异方性导电膜、ACF使用接合原理-广州蓝能电子

异方性导电膜、ACF使用接合原理

ACF的组成主要包含导电粒子及绝缘胶材两部分，上下各有一层保护膜来保护主成分。使用时先将上膜（Cover Film）撕去，将ACF胶膜贴附至Substrate的电极上，再把另一层PET底膜（Base Film）也撕掉。在精准对位後将上方物件与下方板材压合，经加热及加压一段时间後使绝缘胶材固化，最後形成垂直导通、横向绝缘的稳定结构。

　 ACF主要应用在无法透过高温铅锡焊接的制程，如FPC、Plastic Card及LCD等之线路连接，其中尤以驱动IC相关应用为大宗。举凡TCP/COF封装时连接至LCD之OLB（Outer Lead Bonding）以及驱动IC接著於TCP/COF载板的ILB（Inner Lead Bonding）制程，亦或采COG封装时驱动IC与玻璃基板接合之制程，目前均以ACF导电胶膜为主流材料。 广州蓝能电子科技 www.cn-ln.net 最先进的脉冲热压机

　驱动IC脚距缩小　ACF架构须持续改良以提升横向绝缘之特性 
　ACF中之导电粒子扮演垂直导通的关键角色，胶材中导电粒子数目越多或导电粒子的体积越大，垂直方向的接触电阻越小，导通效果也就越好。然而，过多或过大的导电粒子可能会在压合的过程中，在横向的电极凸块间彼此接触连结，而造成横向导通的短路，使得电气功能不正常。

　随著驱动IC的脚距（Pitch）持续微缩，横向脚位电极之凸块间距（Space）也越来越窄，大大地增加ACF在横向绝缘的难度。为了解决这个问题，许多ACF结构已陆续被提出，以下针对目前两大领导厂商的主要架构做介绍：

　1. Hitachi Chemical的架构 
　为了降低横向导通的机率，Hitachi使用了两个方法，其一是导入两层式结构，两层式的ACF产品上层不含导电粒子而仅有绝缘胶材，下层则仍为传统ACF胶膜结构。透过双层结构的使用，可以降低导电粒子横向触碰的机率。然而，双层结构除了加工难度提高之外，由於下层ACF膜的厚度须减半，导电粒子的均匀化难度也提高。 
　目前，双层结构的ACF胶膜为Hitachi Chemical的专利。除了双层结构之外，Hitachi也使用绝缘粒子，将绝缘粒子散布在导电粒子周围。当脚位金凸块下压时，由於绝缘粒子的直径远小於导电粒子，因此绝缘粒子在垂直压合方向不会影响导通；但在横向空间却有降低导电粒子碰触的机会。广州蓝能电子科技有限公司 www.cn-ln.net 最先进的脉冲热压机

　2.Sony Chemical的架构 
　Sony Chemical的方法是在导电粒子的表层吸附一些细微颗粒之树脂，目的在使导电粒子的表面产生一层具绝缘功能的薄膜结构。此结构的特性是，粒子外围的绝缘薄膜在凸块接点热压合时将被破坏，使得垂直方向导通；至於横向空间的导电粒子绝缘膜则将持续存在，如此即可避免横向粒子直接碰触而造成短路的现象。 
　Sony架构的缺点是，当导电粒子的绝缘薄膜在热压合时若破坏不完全，将使得垂直方向的接触电阻变大，就会影响ACF的垂直导通特性。目前该结构的专利属於Sony Chemical。

　除了上述以结构改良的方式来避免横向绝缘失效以外，透过导电粒子的直径缩小也可达成部分效果。导电粒子的直径已从过去12um一路缩小至目前的3um，主要就在配合Fine Pitch的要求。随著粒径的缩小，粒径及金凸块厚度的误差值也必须同步降低，目前粒径误差值已由过去的±1um降低至±0.2um。广州蓝能电子科技 www.cn-ln.net 最先进的脉冲热压机

　随著驱动IC细脚距的要求，金凸块的最小间距也持续压低，目前凸块厂商已经可以做到20um左右的凸块脚距。20um的脚距已使ACF横向绝缘的特性备受挑战，Fine Pitch的技术瓶颈压力似乎已经落在ACF胶材的身上了。

　驱动IC外型窄长化　ACF胶材之固化温度须持续降低　以减少Warpage效应

　当驱动IC以COG形式贴附在LCD玻璃基板上时，为避免占用太多LCD面板的额缘面积，并同时减少IC数目以降低成本，使得驱动IC持续朝多脚数及窄长型的趋势来发展。然而，LCD无碱玻璃的膨胀系数约4ppm/℃远高於IC的3ppm/℃，当ACF胶材加热至固化温度反应後再降回室温时，IC与玻璃基板将因收缩比例不一致而使产生翘曲的情况，此即Warpage效应。Warpage效应将使ACF垂直导通的效果变差，严重时更将产生Mura。Mura即画面显示因亮度不均而出现各种亮暗区块的现象。

　为降低Warpage效应，目前解决方案主要仍朝降低ACF的固化温度来著手。以膨胀系数的单位ppm/℃来看，假使ACF固化温度与室温的差距降低，作业过程中IC及玻璃基板产生热胀冷缩的差距比就会越小，Warpage效应也将降低。

　ACF固化温度之特性主要受到绝缘胶材的成分所影响。绝缘胶材成分目前以B-Stage（胶态）之环氧树脂加上硬化剂为主流，惟各家配方仍多有差异。在胶材成分方面虽然较无专利侵权的问题，但种类及成分对产品之特性影响重大，故各家厂商均视配方为机密。ACF的许多规格如硬化速度、黏度流变性、接著强度乃至於ACF固化温度等，莫不受到绝缘胶材的成分所决定。目前在诸多特性之中，降低ACF固化温度已成为各家厂商最重要的努力方向，此特性也是关乎厂商技术高低的重要指标。

ACF发展概况 


　ACF的组成主要包含导电粒子及绝缘胶材两部分，上下各有一层保护膜来保护主成分。使用时先将上膜（Cover Film）撕去，将ACF胶膜贴附至Substrate的电极上，再把另一层PET底膜（Base Film）也撕掉。在精准对位後将上方物件与下方板材压合，经加热及加压一段时间後使绝缘胶材固化，最後形成垂直导通、横向绝缘的稳定结构。 

　ACF主要应用在无法透过高温铅锡焊接的制程，如FPC、Plastic Card及LCD等之线路连接，其中尤以驱动IC相关应用为大宗。举凡TCP/COF封装时连接至LCD之OLB（Outer Lead Bonding）以及驱动IC接著於TCP/COF载板的ILB（Inner Lead Bonding）制程，亦或采COG封装时驱动IC与玻璃基板接合之制程，目前均以ACF导电胶膜为主流材料。 

　■驱动IC脚距缩小　ACF架构须持续改良以提升横向绝缘之特性 

　ACF中之导电粒子扮演垂直导通的关键角色，胶材中导电粒子数目越多或导电粒子的体积越大，垂直方向的接触电阻越小，导通效果也就越好。然而，过多或过大的导电粒子可能会在压合的过程中，在横向的电极凸块间彼此接触连结，而造成横向导通的短路，使得电气功能不正常。 

　随著驱动IC的脚距（Pitch）持续微缩，横向脚位电极之凸块间距（Space）也越来越窄，大大地增加ACF在横向绝缘的难度。为了解决这个问题，许多ACF结构已陆续被提出，以下针对目前两大领导厂商的主要架构做介绍： 

　1. Hitachi Chemical的架构 

　为了降低横向导通的机率，Hitachi使用了两个方法，其一是导入两层式结构，两层式的ACF产品上层不含导电粒子而仅有绝缘胶材，下层则仍为传统ACF胶膜结构。透过双层结构的使用，可以降低导电粒子横向触碰的机率。然而，双层结构除了加工难度提高之外，由於下层ACF膜的厚度须减半，导电粒子的均匀化难度也提高。广州蓝能电子科技 www.cn-ln.net 最先进的脉冲热压机

　目前，双层结构的ACF胶膜为Hitachi Chemical的专利。除了双层结构之外，Hitachi也使用绝缘粒子，将绝缘粒子散布在导电粒子周围。当脚位金凸块下压时，由於绝缘粒子的直径远小於导电粒子，因此绝缘粒子在垂直压合方向不会影响导通；但在横向空间却有降低导电粒子碰触的机会。 

　2.Sony Chemical的架构 

　Sony Chemical的方法是在导电粒子的表层吸附一些细微颗粒之树脂，目的在使导电粒子的表面产生一层具绝缘功能的薄膜结构。此结构的特性是，粒子外围的绝缘薄膜在凸块接点热压合时将被破坏，使得垂直方向导通；至於横向空间的导电粒子绝缘膜则将持续存在，如此即可避免横向粒子直接碰触而造成短路的现象。 

　Sony架构的缺点是，当导电粒子的绝缘薄膜在热压合时若破坏不完全，将使得垂直方向的接触电阻变大，就会影响ACF的垂直导通特性。目前该结构的专利属於Sony Chemical。 

　除了上述以结构改良的方式来避免横向绝缘失效以外，透过导电粒子的直径缩小也可达成部分效果。导电粒子的直径已从过去12um一路缩小至目前的3um，主要就在配合Fine Pitch的要求。随著粒径的缩小，粒径及金凸块厚度的误差值也必须同步降低，目前粒径误差值已由过去的±1um降低至±0.2um。广州蓝能电子科技 www.cn-ln.net 最先进的脉冲热压机

　随著驱动IC细脚距的要求，金凸块的最小间距也持续压低，目前凸块厂商已经可以做到20um左右的凸块脚距。20um的脚距已使ACF横向绝缘的特性备受挑战，Fine Pitch的技术瓶颈压力似乎已经落在ACF胶材的身上了。 

　■驱动IC外型窄长化　ACF胶材之固化温度须持续降低　以减少Warpage效应 

　当驱动IC以COG形式贴附在LCD玻璃基板上时，为避免占用太多LCD面板的额缘面积，并同时减少IC数目以降低成本，使得驱动IC持续朝多脚数及窄长型的趋势来发展。然而，LCD无碱玻璃的膨胀系数约4ppm/℃远高於IC的3ppm/℃，当ACF胶材加热至固化温度反应後再降回室温时，IC与玻璃基板将因收缩比例不一致而使产生翘曲的情况，此即Warpage效应。Warpage效应将使ACF垂直导通的效果变差，严重时更将产生Mura。Mura即画面显示因亮度不均而出现各种亮暗区块的现象。 

　为降低Warpage效应，目前解决方案主要仍朝降低ACF的固化温度来著手。以膨胀系数的单位ppm/℃来看，假使ACF固化温度与室温的差距降低，作业过程中IC及玻璃基板产生热胀冷缩的差距比就会越小，Warpage效应也将降低。 
广州蓝能电子科技有限公司 www.cn-ln.net 最先进的脉冲热压机

　ACF固化温度之特性主要受到绝缘胶材的成分所影响。绝缘胶材成分目前以B-Stage（胶态）之环氧树脂加上硬化剂为主流，惟各家配方仍多有差异。在胶材成分方面虽然较无专利侵权的问题，但种类及成分对产品之特性影响重大，故各家厂商均视配方为机密。ACF的许多规格如硬化速度、黏度流变性、接著强度乃至於ACF固化温度等，莫不受到绝缘胶材的成分所决定。目前在诸多特性之中，降低ACF固化温度已成为各家厂商最重要的努力方向，此特性也是关乎厂商技术高低的重要指标。