ACF異方性導(dǎo)電膠-4

1、ACF的組成主要包含導(dǎo)電粒子及絕緣膠材兩部分，上下各有一層保護(hù)膜來保護(hù)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(zhǔn)對位后將上方物件與下方板材壓合，經(jīng)加熱及加壓一段時間后使絕緣膠材固化，最后形成垂直導(dǎo)通、橫向絕緣的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。ACF主要應(yīng)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(yīng)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接著于TCP/COF載板的ILB（Inn

2、er 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(dǎo)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(dǎo)電粒子扮演垂直導(dǎo)通的關(guān)鍵角色，膠材中導(dǎo)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(dǎo)通效果也就越好。然而，過多或過大的導(dǎo)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?，使得電氣功能不正常。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

3、針對目前兩大領(lǐng)導(dǎo)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(dǎo)入兩層式結(jié)構(gòu)，兩層式的ACF產(chǎn)品上層不含導(dǎo)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(dǎo)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，由于下層ACF膜的厚度須減半，導(dǎo)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(dǎo)電粒子周圍。當(dāng)腳位金凸塊下壓時，由于絕緣粒子的直徑遠(yuǎn)小于導(dǎo)電粒子，因此絕緣粒子在垂

4、直壓合方向不會影響導(dǎo)通；但在橫向空間卻有降低導(dǎo)電粒子碰觸的機會。2.Sony Chemical的架構(gòu)Sony Chemical的方法是在導(dǎo)電粒子的表層吸附一些細(xì)微顆粒之樹脂，目的在使導(dǎo)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)?；至于橫向空間的導(dǎo)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(dāng)導(dǎo)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(dǎo)通特性。目前該結(jié)構(gòu)的專利屬于Sony Chemical。除了上述以結(jié)構(gòu)改良的方式來避免橫

5、向絕緣失效以外，透過導(dǎo)電粒子的直徑縮小也可達(dá)成部分效果。導(dǎo)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。隨著驅(qū)動IC細(xì)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)，F(xiàn)ine 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(yīng)當(dāng)驅(qū)動IC以COG形式貼附在LCD

6、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(yuǎn)高于IC的3ppm/，當(dāng)ACF膠材加熱至固化溫度反應(yīng)后再降回室溫時，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(yīng)。Warpage效應(yīng)將使ACF垂直導(dǎo)通的效果變差，嚴(yán)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(yīng)，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

7、基板產(chǎn)生熱脹冷縮的差距比就會越小，Warpage效應(yīng)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、接著強度乃至于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(biāo)。ACF主要規(guī)格投入ACF產(chǎn)品的日商計有Hitachi Chemical、Sony Chem

8、ical、Asahi Kasei及Sumitomo等；韓商則有LG Cable、SK Chemical及MLT等；國內(nèi)廠商目前較積極的有瑋鋒，公司技術(shù)來自于工研院。ACF價格成本僅占LCD模塊約1的比重，價格低但對面板質(zhì)量卻有決定性的影響，故面板廠更換新品的誘因較小。目前全球ACF市場由Hitachi Chemical及Sony Chemical所壟斷，兩家合計市占率超過九成以上。以下僅對兩家領(lǐng)導(dǎo)廠商之主要產(chǎn)品規(guī)格做介紹。ACF適用Pitch之換算由上表中可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用于金凸塊接合的ACF規(guī)格中，找不到我們最關(guān)心的最小適用腳距數(shù)據(jù)。最小適用腳距除了決定于橫向絕緣特性，此部份受到間距（Space

9、）所影響外，尚須考慮垂直導(dǎo)通的要求。垂直導(dǎo)通效果的主要關(guān)鍵則在于金凸塊接點可捕捉壓合多少顆的導(dǎo)電粒子。由此可知，導(dǎo)電粒子密度及金凸塊的電極面積為主要的影響因素。因此，要得知ACF的最小適用腳距就必須從規(guī)格表中的最小電極面積來著手。以長寬比（Aspect Ratio）為7：1的金凸塊為例，我們可以由最小電極面積（假設(shè)為A）推出最小電極寬度為（A/7）的平方根，將最小電極寬度加上最小間距，即可得到ACF的最小適用腳距。經(jīng)由換算結(jié)果，在金凸塊長寬比7：1的驅(qū)動IC應(yīng)用下，Hitachi之AC-8604（COG）適用腳距30um、AC8408（COG）適用腳距30um、AC-217（COF）適用腳距2

10、5um；Sony之CP6030ID（COG）腳距限制則為35um。由上列計算公式可以推知，金凸塊的Aspect Ratio越大，ACF的最小適用腳距將越小。因此，金凸塊廠在Fine Pitch的角色除了須將凸塊的間距做小之外，也須提高金凸塊的長寬比。不同的導(dǎo)電粒子各有其適用產(chǎn)品導(dǎo)電粒子的種類可分為碳黑、金屬球及外鍍金屬之樹脂球等。碳黑為早期產(chǎn)品，目前使用已不多。金屬球則以鎳球為大宗，優(yōu)點在于其高硬度、低成本，尖角狀突起可插入接點中以增加接觸面積；缺點則在其可能破壞脆弱的接點、容易氧化而影響導(dǎo)通等。為克服鎳球之氧化問題，可在鎳球表面鍍金而成為鍍金鎳球。目前鎳球之導(dǎo)電粒子多用于與PCB之連接，LC

11、D面板之ITO電極連接則不適用，主要原因在于金屬球質(zhì)硬且多尖角，怕其對ITO線路造成損傷。用于LCD Glass之ACF膠膜以鍍金鎳之樹脂球為主流，由于樹脂球具彈性，不但不會傷害ITO線路，且在加壓膠合的過程中，球體將變形呈橢球狀以增加接觸面積。另外，外層涂布絕緣樹脂之鍍金鎳樹脂球?qū)儆赟ony的專利，由于生產(chǎn)成本較高，該公司會根據(jù)不同應(yīng)用給于適當(dāng)參雜以節(jié)省成本。溫度、壓力、時間為壓合固化之三要素B-Stage（膠態(tài)）之ACF在加壓加溫至固化溫度且歷經(jīng)一段時間后，絕緣膠材將反應(yīng)成C-Stage（固態(tài)）。ACF在反應(yīng)成固態(tài)后，內(nèi)部導(dǎo)電粒子的相對位置及形變將定型，硬化之膠材也可擔(dān)任Underfill

12、的腳色，對內(nèi)部電極接點形成保護(hù)的效果。在將ACF壓合固化的三條件當(dāng)中，溫度與時間最為廠商所重視，溫度參數(shù)如前述將影響Warpage效應(yīng)；時間參數(shù)則直接影響工廠的生產(chǎn)效率。由Hitachi及Sony Chemical的產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)，壓合溫度已由過去動輒200降低至180，Hitachi也已推出160的低溫產(chǎn)品。壓合時間通常會與壓合溫度成反比，溫度越低則耗時越長。然而，隨著技術(shù)進(jìn)步，低溫且同時具備低耗時的產(chǎn)品線也已陸續(xù)上市。結(jié)論面板驅(qū)動IC在Fine Pitch的潮流下，不但必須要求金凸塊廠的技術(shù)提升，對ACF質(zhì)量的要求也日益嚴(yán)苛。相對于凸塊廠必須面臨縮小金凸塊Pitch、提高金凸塊之長寬比、增加凸塊表面平整性等諸多壓力，ACF廠面對的挑戰(zhàn)也不小，歸納兩項重要指標(biāo)如下：1.縮小ACF之適用Pitch。2.降低ACF之固化溫度。ACF產(chǎn)品結(jié)合了物理結(jié)構(gòu)及化學(xué)材料等諸多知識，長期以來掌控在