JP2020009538A - 異方導電性シート - Google Patents

Abstract

【課題】シート表面から突出した導電線の導電部の折れ曲がりが防止された、異方導電性シートを提供する。【解決手段】第一電子デバイスの接続端子と、第二電子デバイスの接続端子との間に配置され、これらを電気的に接続するための異方導電性シート１０であって、樹脂からなる基材シート１と、前記基材シートの一方の主面１ａから他方の主面１ｂへ貫通する複数の導電線２と、を備え、前記導電線の少なくとも一方の端部２ａが、前記主面の少なくとも一方から突出した突出部Ｐを形成し、前記突出部の側面Ｐｓの全部又は一部は、前記突出部の根元Ｐｚの周囲を構成する前記樹脂が前記主面からせり上がった被覆部Ｃによって被覆されている、異方導電性シート１０。【選択図】図２

Description

本発明は、異方導電性シートに関する。

従来、電子デバイス同士を接続するために、微細な電極同士を接続するシート状の圧接型コネクター（以下、異方導電性シート）が用いられている。一般に、異方導電性シートは、基材シートと、基材シートを貫通する複数の導電線とを備え、第一デバイスの接続端子と第二デバイスの接続端子との間に配置され、これらを電気的に接続する。接続対象であるデバイスが有する接続端子は、デバイスの表面から陥没した凹部内に配置されていることがある。このような陥没電極に対して異方導電性シートの表面に露出した導電線を押し込んで接続することを容易にするために、シート表面から突出した導電線を備えた異方導電性シートが提案されている（特許文献１）。

特開２００８−１４０５７４号公報

シート表面から突出した突出部を有する導電線は、接続対象の陥没電極に接続しやすい利点がある一方、接続時に導電線に加わる応力によって導電線の突出部が折れ曲がることがある。異方導電性シートの耐久性を向上させる観点から、導電線の突出部の折れ曲がりを防止することが求められている。

本発明は、シート表面から突出した導電線の導電部の折れ曲がりが防止された、異方導電性シートを提供する。

［１］ 第一電子デバイスの接続端子と、第二電子デバイスの接続端子との間に配置され、これらを電気的に接続するための異方導電性シートであって、樹脂からなる基材シートと、前記基材シートの一方の主面から他方の主面へ貫通する複数の導電線と、を備え、前記導電線の少なくとも一方の端部が、前記主面の少なくとも一方から突出した突出部を形成し、前記突出部の側面の全部又は一部は、前記突出部の根元の周囲を構成する前記樹脂が前記主面からせり上がった被覆部によって被覆されている、異方導電性シート。
［２］ 前記被覆部が前記突出部の側面を周回している、［１］に記載の異方導電性シート。
［３］ 前記被覆部の厚みが、前記突出部の先端へ向けて徐々に薄くなっている、［１］又は［２］に記載の異方導電性シート。
［４］ 前記突出部の少なくとも先端がメッキ層を有する、［１］〜［３］の何れか一項に記載の異方導電性シート。
［５］ 隣接する前記突出部の先端同士の距離が１０μｍ〜２００μｍである、［１］〜［４］の何れか一項に記載の異方導電性シート。
［６］ 前記一方の主面における前記導電線の配線密度が、２５本／ｍｍ^２〜１００００本／ｍｍ^２である、［１］〜［５］の何れか一項に記載の異方導電性シート。

本発明の異方導電性シートによれば、接続対象であるデバイスに圧接する際の、シート表面から突出した導電線の導電部の折れ曲がりを防止することができる。この結果、異方導電性シートの耐久性が向上するので、繰り返して使用することができる。

本発明の実施形態の一例である異方導電性シート１０の斜視図である。 図１の異方導電性シート１０のII-II断面図である。 異方導電性シート１０の突出部Ｐの先端にメッキ層３が設けられた場合の部分断面図である。 実施例で製造した異方導電性シートの一例を示す部分断面図（ａ）と、一方の主面のＳＥＭ像（ｂ）である。 実施例で製造した異方導電性シートの一例を示す部分断面図（ａ）と、一方の主面のＳＥＭ像（ｂ）である。 実施例で製造した異方導電性シートの一例を示す部分断面図（ａ）と、一方の主面のＳＥＭ像（ｂ）である。

本発明は、第一電子デバイスの接続端子と、第二電子デバイスの接続端子との間に配置され、これらを電気的に接続するための異方導電性シートである。本発明の異方導電性シートは、樹脂からなる基材シートと、前記基材シートの一方の主面から他方の主面へ貫通する複数の導電線とを備え、前記導電線の少なくとも一方の端部が、前記主面の少なくとも一方から突出した突出部を形成し、前記突出部の側面の全部又は一部は、前記突出部の根元の周囲を構成する前記樹脂が前記主面からせり上がった被覆部によって被覆されている。以下、図面を参照して本発明の実施形態の例を説明する。

＜異方導電性シートの形態＞
図１は、本発明の一例である異方導電性シート１０の一方の主面１ａを示す。異方導電性シート１０は、矩形のシート状であり、その短手方向をα方向、その長手方向をβ方向、その主面に対する垂線方向（すなわちシートの厚さ方向）をγ方向とする。
異方導電性シート１０の他方の主面１ｂは、一方の主面の反対側の面であり、一方の主面と同様の構成である。異方導電性シート１０は複数の略円柱状の導電線２からなる導電部とそれ以外の絶縁部とを備え、導電部が島部分で、絶縁部が海部分である海島構造を形成している。各導電線は互いに独立し、絶縁部によって互いの絶縁性が保たれている。各導電線２は、一方の主面１ａから他方の主面１ｂへ貫通する配線を形成している。各導電線２の長さ方向は、一方の主面及び他方の主面に対して、垂直でもよいし、傾いていてもよい。

基材シート１を構成する樹脂は、公知の樹脂によって形成されている。例えば、エラストマー、光重合性樹脂、熱重合性樹脂、活性エネルギー線重合性樹脂、触媒重合性樹脂等の公知の硬化性樹脂が挙げられる。これらの中でも、未硬化状態で適度な粘性を呈するエラストマーが好ましい。
前記エラストマーとしては、例えば、ウレタンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。これらの中でも、硬化後の寸法変化や反りが生じ難く、圧縮永久歪が小さく、耐熱性が高い、シリコーンゴムが好ましい。シリコーンゴムは、縮合型、付加型のいずれでもよい。
基材シートを構成する樹脂には、公知の添加剤、例えば樹脂の重合を促す触媒、樹脂同士の架橋を促す架橋剤、抗酸化剤、染料、顔料、充填剤、レベリング剤等が含まれていてもよい。

導電線２の材料は、導電性物質であればよく、公知の導電線が適用される。具体的な導電性物質としては、例えば、真鍮、銅、銀、金、プラチナ、パラジウム、タングステン、ベリリウム銅、りん青銅、ニッケルチタン合金等の金属、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブ紡績糸等の炭素材料が挙げられる。
導電線２は、前記導電性物質からなる芯線の外周を被覆する導電性の被覆層を有していてもよい。被覆層の材料としては、例えば、金、銀、ニッケル、銅等が挙げられる。芯線の材料と被覆層の材料は互いに異なることが好ましい。
導電線２の直径は、例えば、５μｍ〜５０μｍとすることができる。ここで、導電線２の直径は前記導電性の被覆層を含む直径である。
導電線２の長さ方向に対して直交する方向の断面の形状は、特に制限されず、略円形、略楕円形、略四角形、その他の多角形等が挙げられる。安定した接続を得る観点から、略円形又は略楕円形であることが好ましい。導電線２の直径は、前記断面を含む最小円の直径である。
異方導電性シート１０が有する複数の導電線２の直径、断面形状及び構成材料は、互いに同じでもよいし、異なっていてもよい。

異方導電性シート１０の平面視の形状は矩形に限定されず、円形、楕円形、多角形、その他の任意の形状が採用できる。
異方導電性シート１０の縦×横のサイズは特に限定されず、例えば、０．５ｃｍ×０．５ｃｍ〜５ｃｍ×５ｃｍとすることができる。
異方導電性シート１０の厚さは、例えば、５０μｍ以上２０００μｍ以下とすることができる。ここで、異方導電性シート１０の厚さは、両主面から突出した導電線２の突出部Ｐの高さを含む。
異方導電性シート１０の形態、サイズ、厚さ等は、各主面にそれぞれ接続する電子デバイスの形状や端子の配置に合わせて適宜設定される。

異方導電性シート１０の各主面における導電線２の配置は、Ｘ列×Ｙ行の２次元アレイ状の配置である。導電線２の配置はこの例に限定されず、任意の配置パターンが採用される。Ｘ列×Ｙ行において、例えば、Ｘ，Ｙはそれぞれ独立に１０〜１０００の任意の整数とすることができる。配置パターンは、２次元アレイ状でもよく、ジグザグ状でもよく、その他の任意のパターンでもよく、無作為なランダム配置でもよい。

図１及び図２に示すように、異方導電性シート１０の各導電線２の一方の端部２ａ及び他方の端部２ｂは、基材シート１の一方の主面１ａ及び他方の主面１ｂからそれぞれ突出している。主面から突出した部分の全体が突出部Ｐである。

各突出部Ｐの側面Ｐｓの一部は、突出部Ｐの根元Ｐｚの周囲を構成する、基材シート１の樹脂が各主面からせり上がった被覆部Ｃによって、被覆されている。突出部Ｐの側面Ｐｓは、略円柱状の導電線２の長さ方向に沿う面であり、導電線２の先端における略円形の頂面及び底面を除いた側面に含まれる。

突出部Ｐの高さｈ１は、基材シート１の主面を基準として、例えば、１μｍ〜１００μｍが好ましく、５μｍ〜６０μｍがより好ましく、１０μｍ〜４０μｍがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、接続対象であるデバイスの接続端子に突出部Ｐが接触しやすくなり、接続性が向上する。また、突出部Ｐの柔軟性が高まるので、接続時に突出部Ｐがデバイスの接続端子を傷付ける恐れが低減する。
上記範囲の上限値以下であると、接続時に突出部Ｐが折れ曲がることをより一層防止することができる。また、接続時に突出部Ｐが側方へ反った場合に、反った突出部Ｐが隣の別の突出部Ｐへ接触することを防止することができる。
突出部Ｐの高さｈ１は、測定顕微鏡などの拡大観察手段によって、任意に選択した１０本の突出部Ｐの高さｈ１を測定した値の平均値として求められる。
複数の突出部Ｐの各々の高さは、互いに同じでもよいし、異なっていてもよい。

基材シート１の主面を基準として、被覆部Ｃの高さｈ２は、突出部Ｐの高さｈ１と同じでもよいし、低くてもよい。高さｈ１に対する高さｈ２の比（ｈ２／ｈ１）は、例えば、０．３〜１．０が好ましく、０．５〜０．９５がより好ましく、０．７〜０．９がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、接続対象のデバイスの接続端子から導電線２の突出部Ｐに対して応力が加わる際に、被覆部Ｃが突出部Ｐを支持して、突出部Ｐの折れ曲がりをより効果的に抑制することができる。上記範囲の上限値以下であると、デバイスの接続端子に対する突出部Ｐの接触がより確実となるので、接続性が向上する。
被覆部Ｃの高さｈ２は、測定顕微鏡などの拡大観察手段によって、任意に選択した１０本の突出部Ｐの各々について、被覆部Ｃの最も高い箇所の高さｈ２を測定した値の平均値として求められる。
複数の突出部Ｐが有する各々の被覆部Ｃの高さは、互いに同じでもよいし、異なっていてもよい。

被覆部Ｃの突出部Ｐに対する支持力を向上する観点から、図示の様に、被覆部Ｃは突出部Ｐの側面Ｐｓを周回していることが好ましい。
被覆部Ｃに被覆された突出部Ｐの弾性力を充分に発揮させて、突出部Ｐが接続対象であるデバイスの接続端子を傷付けることを充分に抑制する観点から、図示の様に、突出部Ｐの先端（頂面、底面）へ向けて、被覆部Ｃの厚みが徐々に薄くなっていることが好ましい。ここで「被覆部Ｃの厚み」は、導電線２の長さ方向に対して直交する向きの被覆部Ｃの厚みを意味する。被覆部Ｃの厚みが先端へ向けて徐々に薄くなっており、且つ被覆部Ｃが側面Ｐｓの周囲を周回しているので、被覆部Ｃは先端へ向けて徐々に縮径している。
被覆部Ｃの厚みは、測定顕微鏡などの拡大観察手段によって、任意に選択した１０本の突出部Ｐの各々について、被覆部Ｃの外観を観察することにより判断することができる。より正確を期す場合には、図示の様に導電線２の長さ方向に沿う異方導電性シート１０の断面を切り出して、その断面を拡大観察手段で観察し、被覆部Ｃの厚みを測定して求められる。
複数の突出部Ｐが有する各々の被覆部Ｃの厚みは、互いに同じでもよいし、異なっていてもよい。

図３に示すように、突出部Ｐの少なくとも先端は、導電線２が有していてもよい前記導電性の被覆層とは別に、メッキ層３を有していてもよい。メッキ層３は突出部Ｐの露出した側面Ｐｓに設けられていてもよい。突出部Ｐがメッキ層３を備えることによって、接続対象のデバイスの接続端子に対する接続性を向上させることができる。また、突出部Ｐの側面Ｐｓの少なくとも一部は被覆部Ｃによって被覆されているので、メッキ層３の形成時に、隣接する突出部Ｐ同士をメッキ層がブリッジする（架橋する）ことが防止されている。つまり、メッキ層３が突出部Ｐの側方へ向けて成長することが、被覆部Ｃによって抑制される。メッキ層３は、公知方法により形成される。

隣接する突出部Ｐの先端同士の距離Ｌ１は、例えば、１０μｍ〜２００μｍが好ましく、２０μｍ〜１００μｍがより好ましく、３０μｍ〜６０μｍがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、接続対象のデバイスの接続端子から突出部Ｐが応力を受けて側方へ反った場合に、反った突出部Ｐが隣の別の突出部Ｐへ接触することを防止することができる。
上記範囲の上限値以下であると、接続対象のデバイスが有する接続端子同士の狭ピッチに対応することが容易になる。
前記距離Ｌ１は、測定顕微鏡などの拡大観察手段によって、任意に選択した１０組の突出部Ｐの先端の中心同士の距離を測定した値の平均値として求められる。

基材シート１の一方の主面１ａにおける導電線２の配線密度は、例えば、２５本／ｍｍ^２〜１００００本／ｍｍ^２が好ましく、１００本／ｍｍ^２〜５０００本／ｍｍ^２がより好ましく、３００本／ｍｍ^２〜２５００本／ｍｍ^２がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、接続対象のデバイスが有する接続端子同士の狭ピッチに対応することが容易になる。
上記範囲の上限値以下であると、接続対象のデバイスの接続端子から突出部Ｐが応力を受けて側方へ反った場合に、反った突出部Ｐが隣の別の突出部Ｐへ接触することを防止することができる。
前記配線密度は、測定顕微鏡などの拡大観察手段によって、基材シート１の一方の主面を観察して、任意の領域にある配線の本数を数えて、単位面積（ｍｍ^２）当たりの配線の本数に換算することにより求められる。前記「任意の領域」の面積は、５ｍｍ角〜５０ｍｍ角の範囲とする。

異方導電性シート１０の片方の主面において、導電線２が配置された全領域のうち、導電線２の突出部Ｐに被覆部Ｃが形成されている領域の割合は、例えば、５〜１００％が好ましく、５０〜１００％がより好ましく、８０〜１００％がさらに好ましく、９５〜１００％が最も好ましい。
前記割合は、測定顕微鏡などの拡大観察手段によって、基材シート１の任意の主面における導電線２が配置された領域の全体を観察して、最も外側にある導電線２同士を結んだ領域を全体領域として、被覆部Ｃを有しない導電線２を除外した領域を識別することにより求められる。前記割合は、異方導電性シート１０の一方の主面１ａと他方の主面１ｂとで同じでもよいし、異なっていてもよい。

基材シート１の一方の主面１ａ及び他方の主面１ｂにおいて、主面の一部の領域が他部の領域よりも高くされていてもよい。つまり、異方導電性シート１０の主面の厚さは、シートの全領域にわたって同一であってもよいし、一部の領域が厚くなっていてもよいし、一部の領域が薄くなっていてもよい。
基材シート１の厚さとしては、例えば、０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。
基材シート１の厚さは、測定顕微鏡などの拡大観察手段によって、基材シート１の厚さ方向の断面から任意に選択した１０箇所の厚さを測定した値の平均値として求められる。

＜異方導電性シートの製造方法＞
突出部Ｐ及び被覆部Ｃを形成する前の異方導電性シートは、公知方法により製造される。例えば、特許文献１に記載の製造方法が挙げられる。
本発明の異方導電性シートは、公知方法で得た異方導電性シートの一方の主面及び他方の主面のうち少なくとも一方に対して、導電線２を融解し難く、主面を構成する樹脂を融解し易い種類のレーザー光を照射することによって突出部Ｐを形成するとともに、被覆部Ｃを同時に形成することによって得られる。突出部Ｐを形成するレーザー照射方法としては、基本的には従来と同様でよく、例えば、特許文献１の記載に基づき、炭酸ガスレーザーを用いる方法が挙げられる。レーザー照射の際に、出力、繰り返し周波数、ビーム径、レーザー走査速度等を適宜調整することにより被覆部Ｃを形成することができる。
また、被覆部Ｃの形成を容易にする観点から、レーザー照射中の異方導電性シート及びその周辺の温度を低く保つこと、例えば０〜２５℃の温度範囲とすることが好ましい。被覆部Ｃの形成に温度が関与するメカニズムは次のように推測される。一般に、レーザー照射された異方導電性シートの主面は加熱され、主面を構成する樹脂が燃焼したり蒸発したりする。この際に、異方導電性シート自体又はその周辺の温度を前記加熱の温度よりも低く保つことによって、前記樹脂と異なる材料からなり、熱伝導性が前記樹脂よりも高い導電線２の周囲の温度が、導電線２から離れた部分よりも低くなる。そうすると、導電線２の周囲における主面の樹脂の除去が、導電線２から離れた部分の樹脂の除去よりも相対的に遅くなる。この結果、導電線２の突出部Ｐの周囲に被覆部Ｃが容易に形成されると考えられる。異方導電性シート自体又はその周辺の温度を低く保つ方法として、例えば、異方導電性シートを金属製のステージに載置する、異方導電性シートの周囲の空気を強制的に換気する等の方法が挙げられる。金属製のステージは、さらにステージ表面を冷却する冷却機構を備えていてもよい。冷却機構としては、例えば、水、空気等の冷媒をステージ表面の近傍に流通させる機構が挙げられる。

［異方導電性シートの使用方法］
異方導電性シート１０の用途としては、公知の圧接型コネクタと同じ用途が挙げられる。電子デバイスの端子の導通試験を行う検査用途の他、例えば、電子機器内に備えられた複数の電子デバイス同士を接続する等のいわゆる実装用途にも適用できる。

特許文献１に記載された方法を参照して以下に説明するように、突出部Ｐを形成する前の異方導電性シート（異方導電性シート前駆体）を得た。
まず、ポリエステルフィルムの上に未硬化のシリコーンゴムコンパウンド（信越化学工業社製）からなる厚さ約０．０３ｍｍの塗膜を形成し、この塗膜上に直径４０μｍ程度の金属線を０．１ｍｍ程度の間隔でそれぞれ平行に配置した。これらの金属線を覆う、別のシリコーンゴムコンパウント層を形成し、加熱硬化することにより、コアシートを得た。次に、複数枚のコアシートを準備して、互いの金属線の長さ方向を平行に揃えて積層することにより、積層ブロック体を得た。続いて、積層ブロック体が有する金属線の長さ方向に対して直交する向きで積層ブロック体をスライスカットすることにより、突出部Ｐを形成する前の異方導電性シートを得た。

次に、金属製ステージに密着させた異方導電性シート前駆体の主面に対して炭酸ガスレーザーを一様に照射し、主面の表層のシリコーンゴムを燃焼させてエッチングすることにより、突出部Ｐ及び被覆部Ｃを形成し、本発明の異方導電性シートを製造した。
レーザー照射の時間等を変更して製造した複数の異方導電性シートについて、各例の主面のＳＥＭ像を図４〜６に示す。

図４（ａ）は、１つの突出部Ｐ及び被覆部Ｃの厚さ方向の断面図であり、図４（ｂ）が一方の主面のＳＥＭ像である。本例では、突出部Ｐの側面の周囲を周回する被覆部Ｃが形成されており、突出部Ｐの高さｈ１と被覆部Ｃの高さｈ２の比（ｈ２／ｈ１）は０．９であった。被覆部Ｃは突出部Ｐの頂面に向けて縮径していた。突出部Ｐの頂面の一部には、シリコーンゴムの燃焼カスが付着していたが、これはアルコールで洗浄することにより、容易に取り除けた。

図５（ａ）は、１つの突出部Ｐ及び被覆部Ｃの厚さ方向の断面図であり、図５（ｂ）が一方の主面のＳＥＭ像である。本例では、突出部Ｐの側面の周囲を周回する被覆部Ｃが形成されており、突出部Ｐの高さｈ１と被覆部Ｃの高さｈ２の比（ｈ２／ｈ１）は０．５であった。被覆部Ｃは突出部Ｐの頂面に向けて縮径していた。突出部Ｐの頂面は、切り出し時の刃の入れ方が図４の場合と異なるため、平坦ではなかった。

図６（ａ）は、１つの突出部Ｐ及び被覆部Ｃの厚さ方向の断面図であり、図６（ｂ）が一方の主面のＳＥＭ像である。ＳＥＭ像は、公知の無電解メッキ法により、突出部Ｐの先端にメッキ層３を形成した後に撮像した。本例では、突出部Ｐの側面の周囲を周回する被覆部Ｃが形成されており、突出部Ｐの高さｈ１と被覆部Ｃの高さｈ２の比（ｈ２／ｈ１）は０．９であった。被覆部Ｃは突出部Ｐの頂面に向けて縮径していた。突出部Ｐの側面は被覆部Ｃによって被覆されているので、メッキ層３は突出部Ｐの側方へ成長せず、隣接する突出部Ｐ同士をブリッジすることが防止されていた。

１…基材シート、１ａ…一方の主面、１ｂ…他方の主面、２…導電線、２ａ…導電線の端部、２ｂ…導電線の端部、３…メッキ層、１０…異方導電性シート、Ｃ…被覆部、Ｐ…突出部、Ｐｓ…突出部の側面、Ｐｚ…突出部の根元

Claims (6)

1. 第一電子デバイスの接続端子と、第二電子デバイスの接続端子との間に配置され、これらを電気的に接続するための異方導電性シートであって、
   樹脂からなる基材シートと、
   前記基材シートの一方の主面から他方の主面へ貫通する複数の導電線と、を備え、
   前記導電線の少なくとも一方の端部が、前記主面の少なくとも一方から突出した突出部を形成し、
   前記突出部の側面の全部又は一部は、前記突出部の根元の周囲を構成する前記樹脂が前記主面からせり上がった被覆部によって被覆されている、異方導電性シート。
2. 前記被覆部が前記突出部の側面を周回している、請求項１に記載の異方導電性シート。
3. 前記被覆部の厚みが、前記突出部の先端へ向けて徐々に薄くなっている、請求項１又は２に記載の異方導電性シート。
4. 前記突出部の少なくとも先端がメッキ層を有する、請求項１〜３の何れか一項に記載の異方導電性シート。
5. 隣接する前記突出部の先端同士の距離が１０μｍ〜２００μｍである、請求項１〜４の何れか一項に記載の異方導電性シート。
6. 前記一方の主面における前記導電線の配線密度が、２５本／ｍｍ^２〜１００００本／ｍｍ^２である、請求項１〜５の何れか一項に記載の異方導電性シート。