異方性導電膜、ACF使用接合原理-廣州藍能電子
異方性導電膜、ACF使用接合原理
ACF的組成主要包含導電粒子及絕緣膠材兩部分，上下各有一層保護膜來保護主成分。使用時先將上膜（Cover Film）撕去，將ACF膠膜貼附至Substrate的電極上，再把另一層PET底膜（Base Film）也撕掉。在精準對位後將上方物件與下方板材壓合，經(jīng)加熱及加壓一段時間後使絕緣膠材固化，最後形成垂直導通、橫向絕緣的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
ACF主要應用在無法透過高溫鉛錫焊接的制程，如FPC、Plastic Card及LCD等之線路連接，其中尤以驅(qū)動IC相關(guān)應用為大宗。舉凡TCP/COF封裝時連接至LCD之OLB（Outer Lead Bonding）以及驅(qū)動IC接著於TCP/COF載板的ILB（Inner Lead Bonding）制程，亦或采COG封裝時驅(qū)動IC與玻璃基板接合之制程，目前均以ACF導電膠膜為主流材料。 廣州藍能電子科技 www.cn-ln.net 最先進的脈沖熱壓機
驅(qū)動IC腳距縮小 ACF架構(gòu)須持續(xù)改良以提升橫向絕緣之特性
ACF中之導電粒子扮演垂直導通的關(guān)鍵角色，膠材中導電粒子數(shù)目越多或?qū)щ娏Ｗ拥捏w積越大，垂直方向的接觸電阻越小，導通效果也就越好。然而，過多或過大的導電粒子可能會在壓合的過程中，在橫向的電極凸塊間彼此接觸連結(jié)，而造成橫向?qū)ǖ亩搪?，使得電氣功能不正?！?/span>
隨著驅(qū)動IC的腳距（Pitch）持續(xù)微縮，橫向腳位電極之凸塊間距（Space）也越來越窄，大大地增加ACF在橫向絕緣的難度。為了解決這個問題，許多ACF結(jié)構(gòu)已陸續(xù)被提出，以下針對目前兩大領導廠商的主要架構(gòu)做介紹：
1. Hitachi Chemical的架構(gòu)
為了降低橫向?qū)ǖ臋C率，Hitachi使用了兩個方法，其一是導入兩層式結(jié)構(gòu)，兩層式的ACF產(chǎn)品上層不含導電粒子而僅有絕緣膠材，下層則仍為傳統(tǒng)ACF膠膜結(jié)構(gòu)。透過雙層結(jié)構(gòu)的使用，可以降低導電粒子橫向觸碰的機率。然而，雙層結(jié)構(gòu)除了加工難度提高之外，由於下層ACF膜的厚度須減半，導電粒子的均勻化難度也提高。
目前，雙層結(jié)構(gòu)的ACF膠膜為Hitachi Chemical的專利。除了雙層結(jié)構(gòu)之外，Hitachi也使用絕緣粒子，將絕緣粒子散布在導電粒子周圍。當腳位金凸塊下壓時，由於絕緣粒子的直徑遠小於導電粒子，因此絕緣粒子在垂直壓合方向不會影響導通；但在橫向空間卻有降低導電粒子碰觸的機會。廣州藍能電子科技有限公司 www.cn-ln.net 最先進的脈沖熱壓機
2.Sony Chemical的架構(gòu)
Sony Chemical的方法是在導電粒子的表層吸附一些細微顆粒之樹脂，目的在使導電粒子的表面產(chǎn)生一層具絕緣功能的薄膜結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的特性是，粒子外圍的絕緣薄膜在凸塊接點熱壓合時將被破壞，使得垂直方向?qū)ǎ恢领稒M向空間的導電粒子絕緣膜則將持續(xù)存在，如此即可避免橫向粒子直接碰觸而造成短路的現(xiàn)象。
Sony架構(gòu)的缺點是，當導電粒子的絕緣薄膜在熱壓合時若破壞不完全，將使得垂直方向的接觸電阻變大，就會影響ACF的垂直導通特性。目前該結(jié)構(gòu)的專利屬於Sony Chemical。
除了上述以結(jié)構(gòu)改良的方式來避免橫向絕緣失效以外，透過導電粒子的直徑縮小也可達成部分效果。導電粒子的直徑已從過去12um一路縮小至目前的3um，主要就在配合Fine Pitch的要求。隨著粒徑的縮小，粒徑及金凸塊厚度的誤差值也必須同步降低，目前粒徑誤差值已由過去的±1um降低至±0.2um。廣州藍能電子科技 www.cn-ln.net 最先進的脈沖熱壓機
隨著驅(qū)動IC細腳距的要求，金凸塊的最小間距也持續(xù)壓低，目前凸塊廠商已經(jīng)可以做到20um左右的凸塊腳距。20um的腳距已使ACF橫向絕緣的特性備受挑戰(zhàn)，Fine Pitch的技術(shù)瓶頸壓力似乎已經(jīng)落在ACF膠材的身上了。
驅(qū)動IC外型窄長化 ACF膠材之固化溫度須持續(xù)降低 以減少Warpage效應
當驅(qū)動IC以COG形式貼附在LCD玻璃基板上時，為避免占用太多LCD面板的額緣面積，并同時減少IC數(shù)目以降低成本，使得驅(qū)動IC持續(xù)朝多腳數(shù)及窄長型的趨勢來發(fā)展。然而，LCD無堿玻璃的膨脹系數(shù)約4ppm/℃遠高於IC的3ppm/℃，當ACF膠材加熱至固化溫度反應後再降回室溫時，IC與玻璃基板將因收縮比例不一致而使產(chǎn)生翹曲的情況，此即Warpage效應。Warpage效應將使ACF垂直導通的效果變差，嚴重時更將產(chǎn)生Mura。Mura即畫面顯示因亮度不均而出現(xiàn)各種亮暗區(qū)塊的現(xiàn)象。
為降低Warpage效應，目前解決方案主要仍朝降低ACF的固化溫度來著手。以膨脹系數(shù)的單位ppm/℃來看，假使ACF固化溫度與室溫的差距降低，作業(yè)過程中IC及玻璃基板產(chǎn)生熱脹冷縮的差距比就會越小，Warpage效應也將降低。
ACF固化溫度之特性主要受到絕緣膠材的成分所影響。絕緣膠材成分目前以B-Stage（膠態(tài)）之環(huán)氧樹脂加上硬化劑為主流，惟各家配方仍多有差異。在膠材成分方面雖然較無專利侵權(quán)的問題，但種類及成分對產(chǎn)品之特性影響重大，故各家廠商均視配方為機密。ACF的許多規(guī)格如硬化速度、黏度流變性、接著強度乃至於ACF固化溫度等，莫不受到絕緣膠材的成分所決定。目前在諸多特性之中，降低ACF固化溫度已成為各家廠商最重要的努力方向，此特性也是關(guān)乎廠商技術(shù)高低的重要指標。
ACF發(fā)展概況
ACF的組成主要包含導電粒子及絕緣膠材兩部分，上下各有一層保護膜來保護主成分。使用時先將上膜（Cover Film）撕去，將ACF膠膜貼附至Substrate的電極上，再把另一層PET底膜（Base Film）也撕掉。在精準對位後將上方物件與下方板材壓合，經(jīng)加熱及加壓一段時間後使絕緣膠材固化，最後形成垂直導通、橫向絕緣的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
ACF主要應用在無法透過高溫鉛錫焊接的制程，如FPC、Plastic Card及LCD等之線路連接，其中尤以驅(qū)動IC相關(guān)應用為大宗。舉凡TCP/COF封裝時連接至LCD之OLB（Outer Lead Bonding）以及驅(qū)動IC接著於TCP/COF載板的ILB（Inner Lead Bonding）制程，亦或采COG封裝時驅(qū)動IC與玻璃基板接合之制程，目前均以ACF導電膠膜為主流材料。
■驅(qū)動IC腳距縮小 ACF架構(gòu)須持續(xù)改良以提升橫向絕緣之特性
ACF中之導電粒子扮演垂直導通的關(guān)鍵角色，膠材中導電粒子數(shù)目越多或?qū)щ娏Ｗ拥捏w積越大，垂直方向的接觸電阻越小，導通效果也就越好。然而，過多或過大的導電粒子可能會在壓合的過程中，在橫向的電極凸塊間彼此接觸連結(jié)，而造成橫向?qū)ǖ亩搪?，使得電氣功能不正?！?span>
隨著驅(qū)動IC的腳距（Pitch）持續(xù)微縮，橫向腳位電極之凸塊間距（Space）也越來越窄，大大地增加ACF在橫向絕緣的難度。為了解決這個問題，許多ACF結(jié)構(gòu)已陸續(xù)被提出，以下針對目前兩大領導廠商的主要架構(gòu)做介紹：
1. Hitachi Chemical的架構(gòu)
為了降低橫向?qū)ǖ臋C率，Hitachi使用了兩個方法，其一是導入兩層式結(jié)構(gòu)，兩層式的ACF產(chǎn)品上層不含導電粒子而僅有絕緣膠材，下層則仍為傳統(tǒng)ACF膠膜結(jié)構(gòu)。透過雙層結(jié)構(gòu)的使用，可以降低導電粒子橫向觸碰的機率。然而，雙層結(jié)構(gòu)除了加工難度提高之外，由於下層ACF膜的厚度須減半，導電粒子的均勻化難度也提高。廣州藍能電子科技 www.cn-ln.net 最先進的脈沖熱壓機
目前，雙層結(jié)構(gòu)的ACF膠膜為Hitachi Chemical的專利。除了雙層結(jié)構(gòu)之外，Hitachi也使用絕緣粒子，將絕緣粒子散布在導電粒子周圍。當腳位金凸塊下壓時，由於絕緣粒子的直徑遠小於導電粒子，因此絕緣粒子在垂直壓合方向不會影響導通；但在橫向空間卻有降低導電粒子碰觸的機會。
2.Sony Chemical的架構(gòu)
Sony Chemical的方法是在導電粒子的表層吸附一些細微顆粒之樹脂，目的在使導電粒子的表面產(chǎn)生一層具絕緣功能的薄膜結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的特性是，粒子外圍的絕緣薄膜在凸塊接點熱壓合時將被破壞，使得垂直方向?qū)ǎ恢领稒M向空間的導電粒子絕緣膜則將持續(xù)存在，如此即可避免橫向粒子直接碰觸而造成短路的現(xiàn)象。
Sony架構(gòu)的缺點是，當導電粒子的絕緣薄膜在熱壓合時若破壞不完全，將使得垂直方向的接觸電阻變大，就會影響ACF的垂直導通特性。目前該結(jié)構(gòu)的專利屬於Sony Chemical。
除了上述以結(jié)構(gòu)改良的方式來避免橫向絕緣失效以外，透過導電粒子的直徑縮小也可達成部分效果。導電粒子的直徑已從過去12um一路縮小至目前的3um，主要就在配合Fine Pitch的要求。隨著粒徑的縮小，粒徑及金凸塊厚度的誤差值也必須同步降低，目前粒徑誤差值已由過去的±1um降低至±0.2um。廣州藍能電子科技 www.cn-ln.net 最先進的脈沖熱壓機
隨著驅(qū)動IC細腳距的要求，金凸塊的最小間距也持續(xù)壓低，目前凸塊廠商已經(jīng)可以做到20um左右的凸塊腳距。20um的腳距已使ACF橫向絕緣的特性備受挑戰(zhàn)，Fine Pitch的技術(shù)瓶頸壓力似乎已經(jīng)落在ACF膠材的身上了。
■驅(qū)動IC外型窄長化 ACF膠材之固化溫度須持續(xù)降低 以減少Warpage效應
當驅(qū)動IC以COG形式貼附在LCD玻璃基板上時，為避免占用太多LCD面板的額緣面積，并同時減少IC數(shù)目以降低成本，使得驅(qū)動IC持續(xù)朝多腳數(shù)及窄長型的趨勢來發(fā)展。然而，LCD無堿玻璃的膨脹系數(shù)約4ppm/℃遠高於IC的3ppm/℃，當ACF膠材加熱至固化溫度反應後再降回室溫時，IC與玻璃基板將因收縮比例不一致而使產(chǎn)生翹曲的情況，此即Warpage效應。Warpage效應將使ACF垂直導通的效果變差，嚴重時更將產(chǎn)生Mura。Mura即畫面顯示因亮度不均而出現(xiàn)各種亮暗區(qū)塊的現(xiàn)象。
為降低Warpage效應，目前解決方案主要仍朝降低ACF的固化溫度來著手。以膨脹系數(shù)的單位ppm/℃來看，假使ACF固化溫度與室溫的差距降低，作業(yè)過程中IC及玻璃基板產(chǎn)生熱脹冷縮的差距比就會越小，Warpage效應也將降低。
廣州藍能電子科技有限公司 www.cn-ln.net 最先進的脈沖熱壓機
ACF固化溫度之特性主要受到絕緣膠材的成分所影響。絕緣膠材成分目前以B-Stage（膠態(tài)）之環(huán)氧樹脂加上硬化劑為主流，惟各家配方仍多有差異。在膠材成分方面雖然較無專利侵權(quán)的問題，但種類及成分對產(chǎn)品之特性影響重大，故各家廠商均視配方為機密。ACF的許多規(guī)格如硬化速度、黏度流變性、接著強度乃至於ACF固化溫度等，莫不受到絕緣膠材的成分所決定。目前在諸多特性之中，降低ACF固化溫度已成為各家廠商最重要的努力方向，此特性也是關(guān)乎廠商技術(shù)高低的重要指標。