ACF

异方性导电胶膜(ACF)

1 前言

随着电子产品朝轻，薄，短，小化快速发展，各种携带式电子产品几乎都以液晶显示器作为显示面板，特别是在摄录放影机，笔记型计算机，移动终端或个人数字处理器等产品上，液晶显示器已是重要的组成组件。液晶显示器除了液晶面板外，在其外围必须连动驱动芯片作为显示讯号之控制用途。一般而言，液晶面板与驱动IC系统的接口衔接技术大致可分为下列几种：卷带式晶粒自动贴合技术(Tape Automated Bonding；TAB)、晶粒－玻璃接合技术(Chip on Glass；COG)、晶粒－软板接合技术(Chip on Flex；COF)。

2 异方性导电胶膜

异方性导电胶膜(Anisotropic Conductive Film；ACF)

ACF

2.1 何谓异方性导电胶：其特点在于Z轴电气导通方向与XY绝缘平面的电阻特性具有明显的差异性。当Z轴导通电阻值与XY平面绝缘电阻值的差异超过一定比值后，既可称为良好的导电异方性。 2.2 导通原理：利用导电粒子连接IC芯片与基板两者之间的电极使之成为导通，同时又能避免相邻两电极间导通短路，而达成只在Z轴方向导通之目的。

2.3 产品分类：1. 异方性导电膏。2. 异方性导电膜。异方性导电膜(ACF)具有可以连续加工(Tape-on-Reel)极低材料损失的特性，因此成为目前较普遍使用的产品形式。 2.4 主要组成：主要包括树脂黏着剂、导电粒子两大部分。树脂黏着剂功能除了防湿气，接着，耐热及绝缘功能外主要为固定IC芯片与基板间电极相对位置，并提供一压迫力量已维持电极与导电粒子间的接触面积。一般树脂分为热塑性树脂与热固性树脂两大类。热塑性材料主要具有低温接着，组装快速极容易重工之优点，但亦具有高热膨胀性和高吸湿性缺点，使其处于高温下易劣化，无法符合可靠性、信赖性之需求。而热固性树脂如环氧树脂(Epoxy)、Polyimide等，则具有高温安定性且热膨胀性和吸湿性低等优点，但加工温度高且不易重工为其缺点，但其可靠性高的优点仍为目前采用最广泛之材料。在导电粒子方面，异方导电特性主要取决于导电粒子的充填率。虽然异方性导电胶其导电率会随着导电粒子充填率的增加而提高，但同时也会提升导电粒子互相接触造成短路的机率。另外，导电粒子的粒径分布和分布均匀性亦会对异方导电特性有所影响。通常，导电粒子必须具有良好的粒径均一性和真圆度，以确保电极与导电粒子间的接触面积一致，维持相同的导通电阻，并同时避免部分电极未接触到导电粒子，导致开路的情形发生。常见的粒径范围在3~5μm之间，太大的导电粒子会降低每个电极接触的粒子数，同时也容易造成相邻电极导电粒子接触而短路的情形；太小的导电粒子容易行成粒子聚集的问题，造成粒子分布密度不平均。在导电粒子的种类方面目前已金属粉末和高分子塑料球表面涂布金属为主。常见使用的金属粉镍(Ni)、金(Au)、镍上镀金、银及锡合金等。目前在可靠性和细间距化的趋势下，如COF 和COG构装所使用之异方性导电胶，其导电粒子多表面镀镍镀金之高分子塑料粉末，其特点在于塑料核心具可压缩性，因此可以增加电极与导电粒子间的接触面积，降低导通电阻；同时，塑料核心与树脂基础原料的热膨胀性较为接近，可以避免热循环和热冲击环境时，在高温或低温环境下，导电粒子因与树脂基础原料的热膨胀性差异减少与电极间的接触面积，

导致导通电阻上升，甚至于开路失效的情形发生。 2.5 贴合工艺：平时导电粒子在黏合剂中均匀分布,互不接触,加之有一层绝缘膜,ACF 膜是不导电的,当对ACF膜加压、加热后(一般加压、加热分两次,第一次为临时贴在产品上60 ℃～100 ℃, (3～10) ×104 Pa ,2 s～10 s 出货,第二次为部品搭载时约150 ℃～200 ℃,(20～40) ×104 Pa ,10 s～20 s) 导电粒子绝缘膜破裂,并互相在有线路的部分(因为较无线路部分突起) 挤压在一起,形成导通,被挤压后的导电粒子体积是原来的3～4 倍(导电粒子体积不变，差别在於原本是球体状，经过热压後变成类似圆饼状，让上下电极有更多的面积接触到导电粒子),加热使黏合剂固化,保持导通状态。一般导通部分电阻在10 Ω以下,未导通部分相邻端子间在100MΩ 以上。

3 主要ACF品牌及差异

3.1 Sony ACF(Single Layer) Sony发展出称为Microconnector的先进ACF技术，应用在COF，COG接合上。此ACF材料主要是在导电粒子制作上有突破性发展。其导电粒子除了如一般在塑料核心表面镀上金属层之外，又再金属层表面再涂布一层10nm厚的绝缘层，而此绝缘层则是由极细微的树脂粒子所组成。其发展材料之树脂黏着剂可以为热塑性或热固性材料，然后将导电粒子加入做成膏状物或薄膜状产品。当此材料贴附于软板基板进行热压制程时，导电粒子与芯片凸块和软板基板电极同时会压破其接触面的绝缘层(即Z轴方向)，但未接触的XY平面方向之绝缘层则不会被压破，保持其绝缘性。因此Sony相信，使用此种涂布绝缘层的导电粒子，可以提高异方性导电胶的粒子密度，达到细间距和低导通电阻的要求，而同时又不会有短路的情形发生。 3.2 Hitachi ACF(Double Layer) 针对细间距化的要求，日立化成则提出了双层(Double Layer)结构之ACF，双层结构之上层为未添加导电粒子的树脂层，而下层则是含有单层导电粒子的排列。与传统单层结构之ACF 相比，双层结构可以在不增加导电粒子密度的情形下，因下层局部粒子密度较高，使得电极单位接触面积内之粒子密度较高，同时在接近芯片凸块区域，因局部粒子密度较低而降低了短路的情形发生。在树脂黏着剂方面，为了可靠性的考量，日立化成在其产品上均选择使用环氧树脂系统已提高材料的黏着强度、玻璃转移温度及防湿性等特性。 3.3 3M ACF 3.4 Toshiba ACF 3.5 TeamChem Company ACF16 冠品低温操作ACF16：低温保存，-15℃以下12个月，常温下14天无碍，热压合温度摄氏80度，可应用于耐热性较低的PET膜，ITO玻璃基材。ACF16为海郑实业2010年主力推出的异方性导电胶膜。它与一般市售ACF产品之最大不同之处在于其低温操作的特性。室温预贴，热压皆可以80°C完成。且接着后之电性阻抗低，稳定性高，可耐高温、高湿及回焊。操作时，预贴在室温操作，之后再以80°C x 5秒钟-10秒钟进行热压即可。预贴及热压时请不要使用垫片，因为垫片会使得热传导变慢，导致胶膜无法在短时间内达到热熔状态，而产生接着不良的问题。热压后，可藉由室温存放，使树脂得以缓慢而持续的进行分子键结反应，其接着强度可随之逐渐增加。如有需要，亦可采用后熟化反应，以提升其接着强度。后熟化可以使用90°C x 60 分钟。如果产品最终需要能通过高温回焊，则建议采用两段式后烤熟化︰90°C x 30 minutes至150°C x 30 minutes，则接着强度可提升到 1.0 kg/cm 以上，也更能承受严苛的高温环境。此产品热压后具有可修补性，也就是当热压后，如果因过度拉扯或操作不良的因素，造成导电性的问题时，可简单的再以80°C x 5 seconds 热压即可修补，而无需重工。如果因对位不良而需重工时，只需以丙酮擦拭即可清除干净。热压后，可以由室温存放，使树脂得以缓慢而持续的进行分子键结反应，其接着强度可随之逐渐增加。此产品符合RoHS & Halogen-free规范，且不含PFOS & PFOA。 3.6 UPAK ACF 玮锋为大中华地区第一家量产ACF的厂商，目前产品有FOG(FPC on GLASS)、FOB(FPC on PCB)两种，而COG(CHIP on GLASS)则是已开发但成本过高不适合进入市场。一般ACF的热压条件，有以下需要注意： 1.温度：是指实际料温，也就是ACF实际

接触的温度，而不是热压机的设定温度。 2.秒数：是指热压秒数，举例而言，需要180度15秒的条件，就表示ACF实际料温要在第15秒内到达180度，一般也要求在前2秒升温的温度要到达180度的九成左右，也就是172度才算标准，之後持续升温於第15秒时到达180度。 3.压力：大致而言，有两种计算方式，使用非IC介面的ACF，是以整体面积承受到的总力道去计算，而使用IC介面的ACF，是以IC上的BUMP(电极)总面积承受到的总力道去计算，所以时常会有人觉得为什麼有IC介面的热压力道都比其他介面的来的大就是这个原因。

4 可靠性要求与测试

参见国家标准GB18910-2008, IEC61747.5 ACF的保存方法及使用期限1、未开封之ACF，保存条件：-10~5℃，其使用期限为制造后六个月(制造日期及保存条件下有效期ACF之商标会注明)。2、已开封品之保存条件：-10~5℃其使用期限为SONY15天，HITACH30天已开封品，并裸露在空气中，保存之时间仅为7天﹔未开封之产品如果保存在高温环境下，会缩短其有效使用期限。3、加速ACF的热固化﹔若超过了使用保证期限之过期品，本公司规定:不开封的ACF从出厂算起，不超过一年时间继用，超过一年报废，已开封的ACF直接报废。（深圳市捷灿科技有限公司） 3 活性炭纤维（active carbon fiber ）活性炭纤维（ACF），亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。其超过50%的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。它是由纤维状前驱体，经一定的程序炭化活化而成。较发达的比表面积和较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸附容量，且由于它可方便地加工为毡、布、纸等不同的形状，并具有耐酸碱耐腐蚀特性，使得其一问世就得到人们广泛的关注和深入的研究。目前已在环境保护、催化、医药、军工等领域得到广泛应用。自1962年美国专利首次涉及随后美国ORNL使用活性炭纤维过滤放射性碘辐射以来，不同前驱体有机纤维及其活性炭纤维的研究和应用得到快速发展。美国、英国、前苏联、特别是日本，是研究和使用ACF的大国，年产量近千吨。国内的ACF研究起始于80年代末期，到90年代后期陆续出现工业化装置。大多处于实验室研究阶段。制造方法：前驱体原料的不同，ACF的生产工艺和产品的结构也明显不同。ACF的生产一般是将有机前驱体纤维在低温200 ℃～400 ℃下进行稳定化处理，随后进行(炭化)活化。常用的活化方法主要有：用CO2或水蒸汽的物理活化法以及用ZnCI2，H3PO，H2PO4，KOH 的化学活化法，处理温度在700 ℃～1 000 ℃间，不同的处理工艺(时间，温度，活化剂量等)对应产品具有不同的孔隙结构和性能。用作ACF前驱体的有机纤维主要有纤维素基，PAN基，酚醛基，沥青基，聚乙烯醇基，苯乙烯/烯烃共聚物和木质素纤维等。商业化的主要是前4种。结构特征：活性炭纤维是一种典型的微孔炭（MPAC），被认为是“超微粒子、表面不规则的构造以及极狭小空间的组合”，直径为10 μm～30 μm。孔隙直接开口于纤维表面，超微粒子以各种方式结合在一起，形成丰富的纳米空间，形成的这些空间的大小与超微粒子处于同一个数量级，从而造就了较大的比表面积。其含有的许多不规则结构-杂环结构或含有表面官能团的微结构，具有极大的表面能，也造就了微孔相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场，提供了一个吸附态分子物理和化学变化的高压体系。使得吸附质到达吸附位的扩散路径比活性炭短、驱动力大且孔径分布集中，这是造成ACF比活性炭比表面积大、吸脱附速率快、吸附效率高的主要原因。功能化方法：功能化主要通过孔隙结构控制和表面化学改性来满足对特定物质的高效吸附转化。ACF通常适用于气相和液相低分子量分子(MW=300以下)的吸附。当吸附剂微孔大小为吸附质分子临界尺寸的两倍左右时，吸附质较容易吸附。孔径调整的目的就是使ACF的细孔与吸附质分子尺寸相当，通常采用下列方法：1)活化工艺或活化程度的改变（至纳米级）；2)在原纤维中添加金属化合物或其它物质经炭化活化，或采用

ACF添加金属化合物后再活化（中孔为主），原料纤维预先具有接近大孔的孔径（大孔）；

3)烃类热解在细孔壁上沉积、高温后处理（使孔径变小)。表面化学改性主要改变ACF 的表面酸、碱性，引入或除去某些表面官能团。经高温或经氢化处理可脱除表面含氧基团(还原)；通过气相氧化和液相氧化的方法可获得酸性表面。改性需综合考虑物理结构与化学结构的影响。