什么是ACF LCD中ACF膠的導通原理

什么是ACF

異方性導電膠膜（Anisotropic Conductive Film，簡稱ACF）由Sony開發，現廣泛用于IC與LCD、FPC與LCD、IC與Film之間的壓合綁定，以實現信號的傳輸與畫面的顯示。

ACF是同時具有粘接、導電、絕緣三大特性的透明高分子連接材料，其特點在于Z 軸電氣導通方向與 XY 絕緣平面的電阻特性具有明顯的差異性。當Z 軸導通電阻值與 Y 平面絕緣電阻值的差異超過定比值后，既可稱為良好的導電異方性。

基本原理

導通原理:利用導電粒子連接IC 芯片與 LCD 基板兩者之間的電極使之成為導通，同時又能避免相鄰兩電極間導通短路，而達成只在Z軸方向導通之目的。

ACF中導電粒子捕獲達到一定的數量時在IC bump 與ITO間才能發揮作用，當捕獲粒子數過少時，會直接影響導通效果。所以要求每個bump上達到有效的粒子數量必須大于5個。

ACF 的結構及主要組成材料

ACF為層狀結構，一般有雙層型ACF和三層型ACF，三層的ACF比雙層的多了一層保護層。一般根據應用精度的不同而選擇不同結構的ACF。

不同層次的材料亦不相同，一般來說，保護層的材質為聚乙烯，Base Film基材主要為樹脂。而ACF層中包括起導電作用的導電粒子以及起填充作用的填充物。

為了達到預防ACF導電粒子造成橫向短路，COG ACF現在較多采用了ACF層雙層結構來達到此目的。在雙層結構中，上層樹脂膠中未放入導電粒子(NCF)而只在下層中放入導電粒子(ACF)，相比于全部有粒子的單層結構而言，減少了單位體積內的粒子密度，當IC下壓與LCD bonding后，bump間殘留及bump區域受力擠壓到bump間粒子數量就會減少，從而降低了短路發生的概率。同時由于導電粒子置于ACF下層，在IC bonding過程中不會影響粒子的捕獲率。

ACF層主要包括樹脂黏著劑、導電粒子兩大部分。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位置，并提供一壓迫力量來維持電極與導電粒子間的接觸面積

樹脂一般分為熱塑性樹脂與熱固性樹脂兩大類。熱塑性材料具有低溫接著，組裝快速極容易重工等優點，但亦具有高熱膨脹性和高吸濕性等缺點，同時在高溫下亦劣化，無法符合可靠性，信賴性的需求。而熱固性樹脂如環氧樹脂等，則具有高溫穩定性、熱膨脹性低和吸濕性低等優點，但加工溫度高且不易重工為其缺點，高的可靠性使其仍為目前最廣泛的材料

目前在高可靠性和細間距化的趨勢下， COG所使用的異方性導電膠，其導電粒子多為表面鍍鎳鍍金的高分子塑膠粉末，中心為塑膠球，在外鍍鎳金。其特點在于塑膠核心具有可壓縮性，因此，可以增加電極與導電粒子間的接觸面積，降低導通電阻。

隨著技術的發展，導電粒子的直徑越來越小，分布亦更加的均勻。

ACF的性能指標

1.剝離強度（Peel Strength）：產品在貼附ACF并經過工藝壓合后，其剝離強度必須達到標準值才能保證產品的粘接穩定性。

2. 壓合溫度：在ACF的本壓工藝中，ACF必須在極短的時間內達到ACF所需求的壓合溫度，一般要求在5秒內必須達到理論壓合溫度的90%。

3.壓合時間：COG過程，ACF對時間有3個工序的要求:ACF貼敷，IC預壓，IC主壓。其中ACF貼敷及預壓時間主要考慮實際效果，以及效率。一般情況下在1~3s之間。但隨著COG設備的運行速度提升，以及ACF性能的提高，此時間最短可以提升到0.5s左右。而最主要的時間則是主壓時間，當前主打的ACF主壓時間均要求大于5秒。壓貼時間過短直接會影響ACF的固化率，即為壓貼條件與固化率的關系。在考慮生產效率的條件下，一般建議不超過10s

4.壓合壓力：導電粒子主要為鍍金塑膠球，而起導通作用的則主要是塑膠球外所鍍的金屬層。只有在導電粒子受力爆破的情況下，才能達到有效的導通效果。

ACF主要參數對 bonding 的影響

異方導電特性主要取決于導電粒子的充填率。雖然異方性導電膠其導電率會隨著導電粒子充填率的增加而提高，但同時也會提升導電粒子互相接觸造成短路的機率。

此外，導電粒子的粒徑分布和分布均勻性亦會對異方導電特性有所影響通常，導電粒子必須具有良好的粒徑均一性和真圓度，以確保電極與導電粒子間的接觸面積一致，維持相同的導通電阻，并同時避免部分電極未接觸到導電粒子導致開路的情形發生。

常見的粒徑范圍在 3~5um 之間，太大的導電粒子會降低每個電極接觸的粒子數，同時也容易造成相鄰電極導電粒子接觸而短路的情形;太小的導電粒子容易形成粒子聚集的問題，造成粒子分布密度不平均。

在導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。

ACF膠的應用步驟

首先，ACF附著在基材的清潔表面上。然后在不取下薄膜（PET）的情況下施加熱量和壓力（圖1 ACF層壓板）。接下來，移除薄膜（圖2），IC芯片的電極對齊并精確定位以進行連接（圖3）。最后，再次施加熱壓縮以固定和連接部件（圖4 熱壓縮）。

在層壓之前，必須仔細清潔要連接的安裝板的表面。特別是，玻璃基板應用酒精、有機溶劑或等離子或紫外線清潔進行清潔。

熱壓粘合有兩種類型：恒熱法和脈沖熱法。在恒熱法中，粘合頭連續加熱以保持指定溫度。在脈沖加熱法中，壓頭僅在應用于ACF時才被加熱。使用后一種方法時，會持續監控壓頭的溫度;如果在粘合過程中溫度下降，則會迅速升高到指定水平。熱壓粘合的關鍵點是控制壓頭的溫度并保持壓頭和玻璃基板平行。檢查導電顆粒的狀態、電阻值和粘合后的粘合強度也很重要。

使用ACF最重要的一點是選擇最佳薄膜。根據基板材料、電極材料和尺寸（厚度、寬度、長度）、節距長度以及要連接的兩個電極的溫度上限，找到 ACF 樹脂和導電顆粒的正確組合至關重要。在確定溫度上限時，必須考慮芯片和基材的耐熱性。

全球市場格局

ACF屬于高技術功能性材料，長期受到日韓和美國企業的壟斷，目前全球85%以上的ACF市場份額被日本公司占據。

ACF產業化的技術難度高，并且發達國家一直對相關技術進行嚴密封鎖，導致國內ACF嚴重依賴進口。近年來，國內一些企業陸續具有一定的ACF生產能力，但由于面板制造商在選取供應商時有嚴格的認證體系和時間周期，導致ACF的國產化進程緩慢，嚴重影響和制約我國面板產業自主創新的發展進程。

編輯：黃飛

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