JP3608213B2

JP3608213B2 - 異方導電性シートの製造法

Info

Publication number: JP3608213B2
Application number: JP00755594A
Authority: JP
Inventors: 功塚越; 泰史後藤; 共久太田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: JPH07220538A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高密度電極の電気的接続や検査に有用な、導電性粒子が表裏又は一方の面に露出した異方導電性シートの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム又は合成樹脂からなるシートの厚さ方向にのみ導電性である異方導電性シートは、例えばプリント配線板等の回路板同士やこれらと半導体チップ等の電子部品との、高密度電極の電気的接続や検査に用いられている。これらは、加圧又は加熱加圧による接触により対向電極間に導電性を得るもので、導電体が表裏又は一方の面に露出又は突出するものが一般的である。このような異方導電性シートの導電体としては、導電性繊維や導電性金属粒子等の導電性粒子をシートの厚さ方向に埋め込んだものや、シートに貫通孔を設け、めっき等により導電体を形成したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
異方導電性シートの導電体が前者の導電性粒子の場合には、最近の電極の高密度化に対応出来ないことによる分解能の不足や、信頼性が不十分である欠点を持っている。この理由は、シート中に分散された導電性粒子が高濃度で存在するときは、面方向に接触して隣接電極間の絶縁性が無くなり、低濃度のときは接触点が減少するため、厚さ方向の導電性が不足するためである。また、シートからの導電性粒子の露出部の高さや面積が十分に制御出来ないために、導電性にばらつきを生じ、加えて、導電性粒子がシートから突出した構成品を繰り返し検査に使用すると、シートから導電性粒子が脱落してしまう等によって、やはり信頼性が不十分である。
【０００４】
後者の場合、シートにレーザ光等で微細な貫通孔を設け、そこに例えばめっきにより導電体を形成するために、工程が複雑であり、大面積の製品が得難いことなどから、高分解品は得られるものの製造コストが高く、高価で実用化し難い欠点を持っている。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、高密度電極の電気的接続や検査に有用な異方導電性シートの安価な製造法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（ａ）均一粒径の導電性粒子の表面に熱軟化性の絶縁性被覆を施した粒子をエポキシ樹脂類と潜在性硬化剤からなる熱硬化性絶縁材料中に分散させ、絶縁材料の厚みが導電性粒子の粒径と同等以下のシート状物を形成する工程、（ｂ）該シート状物を可撓性材料間で加熱加圧し、前記絶縁性被覆の熱軟化点以上の温度で前記熱硬化性絶縁材料の硬化を進める工程からなる異方導電性シートの製造法に関する。
【０００６】
本発明における粒子は、図１〜２に示すように均一粒径の導電性粒子１の表面に熱軟化性の絶縁性被覆２を施したものである。ここに、均一粒径とは中心粒径の±２０％可能ならば±１０％以下の粒径範囲を持つものがよい。この範囲の狭い方がシートからの突出高さを均一に出来、安定した接触抵抗が得られるので好ましい。中心粒径は２〜５０００μｍ程度が好ましく、５〜１００μｍにすれば更に好ましく、１０〜８０μｍにすれば特に好ましい。これらは所望の分解能に応じて選択する。即ち、導電性粒子の粒径を隣接する電極や配線パターン間距離の最小幅よりも小さくすることが、ショートを防止し、配線の細線化に対応する上で必要である。また、粒径が小さ過ぎるとシート厚みの減少により強度が不足し、取り扱いがやりにくくなる。
【０００７】
導電性粒子１は、導電性を有する各種の金属や合金、酸化物等が採用できる。導電性と耐腐食性を加味して好ましく用いられる材料としてはＮｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｐｂ等の粒子である。粒形はほぼ球状が好ましいが、表面に多数の突起を設ける等の任意の形でよい。
また、導電性粒子１は、図２に示すような核材３の表面に金属薄層４を設けた構成のものが、均一粒径の球状品が容易に入手可能なことから好ましい。核材３が有機物の例としては、ポリスチレン、ナイロン、各種ゴム類等の高分子類があり、これらは架橋体であると耐溶剤性が向上するので、例えばシート原材料中に溶剤が含有される場合に溶出がなく、シートの特性に影響が少ないことから好ましい。核材３が高分子類のような変形可能な粒子であると、製造時の加熱加圧により、シートからの突出部を扁平化することや弾力性を付与することも可能であり、電極への接触面積の増大による信頼性の向上に有効である。
【０００８】
核材３はガラス、セラミック、シリカ等の無機物の粒子でも良く、この場合は高分子の核材に比べて更に耐熱性の向上が可能となる。
金属薄層４は導電性を有する各種の金属や合金、酸化物等が採用できる。これらは前記した導電性粒子と同様な材質のものが適用可能であり、これらは単層又は複層の構成とすることも出来る。金属薄層４の形成手段としては、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、溶射法、めっき法等の一般的方法でよいが、無電解めっき法が均一厚みの被覆層が得られることから好ましい。
図１〜２に示すように、導電性粒子１の表面に、加熱加圧下において熱軟化性を示す絶縁性被覆２を形成する。熱軟化性の目安として弾性率や硬度等の一般的な指標や、例えば融点やガラス転移温度及び軟化点等の熱的変態点を目安とすることができる。
【０００９】
絶縁性被覆２として、ホットメルト接着剤やこのベースポリマー類があり、例えばポリエチレン、エチレン−酢酸共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスチレン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、アクリル酸エステル系ゴム、スチレン−エチレン−ブチレン共重合体、フェノキシ樹脂、固形エポキシ等を挙げることができる。
絶縁性被覆２は、粒子状で存在しても良く、単層又は複層の構成とすることもできる。複層の構成の場合は強度保持性、耐溶剤性、接着性、柔軟性、耐熱性、耐めっき液性の機能を分担することも可能なため好適である。軟質な層２の形成手段に制限はなく、噴霧法、高速撹拌法、スプレードライヤー法等がある。
【００１０】
次に図３〜４に示すように、導電性粒子１の表面に絶縁性被覆２を施した粒子を硬化性の絶縁材料５中に分散させ、絶縁材料５の厚さが導電性粒子１の粒径と同等以下の粒子が単層で存在するシート状物を形成する。この場合の絶縁材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂でもよいが、エポキシ樹脂、ポリイミド等の熱、光、電子線等のエネルギーによる硬化性絶縁材料が、耐熱性、耐湿性及び機械的特性に優れることから好ましく適用できる。本発明は加熱加圧下での製造法であるため、エポキシ樹脂類と潜在性硬化剤の系や、アクリルやウレタン、エポキシ樹脂類と光活性化剤との組み合わせ系が比較的低温下で反応し易いことから、より好ましい。
【００１１】
シート中に占める導電性粒子の割合は、２〜７０体積％が好ましく用いられ、５〜５０体積％が更に好ましく、１０〜４０体積％が特に好ましい。添加量が過多であっても、導電性粒子表面が絶縁性被覆を有するので隣接電極の絶縁性が低下し難く、添加量が少ないと、接続すべき電極上の導電性粒子数が減少するため信頼性が低下することから、添加量は、シートの機械的強度の許される限り比較的過多に設定できる。
シート状物とするに際しては、図３のように基材を用いずにロール間で圧延したり、溶融押し出し等で形成できる。また、図４のように基材６上に形成することも出来る。基材６としては、セパレータのような剥離可能な基材でも、又は配線基板を基材としても良い。このように、基材６上に形成すると、シート化時に溶剤揮散による体積収縮が利用でき、絶縁材料の厚さが導電性粒子の粒径と同等以下の、例えば連続したシート状物が簡単に得られる。剥離可能な基材は、後述する絶縁材料の凝集力が上昇した後、必要に応じて除去できる。
【００１２】
また、基材６として例えば検査用回路を有する配線板を用い、その上にシートを形成すると当該シート付回路板が簡単に得られる。この場合、導電性粒子は回路上で接触が得られるので、シートの一方の面に露出又は突出させてもよい。
上記により得た絶縁材料の厚さが導電性粒子の粒径と同等以下のシート状物を可撓性材料間で加熱加圧し、前記絶縁性被覆の熱軟化点以上の温度で絶縁材料の硬化を進める工程について説明する。
可撓性材料間で加熱加圧する理由は、シート表面の絶縁性被覆を軟化溶融により除去するためであり、可撓性材料により粒子の頂部に最大圧力が得られるので絶縁性被覆が除去し易い。
【００１３】
可撓性材料としては、少なくとも表面がプラスチック、ゴムなどからなるロール、シート、フイルム状物等がある。これらは加熱加圧時において、絶縁性被覆よりも硬質で導電性粒子よりも軟質であることが好ましい。また、可撓性材料は金属板等の硬質材料で裏打ちされていると、必要以上に可撓性材料が軟化しないで、絶縁性被覆を軟化溶融により除去し易いことから好ましい。
この様子を図５〜６により説明する。図５はゴムロール７−７´を用いた場合で、連続状の製法として有利である。図６はプレスを用いてプラスチックフイルム８−８´を可撓性材料とした場合である。何れも可撓性材料が隣接電極間に侵入し、粒子の頂部に最大圧力がかかっている。
【００１４】
加熱加圧の条件は、前記絶縁性被覆の熱軟化点以上の温度とすることで、絶縁性被覆を軟化溶融させ、その後絶縁材料の硬化を進める。即ち、この工程でシート表面の絶縁性被覆２を除去し、厚み方向の導電性を得た状態で、絶縁材料５の硬化又は硬化反応の進行や冷却による固化等により、凝集力の向上した絶縁材料９を得て、導電性粒子をシート中に固定することが出来る。この際、硬化は最終的な硬化ではなく、一部反応を進めた状態であとから硬化してもよい。
加熱加圧下において、可撓性材料との接触面においては樹脂層が溶融し、導電性粒子が露出するが、隣接方向は熱量が不十分なため樹脂層が溶融し難いので、絶縁性の低下が少なく、より高分解能が可能となる。
必要に応じて、前記シートの少なくとも一方の面の突起部を洗浄化する工程を設けることもできる。洗浄化の手段としては、バフ、溶剤、エッチング、研磨、レーザ等の各種方法を採用できる。
【００１５】
【作用】
本発明によれば、（ａ）の工程で導電性粒子がシート表面から露出し易い構成とし、（ｂ）の工程でシート表面の絶縁性被覆を除去し、厚み方向の導電性を得た状態で絶縁材料の凝集力向上により粒子をシート中に固定する。このとき、加熱加圧下の可撓性材料との接触面においては樹脂層が溶融し、導電性粒子が露出するが、隣接方向は熱量が不十分なため樹脂層が溶融し難いので、絶縁性の低下が少なく、より高分解能が可能となる。
導電性粒子は、均一粒径なので突起高さや面積の制御を行い易く、シートが硬化性なのでその官能基により硬化反応時に粒子表面と化学結合し易くシートから脱落し難い。また、加熱加圧を可撓性材料間で行うことで粒子に沿って可撓性材料が変形するので、個々の粒子は特に厚さ方向の頂部で導電層が露出し易い。
必要に応じて、前記シートの少なくとも一方の面の突起部を洗浄化することにより、厚み方向の導電性や信頼性を更に得やすく出来る。
【００１６】
【実施例】
次に実施例を説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
実施例１
図２における核材３として平均粒径３０μｍの架橋ポリスチレン粒子（ガラス転移点１６０℃）を用い、表面を塩化パラジウム系の活性化処理を行った後、無電解Ｎｉめっき液を用いて９０℃でＮｉめっきを行い、更にＡｕめっき液を用いて７０℃で置換めっきを行って金属薄層４を形成した。このときＮｉ／Ａｕの厚さは０．２／０．０２μｍ（導電性粒子１の中心粒径は３０．４μｍ、変動範囲は±０．５μｍ以内）であった。この粒子の表面に、ポリスチレン／ジビニルベンゼンが１００／０．５（ガラス転移点１１５℃）からなる平均粒径１μｍの粒子をアルコールを分散剤としてスプレードライヤーで絶縁性被覆２を形成し、この装置により１２５℃で加熱し固定化して、厚さ０．５μｍの被覆粒子を得た。
【００１７】
絶縁材料として、ゴム変性可撓性エポキシ樹脂、マイクロカプセル型潜在性硬化剤（活性化温度１２０℃）及びトルエン溶剤を主成分（不揮発分５０％）とする接着剤に、前記粒子を２０体積％添加してロール間隔４０μｍで形成した後、１００℃で１０分乾燥し、厚さ２０μｍの接着剤（純水で１００℃１０時間抽出後の抽出水のＮａイオン、Ｃｌイオンが各１０ｐｐｍ以下）を基材のテトラフルオロエチレンフイルム（セパレータ、厚さ５０μｍ）の上に形成した。溶剤乾燥による体積収縮により、粒子径よりも薄いシートが作成可能であった。
上記シートを、１５０℃に加熱したシリコーンゴムロール（１００ｍｍφの鉄ロール上にゴム硬度７０のゴムを厚さ２ｍｍで形成したもの）間の圧力２ｋｇ／ｃｍ^２で速度０．１ｍ／分で通過させ、絶縁材料を硬化させて異方導電性シートとした。マイクロカプセル型潜在性硬化剤の作用で速硬化が可能であり、エポキシ樹脂の有する可撓性によりシート状として取り扱いが容易であった。
【００１８】
実施例２
実施例１のシート両側表面をバフ研磨（研磨粉粒径０．３μｍ）して異方導電性シートとした。
実施例３
実施例１における加熱ゴムロールの代りに厚さ５０μｍのポリテトラフルオロエチレンフイルムの間にシートを挾み（片側はシート化したときのセパレータをそのまま使用）、各フイルムの外側を厚さ３ｍｍのステンレス板を用い、１５０℃で圧力２０ｋｇ／ｃｍ^２で５分間プレスした。
【００１９】
実施例４
実施例１におけるセパレータの代りにＦＰＣ（フレキシブルプリント回路板、回路及び隣接回路間距離がそれぞれ５０μｍ）を用い、圧力を１０ｋｇ／ｃｍ^２とした。
実施例５
実施例１における導電性粒子をほぼ球状のニッケル（中心粒径は３０μｍ、変動範囲は±２．９μｍ以内）とした以外は実施例１と同様にして異方導電性シートを得た。
【００２０】
評価
前記実施例４に用いたＦＰＣの間に、上記の各実施例で得られた異方導電性シートを２ｍｍ幅で挾み、ＦＰＣの回路を位置合わせし、その部分を１ｋｇ／ｃｍ^２で加圧した状態で、接続抵抗をＦＰＣの対向回路間で、また絶縁性を隣接回路間抵抗により測定した。測定に用いたＦＰＣの幅は２０ｍｍであり、回路数は２００本である。その結果、シートの接続抵抗については、実施例１から５まで順に記載すると０．１１、０．０５、０．０６、０．０３、０．０５Ωであり、絶縁抵抗は何れも１０^９Ω以上であり、良好な異方導電性を示した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、高分解能で信頼性に優れ、工程が簡単な異方導電性シートの安価な製造法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造法における粒子の構造を示す断面模式図である。
【図２】本発明の製造法における粒子の構造を示す断面模式図である。
【図３】本発明の製造法におけるシート状物の形成方法を説明する図である。
【図４】本発明の製造法におけるシート状物の形成方法を説明する図である。
【図５】本発明の製造法におけるシート状物の加圧方法を説明する図である。
【図６】本発明の製造法におけるシート状物の加圧方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…導電性粒子、２…絶縁性被覆、３…核材、４…金属薄層、５…絶縁材料、６…基材、７…ゴムロール、８…フイルム、９…絶縁材料

Claims

（ａ）均一粒径の導電性粒子の表面に熱軟化性の絶縁性被覆を施した粒子をエポキシ樹脂類と潜在性硬化剤からなる熱硬化性絶縁材料中に分散させ、絶縁材料の厚さが導電性粒子の粒径と同等以下のシート状物を形成する工程及び（ｂ）該シート状物を可撓性材料間で加熱加圧し、前記絶縁性被覆の熱軟化点以上の温度で前記熱硬化性絶縁材料の硬化を進める工程からなることを特徴とする異方導電性シートの製造法。
（ｂ）の工程終了後、シート状物の少なくとも一方の面の突起部を清浄化する工程を付加した請求項１記載の異方導電性シートの製造法。