異方性導(dǎo)電膜

1、異方性導(dǎo)電膜隨著電子產(chǎn)品朝輕，薄，短，小化快速發(fā)展，各種攜帶式電子產(chǎn)品幾乎都以液晶顯示器為顯示面板，特別是在攝錄放影機(jī)，筆記型計(jì)算機(jī)，移動(dòng)終端或個(gè)人數(shù)字處理器等產(chǎn)品上，液晶顯示器已是重要的組成組件。液晶顯示器除了液晶面板外，在其外圍必須連動(dòng)驅(qū)動(dòng)芯片作為顯示訊號(hào)之控制用途。一般而言，液晶面板與驅(qū)動(dòng)IC系統(tǒng)的接口銜接技術(shù)大致可分為下列幾種：卷帶式晶粒自動(dòng)貼合技術(shù)(Tape Automated Bonding；TAB)、晶粒玻璃接合技術(shù)(Chip on Glass；COG)、晶粒軟板接合技術(shù)(Chip on Flex；COF)。ACF介紹2.1 何謂異方性導(dǎo)電膠：其特點(diǎn)在于Z軸電氣導(dǎo)通方向與XY絕緣

2、平面的電阻特性具有明顯的差異性。當(dāng)Z軸導(dǎo)通電阻值與XY平面絕緣電阻值的差異超過一定比值后，既可稱為良好的導(dǎo)電異方性。2.2 導(dǎo)通原理：利用導(dǎo)電粒子連接IC芯片與基板兩者之間的電極使之成為導(dǎo)通，同時(shí)又能避免相鄰兩電極間導(dǎo)通短路，而達(dá)成只在Z軸方向?qū)ㄖ康摹?.3 產(chǎn)品分類：1. 異方性導(dǎo)電膏。2. 導(dǎo)方性導(dǎo)電膜。異方性導(dǎo)電膜(ACF)具有可以連續(xù)加工(Tape-on-Reel)極低材料損失的特性，因此成為目前較普遍使用的產(chǎn)品形式。2.4 主要組成：主要包括樹脂黏著劑、導(dǎo)電粒子兩大部分。樹脂黏著劑功能除了防濕氣，接著，耐熱及絕緣功能外主要為固定IC芯片與基板間電極相對(duì)位置，并提供一壓迫力量已維持

3、電極與導(dǎo)電粒子間的接觸面積。一般樹脂分為熱塑性樹脂與熱固性樹脂兩大類。熱塑性材料主要具有低溫接著，組裝快速極容易重工之優(yōu)點(diǎn)，但亦具有高熱膨脹性和高吸濕性缺點(diǎn)，使其處于高溫下易劣化，無法符合可靠性、信賴性之需求。而熱固性樹脂如環(huán)氧樹脂(Epoxy)、Polyimide等，則具有高溫安定性且熱膨脹性和吸濕性低等優(yōu)點(diǎn)，但加工溫度高且不易重工為其缺點(diǎn)，但其可靠性高的優(yōu)點(diǎn)仍為目前采用最廣泛之材料。在導(dǎo)電粒子方面，異方導(dǎo)電特性主要取決于導(dǎo)電粒子的充填率。雖然異方性導(dǎo)電膠其導(dǎo)電率會(huì)隨著導(dǎo)電粒子充填率的增加而提高，但同時(shí)也會(huì)提升導(dǎo)電粒子互相接觸造成短路的機(jī)率。另外，導(dǎo)電粒子的粒徑分布和分布均勻性亦會(huì)對(duì)異方導(dǎo)電

4、特性有所影響。通常，導(dǎo)電粒子必須具有良好的粒徑均一性和真圓度，以確保電極與導(dǎo)電粒子間的接觸面積一致，維持相同的導(dǎo)通電阻，并同時(shí)避免部分電極未接觸到導(dǎo)電粒子，導(dǎo)致開路的情形發(fā)生。常見的粒徑范圍在35m之間，太大的導(dǎo)電粒子會(huì)降低每個(gè)電極接觸的粒子數(shù)，同時(shí)也容易造成相鄰電極導(dǎo)電粒子接觸而短路的情形；太小的導(dǎo)電粒子容易行成粒子聚集的問題，造成粒子分布密度不平均。在導(dǎo)電粒子的種類方面目前已金屬粉末和高分子塑料球表面涂布金屬為主。常見使用的金屬粉鎳(Ni)、金(Au)、鎳上鍍金、銀及錫合金等。目前在可靠性和細(xì)間距化的趨勢(shì)下，如COF和COG構(gòu)裝所使用之異方性導(dǎo)電膠，其導(dǎo)電粒子多表面鍍鎳鍍金之高分子塑料粉末

5、，其特點(diǎn)在于塑料核心具可壓縮性，因此可以增加電極與導(dǎo)電粒子間的接觸面積，降低導(dǎo)通電阻；同時(shí)，塑料核心與樹脂基礎(chǔ)原料的熱膨脹性較為接近，可以避免熱循環(huán)和熱沖擊環(huán)境時(shí)，在高溫或低溫環(huán)境下，導(dǎo)電粒子因與樹脂基礎(chǔ)原料的熱膨脹性差異減少與電極間的接觸面積，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻上升，甚至于開路失效的情形發(fā)生。2.5 貼合工藝：平時(shí)導(dǎo)電粒子在黏合劑中均勻分布,互不接觸,加之有一層絕緣膜,ACF 膜是不導(dǎo)電的,當(dāng)對(duì)ACF膜加壓、加熱后(一般加壓、加熱分兩次,第一次為臨時(shí)貼在產(chǎn)品上60 100 , (310) ×104 Pa ,2 s10 s 出貨,第二次為部品搭載時(shí)約150 200 ,(2040) 

6、5;104 Pa ,10 s20 s) 導(dǎo)電粒子絕緣膜破裂,并互相在有線路的部分(因?yàn)檩^無線路部分突起) 擠壓在一起,形成導(dǎo)通,被擠壓后的導(dǎo)電粒子體積是原來的34 倍(導(dǎo)電粒子體積不變，差別在於原本是球體狀，經(jīng)過熱壓後變成類似圓餅狀，讓上下電極有更多的面積接觸到導(dǎo)電粒子),加熱使黏合劑固化,保持導(dǎo)通狀態(tài)。一般導(dǎo)通部分電阻在10 以下,未導(dǎo)通部分相鄰端子間在100M 以上。主要ACF品牌及差異3.1 Sony ACF(Single Layer)Sony發(fā)展出稱為Microconnector的先進(jìn)ACF技術(shù)，應(yīng)用在COF，COG接合上。此ACF材料主要是在導(dǎo)電粒子制作上有突破性發(fā)展。其導(dǎo)電粒子除了

7、如一般在塑料核心表面鍍上金屬層之外，又再金屬層表面再涂布一層10nm厚的絕緣層，而此絕緣層則是由極細(xì)微的樹脂粒子所組成。其發(fā)展材料之樹脂黏著劑可以為熱塑性或熱固性材料，然后將導(dǎo)電粒子加入做成膏狀物或薄膜狀產(chǎn)品。當(dāng)此材料貼附于軟板基板進(jìn)行熱壓制程時(shí)，導(dǎo)電粒子與芯片凸塊和軟板基板電極同時(shí)會(huì)壓破其接觸面的絕緣層(即Z軸方向)，但未接觸的XY平面方向之絕緣層則不會(huì)被壓破，保持其絕緣性。因此Sony相信，使用此種涂布絕緣層的導(dǎo)電粒子，可以提高異方性導(dǎo)電膠的粒子密度，達(dá)到細(xì)間距和低導(dǎo)通電阻的要求，而同時(shí)又不會(huì)有短路的情形發(fā)生。3.2 Hitachi ACF(Double Layer)針對(duì)細(xì)間距化的要求，日

8、立化成則提出了雙層(Double Layer)結(jié)構(gòu)之ACF，雙層結(jié)構(gòu)之上層為未添加導(dǎo)電粒子的樹脂層，而下層則是含有單層導(dǎo)電粒子的排列。與傳統(tǒng)單層結(jié)構(gòu)之ACF相比，雙層結(jié)構(gòu)可以在不增加導(dǎo)電粒子密度的情形下，因下層局部粒子密度較高，使得電極單位接觸面積內(nèi)之粒子密度較高，同時(shí)在接近芯片凸塊區(qū)域，因局部粒子密度較低而降低了短路的情形發(fā)生。在樹脂黏著劑方面，為了可靠性的考量，日立化成在其產(chǎn)品上均選擇使用環(huán)氧樹脂系統(tǒng)已提高材料的黏著強(qiáng)度、玻璃轉(zhuǎn)移溫度及防濕性等特性。3.3 3M ACF3.4 Toshiba ACF3.5 TeamChem Company ACF16，AC42冠品低溫操作ACF16：低溫保

9、存，-15以下12個(gè)月，常溫下14天無礙，熱壓合溫度攝氏80度，可應(yīng)用于耐熱性較低的 PET膜， ITO玻璃基材。ACF16為海鄭實(shí)業(yè)2010年主力推出的異方性導(dǎo)電膠膜。 它與一般市售ACF產(chǎn)品之最大不同之處在于其低溫操作的特性。室溫預(yù)貼，熱壓皆可以80°C完成。且接著后之電性阻抗低，穩(wěn)定性高，可耐高溫、高濕及回焊。操作時(shí)，預(yù)貼在室溫操作，之后再以80°C x 5秒鐘-10秒鐘進(jìn)行熱壓即可。預(yù)貼及熱壓時(shí)請(qǐng)不要使用墊片，因?yàn)閴|片會(huì)使得熱傳導(dǎo)變慢，導(dǎo)致膠膜無法在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到熱熔狀態(tài)，而產(chǎn)生接著不良的問題。熱壓后，可藉由室溫存放，使樹脂得以緩慢而持續(xù)的進(jìn)行分子鍵結(jié)反應(yīng)，其接著 強(qiáng)

10、度可隨之逐漸增加。如有需要，亦可采用后熟化反應(yīng)，以提升其接著強(qiáng)度。后 熟化可以使用 90°C x 60 分鐘。如果產(chǎn)品最終需要能通過高溫回焊，則建議采用 兩段式后烤熟化90°C x 30 minutes至150°C x 30 minutes，則接著強(qiáng)度可提升到 1.0 kg/cm 以上，也更能承受嚴(yán)苛的高溫環(huán)境。此產(chǎn)品熱壓后具有可修補(bǔ)性，也就是當(dāng)熱壓后，如果因過度拉扯或操作不良的因素，造成導(dǎo)電性的問題時(shí)，可簡單的再以80°C x 5 seconds熱壓即可修補(bǔ)，而無需重工。如果因?qū)ξ徊涣级柚毓r(shí)，只需以丙酮擦拭即可清除干凈。熱壓后，可以由室溫存放，使樹

11、脂得以緩慢而持續(xù)的進(jìn)行分子鍵結(jié)反應(yīng)，其接著強(qiáng)度可隨之逐漸增加。此產(chǎn)品符合RoHS & Halogen-free規(guī)范，且不含PFOS & PFOA。3.6 UPAK ACF瑋鋒為大中華地區(qū)第一家量產(chǎn)ACF的廠商，目前產(chǎn)品有FOG(FPC on GLASS)、FOB(FPC on PCB)兩種，而COG(CHIP on GLASS)則是已開發(fā)但成本過高不適合進(jìn)入市場。一般ACF的熱壓條件，有以下需要注意：1.溫度：是指實(shí)際料溫，也就是ACF實(shí)際接觸的溫度，而不是熱壓機(jī)的設(shè)定溫度。2.秒數(shù)：是指熱壓秒數(shù)，舉例而言，需要180度15秒的條件，就表示ACF實(shí)際料溫要在第15秒內(nèi)到達(dá)180

12、度，一般也要求在前2秒升溫的溫度要到達(dá)180度的九成左右，也就是172度才算標(biāo)準(zhǔn)，之後持續(xù)升溫於第15秒時(shí)到達(dá)180度。3.壓力：大致而言，有兩種計(jì)算方式，使用非IC介面的ACF，是以整體面積承受到的總力道去計(jì)算，而使用IC介面的ACF，是以IC上的BUMP(電極)總面積承受到的總力道去計(jì)算，所以時(shí)常會(huì)有人覺得為什麼有IC介面的熱壓力道都比其他介面的來的大就是這個(gè)原因。異方性導(dǎo)電膠膜（ACF：Anisotropic Conductive Film）兼具單向?qū)щ娂澳z合固定的功能，目前使用于COG、TCP/COF、COB及FPC，其中尤以驅(qū)動(dòng)IC相關(guān)之構(gòu)裝接合最受矚目。根據(jù)日本

13、JMS的調(diào)查，2006年全球ACF市場規(guī)模約488億日?qǐng)A，至2007年將成長至586億日?qǐng)A，歷年成長率約在20上下。隨著驅(qū)動(dòng)IC在Fine Pitch潮流的推動(dòng)下，ACF的產(chǎn)品特性已逐漸成為攸關(guān)Fine Pitch進(jìn)程的重要因素。本文將針對(duì)ACF就其產(chǎn)品發(fā)展概況、主要規(guī)格特性以及產(chǎn)業(yè)未來趨勢(shì)等做一介紹。   ACF發(fā)展概況  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(shí)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（B

14、ase Film）也撕掉。在精準(zhǔn)對(duì)位后將上方物件與下方板材壓合，經(jīng)加熱及加壓一段時(shí)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(dòng)IC相關(guān)應(yīng)用為大宗。舉凡TCP/COF封裝時(shí)連接至LCD之OLB（Outer Lead Bonding）以及驅(qū)動(dòng)IC接著于TCP/COF載板的ILB（Inner Lead Bonding）制程，亦或采COG封裝時(shí)驅(qū)動(dòng)IC與玻璃基板接合之制程，目前均以A

15、CF導(dǎo)電膠膜為主流材料。  驅(qū)動(dòng)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(huì)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?#160;  隨著驅(qū)動(dòng)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(gè)問題，許多ACF結(jié)構(gòu)已陸

16、續(xù)被提出，以下針對(duì)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(jī)率，Hitachi使用了兩個(gè)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(jī)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

17、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(shí)，由于絕緣粒子的直徑遠(yuǎn)小于導(dǎo)電粒子，因此絕緣粒子在垂直壓合方向不會(huì)影響導(dǎo)通；但在橫向空間卻有降低導(dǎo)電粒子碰觸的機(jī)會(huì)。   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(diǎn)熱壓合時(shí)將被破壞，使得垂直方向?qū)ǎ恢劣跈M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(diǎn)是，當(dāng)導(dǎo)電粒子的絕緣薄膜

18、在熱壓合時(shí)若破壞不完全，將使得垂直方向的接觸電阻變大，就會(huì)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。 7 B( W( d% x8 x( g 隨著驅(qū)動(dòng)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

19、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(dòng)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(dòng)IC以COG形式貼附在LCD玻璃基板上時(shí)，為避免占用太多LCD面板的額緣面積，并同時(shí)減少IC數(shù)目以降低成本，使得驅(qū)動(dòng)IC持續(xù)朝多腳數(shù)及窄長型的趨勢(shì)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(shí)，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(shí)更將產(chǎn)生Mura。M

20、ura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及玻璃基板產(chǎn)生熱脹冷縮的差距比就會(huì)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(duì)產(chǎn)品之特性影響重大，故各家廠商均視配方為機(jī)密。ACF的許多規(guī)格如硬化速度、黏度流變性、接著強(qiáng)度乃至于ACF固化溫度等，莫不受到絕緣

21、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(jì)有Hitachi Chemical、Sony Chemical、Asahi Kasei（旭化成化學(xué)株式會(huì)社）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(jià)格成本僅占LCD模塊約1的比重，價(jià)格低但對(duì)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 Chem

22、ical所壟斷，兩家合計(jì)市占率超過九成以上。以下僅對(duì)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）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(diǎn)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(dòng)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25um；Sony之CP6030ID（COG）腳距限制則為35um。&