JP2020091982A - 異方性導電シート - Google Patents
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Abstract
【課題】カーボン線を狭ピッチで配置することができ、さらにカーボン線の位置ずれや脱落を抑制でき、半導体デバイス等の被検査物に対する正確な検査を繰り返し行うことができる異方性導電シートを提供する。【解決手段】弾性を有する絶縁層1と、絶縁層1の厚さ方向Yに貫通する複数のカーボン線2とを有する異方性導電シート10であって、カーボン線2は、絶縁層1の厚さTと同じ又は略同じ長さからなり、カーボン線2の外周にはプライマー層3が設けられているようにして上記課題を解決した。プライマー層3は、カーボン線上に金属めっき層3a及び樹脂層3bがその順で設けられた積層体である。【選択図】図2
Description
本発明は、カーボン線の位置ずれや脱落を抑制でき、半導体デバイス等の被検査物に対する正確な検査を繰り返し行うことができる異方性導電シートに関する。
異方性導電シートは、電気回路基板の電気的性能を検査する検査治具の電気接触子として、又は、電気回路基板と電子部品等との電気的接続を行う電気コネクタとして提案されている。異方性導電シートとしては種々のものが提案されているが、例えば、導電性を有する複数の金属線を、その長さ方向を絶縁シートの厚さ方向に向けて高密度に配置した構成の異方性導電シートが提案されている。
こうした形態の異方性導電シートが検査治具の電気接触子として用いられる場合には、異方性導電シートの金属線の端部(「金属線端部」という。)と電気回路基板等の電極部とが確実に接触するように、異方性導電シートは、電気回路基板等と検査治具側のピン端子との間の位置で押圧された状態で使用される。また、異方性導電シートが電気コネクタとして用いられる場合にも、異方性導電シートの金属線端部と電極部とが確実に接触するように、異方性導電シートは、電気回路基板等に対して押圧された状態で使用される。これらの場合において、金属線が硬い絶縁シートで強固に配置されていると、異方性導電シートから突出した金属線端部が電極部に強く押圧され、その押圧により折れ曲りが発生したり、折れ曲り部分で塑性変形したり、電極部が傷ついたりするおそれがある。
上記問題に対し、例えば特許文献1では、弾性を有する絶縁シートが用いられ、具体的には、弾性を有する絶縁シートと、絶縁シート内に含まれ、かつ、絶縁シートの厚み方向に長さ方向が平行に配置される複数の導電性を有する金属線とを有し、金属線は、ニッケルチタン合金製の芯材と、該芯材を0℃における比抵抗が、6.5×10−8Ω・m以下の金属材料からなる層を含む1層以上の層からなる導電被覆層とを有する異方性導電シートが提案されている。
半導体デバイス等は日進月歩で集積化が進んでおり、それに伴ってその端子も狭ピッチ化している。被検査物の電気的性能を検査する検査治具においても、異方性導電シートを構成する金属線のピッチを狭くして、狭ピッチ化した端子に正確に接触させる必要がある。
しかし、金属線間がより狭ピッチ化した場合において、測定時に大きな荷重が異方性導電シートにかかると、たとえ弾性を有する絶縁シートを用いた場合であっても、その絶縁シート内に含まれる金属線が折れ曲がりやすくなって塑性変形を起こしやすい。そのため、金属線間を狭ピッチ化しすぎると、その折れ曲りや塑性変形によって金属線同士がショートしてしまうリスクが高まり、被検査物に対する正確な検査を繰り返し行えないおそれがある。
塑性変形を起こしにくい強固なピアノ線、真鍮線、ニッケルチタン線等の剛性のある金属線を使用することにより、折れ曲りや塑性変形の防止、金属線の細径化とその細径化に基づいた狭ピッチ化を可能としやすい。しかし、大きな荷重が異方性導電シートにかかると、剛性のある金属線が被検査物に傷を付けてしまったり、破損させてしまったりすることがあり、被検査物の正確な検査を繰り返し行えないおそれがある。
こうした問題に対し、剛性のある金属線に変えて柔軟なカーボン線を用いると、測定時に大きな荷重が異方性導電シートに加わった場合でも、その弾性や柔軟性によって被検査物に傷を付けたり破損したりすることを防ぐことができる。しかし、異方性導電シートを所望の厚さに切断する際、絶縁層からのカーボン線の抜け落ちや、切断面からのカーボン線の突出量のばらつき、カーボン線の長さのばらつき等が発生し易い。また、異方性導電シートに繰り返し応力が加わると、絶縁層からのカーボン線の位置ずれやカーボン線が脱落することも懸念される。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、カーボン線を狭ピッチで配置することができ、さらにカーボン線の位置ずれや脱落を抑制でき、半導体デバイス等の被検査物に対する正確な検査を繰り返し行うことができる異方性導電シートを提供することにある。
本発明に係る異方性導電シートは、弾性を有する絶縁層と、前記絶縁層の厚さ方向に貫通する複数のカーボン線とを有する異方性導電シートであって、前記カーボン線は、前記絶縁層の厚さと同じ又は略同じ長さからなり、前記カーボン線の外周にはプライマー層が設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、絶縁層が弾性を有しかつ柔軟なカーボン線を有するので、測定時に大きな荷重が異方性導電シートに加わった場合でも、その弾性や柔軟性によって被検査物に傷を付けたり破損したりすることを防ぐことができる。また、柔軟で細径化も容易なカーボン線を用いるので、測定時に大きな荷重が異方性導電シートに加わった場合でも、カーボン線が折れ曲がったり塑性変形を起こしたりすることがなく、カーボン線間を狭ピッチ化してもカーボン線同士がショートしてしまうリスクが小さく、正確に検査を行うことができる。また、カーボン線と絶縁層とは密着力(親和性)が低く、異方性導電シートを所望の厚さに切断する際に絶縁層からのカーボン線の抜け落ちや、切断面からのカーボン線の突出量のばらつき、カーボン線の長さのばらつき等が発生し易い。また、異方性導電シートに繰り返し応力が加わると、絶縁層からのカーボン線の位置ずれやカーボン線が脱落することが懸念され、特に薄い異方性導電シートでは、カーボン線と絶縁層との接触面積が小さく、両者の密着性をより高める必要がある。こうした課題や要請に対し、本発明では、カーボン線の外周にプライマー層を設けることにより、カーボン線と絶縁層との密着を高めることができ、異方性導電シートの切断時における絶縁層からのカーボン線の抜け落ちや、切断面からのカーボン線の突出量等のばらつきを抑制し、繰り返し応力が加わる使用時に、カーボン線が絶縁層から脱落したり位置ずれが発生したりするのを防止することができる。こうした本発明によれば、カーボン線の細径化、カーボン線間の狭ピッチ化、カーボン線の整列性向上、折れ曲りや塑性変形の防止、カーボン線の脱落防止等を実現でき、被検査物の電極部又は端子が狭ピッチ化した場合であっても、繰り返し正確に測定することができる。こうした異方性導電シートの使用は、被検査物の端子と異方性導電シートのカーボン線との位置合わせを正確にしなくても、被検査物の検査を繰り返し正確に行うことができる。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、前記プライマー層は、前記カーボン線上に金属めっき層及び樹脂層がその順で設けられた積層体である。この発明によれば、カーボン線上に金属めっき層が設けられているので、その金属めっき層上に樹脂層を密着性良く設けやすい。樹脂層は、カーボン線よりも弾性があり、絶縁層よりも弾性がないので、カーボン線と絶縁層とをプライマー層を介して密着性を高めることができ、使用時に剥離や脱落するのを抑制することができる。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、前記金属めっき層は、銅、ニッケル及び金から選ばれる1種又は2種以上で構成されためっき層であることが好ましい。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、前記金属めっき層の厚さが、0.5〜5μmの範囲内であることが好ましい。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、前記樹脂層は、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂から選ばれる1種又は2種以上で構成されることが好ましい。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、前記樹脂層の厚さが、0.5〜10μmの範囲内であることが好ましい。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、前記カーボン線は、直径が0.001〜0.05mmの範囲内であることが好ましい。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、前記絶縁層は、熱硬化性樹脂であって、硬化後の圧縮弾性率が5N/mm2以下である材料で形成されていることが好ましい。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、前記絶縁層を構成する材料が、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれることが好ましい。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、前記絶縁層の厚さが、0.1〜2mmの範囲内であることが好ましい。
本発明に係る異方性導電シートにおいて、1検査パターンあたりの荷重が10gf以下であることが好ましい。
本発明によれば、カーボン線を狭ピッチで配置することができ、半導体デバイス等の被検査物に対する正確な検査を繰り返し行うことができる異方性導電シートを提供することができる。また、プライマー層をカーボン線と絶縁層との間に設けることでカーボン線と絶縁層との密着を高めることができ、繰り返し応力を加える電気検査の使用時に、カーボン線が絶縁層から脱落するのを防止することができる。
以下、本発明に係る異方性導電シートについて、図面を参照しつつ説明する。本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、本願において「被検査物」とは、IC等の半導体デバイス等を総称する意味で使用している。また、異方性導電シートは異方導電性シートとも言う。
[異方性導電シート]
本発明に係る異方性導電シート10は、図1〜図3に示すように、弾性を有する絶縁層1と、絶縁層1の厚さ方向Yに貫通する複数のカーボン線2とを有するものであり、そのカーボン線2は、絶縁層1の厚さと同じ又は略同じ長さからなり、カーボン線2の外周にはプライマー層3が設けられていることに特徴がある。
本発明に係る異方性導電シート10は、図1〜図3に示すように、弾性を有する絶縁層1と、絶縁層1の厚さ方向Yに貫通する複数のカーボン線2とを有するものであり、そのカーボン線2は、絶縁層1の厚さと同じ又は略同じ長さからなり、カーボン線2の外周にはプライマー層3が設けられていることに特徴がある。
この異方性導電シート10では、絶縁層1が弾性を有しかつカーボン線2が柔軟なカーボン線2を有するので、測定時に大きな荷重が異方性導電シート10に加わった場合でもその弾性や柔軟性によって被検査物20又は電極21(図6を参照)に傷を付けたり破損したりすることを防ぐことができる。また、柔軟で細径化も容易なカーボン線2を用いるので、測定時に大きな荷重が異方性導電シート10に加わった場合でも、カーボン線2が折れ曲がったり塑性変形を起こしたりすることがなく、カーボン線間2,2を狭ピッチ化してもカーボン線同士がショートしてしまうリスクが小さく、正確に検査を行うことができる。
また、カーボン線2と絶縁層1とは密着力(親和性)が低く、異方性導電シート10に繰り返し応力が加わると、絶縁層1からカーボン線2が脱落することが懸念される。特に薄い異方性導電シート10では、カーボン線2と絶縁層1との接触面積が小さく、両者の密着性をより高める必要がある。本発明では、カーボン線2の外周にプライマー層3が設けられているので、カーボン線2と絶縁層1との密着を高めることができ、繰り返し応力が加わる使用時に、カーボン線2が絶縁層1から脱落するのを防止することができる。
こうした本発明によれば、カーボン線2の細径化、カーボン線間2,2の狭ピッチ化、カーボン線2の整列性向上、折れ曲りや塑性変形の防止、カーボン線2の脱落防止等を実現でき、被検査物20の電極部又は端子等が狭ピッチ化した場合であっても、繰り返し正確に測定することができる。こうした異方性導電シート10の使用は、被検査物の端子と異方性導電シートのカーボン線との位置合わせを正確にしなくても、被検査物20の検査を繰り返し正確に行うことができる
各構成について詳しく説明する。
(絶縁層)
絶縁層1は、図1〜図3に示すように、異方性導電シート10を構成する弾性のあるシート状物である。この絶縁層1には、カーボン線2が厚さ方向Yに貫通して所定のピッチPで多数設けられている。絶縁層1の材質は、絶縁性を有し且つゴムのように弾性のある材料であれば特に限定されない。ゴムのように弾性のある材料とは、繰り返し使用しても特性が変わらず、押したら押した分だけ元に戻る特性を持つ材料のことであり、圧縮弾性率が5N/mm2以下、好ましくは2N/mm2以下であれば、そうした特性を示すことができる。圧縮弾性率の下限はシート状物として機能する範囲であり、強いて言えば0.5N/mm2とすることができる。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
絶縁層1は、図1〜図3に示すように、異方性導電シート10を構成する弾性のあるシート状物である。この絶縁層1には、カーボン線2が厚さ方向Yに貫通して所定のピッチPで多数設けられている。絶縁層1の材質は、絶縁性を有し且つゴムのように弾性のある材料であれば特に限定されない。ゴムのように弾性のある材料とは、繰り返し使用しても特性が変わらず、押したら押した分だけ元に戻る特性を持つ材料のことであり、圧縮弾性率が5N/mm2以下、好ましくは2N/mm2以下であれば、そうした特性を示すことができる。圧縮弾性率の下限はシート状物として機能する範囲であり、強いて言えば0.5N/mm2とすることができる。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
絶縁層1は、絶縁性を有しているが、上記材料で構成された場合には、体積抵抗率が1012Ω・cm(導電率10-12S/cm)以上、好ましくは1013Ω・cm(導電率10-13S/cm)以上であり、十分な絶縁性を有している。絶縁層1の厚さは特に限定されないが、近年の狭ピッチ対応の異方性導電シート10を考慮した場合、0.1〜2mmの範囲内であることが好ましく、0.1〜1mmの範囲内であることがより好ましい。
(カーボン線)
カーボン線2は、図2及び図3に示すように、絶縁層1の厚さ方向Yに貫通して複数設けられている。図2及び図3において、D1は、カーボン線2の直径である。図3に示すように、カーボン線2の厚さ方向Yの両端には先端部4が設けられ、絶縁層1の面(先端部4以外の表面のこと。)から突出していてもよい。
カーボン線2は、図2及び図3に示すように、絶縁層1の厚さ方向Yに貫通して複数設けられている。図2及び図3において、D1は、カーボン線2の直径である。図3に示すように、カーボン線2の厚さ方向Yの両端には先端部4が設けられ、絶縁層1の面(先端部4以外の表面のこと。)から突出していてもよい。
カーボン線2は、図1〜図4に示すように、その複数が一定のピッチPで規則的に設けられていることが好ましいが、不規則に設けられていてもよい。図4(A)(B)に示すように規則的に設けられている場合におけるカーボン線2のピッチPは、例えば、0.050mm以下であり、好ましくは0.018mm以下の狭ピッチであることが好ましい。
カーボン線2の直径D1は、こうした狭ピッチで配列することができるように、0.001〜0.050mm程度の範囲内とすることが好ましい。ピッチPは、カーボン線2の直径D1と後述のプライマー層3を設けた後の直径D3とによって規制されるので、カーボン線2のピッチPを0.050mm以下であることにより例えばICチップの電極パターンが0.055mmピッチのもの等に対しても好ましく接触することができる。また、直径が0.018mm以下のカーボン線2を用いれば、カーボン線2を0.018mm以下の狭ピッチで設けることができ、例えばICチップの電極パターンが0.055mmピッチのもの等に対してもマルチコンタクトすることができるのでより好ましい。なお、マルチコンタクトとは、図6に示すように、導通を安定させ、確実にコンタクトさせるために、複数のカーボン線2の先端部4を一つの電極部等21に接触させる方法であり、カーボン線2を狭ピッチ(例えば0.018mm以下)とし、且つ規則配置又は非規則配置しても、規則的な電極部21に対する接触を安定的に行うことができ、正確な測定が可能になる。
カーボン線2は、従来の金属線に比べて柔軟性があるので、例えば測定時に大きな荷重が異方性導電シート10に加わった場合でも、被検査物20の電極部21に傷を付けたり破損したりすることを防ぐことができる。さらに、測定時に大きな荷重が異方性導電シート10に加わった場合でも、その柔軟性により、カーボン線2が折れ曲がったり塑性変形を起こしたりすることがなく、カーボン線間を狭ピッチ化してもカーボン線同士がショートしてしまうリスクが小さく、正確に検査を行うことができる。なお、カーボン線2の例としては、ポリアクリロニトリル等を挙げることができる。このカーボン線2は、炭素繊維、CNT(カーボンナノチューブ)等として容易に入手することができる。
カーボン線2の直径D1は、近年の狭ピッチ化の要請により、例えば0.001〜0.05mmを好ましく挙げることができる。カーボン線2の長さは、図2及び図3に示すように、絶縁層1の厚さTとの関係で決まり、例えば絶縁層1の厚さTと同じで0.1〜2mmの範囲内であることが好ましく、0.1〜1mmの範囲内であることがより好ましい。特に、カーボン線2の長さは、絶縁層1の厚さと一致していることが好ましい。
(プライマー層)
プライマー層3は、カーボン線2の外周に設けられている。このプライマー層3は、カーボン線上に、金属めっき層3a及び樹脂層3bがその順で設けられた積層体である。カーボン線2の外周にプライマー層3が設けられることにより、カーボン線2と絶縁層1との密着を高めることができ、繰り返し応力が加わる使用時に、カーボン線2が絶縁層1から脱落するのを防止することができる。従来、カーボン線2と絶縁層1とは密着力(親和性)が低く、異方性導電シート10に繰り返し応力が加わると、絶縁層1からカーボン線2が脱落することが懸念され、特に薄い異方性導電シート10では、カーボン線2と絶縁層1との接触面積が小さく、両者の密着性をより高める必要があった。本発明では、プライマー層3を設けることにより、こうした課題を解決している。なお、図2及び図3において、D2は、カーボン線上に金属めっき層3aが設けられた後の直径であり、D3は、その金属めっき層3a上に樹脂層3bが設けられた後の直径である。
プライマー層3は、カーボン線2の外周に設けられている。このプライマー層3は、カーボン線上に、金属めっき層3a及び樹脂層3bがその順で設けられた積層体である。カーボン線2の外周にプライマー層3が設けられることにより、カーボン線2と絶縁層1との密着を高めることができ、繰り返し応力が加わる使用時に、カーボン線2が絶縁層1から脱落するのを防止することができる。従来、カーボン線2と絶縁層1とは密着力(親和性)が低く、異方性導電シート10に繰り返し応力が加わると、絶縁層1からカーボン線2が脱落することが懸念され、特に薄い異方性導電シート10では、カーボン線2と絶縁層1との接触面積が小さく、両者の密着性をより高める必要があった。本発明では、プライマー層3を設けることにより、こうした課題を解決している。なお、図2及び図3において、D2は、カーボン線上に金属めっき層3aが設けられた後の直径であり、D3は、その金属めっき層3a上に樹脂層3bが設けられた後の直径である。
金属めっき層3aは、樹脂層3bとともにプライマー層3を構成するものであり、図2、図3及び図5に示すように、カーボン線2の外周に設けられている。金属めっき層3aとしては、導電性の良い銅、ニッケル、及び金から選ばれるいずれか1種又は2種以上で構成されるめっき層を挙げることができる。例えば、銅めっき層、ニッケルめっき層、金めっき層、それらの合金めっき層等を挙げることができる。これらの金属めっき層3aを0.5〜5μm程度の厚さ(図2及び図3中、[D2−D1]/2で表される。)で設けることにより、クラックが入らない程度の厚さで、カーボン線2の体積抵抗率を、被検査物の検査が可能な1Ω・cm以下、好ましくは10−6Ω・cm以下とすることができる。なお、導電率で表せば、1S/cm〜106S/cmの範囲内ということができる。なお、上記したカーボン線2の導電率は、102S/cm〜104S/cmの範囲内であるので、好ましくはカーボン線2の外周には上記した導電性の良い金属めっき層3aが設けられていることが好ましい。
金属めっき層3aの厚さは、カーボン線2の導電率とともに、カーボン線2のコシ(荷重)にも影響するので、それらを考慮して、上記範囲内で任意に設定することが好ましい。なお、銅めっき層はカーボン線2上に設けることが好ましく、金めっき層はカーボン線2の最表面位置に設けることが好ましい。これら銅、ニッケル、金等の金属めっき層3aは、伸びやすい性質を備えるので、カーボン線2が座屈してもクラック等が入らないという利点がある。
樹脂層3bは、金属めっき層3aとともにプライマー層3を構成するものであり、図2、図3及び図5に示すように、金属めっき層3aの外周に最外層として設けられている。この樹脂層3bは、金属めっき層3aとともに、カーボン線2と絶縁層1との密着を高めるように作用し、繰り返し応力が加わる使用時に、カーボン線2が絶縁層1から脱落するのを防止するという効果をもたらす。こうした効果により、従来の課題、すなわちカーボン線2と絶縁層1とは密着力(親和性)が低く、異方性導電シート10を所望の厚さに切断する際に絶縁層1からのカーボン線2の抜け落ちや、切断面からのカーボン線2の突出量のばらつき、カーボン線2の長さのばらつき等が発生し易いという課題や、異方性導電シート10に繰り返し応力が加わると絶縁層1からのカーボン線2の位置ずれやカーボン線2が脱落するという課題を解決することができる。特に薄い異方性導電シート10では、カーボン線2と絶縁層1との接触面積が小さいことから、両者の密着性をより高める必要があったが、このプライマー層3を設けることにより、カーボン線2と絶縁層1との密着を高めることができ、異方性導電シート10の切断時における絶縁層1からのカーボン線2の抜け落ちや、切断面からのカーボン線2の突出量等のばらつきを抑制でき、繰り返し応力が加わる使用時に、カーボン線2が絶縁層1から脱落したり位置ずれが発生したりするのを防止することができる。
樹脂層3bとしては特に限定されないが、例えばポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂から選ばれる1種又は2種以上であることが好ましい。こうした樹脂層3bは、カーボン線同士の距離が狭い場合やカーボン線を不規則に配列する場合でも、カーボン線間を確実に絶縁することができる。
樹脂層3bは、各種の方法で設けることができ、例えば電着塗装や焼き付け等の方法で設けることが好ましい。電着塗装で樹脂層3bを設ける場合、プライマー層3を構成する金属めっき層3aが既に設けられているので、その金属めっき層3aに通電して電着塗装することができるので好ましい。
樹脂層3bの厚さ(図2中、[D3−D2]/2で表される。)も特に限定されないが、例えば0.5〜10μmの範囲内の厚さで設けることが好ましい。電着塗装としては、エポキシ、ウレタン等からなる樹脂を、厚さ0.5〜10μmの範囲内で設けることができる。なお、樹脂層3bの耐電圧(直流)は、少なくとも0.1kV以上となるように設けられていることが好ましい。
こうして構成されるプライマー層3は、カーボン線2上に金属めっき層3aを電気めっき等で密着性良く設けることができる。さらに、その金属めっき層3a上に樹脂層3bを電着塗装や焼付け塗装で密着性良く設けることができる。そして、その樹脂層3b上にも、樹脂材料からなる絶縁層1を密着性良く設けることができる。こうした構成により、プライマー層3を介して、カーボン線2と絶縁層1との密着性を高めることができ、カーボン線2の脱落を防止することができる。
樹脂層3bは、カーボン線2よりも弾性があり、絶縁層1よりも弾性がない。例えば、カーボン線2(後述の実施例で使用するトレカ糸T700SC−12000−50C)の圧縮弾性率は、250000N/mm2である。また、金属めっき層3aを構成する金属の圧縮弾性率は、ニッケルが200000N/mm2であり、金が80000N/mm2である。また、樹脂層3bの圧縮弾性率は、ポリアミド樹脂硬化エポキシ樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリエステル樹脂等で、10〜20N/mm2である。また、絶縁層1の圧縮弾性率は、5N/mm2以下である。したがって、弾性率の関係は、カーボン線≧金属めっき>皮膜>絶縁層となる。このように隣り合う層の弾性差を小さくすることは、層間の密着性を高めることができる。具体的には、カーボン線2と金属めっき層3aとの密着、金属めっき層3aと樹脂層3bとの密着、樹脂層3bと絶縁層1との密着をそれぞれ良好なものとすることができ、大きな弾性差による密着性の劣る層間を無くすことにより、全体として高い密着性高めることができる。
また、カーボン線2の外周に金属めっき層3aと樹脂層3bを設けることにより、例えば、液状の絶縁材料の中にカーボン線2を並べ、絶縁材料を加熱硬化(約100℃で架橋反応)させて絶縁層1を形成する際に、カーボン線2への悪影響(例えば、溶媒による浸食等、特性の劣化が生じやすいこと等)を防ぐことができる。
(突出した先端部)
突出した先端部4は、必須の構成ではなく、図3に示すように、異方性導電シート10を構成する絶縁層1の面(先端部4以外の表面のこと。)から突出する形態として必要に応じて設けられる。この突出した先端部4を設ける場合は、絶縁層1の面から少しだけ突出させ、その先端部4を被検査物20の電極部21等に接触させることができる。両面から突出した先端部4は、上記したカーボン線2の両端部にめっき層4aを設けて形成される。突出した高さH1,H2は、好ましくは1〜3μmの範囲内とすることができる。なお、突出した先端部4が設けられていなくてもよく、その場合には、測定時に大きな荷重が異方性導電シート10に加わると、弾性を有する絶縁層1が凹むので、カーボン線2が被検査物20の電極部21等に接触する。
突出した先端部4は、必須の構成ではなく、図3に示すように、異方性導電シート10を構成する絶縁層1の面(先端部4以外の表面のこと。)から突出する形態として必要に応じて設けられる。この突出した先端部4を設ける場合は、絶縁層1の面から少しだけ突出させ、その先端部4を被検査物20の電極部21等に接触させることができる。両面から突出した先端部4は、上記したカーボン線2の両端部にめっき層4aを設けて形成される。突出した高さH1,H2は、好ましくは1〜3μmの範囲内とすることができる。なお、突出した先端部4が設けられていなくてもよく、その場合には、測定時に大きな荷重が異方性導電シート10に加わると、弾性を有する絶縁層1が凹むので、カーボン線2が被検査物20の電極部21等に接触する。
先端部4を設ける場合、その先端部4を構成するめっき層4aとしては、ニッケルめっき層及び金めっき層の一方又は両方を好ましく挙げることができる。ニッケルめっき層及び金めっき層の両方とは、ニッケルめっき層上に金めっき層を設ける。めっき層4aの厚さH1,H2は、1〜3μmの範囲内であることが好ましい。このめっき層4aの厚さH1,H2は、カーボン線2の直径よりも小さいことが、突出した先端部4が折れ曲がったりせずに、力を正しく伝えるという観点から好ましい。
めっき層4aは、電気めっき又は無電解めっきで形成される。めっき層4aの形成は、カーボン線2が絶縁層1内に配列された状態で、絶縁層1の表面に露出した導電部(カーボン線2及び金属めっき層3a)に通電して電気めっきを行うか、その導電部を活性化処理して無電解めっきを行う。こうして、絶縁層1から突出する先端部4を形成することができる。
(異方性導電シート)
こうして形成された異方性導電シート10は、通常は、図1に示すような縦寸法A、横寸法B、絶縁層厚さTで表される矩形形状のシートであるが、その形状は円形、楕円形、多角形等であってもよい。異方性導電シート10の厚さは、シート状物である絶縁層1の厚さT、又は、その厚さTに突出する先端部4の厚さH1,H2を加えた厚さとなり、例えば0.1〜2mmの範囲内であり、好ましくは0.1〜1mmの範囲内である。異方性導電シート10の厚さが0.1mm未満では、図6に示すような態様で行われる測定時に、0.02mmのストローク量を確保することができないことがあり、その厚さが2mmを超えると、カーボン線2が長くなりすぎ、良導電性の金属めっき層3aによっても抵抗値を抑えることができないことがある。上記したストロークとは、被検査物20の高さばらつき(半田バンプのばらつき等)を吸収するための長さであり、そのストローク量を確保したシート厚さ(例えば0.1mm)とすることにより、安定した接触抵抗を確保して正確な測定を行うことができる。
こうして形成された異方性導電シート10は、通常は、図1に示すような縦寸法A、横寸法B、絶縁層厚さTで表される矩形形状のシートであるが、その形状は円形、楕円形、多角形等であってもよい。異方性導電シート10の厚さは、シート状物である絶縁層1の厚さT、又は、その厚さTに突出する先端部4の厚さH1,H2を加えた厚さとなり、例えば0.1〜2mmの範囲内であり、好ましくは0.1〜1mmの範囲内である。異方性導電シート10の厚さが0.1mm未満では、図6に示すような態様で行われる測定時に、0.02mmのストローク量を確保することができないことがあり、その厚さが2mmを超えると、カーボン線2が長くなりすぎ、良導電性の金属めっき層3aによっても抵抗値を抑えることができないことがある。上記したストロークとは、被検査物20の高さばらつき(半田バンプのばらつき等)を吸収するための長さであり、そのストローク量を確保したシート厚さ(例えば0.1mm)とすることにより、安定した接触抵抗を確保して正確な測定を行うことができる。
なお、図2及び図3において、W1は導電部(カーボン線2及び金属めっき層3a)間のギャップ(隙間)であり、W2は絶縁層1の幅である。
異方性導電シート10に加わる荷重は、測定に要する荷重であり、被検査物20へのダメージを考慮した場合には、1検査パターンあたり10gf以下であることが好ましい。なお、1本あたりのカーボン線2の荷重に換算すると、5gf以下が好ましく、2gf以下であることがより好ましい。これは、マルチコンタクトした場合の例であり、複数本接触しても1検査パターンあたり10gf以下にすることができる。
こうした異方性導電シート10は、カーボン線2を狭ピッチで配置することができ、さらに図6に示すように、異方性導電シート10の先端部4のピッチPを、電極間のギャップ(隙間)Gよりも小さくすることにより、複数のカーボン線2の先端部4を一つの電極部等21に接触させることが可能となり、被検査物20の電極部(端子等)21と異方性導電シート10のカーボン線2との位置合わせを正確にしなくても、半導体デバイス等の被検査物の検査を繰り返し使用可能とすることができる。
実施例と比較例により本発明をさらに詳しく説明する。
[実施例1]
東レ株式会社製のトレカ糸(T700SC−12000−50C、線径0.007mm)をカーボン線2として用い、このカーボン線2にプライマー層3を形成した。プライマー層3として、先ず、電気めっきで厚さ0.0015mmの銅めっき層3aを設けて導体径0.01mmとし、さらにその銅めっき層3a上に、ウレタン樹脂からなる厚さ0.0025mmの樹脂層3bを電着塗装し、直径0.015mmのプライマー層3付きカーボン線2を作製した。
東レ株式会社製のトレカ糸(T700SC−12000−50C、線径0.007mm)をカーボン線2として用い、このカーボン線2にプライマー層3を形成した。プライマー層3として、先ず、電気めっきで厚さ0.0015mmの銅めっき層3aを設けて導体径0.01mmとし、さらにその銅めっき層3a上に、ウレタン樹脂からなる厚さ0.0025mmの樹脂層3bを電着塗装し、直径0.015mmのプライマー層3付きカーボン線2を作製した。
得られたプライマー層3付きカーボン線2を12000本束ね、信越化学工業株式会社製のKE−1842を絶縁層用材料として用いて固めて厚さ1mmの絶縁層1とした。その絶縁層1の厚さ方向Yにはプライマー層3付きカーボン線2が貫通している。その後、ダイヤモンドカッターで1mmの厚さTに切断した。絶縁層1の両面に露出したプライマー層3付きカーボン線2の端面に、厚さ1.0μmの金めっき層4aを電気めっきで設けて、突出した先端部4とした。こうして実施例1の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
[実施例2]
実施例1において、銅めっき層3aを、ニッケルめっき層と金めっき層とをその順で形成した厚さ0.0031mmの金属めっき層3aに変更した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例2の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
実施例1において、銅めっき層3aを、ニッケルめっき層と金めっき層とをその順で形成した厚さ0.0031mmの金属めっき層3aに変更した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例2の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
[実施例3]
実施例1において、樹脂層3bを電着塗装用樹脂であるエポキシ樹脂に変更した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例3の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
実施例1において、樹脂層3bを電着塗装用樹脂であるエポキシ樹脂に変更した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例3の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
[実施例4]
実施例1において、ウレタン樹脂からなる樹脂層3bを焼付塗装で設けた。それ以外は実施例1と同様にして、実施例4の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
実施例1において、ウレタン樹脂からなる樹脂層3bを焼付塗装で設けた。それ以外は実施例1と同様にして、実施例4の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
[実施例5]
実施例1において、カーボン線2としてCNT(線径0.007mm)に変更した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例5の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
実施例1において、カーボン線2としてCNT(線径0.007mm)に変更した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例5の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
[実施例6]
実施例1において、絶縁層1を信越化学工業株式会社製のKE−109Eで形成した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例6の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
実施例1において、絶縁層1を信越化学工業株式会社製のKE−109Eで形成した。それ以外は実施例1と同様にして、実施例6の異方性導電シート10(図3参照)を製造した。
[比較例1]
実施例1において、プライマー層3を設けなかった。それ以外は実施例1と同じにして、比較例1の導電シートを製造した。
実施例1において、プライマー層3を設けなかった。それ以外は実施例1と同じにして、比較例1の導電シートを製造した。
[比較例2]
実施例1において、プライマー層3のうち金属めっき層3aは設けたが、樹脂層3bは設けなかった。それ以外は実施例1と同じにして、比較例2の導電シートを製造した。
実施例1において、プライマー層3のうち金属めっき層3aは設けたが、樹脂層3bは設けなかった。それ以外は実施例1と同じにして、比較例2の導電シートを製造した。
[比較例3]
実施例1において、プライマー層3のうち樹脂層3bは設けたが、金属めっき層3aは設けなかった。それ以外は実施例1と同じにして、比較例2の導電シートを製造した。
実施例1において、プライマー層3のうち樹脂層3bは設けたが、金属めっき層3aは設けなかった。それ以外は実施例1と同じにして、比較例2の導電シートを製造した。
[測定と結果]
表1は、実施例1〜6及び比較例1〜3で得られたシートの密着性についての評価結果である。プライマー層3を設けた場合と設けない場合におけるカーボン線2と絶縁層1との密着性の評価は、得られた導電シートの初期の抵抗値と加圧試験後の抵抗値との差を測定した結果に基づいて行った。すなわち、その差が大きい場合は、導電シートからのカーボン線2の抜けや絶縁層内でのカーボン線2の位置ずれが生じて導通が不十分になることが確認されており、その差に基づいて密着性を評価した。
表1は、実施例1〜6及び比較例1〜3で得られたシートの密着性についての評価結果である。プライマー層3を設けた場合と設けない場合におけるカーボン線2と絶縁層1との密着性の評価は、得られた導電シートの初期の抵抗値と加圧試験後の抵抗値との差を測定した結果に基づいて行った。すなわち、その差が大きい場合は、導電シートからのカーボン線2の抜けや絶縁層内でのカーボン線2の位置ずれが生じて導通が不十分になることが確認されており、その差に基づいて密着性を評価した。
抵抗値の測定は、日置電機株式会社製の3541抵抗計を用いた。検査パターンとして、マイクロバンプが400個あるテスト用パターンを用いた。この検査パターンでは、1検査パターン当たり3本のカーボン線2がマルチコンタクトする。先ず、1検査パターン毎の抵抗値を、スロトーク量0.1mmで加圧して測定し、初期の抵抗値とした。次いで、各シートにストローク量0.1mmで100回加圧した後の抵抗値を測定し、加圧試験後の抵抗とした。初期の抵抗値(Ω)と加圧試験後の抵抗値(Ω)とその差(%)とを表1に示した。
この試験では、1検査パターン当たり3本のカーボン線2がマルチコンタクトするので、1本抜けで約+50%抵抗値が上昇し、2本抜けで約+200%抵抗値が上昇することになる。実施例1〜6の導電シートでは、差(%)は初期の抵抗値の+50%未満であり、カーボン線2の脱落や位置ずれによる導通不良は無かったものと認められた。一方、比較例1〜3の導電シートでは、差(%)は初期の抵抗値の+50%以上であり、1本以上の脱落や位置ずれによる導通不良があったものと認められた。これらの結果は、1検査パターン当たり3本のカーボン線2がマルチコンタクトする場合の結果であるが、この結果に基づく密着性の評価基準は、抵抗値から抜け本数を計算し、3本以上のマルチコンタクトの場合でも、1本でも抜け(導通不良)のある検査パターンがあればNGとする。
表1には、さらに、カーボン線2、金属めっき層3a、樹脂層3b及びの絶縁層1の弾性率を示した。この弾性率は、公知文献から取得したものである。上記抵抗値の結果と弾性率との関係から、実施例1〜6の導電シートでは、絶縁層1の弾性率と、その絶縁層1に接する樹脂層3bとの弾性率の差が小さいため、密着性が高くなっていることが導かれる。一方、比較例1,2は、絶縁層1の弾性率と、その絶縁層1に接するカーボン線2又は金属めっき層3aの弾性率との差が大きいため、密着性が低くなっていることが導かれる。また、比較例3は、絶縁層1の弾性率と、その絶縁層1に接する樹脂層3bの弾性率との差は小さいが、カーボン線2の弾性率と、そのカーボン線2に接する樹脂層3bの弾性率との差が、金属めっき層3aの場合よりも大きく、密着性が低くなっていることが導かれる。
以上より、実施例1〜6の導電シートは、プライマー層3を設けることにより、カーボン線2と絶縁層1との間の密着性を高めることができた。一方、比較例1〜3の導電シートは、プライマー層3を設けておらず、カーボン線2と絶縁層1との間の密着性を十分に高めることができなかった。
1 絶縁層
2 カーボン線
3 プライマー層(介在層)
3a 金属めっき層
3b 樹脂層
4 突出した先端部
4a めっき層
10 異方性導電シート
20 被検査物
21 電極部又は端子
A 縦寸法
B 横寸法
T 絶縁層の厚さ
P カーボン線間のピッチ
D1 カーボン線の直径
D2 導電部(カーボン線及び金属めっき層)の直径
D3 プライマー層が設けられたカーボン線の直径
H1,H2 両端部のめっき層の厚さ
W1 導電部間のギャップ(隙間)
W2 絶縁層の幅
Y 絶縁層の厚さ方向
G 電極間のギャップ(隙間)
2 カーボン線
3 プライマー層(介在層)
3a 金属めっき層
3b 樹脂層
4 突出した先端部
4a めっき層
10 異方性導電シート
20 被検査物
21 電極部又は端子
A 縦寸法
B 横寸法
T 絶縁層の厚さ
P カーボン線間のピッチ
D1 カーボン線の直径
D2 導電部(カーボン線及び金属めっき層)の直径
D3 プライマー層が設けられたカーボン線の直径
H1,H2 両端部のめっき層の厚さ
W1 導電部間のギャップ(隙間)
W2 絶縁層の幅
Y 絶縁層の厚さ方向
G 電極間のギャップ(隙間)
Claims (11)
- 弾性を有する絶縁層と、前記絶縁層の厚さ方向に貫通する複数のカーボン線とを有する異方性導電シートであって、前記カーボン線は、前記絶縁層の厚さと同じ又は略同じ長さからなり、前記カーボン線の外周にはプライマー層が設けられている、ことを特徴とする異方性導電シート。
- 前記プライマー層は、前記カーボン線上に金属めっき層及び樹脂層がその順で設けられた積層体である、請求項1に記載の異方性導電シート。
- 前記金属めっき層は、銅、ニッケル及び金から選ばれる1種又は2種以上で構成されためっき層である、請求項1又は2に記載の異方性導電シート。
- 前記金属めっき層の厚さが、0.5〜5μmの範囲内である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の異方性導電シート。
- 前記樹脂層は、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂から選ばれる1種又は2種以上で構成された、請求項1〜4のいずれか1項に記載の異方性導電シート。
- 前記樹脂層の厚さが、0.5〜10μmの範囲内である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の異方性導電シート。
- 前記カーボン線は、直径が0.001〜0.05mmの範囲内である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の異方性導電シート。
- 前記絶縁層は、熱硬化性樹脂であって、硬化後の圧縮弾性率が5N/mm2以下である材料で形成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の異方性導電シート。
- 前記絶縁層を構成する材料が、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の異方性導電シート。
- 前記絶縁層の厚さが、0.1〜2mmの範囲内である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の異方性導電シート。
- 1検査パターンあたりの荷重が10gf以下である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の異方性導電シート。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2018
- 2018-12-04 JP JP2018227562A patent/JP2020091982A/ja active Pending
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