JP2001291430A - 異方導電性シート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一接続端子あたりの接続荷重の低減を図るこ
とができ、かつ接続導電路の長さを短縮などすることの
できる異方導電性シート及びその製造方法を提供するこ
とにある。 【解決手段】 回路基板と回路部品との間に介在されて
これらを導通させる異方導電性シート１０であって、上
記回路基板と上記回路部品との間に介在する電気絶縁性
の弾性保持体２０に、金属板材料よりなる導電部材２４
をその端子部２４ａ、２４ｂが上記弾性保持体２０の表
裏面から突出するように埋設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板等の回路基板
と各種の回路部品との間に介在し、これらを導通させる
異方導電性シート及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、回路基板とＬＳＩとを電気的に導
通させる場合には図１０や図１１に示す方法が用いられ
ている。図１０は、接続端子としてピン４２を有するＬ
ＳＩ４０を導通させる方法を示すもので、この場合、回
路基板５０に複数のソケットコンタクト５２を植設し、
各ソケットコンタクト５２にＬＳＩ４０のピン４２を挿
入支持させて導通させるようにしている。これに対し、
図１１は、上記のようなピン４２を有しないＬＳＩ６０
を導通させる方法を示すもので、この場合、回路基板５
０の電極パットとＬＳＩ６０下面の平板電極との間に、
エラストマー７２中に断面く字状の弾性コンタクト７４
を配列したコネクタ７０を介在させ、このコネクタ７０
にＬＳＩ６０を押さえジグ７６で圧下して導通を図るよ
うにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、ＩＣや
ＬＳＩなどの回路部品は、その製造技術が進歩し内部回
路がますます高密度化するのに伴い、接続端子が増加・
高密度化の傾向にある。接続電極数が増加すると接続荷
重の保持のため回路部品を頑丈な構造としなければなら
ないが、これでは回路部品の小型・軽量化を到底図るこ
とができない。そこで、回路部品の小型・軽量化のた
め、一接続端子あたりの接続荷重の低減が強く求められ
ている。また、演算速度の高速化に伴う配線遅延抑制や
クロストーク防止などの観点から、回路基板１と回路部
品との接続長を短くしたり、接続抵抗を減少させること
も要望されている。

【０００４】本発明の課題は、一接続端子あたりの接続
荷重の低減を図ることができ、かつ接続導電路の長さを
短縮などすることのできる異方導電性シート及びその製
造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような手段を採用した。請求項１記載
の発明は、回路基板と回路部品との間に介在されてこれ
らを導通させる異方導電性シートであって、上記回路基
板と上記回路部品との間に介在する電気絶縁性の弾性保
持体に、金属板材料よりなる導電部材をその端子部が上
記弾性保持体の表裏面から突出するように埋設したこと
を特徴としている。

【０００６】この場合に、前記弾性保持体は、電気絶縁
性フィルムの片面に電気絶縁性エラストマーが一体成形
されていることが好ましく（請求項２）、また前記金属
板材料よりなる導電部材は、前記回路部品と接触する端
子部に鋭利な突起を有することが好ましい。

【０００７】また、請求項３記載の異方導電性シートの
製造方法は、複数の貫通孔を有する電気絶縁性フィルム
をベースフィルムとし、その貫通孔に金属性板バネ材料
よりなる導電部材の一方の端子部を係合して仮固定した
のち、該導電部材の他方の端子部が埋没しない範囲で電
気絶縁性エラストマーを充填し硬化させて形成すること
を特徴としている。ここで、特許請求の範囲における回
路基板には、プリント基板や高密度フレキシブル基板な
ど、各種の回路基板が含まれる。回路部品には、ＩＣや
ＬＳＩのほか、ＢＧＡやＬＧＡなど、下面にボールやラ
ンドを並べた表面実装型の各種半導体パッケージが含ま
れる。貫通孔は、丸孔、楕円孔、小判状の孔、四角形の
孔などいずれでもよい。

【０００８】

【作用】本発明は、上述のように構成されているので、
回路基板と回路部品との間に、この異方導電性シートを
介在させ、回路基板と回路部品とが近づく方向に圧力を
かけると、回路基板と回路部品とを異方導電性シートの
金属板により少ない荷重で導通させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態を説明する。図１は、本発明に係る異方
導電性シートの実施の形態における電気絶縁性フィルム
２１の平面図、図２（ａ）は該電気絶縁性フィルム２１
に設けられた貫通孔２２（２２ａ）の形状を示し、
（ｂ）は他の形状の貫通孔２２（２２ｂ）を示してい
る。図３は、本発明の実施形態に係る異方導電性シート
１０の縦断面図である。

【００１０】回路基板と半導体パッケージとを導通させ
る異方導電性シート１０は、図１乃至図３に示すよう
に、回路基板と半導体パッケージとの間に介在する弾性
保持体２０を備えるが、この電気絶縁性の弾性保持体２
０は、複数の貫通孔２２を厚さ方向に穿孔した電気絶縁
性フィルムをベースとするベースフィルム２１と電気絶
縁性エラストマー２３とで構成されている。異方導電性
シート１０は、金属性板バネ材料よりなる導電部材２４
の端子部２４ａをベースフィルム２１の貫通孔２２に係
合して仮固定したのち、他方の端子部２４ｂが埋没しな
いように前記電気絶縁性エラストマー２３を充填し硬化
させて導電部材２３を固定させることにより形成したも
のである。

【００１１】弾性保持体２０のベースフィルム２１は絶
縁性、弾性、低い吸水率などが期待できるポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート
（ＰＥＮ）を用いて断面板状の略矩形に成形されてい
る。このベースフィルムは吸水率１％以下、好ましくは
０．５％以下、熱膨張係数５×１０^−５／℃以下、好ま
しくは２×１０^−５／℃以下、厚さ７５〜２５０μｍに
設定される。吸水率１％以下、好ましくは０．５％以下
であるのは、吸水率が高いと長期の使用において誘電率
が変化し、信号伝達特性が変化するので望ましくなく、
しかも、導電部材２２の腐食の原因となるおそれがある
からである。

【００１２】また、熱膨張係数が５×１０^−５／℃以
下、好ましくは２×１０^−５／℃以下と小さいのは、半
導体パッケージ１０使用時の温度上昇に基づき、ずれが
生じて導通不完全を招くおそれがあるからである。厚さ
が７５〜２５０μｍの範囲から選択されるのは、７５μ
ｍ未満の場合には、剛性に欠け、導電部材２２の仮固定
状態が不安定となるし、また、２５０μｍを超えるもの
は貫通孔を穿孔する際の作業性や生産性を低下させる。

【００１３】複数の貫通孔２２は、図１に示すように、
弾性保持体２０のベースフィルム２１にマトリクス状に
並べて穿孔されている。各貫通孔２２は、図２（ａ）や
図２（ｂ）に示すように、平面略円形、略四角形に穿孔
される。この貫通孔２２を通じて導電部材２４の端子部
２４ａをベースフィルム２１裏面側へ露出するように係
合して仮固定する。弾性保持体２０のエラストマー２３
の材料としては、ブタジエン−スチレン、ブタジエン−
アクリロニトル、ブタジエン−イソブチレン等のブタジ
エン共重合体、クロロプレン重合体、塩化ビニル−酢酸
ビニル共重合体、ポリウレタン、シリコーンゴム、また
はフッ素ゴムなどが使用される。これらの中でも、耐熱
性、耐寒性、耐薬品性、耐候性、電気絶縁性、および安
全性に優れるシリコーンゴムが最適である。

【００１４】弾性保持体２０の硬度は、３０〜７０°Ｈ
ｓ、好ましくは４０〜６０°Ｈｓ（ともにＪＩＳ−Ａ）
の範囲から選択される。これは、弾性体の硬度が低すぎ
ると回路基板や半導体パッケージの接続端子に導電部材
２４の端子を圧接する応力が小さくなるので、電気的な
導通が不安定になるからである。逆に、硬度が高すぎる
と圧接荷重が高くなり、小型・軽量化に支障をきたす。

【００１５】導電部材２４は、半導体パッケージの平面
度のばらつきを吸収するため、弾性保持体２０の厚さ方
向の圧縮代を少なくとも０．２ｍｍ以上とする必要があ
ることから、弾性保持体２０の厚さ方向の高さを少なく
とも１ｍｍ以上有するのが好ましい。さらに、半導体パ
ッケージの接続端子のピッチが０．８ｍｍ〜１．２７ｍ
ｍであることを考慮し、弾性保持体２０の面方向に露出
する端子部２４ａ（２４ｂ）寸法は接続端子のピッチの
３５％〜６０％、具体的数値として、□０．４ｍｍ〜□
０．７５ｍｍとするのがよい。

【００１６】導電部材２４は、金のほか、ニッケル、
銀、銅、タングステン、白金、パラジウム、その他、Ｓ
ＵＳ、りん青銅、ベリリウム銅等が使用される。銅、銅
合金の場合はニッケルメッキを施し、その後、ニッケル
メッキ上にさらに金メッキを施した板材を使用でき、他
の金属板の場合、金メッキを直接施した板材を使用する
ことが可能である。金メッキの厚さは、導電性の改善、
環境信頼性の向上、経済性などの観点から０．１〜０．
５μｍがよい。導電部材２４の板厚は０．０１〜０．２
ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．１ｍｍから選択され
る。これは、板厚が薄すぎた場合には、接続抵抗が大き
くなり、破断強度が小さいためバネ形状の成形工程が困
難となるからである。逆に、板厚が大きすぎる場合、板
材の剛性が大きくなるので圧接荷重が高くなり、半導体
パッケージ接続時に過大な荷重を必要とし、小型・軽量
化に支障をきたすからである。

【００１７】導電部材２４は、図４（ａ）〜（ｅ）に例
示される形状に打抜き・折曲げ成形される。いずれの形
状についても導電部材２４の天面・底面を電気的接続を
行うための端子部２４ａ、２４ｂとしており、また、中
間湾曲部によりバネ特性を持たせるものとしている。バ
ネ力は導電部材２４の板厚みまたは形状によって決定さ
れる。湾曲形状が大きいとバネ力が軽くなり好適である
が、接続端子のピッチの３５％〜６０％、具体的数値と
して図４（ｃ）の場合を除き、湾曲半径Ｒ＝０．４ｍｍ
〜０．７５ｍｍとするのがよい。

【００１８】次に、異方導電性シート１０の製造方法を
説明する。先ず、絶縁性のベースフィルム２１に複数の
貫通孔２２を相互に干渉しないよう格子状に穿孔する
（図１参照）。この複数の貫通孔２２を穿孔する方法と
しては、金型による打ち抜き法、プラズマエッチング
法、ウェットエッチング法、レーザー加工法があげられ
るが、レーザー加工法が最適である。このレーザー加工
によれば孔あけのパターンとしてマスクなどの初期費用
が不要となり、設計変更やフィルムの寸法精度にあわせ
た調整などが容易となる。使用するレーザーはエキシマ
ーなどの紫外線レーザー、ＹＡＧ、ＣＯ_２ などの赤外
線域レーザーいずれでもよい。レーザーの波長域はフィ
ルムの材質や、貫通孔の精度などにより選択する。赤外
線域のものは熱加工となるため貫通孔の壁面が溶融状態
となり精度的にも劣るが、紫外線域のものでは高品質に
孔あけ加工可能でより好適である。

【００１９】各貫通孔２２は、ベースフィルム２１に導
電部材２４の端子部２４ａを仮固定して端子部２４ａの
位置精度を確保する役割を果たすので、導電部材２４の
端子部２４ａより大きく穿孔する。具体的には端子部２
４ａより０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ大きく穿孔する。こ
の範囲とするのは、小さすぎると端子部２４ａの位置合
わせを高度に行わなければならず、ベースフィルム２１
との接触による導電部材２４の変形など不具合を生じる
し、逆に大きすぎるとベースフィルム２１の強度が低下
し、剛性の低下を招くからである。導電部材２４の端子
部２４ａが□０．５ｍｍの場合、各貫通孔は□０．５５
ｍｍ〜０．７ｍｍの大きさに穿孔する。

【００２０】導電部材２４は、図５（ａ）〜（ｃ）に示
すように、天面端子部２４ｂの一部に連結部２４ｃを設
けて、接続端子ピッチに等しく一体成形される。その際
に、接続端子数分（１列分）の導電部材２４を連結した
成形品２５の端子部２４ａがベースフィルム２１から突
出する突出量を適性に保つ。そして、図８（ａ）に示す
ように、端子部２４ａの突出量に見合う深さの凹部２６
ａを持つジグ２６を用い、（ｂ）に示すように、導電部
材２４の端子部２４ａをジグ２６の凹部２６ａに嵌合
し、（ｃ）に示すようにベースフィルム２１を矢印方向
にスライドさせて導電部材２４をバースフィルム２１に
仮固定する。さらに、成形品２５を端子数分（規定行数
分）だけ積層するのであるが、ピッチが接続端子ピッチ
に等しくなるよう、図６に示すように、適宜スペーサ２
７を挿入しながら積層する。なお、図７に図６の平面図
を示す。

【００２１】成形品２５の積層後、図８（ｄ）に示すよ
うに、エラストマーを注型し硬化して、ベースフィルム
２１・導電部材２４・絶縁性エラストマー２３を一体化
して後、積層ピッチ固定用スペーサ２７を取り外し、導
電部材２４の連結部２４ｃを切断して異方導電性シート
１０を製造することができる。このようにして異方導電
性シート１０を製造したら、回路基板と半導体パッケー
ジとの間に異方導電性シート１０を挟んで位置決めし、
半導体パッケージの接続端子を適宜圧下すれば、回路基
板の電極パッドと半導体パッケージの接続端子とを導電
部材２４により導通させることができる。

【００２２】上記構成によれば、回路基板と半導体パッ
ケージとの導通時の接続荷重を導電部材２４の形状（中
央湾曲寸法、幅寸法）、金属材質、エラストマー硬度、
エラストマー厚みにより任意に設定可能であり、接続信
頼性を確保しながら低減可能である。したがって半導体
パッケージの小型・軽量化が大いに期待できる。この点
に関して詳細に説明すると、導電部材２４を単体で用い
た場合、圧接に対する復元力は導電部材２４自体が発生
しなければならないため材料をバネ材料としなければな
らない。また荷重と耐久性の兼ね合いから接続荷重の低
減に限界が生じる。すなわち、接続荷重を低くするため
に板厚を薄くすると、繰り返し圧接の耐久性が低下する
し、耐久性を向上させるために板厚を厚くすると接続荷
重が増加するという不具合がある。

【００２３】これに対し、本実施形態によれば、導電部
材２４がエラストマー２３に埋設されるので、バネ材質
の材料とする必要がなく、また板厚を薄くして接続荷重
を低減してもエラストマー２３により復元力を付与する
ことができる。よって、導電部材２４の復元力を金属板
の弾性に依存しなくてもよいので、エラストマー２３の
硬度を調整することにより、接続荷重の調整や低減を簡
単に実現することが可能となる。また、導電部材２４の
材料をバネ材料としなくてもよいので、導電性などの要
求値により材料を自由に選択することができる。また、
耐食性を確保するため、導電部材２４の表面に金メッキ
などを施すこともできる。

【００２４】導電部材２４自体の形状としては、板厚み
・湾曲寸法の組み合わせによっても所望する圧接荷重を
調整可能である。これによっても所望の圧接荷重が得ら
れない場合は、中間湾曲部の板幅を端子部よりも太く／
細くして適宜調整可能である。さらに、導電部材２４が
エラストマー２３中に埋設していることから、導電部材
２４のエラストマー２３からの突出量により圧接荷重を
調整可能である。すなわち導電部材２４の天面付近まで
エラストマー２３厚みを厚くすれば圧接荷重を高くでき
るし、また、薄くすれば圧接荷重を低減可能である。こ
の状態を、図９に示す。なお、図９（ａ）図はＬＧＡタ
イプパッケージを接続した時の側面図、（ｂ）、（ｃ）
はＢＧＡタイプパッケージを接続したときの側面図で、
（ｂ）はエラストマー厚みが薄い場合の導電部材変形状
態を、（ｃ）はエラストマー厚みが厚い場合の変形状態
をそれぞれ示す。

【００２５】また、各端子連結部２４ｃの切断部２４ｃ
１は、図８（ｄ）に示すように、端面が鋭利な状態とな
るので、これが半導体パッケージのハンダボール表面の
酸化皮膜を効果的に破壊除去可能であり、安定した接続
を簡易に実現することができる。なお、上記実施形態で
は回路基板と半導体パッケージとを異方導電性シート１
０で導通させたが、半導体パッケージを構成する回路基
板とＩＣやＬＳＩとの間に異方導電性シート１０を介在
させ、導通させることもできる。以下、本発明にかかる
異方導電性シートの実施例を比較例とともに説明する。

【００２６】

【実施例１】厚み５０μｍの銅箔を、図５（ａ）、
（ｂ）の形状に打抜き・折り曲げ加工して、天面に連結
部を有する電極を得た。この電極にＮｉ下地でＡｕメッ
キを施した。ついで、厚さ１００μｍのＰＥＮフィルム
をベースフィルムとし、このベースフィルムに複数の貫
通孔を打抜き法によりピッチ１ｍｍ、３４列の格子状に
配列して穿孔した。各貫通孔の形状は図２（ｂ）に示す
ように、０．６ｍｍの正方形とした。半導体パッケージ
の接続端子に対応する場所に凹部を有するジグに穿孔し
たベースフィルムを位置決めして載置し、上記電極の底
面を凹部に挿入した。電極連結部にスペーサを挟みなが
ら３４層に積層し３４列×３４行の電極を得、エラスト
マーを注型・硬化後に連結部を切断して異方導電性シー
トを得た。この異方導電性シートにより、プリント基板
からなる回路基板と全接続端子が内部で短絡しているＬ
ＧＡタイプのダミーパッケージを接続した。すると、一
接続端子あたり３０ｍΩの接続抵抗となり、この場合接
続荷重は一接続端子あたり０．３９Ｎとなった。この接
続状態のまま、０〜１００℃／１時間／サイクルの熱衝
撃試験を実施したところ、接続抵抗の上昇は１０％以下
であり、良好な接続信頼性が得られた。

【００２７】

【比較例１】線径１００μｍ、長さ３ｍｍのリン青銅線
を中央部より約９０度に折り曲げて略「く」字状の弾性
コンタクトとし（図１１参照）、この弾性コンタクトに
Ｎｉ下地Ａｕバレルメッキを施して接続端子を得た。加
硫後硬度５０°Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムに
弾性コンタクトをピッチ１ｍｍ、３４列格子状に配列し
て埋設成形して異方導電性シートを得た。異方導電性シ
ートにより、実施例１に示したダミーパッケージとプリ
ント基板を接続したところ、一端子当たり７０ｍΩの接
続抵抗となり、このときの押し圧荷重は一端子当たり
０．２９Ｎであった。接続状態のまま０〜１００℃／１
時間／サイクルの熱衝撃試験を実施したところ、１１５
６端子中４８端子で導通不良が発生した。導通不良個所
の解析結果、リン青銅線の先端がシリコーンゴム中に埋
没し接触不能となっていることが判明した。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、接続端子
あたりの接続荷重を低減し、回路部品の小型・軽量化を
図ることができるという効果がある。また、接続導電路
の長さを短くすることも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる異方導電性シートの実施形態に
おける電気絶縁性フィルムを示す平面図である。

【図２】図１に示す電気絶縁性フィルムに設けられた貫
通孔の例示である。

【図３】本発明にかかる異方導電性シートの実施形態の
要部拡大断面図である。

【図４】本発明にかかる異方導電性シートに用いる導電
部材の種々の形状を示す斜視図である。

【図５】金属板を打抜き・折り曲げ成形して、半導体パ
ッケージの接続端子に相当するピッチに連結部で連結さ
れた導電部材を説明する（ａ）側面図、（ｂ）正面図、
（ｃ）連結部を切断した斜視図を示す。

【図６】本発明にかかる異方導電性シートの製造方法を
示す説明図で、スペーサを用いて所定寸法離間しながら
積層する工程を示す図である。

【図７】図６の状態の平面図である。

【図８】本発明にかかる異方導電性シートの製造方法を
示す説明図である。

【図９】本発明にかかる異方導電性シートの実施形態に
おける弾性保持体と導電部材を示す説明図で、（ａ）図
はＬＧＡタイプパッケージを接続した時の側面図、
（ｂ）、（ｃ）はＢＧＡタイプパッケージを接続したと
きの側面図で、（ｂ）はエラストマー厚みが薄い場合の
導電部材変形状態を、（ｃ）はエラストマー厚みが厚い
場合の変形状態をそれぞれ示す。

【図１０】従来のソケットコンタクトを示す部分説明図
である。

【図１１】従来のコネクタを示す部分説明図である。

【符号の説明】

１０ 異方導電性シート ２０ 弾性保持体 ２１ ベースフィルム（電気絶縁性フィルム） ２２ 貫通孔 ２３ 絶縁性エラストマー ２４ 導電部材 ２４ａ、２４ｂ 端子部 ２４ｃ 連結部 ２４ｃ１ 切断部 ２５ 成形品 ２６ ジグ ２６ａ 凹部 ２７ スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/32 Ｈ０１Ｒ 23/68 ３０３Ｅ Ｆターム(参考） 5E023 AA04 AA05 AA16 AA26 BB18 BB22 BB29 CC02 CC22 DD24 DD26 EE05 EE27 GG17 HH06 HH08 HH15 HH28 5E051 CA04 5E319 AA03 AB05 AC02 AC03 BB16 CC61 GG20 5G307 HA02 HB03 HC01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板と回路部品との間に介在されて
   これらを導通させる異方導電性シートであって、上記回
   路基板と上記回路部品との間に介在する電気絶縁性の弾
   性保持体に、金属板材料よりなる導電部材をその端子部
   が上記弾性保持体の表裏面から突出するように埋設した
   ことを特徴とする異方導電性シート。
2. 【請求項２】 前記弾性保持体は、電気絶縁性フィルム
   の片面に電気絶縁性エラストマーが一体成形されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の異方導電性シート。
3. 【請求項３】 複数の貫通孔を有する電気絶縁性フィル
   ムをベースフィルムとし、その貫通孔に金属性板バネ材
   料よりなる導電部材の一方の端子部を係合して仮固定し
   たのち、該導電部材の他方の端子部が埋没しない範囲で
   電気絶縁性エラストマーを充填し硬化させて形成するこ
   とを特徴とする異方導電性シートの製造方法。