ACF

ACF

ACF -----具有粘著性、絕緣性的接著性材料中可使內部的導電粒子能夠均一的被分散成有薄膜狀、有導電的功能。根據加熱及加壓的方式使得導電粒子以及和它位置相對的電極相接觸,並使它的電氣能導通。可使兩個基板相連接、並使得電極之間的絕緣性能保持。(垂直方向電氣導通,水平方向有絶緣效果)。

User request item
1 )導電粒子的要求是粒子的均一性、低抵抗性、復原率、硬度等。(需根據電極的種類來選擇{zh0}的粒子)
2 )TCP入力側用的要求是硬度較高的金屬粒子及較低的抵抗值。
3 )COG製程的要求是隨著LSI的高精密化,點與點間的距離也愈來愈小。
4 )對於小面積的產品而言,ACF之中的粒子數有需要增加。若粒子數增加,則鄰接端子間短路的防止是必要的.
5 )對Binder材料而言,環氧基樹脂的材料幾乎都使用它。根據它的用途有低溫接著性、低吸濕性、repair性、高耐溫有各種不同的要求。依各種不同的要求,環氧基樹脂的選擇也會不同。
6 )ACF電氣的導通,基本上它是以導電粒子及電極的接觸而產生。所以會要求很小的接觸抵抗。因此、現今比碳纖維或金屬粉更被常使用的是,粒子可固定的接著劑及熱膨脹係數的差很小的產品。
7 )因為電極表面會有酸化皮膜或產生硬化等的因素,所以有些場合希望使用金屬粒子。各類型的選定之中,電極材質的考慮是有必要的。因此、一般而言,TTO電極裡,金屬電鍍樹脂粒子、酸化金屬電極裡金屬粒子可說是最被喜愛使用的。

ACF spec request
1 ) 機械強度要求
1. 黏著強度;  2.可靠度要求;
2 ) 電氣性質要求
1.適用電壓, 電流大小;  2.絕緣阻抗;   3. 接續阻抗
3 ) ACF thickness: 15~45mm
4 ) Slitting width: 1.5~3.5mm
5 ) Length: 25,50,100m

ACF发展概况
    ACF的组成主要包含导电粒子(微粒的金球)及绝缘胶材两部分,上下各有一层保护膜来保护主成分。金球按一定的比例分布在环氧树脂当中。金球的组成是这样的:金球的最里面是有机塑料球体,第二层是镍,第三层是金。也就是说金包着镍,镍包着塑料。通常这种各向异性导电胶除了环氧树脂、金球以外其中还与另外一种或几种催化剂混合在一起。在特定的温度条件下它会加速反应,在短暂的时间内形成固态(化学反应当中产生一种氨气体)。所以这种各向异性导电胶只能在特点的低温条件下保存。低温保存不是保证它不会化学反应而是延时反应时间而已。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(驱动电路柔性引带)/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。

 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xx,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。
    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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