(57)【要約】【課題】  微細な電極間ピッチに対応することができ、半導体素子や回路基板表面の凸凹やうねりに対応することが可能な柔軟性を有し、かつ安価に得ることができる異方導電性シート提供する。【解決手段】  絶縁材中に、導電性粒子を含有する導電性繊維が複数本存在するシートであって、導電性繊維は互いに絶縁された状態で配置され、かつシートの厚み方向に対して繊維の長手方向が略平行となるように配置されていることを特徴とする異方導電性シート。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材中に導電性粒子を含有する導電性繊維が複数本存在するシートであって、導電性繊維は互いに絶縁された状態で配置され、かつシートの面方向に対して繊維の長手方向が略垂直となるように配置されていることを特徴とする異方導電性シート。
【請求項２】
導電性繊維が芯鞘複合繊維であって、芯部にのみ導電性粒子を含有している請求項１記載の異方導電性シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気・電子部品、実装基板、検査基板等の電気的な接続に使用され、対極電極間には導電性を、隣接電極間には絶縁性を有する異方導電性シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の多機能化、小型化、高密度配線化に伴い、半導体素子や回路基板の電極数は増加し、電極間ピッチが微細化する傾向にある。このような微細化した多数の電極に対して、精度良く、確実に電気的な接続を得る方法として、半田付けやワイヤーボンディング、機械的嵌合などの手段に変わって、異方導電性シートを用いる電気的接続法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、金属粒子を樹脂中に均一に分散して、厚み方向に導電性を示す異方導電性シートが開示されている。特許文献２には、導電性粒子を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とした異方導電性シートが開示されている。また、特許文献３には、端部以外を絶縁層で被覆された金属線が厚み方向に貫通して配置されている異方導電性シートが開示されている。特許文献４には、電気絶縁性の感光性樹脂膜にフォトリソグラフィーで所定位置に複数の貫通孔を形成し、この貫通孔にメッキにより導電部材を埋設した異方導電性シートが開示されている。
【０００４】
しかしながら、上記の異方導電性シートには以下のような問題点があった。特許文献１の異方導電性シートは、金属粒子を樹脂中に均一に分散させているため、完全な絶縁性を保つことが困難であることと、金属粒子の分散が不均一な部分が発生し、導電性や絶縁性に斑が生じ、微細な電極間ピッチに対応できないという問題があった。特許文献２のシートは、シートの絶縁材料の厚みを導電性粒子の粒径と同等以下としているため、導電性粒子の凝集が生じた場合には、導電性や絶縁性に斑が生じ、微細な電極間ピッチに対応できないという問題があった。特許文献３のシートでは、金属線を用いるためシートの柔軟性に欠け、電気的な接続対象である半導体素子や回路基板表面の凸凹やうねりに対応できなかった。また、金属線を使用するため、加工方法も難しく、コスト高となるという問題があった。さらに、特許文献４のシートは、フォトリソグラフィー工程で得るものであるため、製造工程が複雑となり、コスト高となるという問題があった。
【特許文献１】特開昭51-93393号公報
【特許文献２】特開平7-220538号公報
【特許文献３】WO98/07216号公報
【特許文献４】特開平2-49385号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決し、良好な導電性と絶縁性の両方を有し、微細な電極間ピッチに対応することができ、半導体素子や回路基板表面の凸凹やうねりに対応することが可能な柔軟性を有しており、さらには安価に得ることができる異方導電性シート提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記課題を解決するために検討した結果、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、本発明は、絶縁材中に導電性粒子を含有する導電性繊維が複数本存在するシートであって、導電性繊維は互いに絶縁された状態で配置され、かつシートの面方向に対して繊維の長手方向が略垂直となるように配置されていることを特徴とする異方導電性シートを要旨とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の異方導電性シートは、良好な異方導電性を有しており、微細な電極間ピッチに対応することができ、さらには半導体素子や回路基板表面の凸凹やうねりに対応することが可能な柔軟性を有している。また、安価に得ることができるので、各種の電気・電子部品、実装基板、検査基板等の電気的な接続に好適に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の異方導電性シートの一実施態様を示す断面図である。図２は図１の異方導電性シートの平面図である。
【００１０】
本発明の異方導電性シート１は、導電性繊維２が異方導電性シート１の面方向に対して繊維の長手方向が略垂直となるように配置されている。そして、それぞれの導電性繊維２は、絶縁材中に存在しており、この絶縁材からなる絶縁層３によって絶縁された状態で配置されている。このため、本発明の異方導電性シート１は、厚み方向では導電性、面方向では絶縁性を有している。
【００１１】
本発明の異方導電性シートにおいては、導電性繊維が、シートの面方向に対して繊維の長手方向が略垂直となるように配置されているが、本発明においては、シートの面方向と導電性繊維の長手方向が80°〜110°の角度であることが好ましく、中でも90°（垂直）であることが好ましい。この角度の範囲外であると、厚み方向の導電性、面方向の絶縁性という異方導電性能に劣るものとなりやすく、微細な電極間ピッチに対応することが困難となる傾向がある。
【００１２】
本発明の異方導電性シートの厚みは、特に限定されないが、0.01〜10mmが好ましく、さらに好ましくは、0.05〜2mmである。0.01mm未満の場合には、加工が困難となり、異方導電性能が低下する傾向がある。一方、10mmを超える場合には、嵩高となるため使用時のスペースが増大したり、電気的な損失が発生する傾向がある。
【００１３】
また、本発明の異方導電性シートの電気抵抗値は、厚み方向の比抵抗ρa（Ω・cm）が102〜106（Ω・cm）、面方向の比抵抗ρb（Ω・cm）が1010（Ω・cm）以上であることが好ましい。
【００１４】
厚み方向の比抵抗ρa（Ω・cm）は、図３に示すように異方導電性シート１の両面に電極４を押し付け、電極から取り出したリード線６を通して、抵抗計５によって抵抗値を測定し、電極４と異方導電性シート１との接触面積Ｓ（cm2）、異方導電性シート１の厚さL（cm）とし、抵抗計５で計測した抵抗値Ra（Ω）より、次式（１）で求める。
ρa＝Ra×（S／L）          （１）
【００１５】
面方向の比抵抗ρb（Ω・cm）は、図４に示すように異方導電性シート１の隣り合う導電性繊維に電極４を押し付け、電極から取り出したリード線６を通して、抵抗計５によって抵抗値を測定し、異方導電性シート１の厚さL（cm）、導電性繊維２の直径Ｑ（cm）、隣り合う導電性繊維２の間隔D（cm）とし、抵抗計５で計測した抵抗値Rb（Ω）より、次式（２）で求める。
ρb＝Rb×（Ｑ×L／D）      （２）
【００１６】
本発明における導電性繊維は、導電性粒子を含有する繊維形成性樹脂からなるものであり、繊維形成性樹脂としては、ポリアミドやポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロン、アクリル、ポリアリレート、ポリイミド、フェノール、ポリウレタン等やこれらの共重合物、ブレンド物等を用いることができる。中でも製糸性、導電性粒子の分散性、コスト等に優れることからポリアミドやポリエステルが好ましい。
【００１７】
ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレートやそれらにジカルボン酸成分、ジオール成分あるいはオキシカルボン酸成分等が共重合されたもの、あるいはこれらのポリエステルをブレンドしたもの等が挙げられる。さらには、生分解性ポリエステルとして知られるポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリε―カプロラクタム等の脂肪族ポリエステルを用いてもよい。
【００１８】
ポリアミドとしては、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６９、ナイロン４６、ナイロン６１０、ナイロン１１、ナイロン４、ナイロン１２、ポリメタキシレンアジパミドやこれら各成分を共重合したもの、ブレンドしたもの等が挙げられる。
【００１９】
なお、このような繊維形成性樹脂中には、充填材として、シリカやアルミナ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム等を含有していてもよい。
【００２０】
そして、本発明における導電性繊維に含有される導電性粒子としては、カーボンブラック等の炭素系粒子、AlやAu、Ag、Cu、Sn、Pb、Ni、Pt、Pd、Zn、Fe、In、Co等の金属粒子やSn-Pb系合金等の合金粒子、酸化鉄、フェライト等の導電性セラミックス粒子、あるいはポリウレタンやアクリル、ポリスチレン、フェノール等の樹脂粒子に金属メッキ等で導電性を付与した複合導電性粒子等を用いることができる。中でも、安価で粒径が小さく、耐熱性に優れ、耐薬品性に優れるカーボンブラック等の炭素系粒子や安価で高い導電性を示すNiやCu、Al等の金属粒子が好ましい。
【００２１】
本発明における導電性繊維中に含有される導電性粒子の含有量は、１〜80質量％とすることが好ましく、中でも10〜60質量％が好ましい。導電性粒子の含有量が1質量%未満であると、十分な導電性が得られず、80質量％を超えると、紡糸時に糸切れが生じるなど製造工程でのトラブルが生じ、安定した品質の繊維を得ることが難しくなる。
【００２２】
なお、本発明の異方導電性シートは、導電性繊維が導電性を有することが必要であり、シートにおける導電性は、シートの厚み方向に必要であり、シートの面方向は導電性は有さずに絶縁性を示すものである。
【００２３】
したがって、本発明のシートにおいては、導電性繊維が絶縁材中に配置され、かつ、それぞれの導電性繊維の周囲に絶縁材が存在するようにして、導電性繊維同士が隣接しないように配置することが好ましい。なお、導電性繊維としては、マルチフィラメントでもモノフィラメントでもよく、マルチフィラメントである場合は、マルチフィラメントを構成する各単繊維は隣接していてもよく、マルチフィラメント同士が隣接しないようにすればよい。
【００２４】
さらに、本発明においては、導電性繊維の繊維長手方向以外の絶縁性を向上させるために、導電性繊維を複合繊維とし、芯部にのみ導電性粒子を含有している芯鞘複合繊維とすることが好ましい。中でも芯部が導電性粒子を含有している繊維形成性樹脂からなり、鞘部が絶縁性の繊維形成性樹脂からなるものとすることが好ましい。これにより、導電性繊維間の絶縁が鞘部の絶縁層において保たれるため、絶縁材中に導電性繊維を配置する際に、繊維同士が隣接したとしても隣接する繊維間でも絶縁性が保たれる。
【００２５】
次に、本発明の導電性繊維について図面を用いて説明する。図５は本発明のシートに含有される導電性繊維２の実施態様を示す断面模式図である。図５（ａ）は、導電性微粒子が含有された繊維形成性樹脂である導電層１１のみからなるものであり、図５（ｂ）は、導電層１１が繊維の外周部に複数配置され、その他の部分が絶縁性の繊維形成性樹脂である絶縁層１２からなる複合繊維である。図５（ｃ）は、導電層１１を芯部、絶縁層１２を鞘部とする芯鞘複合繊維である。
【００２６】
なお、本発明における導電性繊維の電気抵抗値は、比抵抗で100〜108（Ω・cm）、中でも、100〜107（Ω・cm）とすることが好ましい。
【００２７】
さらに、本発明のシートにおける、絶縁材は成形可能で導電性を有していないものであれば特に限定するものではないが、ポリウレタン、エポキシ、アクリル、フェノール、ポリエステル、ポリアミド、メラミン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、シリコーン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂等を用いることができ、中でも柔軟性に優れたシートを得られることからシリコーンが好ましい。
【００２８】
次に、本発明の異方導電性シートの製造方法について図面を用いて説明する。本発明のシートの製造方法は特に限定されるものではないが、以下に好ましい製造方法の３例について説明する。
【００２９】
製造方法（１）は、導電性繊維を繊維のまま使用する方法。製造方法（２）は、導電性繊維を織物に製織してから使用する方法。製造方法（３）は、導電性繊維を３次元繊維構造体としてから使用する方法である。
【００３０】
製造方法（１）について説明する。まず、図６に示すように、複数の導電性繊維２を繊維同士が隣接しないように一定方向に揃えた状態で金型２１内に配置する。次に、図７に示すように、金型２１内に絶縁材２２を充填し、硬化させる。そして、図８に示すように、導電性繊維２と絶縁材２２から構成される複合体２３を得る。この複合体２３を図９に示すように、導電性繊維の長手方向に垂直な方向にスライサー２４で所望の厚みにスライスし、異方導電性シートを得る。なお、スライスの方法としては、鋭利な刃先を有する板状体を押し当ててスライスする方法や、バンドソーなどによって切断する方法が挙げられる。
【００３１】
なお、導電性繊維として図５（ａ）に示すような繊維全体に導電性粒子が含有されている繊維を用いる場合は、必要に応じて、導電性繊維表面に絶縁性の樹脂をコーティングすることが好ましい。
【００３２】
次に、製造方法（２）について説明する。まず、導電性繊維を経糸あるいは緯糸のいずれか一方に使用し、公知の製織法によって、平織物を作製する。このようにして得られた平織布２５は図１０に示すように導電性繊維が一方向に揃っており、繊維同士が隣接しないように配置されたものとなる。導電性繊維以外の他方の繊維としては、非導電性繊維２７を用いることが好ましい。次に、図１１に示すように、金型２１内に得られた平織布２５を導電性繊維の方向を揃えて積層して配置させる。そして、図１２に示すように、金型２１内に絶縁材２２を充填し、硬化させて複合体２３を得る。このとき、絶縁材が平織布の積層体中に良好に含浸できるように金型内を減圧後、絶縁材を充填することが好ましい。この複合体２３を製造方法（１）と同様に、図９に示すように、導電性繊維の長手方向に垂直な方向にスライサー２４で所望の厚みにスライスし、異方導電性シートを得る。
【００３３】
製造方法（３）について説明する。3次元繊維構造体とは、ベルベットやモケットなどのパイル構造を有する織物やダブルラッセルのようなパイル構造を有する編物が挙げられる。中でも、樹脂を含浸させた場合にもパイル構造を保持しやすいダブルベルベット織物やダブルラッセル織物が好ましい。そこで、まず、導電性繊維２をパイル糸に用いて、図１３に示すような３次元繊維構造物を作製する。このとき、導電性繊維の密度を制御するために、パイル糸に導電性繊維と非導電性繊維を混在させてもよい。また、パイル糸の上面と下面の平面基布３１は特に限定するものではなく、導電性繊維を構成する繊維形成性樹脂からなる繊維を製編織したのを用いることができる。次に、図１１に示すように、金型２１内に得られた3次元繊維構造体を平面基布３１の一方を金型の下面に接するように配置させる。そして、図１２に示すように、金型２１内に絶縁材２２を充填し、硬化させて複合体２３を得る。このとき、絶縁材が３次元繊維構造物中に良好に含浸できるように金型内を減圧後、絶縁材を充填することが好ましい。この複合体２３を製造方法（１）と同様に、図９に示すように、導電性繊維の長手方向に垂直な方向にスライサー２４で所望の厚みにスライスし、異方導電性シートを得る。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明について、実施例により具体的に説明する。
なお、異方導電性シートの電気抵抗値は、厚み方向の比抵抗ρa（Ω・cm）、面方向の比抵抗ρb（Ω・cm）ともに前記の方法で測定した。また、ナイロン樹脂の相対粘度は、９６％硫酸を溶媒として濃度１ｇ／ｄｌ、温度２５℃で測定した。
【００３５】
実施例１
カーボンブラックを30質量％含有したナイロン６（相対粘度2.50）を芯成分、カーボンブラックを含有しないナイロン６（相対粘度2.50）を鞘成分として、通常の複合紡糸装置を用いて、溶融紡糸して330dtex／48fの芯鞘複合繊維の導電性繊維（マルチフィラメント）を得た。この複合繊維の単繊維は、芯部の直径が20μm、鞘部の厚みが5μmである直径30μmのものであった。そして、導電性繊維を100mmの長さにカットし、図６に示すように金型内に配置した。金型は縦50mm×横50mm×長さ100mmの大きさとした。金型の内部を30kPaに減圧し、絶縁材としてシリコーン樹脂（GE東芝シリコーン社製TSE352）100部と硬化剤（GE東芝シリコーン社製 CE611）0.5部をよく混合した液状樹脂を図７に示すように充填し、30℃で24時間加熱硬化させて、複合体を形成した。図９に示すように複合体を導電性繊維の長手方向に対して垂直方向にスライスして、縦50mm×横50mm×厚さ0.5mmの異方導電性シートを得た。
得られたシート中の導電性繊維密度を、走査型電子顕微鏡（SEM）で撮影した写真から計算すると約800本／mm2であった。そして異方導電性シートの抵抗Ra＝3.3（Ω）、Rb＞1012（Ω）であり、良好な異方導電性を示すものであり、柔軟性にも優れていた。
【００３６】
実施例２
実施例１と同様の導電性繊維を緯糸に使用し、経糸にカーボンブラックを含有しないナイロン６（相対粘度2.50）からなる繊維を使用して製織し、1.2m幅で1000m長の平織布を作製した。ここの平織物から縦50mm×横50mm の布を2000枚切出し、導電性繊維の方向を揃えて、図１１に示すようにして2000枚を積層し、金型内に配置した。金型は高さ500mm×幅500mm×長さ500mmの大きさとした。金型の内部を30kPaに減圧し、絶縁材としてシリコーン樹脂（GE東芝シリコーン社製TSE352）100部と硬化剤（GE東芝シリコーン社製 CE611）0.5部をよく混合した液状樹脂を図７に示すように充填し、30℃で24時間加熱硬化させて、複合体を形成した。図９に示すように複合体を導電性繊維の長手方向に対して垂直方向にスライスして、縦50mm×横50mm×厚さ0.5mmの異方導電性シートを得た。
得られたシート中の導電性繊維密度を、走査型電子顕微鏡（SEM）で撮影した写真から計算すると、約400本／mm2であった。そして異方導電性シートの抵抗Ra＝1.7（Ω）、Rb＞1012（Ω）であり、良好な異方導電性を示すものであり、柔軟性にも優れていた。
【００３７】
実施例３
実施例１と同様の導電性繊維をパイル糸に使用し、平面基布部にカーボンブラックを含有しないナイロン６（相対粘度2.50）からなる繊維を経糸と緯糸に使用して、1.2m幅で1000m長、パイル長50mmのダブルベルベット織物を作製した。ここから縦50mm×横50mm の織物を切出し、金型の底面に平面基布の一方の面が接するように金型内に配置した。金型は高さ500mm×幅500mm×長さ500mmの大きさとした。金型の内部を30kPaに減圧し、絶縁材としてシリコーン樹脂（GE東芝シリコーン社製TSE352）100部と硬化剤（GE東芝シリコーン社製 CE611）0.5部をよく混合した液状樹脂を図７に示すように充填し、30℃で24時間加熱硬化させて、複合体を形成した。図９に示すように複合体を導電性繊維の長手方向に対して垂直方向にスライスして、縦50mm×横50mm×厚さ0.5mmの異方導電性シートを得た。
得られたシート中の導電性繊維密度を、走査型電子顕微鏡（SEM）で撮影した写真から計算すると、約400本／mm2であった。そして異方導電性シートの抵抗Ra＝1.7（Ω）、Rb＞1012（Ω）であり、良好な異方導電性を示すものであり、柔軟性にも優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の異方導電性シートの一実施態様を示す断面図である。
【図２】図１の異方導電性シートの平面図である。
【図３】本発明の異方導電性シートの電気抵抗値を測定する方法を示す説明図である。
【図４】本発明の異方導電性シートの電気抵抗値を測定する方法を示す説明図である。
【図５】本発明のシートに含有される導電性繊維の実施態様を示す断面模式図である。
【図６】本発明の異方導電性シートの製造工程の一例の繊維の配置工程を示す説明図である。
【図７】本発明の異方導電性シートの製造工程の一例の絶縁材の充填工程を示す説明図である。
【図８】本発明の異方導電性シートの製造工程の一例で得られた複合体を示す説明図である。
【図９】本発明の異方導電性シートの製造工程の一例のスライス工程を示す説明図である。
【図１０】本発明の異方導電性シートの製造工程の一例を示すものであって、導電性繊維を平織物としたときの説明図である。
【図１１】本発明の異方導電性シートの製造工程の一例の導電性繊維を含有する布帛の配置工程を示す説明図である。
【図１２】本発明の異方導電性シートの製造工程の一例の絶縁材の充填工程を示す説明図である。
【図１３】本発明の異方導電性シートの製造工程の一例を示すものであって、導電性繊維を３次元繊維構造体としたときの説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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