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异方性导电膜、ACF使用接合原理-广州蓝能电子
专栏:技术交流
发布日期:2014-06-05
阅读量:1183
作者:佚名
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  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、Pla...
  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。
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。


  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。

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