JP2018073577A - 異方導電性シート及びその製造方法 - Google Patents

異方導電性シート及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】簡単な構造で、導電部における一面側から他面側までの間の電気抵抗を低く抑えることができる異方導電性シート及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁性を有する材質からなるシート本体２０と、シート本体２０の一面側２１と他面側２２を貫通するように設けられ、導電性を有する材質からなる複数の導電部３０と、を有する異方導電性シート１０であって、複数の導電部３０はそれぞれ、複数の導電繊維状部材３１を有しており、導電部３０の複数の導電繊維状部材３１は、各導電繊維状部材３１の長手方向Ｑが一面側２１と他面側２２の貫通方向Ｐと略同方向に沿い、かつ、導電繊維状部材３１同士が接触して一面側２１から他面側２２に向かって導通状態を形成している異方導電性シート１０。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体装置（以下「ＩＣパッケージ」という）等の電気部品の試験等に使用す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。
従来、「電気部品」であるＩＣパッケージの試験等において、当該ＩＣパッケージを収容して、配線基板等に導通させる異方導電性シートがある。
そのような異方導電性シートにおいては、絶縁性を有するシート本体に導電性を有する導電部が複数設けられているが、この導電部はそれぞれ、複数の金属粒子で構成されているものが多かった（特許文献１参照）。
特開平３−１９６４１６号公報
しかしながら、従来のものにあっては、前記した特許文献１の構成を概念的に示した図１４のように、異方導電性シート１１０のシート本体１２０に対して設けられる導電部１３０が複数の金属粒子１３１で構成されているため、導電部１３０においてＩＣパッケージ１の端子３が接触するシート本体２０の一面側１２１と基板６の接触子８が接触するシート本体２０の他面側１２２が導通するまでの間に金属粒子１３１同士の接点Ｚを多く通過する必要があった。その結果、電気抵抗が高くなってしまうという問題が生じていた。
そこで、この発明は、簡単な構造で、導電部における一面側から他面側までの間の電気抵抗を低く抑えることが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を課題としている。
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、絶縁性を有する材質からなるシート本体と、該シート本体の一面側と他面側を貫通するように設けられ、導電性を有する材質からなる複数の導電部と、を有する異方導電性シートであって、複数の前記導電部はそれぞれ、複数の導電繊維状部材を有しており、前記導電部の複数の前記導電繊維状部材は、各導電繊維状部材の長手方向が前記一面側と前記他面側の貫通方向と略同方向に沿い、かつ、前記導電繊維状部材同士が接触して前記一面側から他面側に向かって導通状態を形成している異方導電性シートとしたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記シート本体には、前記一面側から前記他面側に貫通する複数の孔部が設けられており、該孔部に前記導電部が設けられている異方導電性シートとしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明に加えて、前記導電繊維状部材は、それぞれの前記長手方向の長さが、前記孔部の径より長く形成されている異方導電性シートとしたことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明に加えて、前記導電部は、互いに接触した複数の前記導電繊維状部材が、弾性力を有する部材で保持されて、弾性体を構成しており、前記貫通方向に対して弾性力を有している異方導電性シートとしたことを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の異方導電性シートの製造方法であって、絶縁性を有する材質からなるシート本体に対して、該シート本体の一面側と他面側を貫通する複数の導電部となる箇所の液状の部分それぞれに複数の導電繊維状部材を埋め込んだ上で、前記一面側と前記他面側の貫通方向に磁力を掛けることで、当該磁力により複数の前記導電繊維状部材の長手方向が前記貫通方向を向くようにし、かつ、当該磁力により複数の前記導電繊維状部材同士を接触させ、前記液状の部分を硬化させる異方導電性シートの製造方法としたことを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、異方導電性シートにおける複数の導電部がそれぞれ、複数の導電繊維状部材を有しており、導電部の複数の導電繊維状部材が、各導電繊維状部材の長手方向がシートの一面側と他面側の貫通方向と略同方向に沿うと共に導電繊維状部材同士が接触して一面側から他面側に向かって導通状態を形成しているため、一面側と他面側を導通させる際の導電繊維状部材同士の接点を少なく抑えることができる。その結果、導電部における一面側から他面側までの間の電気抵抗を低く抑えることができる。
請求項２に記載の発明によれば、シート本体に設けられた複数の孔部それぞれに複数の導電繊維状部材が入れられて導電部が形成されているため、簡単な構成で、電気抵抗を低く抑えた導電部を設けることができる。
請求項３に記載の発明によれば、導電繊維状部材の長手方向の長さが孔部の径より長く形成されているため、導電繊維状部材が孔部の中で横倒しになって、導電繊維状部材の長手方向が孔部の貫通方向を向かなくなってしまう不具合を防止することができる。その結果、確実に、導電繊維状部材の長手方向が孔部の貫通方向を向いて、一面側と他面側の間の導電部材同士の接点を少なく抑えることができる。
請求項４に記載の発明によれば、互いに接触した複数の導電繊維状部材が、弾性力を有する部材で保持されて、貫通方向に対して弾性力を有する弾性体を形成して、導電部を構成しているため、導電部と電気部品や基板との接圧を確保することができる。
請求項５に記載の発明によれば、異方導電性シートの製造方法において、シート本体に複数の導電繊維状部材を埋め込んだ状態で、シート本体における一面側と他面側の貫通方向に磁力を掛けることで、当該磁力によって磁力線上に導電繊維状部材が沿い易くなり、かつ、導電繊維状部材同士が磁力によって密着し易くなるため、導通部の成形がし易くなるものである。
この発明の実施の形態に係る異方導電性シートを示す平面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートにおける図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートにおける導電部の拡大断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの製造工程を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの製造工程を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの製造工程を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの製造工程を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの製造工程を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの製造工程を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの製造工程を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの製造工程において磁力を掛ける前の状態を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの製造工程において磁力を掛けた後の状態を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートにおける導電繊維状部材同士の接点の様子を示す断面図である。 従来の異方導電性シートにおける金属粒子同士の接点の様子を示す断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの第１変形例における導電部の拡大断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの第２変形例における導電部の拡大断面図である。 同実施の形態に係る異方導電性シートの第３変形例における導電部の拡大断面図である。
以下、この発明の実施の形態について説明する。
図１〜図１３には、この発明の実施の形態を示す。
まず構成を説明すると、この実施の形態に係る異方導電性シート１０は、図１３に示すように、「電気部品」としてのＩＣパッケージ１を収容して、基板６上に配設して試験等を行うためのものであり、図１及び図２に示すように、シート本体２０に複数の導電部３０を有する構成となっている。
まず、ＩＣパッケージ１と基板６について説明する。図１３に示すように、この実施の形態のＩＣパッケージ１は、所謂ＢＧＡと称されるもので、平面視で略正方形状に形成されたパッケージ本体２を有し、複数の半球状の端子３がこのパッケージ本体２の下面に下向きに突出して形成されたものである。また、この実施の形態の基板６は、その基板本体７における、ＩＣパッケージ１の端子３に対応する位置に、略平板状の接触子８を有している。なお、端子３の形状は、半球状に限るものではなく、略平板状等の適宜の形状であっても良い。また、接触子８の形状も、略平板状に限るものではなく、他の形状であっても良い。
また、異方導電性シート１０のうち、シート本体２０は、絶縁性を有すると共に可撓性を有する材質（ここではシリコーンゴム）で構成されており、略方形の薄板状に形成されている。また、シート本体２０の一面側２１の略中央部は、試験対象であるＩＣパッケージ１（図１３参照）を収容する収容部２３となっており、当該収容部２３の所定位置（ここでは収容したＩＣパッケージ１における四角枠状の部分に相当する位置）には、複数の導電部３０が形成されている。
また、シート本体２０の一面側２１とは反対の他面側２２の略中央部には、基板６（図１３参照）が配置されるようになっている。また、シート本体２０における前記した収容部２３の所定位置には、図３に示すように、一面側２１と他面側２２を貫通する複数の孔部２５を有しており、この孔部２５に、後述する複数の導電繊維状部材３１が入れられて、シート本体２０の一面側２１と他面側２２を貫通する導電部３０が形成されている。
以下、導電部３０について詳述する。この導電部３０は、図３に示すように、ニッケル等の所定の導電性材料からなる複数の略直線形状の導電繊維状部材３１が互いに接触するように孔部２５に入れられており、当該導電繊維状部材３１が互いに接触した状態で、弾性力を有する部材としての樹脂３２（例えばシリコーン樹脂等）で保持されている。ここでは、導電繊維状部材３１の長手方向Ｑの長さＲは約０．２ｍｍ、線径は約２０μｍであり、孔部２５の径Ｓは約０．１７ｍｍに形成されている。また、導電繊維状部材３１は、その長手方向Ｑがシート本体２０の一面側２１と他面側２２の貫通方向Ｐと略同方向に向くように孔部２５に入れられており、当該状態で、当該孔部２５に入れられた導電繊維状部材３１同士が接触し合うように構成されている。
また、樹脂３２がシリコーン樹脂等で弾性力を有することと、シート本体２０がシリコーンゴム等で弾性力を有することにより、これらのシリコーンゴムの弾性変形に追随して導電繊維状部材３１が湾曲して、導電部３０は貫通方向Ｐに対して弾性力を有するように構成されており、貫通方向Ｐに対する圧力に対して、所定の弾性変形をするように構成されている。
また、前記したように、導電繊維状部材３１の長手方向Ｑの長さＲは、シート本体２０の孔部２５の径Ｓより長くなるように形成されている。これにより、導電繊維状部材３１を孔部２５に入れ込んだときに、孔部２５の中で完全に横倒しにはならず、少なくとも一定の角度を持って斜めに挿入された状態に配置されるようになっている。
次に、この実施の形態に係る異方導電性シート１０の製造方法について、図４〜図１２を用いて説明する。なお、異方導電性シート１０の製造方法のうち、以下で説明する導電部３０の形成工程以外は、従来の製造方法と変わらないため、説明を省略する。
まず、図４に示すように、シリコーン等の弾性力を有する樹脂からなるシート本体２０の一面側２１（ここでは上面側）にＰＥＴ等の樹脂フィルム２６を貼り付け、他面側２２（ここでは下面側）にポリイミド等の樹脂フィルム２７を貼り付け、レーザ加工等によって予め定められた所定位置に一面側２１から他面側２２に貫通する孔部２５を設ける。このとき、孔部２５を、上面側である一面側２１の口が広く下面側である他面側２２の口が狭くなるように形成しており、これにより、導電繊維状部材３１を入れ易く、また、孔部２５の下方で導電繊維状部材３１が横向きになり難くなっている。
次に、図５に示すように、図４の状態のシート本体２０をポリイミド、ＰＥＴ、ポリエチレン等からなる粘着シート２８の上に配置して固定し、導電繊維状部材３１を一面側２１から孔部２５に流し入れる。このとき、導電繊維状部材３１の長手方向Ｑの長さＲは、孔部２５の径Ｓより長くなるように形成されているため、孔部２５の中で導電繊維状部材３１が完全に横倒しになることはなく、少なくとも一定角度を有する斜め状態で孔部２５に挿入された状態となる。
次に、図６に示すように、容器に入れられた液状シリコーン３２ａをシート本体２０の一面側２１に配置し、図７に示すように、当該シリコーン３２ａを孔部２５に流し込む。
次に、図８に示すように、液状シリコーン３２ａの容器の上方から加圧用治具Ｔ等によって液状シリコーン３２ａを加圧し、当該状態で硬化させる。
このとき、図１２に示すように、加圧用治具Ｔの上方と粘着シート２８にそれぞれ電磁石等の磁力発生装置４１，４２を備えていて、加圧された液状シリコーン３２ａが硬化し終わるまで貫通方向Ｐに磁力が掛かるようにし続けることにより、図１１の状態から図１２の状態のように、孔部２５の中の液状シリコーン３２ａに覆われた複数の導電繊維状部材３１の長手方向Ｑが、より貫通方向Ｐに向かって整列するようになり、それと共に磁力により導電繊維状部材３１同士がくっつき合うようになる。
これにより、より導電繊維状部材３１同士の導通状態が良好となり、かつ、少ない接点Ｚで一面側２１から他面側２２に導通されるようにできる。なお、図１２では、磁力を掛けたときに導電繊維状部材３１の長手方向Ｑが貫通方向Ｐに向く様子を分かり易く説明するために、極端に貫通方向Ｐに沿った図となっているが、必ずしもここまで極端に導電繊維状部材３１の長手方向Ｑが貫通方向Ｐに向かうとは限らず、導電繊維状部材３１の長手方向Ｑが貫通方向Ｐと略同方向に向かう程度の場合もある。
その後、シリコーン３２ａが硬化したら、図９に示すように、上部の余ったシリコーン３２ａを所定の治具で切り取り、図１０に示すように、樹脂３２で固められて保持された複数の導電繊維状部材３１で構成された複数の導電部３０が形成された異方導電性シート１０を、粘着シート２８から取り外すと共に、シート本体２０の一面側２１の樹脂フィルム２６を剥離する。これにより、導電繊維状部材３１同士の接点Ｚが少なく、導電部３０における一面側２１から他面側２２までの間の電気抵抗を低く抑えることができ、貫通方向Ｐに対する弾性力を有する導電部３０が形成された異方導電性シート１０を得ることができる。
次に、この実施の形態の異方導電性シート１０を用いてＩＣパッケージ１の試験を行うときの作用について、図１３及び図１４を用いて説明する。
まず、異方導電性シート１０を基板６の所定位置に配設する。ここでは、基板６の基板本体７から上部に向けて設けられた接触子８に対して、異方導電性シート１０のシート本体２０の他面側２２の導電部３０が丁度当接するように配設する。
次に、ＩＣパッケージ１を異方導電性シート１０の所定位置に配置する。ここでは、パッケージ本体２から下部に向けて設けられた端子３を異方導電性シート１０のシート本体２０の一面側２１の収容部２３における導電部３０に丁度当接させるように配置する。これにより、異方導電性シート１０を介してＩＣパッケージ１と基板６が導通状態となる。
次に、設定された所定条件にて、電気を導通させる。このとき、異方導電性シート１０の一面側２１に収容されたＩＣパッケージ１と他面側に設けられた基板６の間の導電部３０において、複数の導電繊維状部材３１の長手方向Ｑが一面側２１と他面側２２の貫通方向Ｐと略同方向を向くようになっており、かつ、複数の導電繊維状部材３１同士が接触し合った状態となっている。
これにより、図１４に示す従来の金属粒子１３１が詰まった導電部１３０の金属粒子１３１同士の接点Ｚの数に比べて、図１３に示すように、導電繊維状部材３１同士の接点Ｚが非常に少ない状態で、一面側２１と他面側２２を導通させることができる。接点Ｚが少なくなった結果、当該接点Ｚにおける電気抵抗を小さく抑えることができる。
このように、この実施の形態の異方導電性シート１０は、複数の導電部３０がそれぞれ、複数の導電繊維状部材３１を有しており、導電部３０の複数の導電繊維状部材３１が、各導電繊維状部材３１の長手方向Ｑがシート本体２０の一面側２１と他面側２２の貫通方向Ｐと略同方向に沿うと共に導電繊維状部材３１同士が接触して一面側２１から他面側２２に向かって導通状態を形成しているため、一面側２１と他面側２２を導通させる際の導電繊維状部材３１同士の接点を少なく抑えることができ、かつ、一面側２１から他面側２２に導通するときの経路を直線的にして短くすることができる。その結果、導電部３０における一面側２１から他面側２２までの間の電気抵抗を低く抑えることができる。
また、この実施の形態の異方導電性シート１０は、シート本体２０に設けられた複数の孔部２５それぞれに複数の導電繊維状部材３１が入れられて導電部３０が形成されているため、簡単な構成で、電気抵抗を低く抑えた導電部３０を設けることができる。
また、この実施の形態の異方導電性シート１０は、導電繊維状部材３１の長手方向Ｑの長さＲが孔部２５の径Ｓより長く形成されているため、導電繊維状部材３１が孔部２５の中で横倒しになって、導電繊維状部材３１の長手方向Ｑが孔部２５の貫通方向Ｐを向かなくなってしまう不具合を防止することができる。その結果、確実に、導電繊維状部材３１の長手方向Ｑが孔部２５の貫通方向Ｐを向いて、一面側２１と他面側２２の間の導電部材同士の接点を少なく抑えることができ、かつ、一面側２１から他面側２２に導通するときの経路を直線的にして短くすることができる。
また、この実施の形態の異方導電性シート１０は、互いに接触した複数の導電繊維状部材３１が、弾性力を有する樹脂３２で固められることで保持されて、貫通方向Ｐに対して弾性力を有する弾性体を形成して、導電部３０を構成しているため、導電部３０とＩＣパッケージ１や基板６との接圧を確保することができる。
また、この実施の形態の異方導電性シート１０の製造方法は、シート本体２０に複数の導電繊維状部材３１を埋め込んだ状態で、シート本体２０における一面側２１と他面側２２の貫通方向Ｐに磁力を掛けることで、当該磁力によって磁力線上に導電繊維状部材３１が沿い易くなり、かつ、導電繊維状部材３１同士が磁力によって密着し易くなるため、導通部３０の成形がし易くなるものである。
なお、前記した実施の形態では、電気部品としてＩＣパッケージ１を用いて説明したが、これに限るものではなく、ＩＣパッケージ以外の他の電気部品に用いられるようになっていても良い。
また、前記した実施の形態では、異方導電性シート１０の製造過程において、貫通方向Ｐに磁力を掛け続けて複数の導電繊維状部材３１を貫通方向Ｐに沿うようにさせると共に、導電繊維状部材３１同士をくっつけ合うようにしたが、これに限るものではなく、導電繊維状部材３１の量や形状、大きさ、製造過程における環境等の条件によっては、磁力を掛けなくても良好な接触状態の導電部３０が得られる場合もある。
また、前記した実施の形態では、シート本体２０に形成された孔部２５に導電繊維状部材３１を入れ込んで導電部３０を形成するようになっていたが、これに限るものではない。例えば、シート本体に孔部を有しておらず、液状のシリコーン等で形成されたシート本体を形成するものの、導電部が形成される箇所に磁力をかけ続け、そこに導電繊維状部材を入れることで、磁力によって導電部の箇所に導電繊維状部材を集めて硬化させることで、導電部を形成するようになっていても良い。なお、このとき、磁力をシート本体の一面側から他面側への貫通方向に掛けておくことで、前記した実施の形態のように導電繊維状部材を貫通方向沿う方向に向けることができるものである。
また、前記した実施の形態における導電繊維状部材３１や導電部３０を含む各部材の材質や形状、大きさ等は、これに限るものではなく、それぞれの条件等に応じて、適宜決定すれば良いものである。
例えば、図１５に示す第１変形の異方導電性シート１０Ａのように、シート本体２０に複数形成された孔部２５に設けられた導電部３０Ａが、当該孔部２５に入れられた複数の導電繊維状部材３１Ａが互いに接触した状態で弾性力を有する樹脂３２で固められて保持されたものであって、複数の導電繊維状部材３１Ａが、波形状のアクリル繊維にニッケルメッキを施した繊維状部材で構成されている場合が挙げられる。この導電繊維状部材３１Ａは、その長手方向が孔部２５の貫通方向Ｐと略同方向を向くような大きさ及び形状となっている。
また、図１６に示す第２変形の異方導電性シート１０Ｂのように、シート本体２０に複数形成された孔部２５に設けられた導電部３０Ｂが、当該孔部２５に入れられた複数の導電繊維状部材３１Ｂが互いに接触した状態で弾性力を有する樹脂３２で固められて保持されたものであって、複数の導電繊維状部材３１Ｂが、所定の長さを有するスプリングにニッケルメッキを施した螺旋形状の繊維状部材で構成されている場合が挙げられる。この導電繊維状部材３１Ｂは、その螺旋形状の軸方向が孔部２５の貫通方向Ｐと略同方向を向くような大きさ及び形状となっている。
また、図１７に示す第３変形の異方導電性シート１０Ｃのように、シート本体２０に複数形成された孔部２５に設けられた導電部３０Ｃが、当該孔部２５に入れられた複数の導電繊維状部材３１Ｃが互いに接触した状態で弾性力を有する樹脂３２で固められて保持されたものであって、複数の導電繊維状部材３１Ｃが、所定の大きさの一巻状のスプリングにニッケルメッキを施した円環形状の繊維状部材で構成されている場合が挙げられる。この導電繊維状部材３１Ｃは、その円環形状の直径方向が孔部２５の貫通方向Ｐと略同方向を向く（円環形状の中心軸方向が孔部２５の貫通方向Ｐと略直交する方向を向く）ような大きさ及び形状となっている。
10 異方導電性シート
20 シート本体
21 一面側
22 他面側
25 孔部
30 導電部
31 導電繊維状部材
32 樹脂
41 磁力体
42 磁力体
Ｐ 貫通方向
Ｑ 長手方向
Ｒ 導電繊維状部材の長手方向の長さ
Ｓ 孔部の径
Ｚ 接点

Claims (5)

  1. 絶縁性を有する材質からなるシート本体と、
    該シート本体の一面側と他面側を貫通するように設けられ、導電性を有する材質からなる複数の導電部と、
    を有する異方導電性シートであって、
    複数の前記導電部はそれぞれ、複数の導電繊維状部材を有しており、
    前記導電部の複数の前記導電繊維状部材は、各導電繊維状部材の長手方向が前記一面側と前記他面側の貫通方向と略同方向に沿い、かつ、前記導電繊維状部材同士が接触して前記一面側から他面側に向かって導通状態を形成していることを特徴とする異方導電性シート。
  2. 前記シート本体には、前記一面側から前記他面側に貫通する複数の孔部が設けられており、
    該孔部に前記導電部が設けら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. 前記導電繊維状部材は、それぞれの前記長手方向の長さが、前記孔部の径より長く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の異方導電性シート。
  4. 前記導電部は、互いに接触した複数の前記導電繊維状部材が、弾性力を有する部材で保持されて、弾性体を構成しており、前記貫通方向に対して弾性力を有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の異方導電性シート。
  5. 請求項１乃至４の何れか一つに記載の異方導電性シートの製造方法であって、
    絶縁性を有する材質からなるシート本体に対して、該シート本体の一面側と他面側を貫通する複数の導電部となる箇所の液状の部分それぞれに複数の導電繊維状部材を埋め込んだ上で、前記一面側と前記他面側の貫通方向に磁力を掛けることで、当該磁力により複数の前記導電繊維状部材の長手方向が前記貫通方向を向くようにし、かつ、当該磁力により複数の前記導電繊維状部材同士を接触させ、前記液状の部分を硬化させることを特徴とする異方導電性シートの製造方法。
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