning electron microscope (SEM) photograph (magnification: 100,000 times), and averaging the measurements.
(導電性粒子2)
球状の樹脂粒子の表面に、平均高さが0.1μm、平均の基部の長さが0.197μm、アスペクト比0.5である、1,030個の突起を有し且つ厚さが0.125μmのニッケル皮膜を有する、平均粒子径が3μmのNiめっき粒子(日本化学工業株式会社製)を用意した。樹脂粒子は架橋性のアクリル樹脂からなり、ガラス転移温度が120℃であった。なお、平均粒子径は、前記導電性粒子1と同様な方法で測定した。
(Conductive Particles 2)
Ni-plated particles (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) having an average particle diameter of 3 μm and a nickel coating having a thickness of 0.125 μm and 1,030 protrusions on the surface of spherical resin particles, with an average height of 0.1 μm, an average base length of 0.197 μm, and an aspect ratio of 0.5. The resin particles were made of a crosslinked acrylic resin and had a glass transition temperature of 120° C. The average particle diameter was measured in the same manner as for the conductive particles 1.
(導電性粒子3)
球状の樹脂粒子の表面に金-ニッケルの導電層を有する平均粒子径が4.6μmである金めっき粒子(日本化学工業株式会社製)を使用した。樹脂粒子は架橋性のアクリル樹脂からなり、ガラス転移温度が120℃であった。
なお、平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)写真(倍率、100,000倍)から、任意に抽出して、それらの粒子径を測定し、その平均値を平均粒子径とした。
(Conductive Particles 3)
Gold-plated particles (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) having an average particle size of 4.6 μm and a conductive layer of gold-nickel on the surface of spherical resin particles were used. The resin particles were made of a crosslinkable acrylic resin and had a glass transition temperature of 120° C.
The average particle size was determined by measuring the particle sizes of particles randomly extracted from a scanning electron microscope (SEM) photograph (magnification: 100,000 times), and averaging the measurements.
{実施例1~2及び参考例1~2}
上記で得られた絶縁性粒子の固形分濃度基準で10,000ppmとなり、全体が20mlとなるように純水を加えて絶縁性粒子分散液を調製した。この分散液に導電性粒子試料を各50mg投入し、室温(25℃)で15時間撹拌した。
次いで、撹拌後の分散液から目開きが10μmのメンブランフィルターにより固形分を分離し、水で洗浄、乾燥し、これを被覆粒子試料とした。
{Examples 1-2 and Reference Examples 1-2}
Pure water was added to prepare an insulating particle dispersion liquid so that the solid content of the insulating particles obtained above was 10,000 ppm and the total volume was 20 ml. 50 mg of each of the conductive particle samples was added to this dispersion liquid and stirred at room temperature (25° C.) for 15 hours.
Next, the solid content was separated from the stirred dispersion using a membrane filter with 10 μm openings, washed with water, and dried to obtain a coated particle sample.
{実施例3~9}
上記の導電性粒子5.0gに純水100mlを投入し、攪拌して導電性粒子の分散液を得た。この分散液に前記で調製した絶縁性粒子と、Na2SO4を投入し、40℃で30分間攪拌した。絶縁性粒子と、Na2SO4の投入後、分散液中、絶縁性粒子の固形分濃度は質量換算で10,000ppmであり、Na2SO4の濃度は5mmol/lであった。上澄み液を除去後、純水により洗浄した後、50℃で真空乾燥し、これを被覆粒子試料とした。
{Examples 3 to 9}
100 ml of pure water was added to 5.0 g of the conductive particles, and the mixture was stirred to obtain a dispersion of conductive particles. The insulating particles and Na2SO4 prepared above were added to this dispersion, and the mixture was stirred at 40°C for 30 minutes . After the insulating particles and Na2SO4 were added, the solid content concentration of the insulating particles in the dispersion was 10,000 ppm by mass, and the concentration of Na2SO4 was 5 mmol/ l . After removing the supernatant, the mixture was washed with pure water and then vacuum dried at 50°C, and this was used as a coated particle sample.
{比較例1}
上記で得られた絶縁性粒子6を固形分濃度基準で10,000ppmとなり、NaCl濃度が25mmolとなり、全体が20mlとなるように純水及びNaClを加えて絶縁性粒子分散液を調製した。この分散液に導電性粒子試料1を50mg投入し、室温(25℃)で15時間撹拌した。
次いで、撹拌後の分散液から目開きが10μmのメンブランフィルターにより固形分を分離し、水で洗浄、乾燥し、これを被覆粒子試料とした。
{Comparative Example 1}
The insulating particle dispersion liquid was prepared by adding pure water and NaCl to the insulating particles 6 obtained above so that the solid content concentration was 10,000 ppm, the NaCl concentration was 25 mmol, and the total volume was 20 ml. 50 mg of the conductive particle sample 1 was added to this dispersion liquid, and the mixture was stirred at room temperature (25° C.) for 15 hours.
Next, the solid content was separated from the stirred dispersion using a membrane filter with 10 μm openings, washed with water, and dried to obtain a coated particle sample.
(被覆率の評価)
実施例及び比較例で得られた被覆粒子から、絶縁性粒子を導電性粒子に被覆するときの被覆率の差を評価した。その結果を表1に示す。なお、被覆率は次の方法により求めた。
(Evaluation of Coverage Rate)
The difference in coverage when insulating particles are coated on conductive particles was evaluated using the coated particles obtained in the examples and comparative examples. The results are shown in Table 1. The coverage was determined by the following method.
<被覆率の測定方法>
導電性粒子の表面に、絶縁性粒子が最密充填で配列したときの絶縁粒子の個数Nを以下の計算式で算出した。
N=4π(R+r)2/2√3r2
(R:導電性粒子の半径(nm)、r:絶縁性粒子の半径(nm))
SEMにて導電性粒子に付着した絶縁性粒子の個数nを数え、以下の式から被覆率を算出した。その結果を表1に示す。
被覆率(%)=(n/N)×100
評価に用いた被覆率は、導電性粒子20個の平均値とした。
<Method of measuring coverage>
The number N of insulating particles when the insulating particles are arranged in closest packing on the surface of a conductive particle was calculated using the following formula.
N=4π(R+r) 2 /2√3r 2
(R: radius of conductive particle (nm), r: radius of insulating particle (nm))
The number n of insulating particles attached to the conductive particles was counted using an SEM, and the coverage rate was calculated using the following formula. The results are shown in Table 1.
Coverage (%) = (n/N) x 100
The coverage used in the evaluation was the average value for 20 conductive particles.
(密着度の評価)
実施例及び比較例で得られた被覆粒子1gを純水100mLに加え、超音波装置(VELVO-CLEAR社製、VS-D100)にて発振周波数24kHzの条件で超音波処理を2分間行って得られた被覆粒子を、前記被覆率の評価と同じ方法で被覆率を算出し、下記式により密着度を算出して密着性の評価とし、その結果を表1に示す。密着度の数値が高いほど超音波処理による絶縁性粒子の脱落が少ないので、導電性粒子と絶縁性粒子との密着性が高いことを意味する。
密着度(%)=(超音波処理後の被覆率/超音波処理前の被覆率)×100
(Evaluation of Adhesion)
1 g of the coated particles obtained in the examples and comparative examples was added to 100 mL of pure water, and ultrasonic treatment was performed for 2 minutes using an ultrasonic device (VS-D100, manufactured by VELVO-CLEAR) at an oscillation frequency of 24 kHz to obtain coated particles. The coverage of the particles was calculated in the same manner as in the evaluation of the coverage, and the adhesion was evaluated by calculating the degree of adhesion using the following formula, and the results are shown in Table 1. The higher the adhesion value, the less the insulating particles fell off due to ultrasonic treatment, which means that the adhesion between the conductive particles and the insulating particles is high.
Adhesion rate (%)=(coverage rate after ultrasonic treatment/coverage rate before ultrasonic treatment)×100
{実施例10}
上記で得られた導電性粒子2(5g)に純水100mlを投入し、攪拌して導電性粒子2の分散液を得た。1質量%のベンゾトリアゾールの水溶液10mlをこの分散液に投入して5分間攪拌して表面処理を行った。その後、目開きが2.0μmのメンブレンフィルターでろ過し、ベンゾトリアゾールの層を表面に有する導電性粒子2を回収した。回収した導電性粒子2を純水で洗浄後、純水100mlを投入してベンゾトリアゾールの層を表面に有する導電性粒子2の分散液を得た。
この分散液に、上記で得られた絶縁性粒子4を投入し、これを室温(25℃)で15時間攪拌した。絶縁性粒子4の投入後、分散液中、絶縁性粒子4の固液分濃度は質量基準で10,000ppmであった。上澄み液を除去後、純水により洗浄した後、50℃で真空乾燥して被覆粒子試料を得た。また、得られた被覆粒子試料について、実施例1~9と同様にして被覆率及び密着度を評価し、その結果を表2に示す。
{Example 10}
100 ml of pure water was added to the conductive particles 2 (5 g) obtained above, and the mixture was stirred to obtain a dispersion of conductive particles 2. 10 ml of a 1 mass% aqueous solution of benzotriazole was added to this dispersion, and the mixture was stirred for 5 minutes to perform a surface treatment. Thereafter, the mixture was filtered through a membrane filter with an opening of 2.0 μm, and conductive particles 2 having a benzotriazole layer on the surface were collected. The collected conductive particles 2 were washed with pure water, and then 100 ml of pure water was added to obtain a dispersion of conductive particles 2 having a benzotriazole layer on the surface.
The insulating particles 4 obtained above were added to this dispersion liquid, and the dispersion liquid was stirred at room temperature (25°C) for 15 hours. After the insulating particles 4 were added, the solid-liquid concentration of the insulating particles 4 in the dispersion liquid was 10,000 ppm by mass. After removing the supernatant, the particles were washed with pure water and then vacuum dried at 50°C to obtain a coated particle sample. The coverage and adhesion of the obtained coated particle sample were evaluated in the same manner as in Examples 1 to 9, and the results are shown in Table 2.
{実施例11}
上記で得られた導電性粒子2(5g)にトルエン25mlを投入し、攪拌して導電性粒子2の分散液を得た。イソプロピルトリイソステアロイルチタネート(味の素ファインテクノ製、プレンアクトKR-TTS)0.1gをこの分散液に投入して室温にて20分間攪拌し表面処理を行った。その後、目開きが2.0μmのメンブレンフィルターでろ過し、チタネート系カップリング剤の層を表面に有する導電性粒子2を回収した。回収した導電性粒子2に質量基準でエタノール:純水=75:25の混合液の100mlを投入してチタネート系カップリング剤層を表面に有する導電性粒子2の分散液を得た。
この分散液に、上記で得られた絶縁性粒子4を投入し、これを室温(25℃)で15時間攪拌した。絶縁性粒子4の投入後、分散液中、絶縁性粒子4の固液分濃度は質量基準で10,000ppmであった。上澄み液を除去後、純水により洗浄した後、50℃で真空乾燥して被覆粒子試料を得た。また、得られた被覆粒子試料について、実施例1~6と同様にして被覆率及び密着度を評価し、その結果を表2に示す。
{Example 11}
25 ml of toluene was added to the conductive particles 2 (5 g) obtained above, and the mixture was stirred to obtain a dispersion of conductive particles 2. 0.1 g of isopropyl triisostearoyl titanate (Plenact KR-TTS, manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd.) was added to this dispersion, and the mixture was stirred at room temperature for 20 minutes to perform surface treatment. Thereafter, the mixture was filtered through a membrane filter with an opening of 2.0 μm, and conductive particles 2 having a titanate-based coupling agent layer on the surface were collected. 100 ml of a mixture of ethanol:pure water = 75:25 by mass was added to the collected conductive particles 2 to obtain a dispersion of conductive particles 2 having a titanate-based coupling agent layer on the surface.
The insulating particles 4 obtained above were added to this dispersion liquid, and the dispersion liquid was stirred at room temperature (25°C) for 15 hours. After the insulating particles 4 were added, the solid-liquid concentration of the insulating particles 4 in the dispersion liquid was 10,000 ppm by mass. After removing the supernatant, the particles were washed with pure water and then vacuum dried at 50°C to obtain a coated particle sample. The coverage and adhesion of the obtained coated particle sample were evaluated in the same manner as in Examples 1 to 6, and the results are shown in Table 2.
<導電性の評価>
エポキシ樹脂100質量部、硬化剤150質量部及びトルエン70質量部を混合した絶縁性接着剤と、実施例で得られた被覆粒子試料15質量部とを混合して、絶縁性ペーストを得た。このペーストをシリコーン処理ポリエステルフィルム上にバーコーターを用いて塗布し、その後、ペーストを乾燥して、フィルム上に薄膜を形成した。得られた薄膜形成フィルムを、全面がアルミニウムを蒸着させたガラス基板と、しと銅パターンが50μmピッチに形成されたポリイミドフィルム基板との間に配して、電気接続を行った。この基板間の導通抵抗を測定することで、被覆粒子の導通性を室温下(25℃、50%RH)で評価した。抵抗値が低いほど被覆粒子の導通性が高いものであると評価できる。被覆粒子の導通性評価は、抵抗値が2Ω未満であるものを「非常に良好」(表3中で、「〇」で示す)とし、抵抗値が2Ω以上5Ω未満であるものを「良好」(表3中で、「△」で示す)とし、抵抗値が5Ω以上であるものを「不良」(表3中で、「×」で示す)として評価した。その結果を表3に示す。
<Evaluation of Conductivity>
An insulating adhesive containing 100 parts by weight of epoxy resin, 150 parts by weight of hardener, and 70 parts by weight of toluene was mixed with 15 parts by weight of the coated particle sample obtained in the example to obtain an insulating paste. This paste was applied to a silicone-treated polyester film using a bar coater, and then the paste was dried to form a thin film on the film. The obtained thin film-forming film was placed between a glass substrate with aluminum vapor-deposited on the entire surface and a polyimide film substrate with a copper pattern formed at a pitch of 50 μm, and an electrical connection was performed. The electrical resistance between the substrates was measured to evaluate the electrical conductivity of the coated particles at room temperature (25° C., 50% RH). The lower the resistance value, the higher the electrical conductivity of the coated particles. The conductivity of the coated particles was evaluated as follows: a resistance value of less than 2 Ω was rated as "very good" (indicated by "◯" in Table 3), a resistance value of 2 Ω or more and less than 5 Ω was rated as "good" (indicated by "△" in Table 3), and a resistance value of 5 Ω or more was rated as "poor" (indicated by "×" in Table 3). The results are shown in Table 3.
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