ACF[異方性導電膠膜]

前言

隨著電子產品朝輕，薄，短，小化快速發展，各種攜帶式電子產品幾乎都以液晶顯示器作為顯示面板，特別是在攝錄放影機，筆記型計算機，移動終端或個人數字處理器等產品上，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，在其外圍必須連動驅動晶片作為顯示訊號之控制用途。一般而言，液晶面板與驅動IC系統的接口銜接技術大致可分為下列幾種：卷帶式晶粒自動貼合技術(Tape Automated Bonding；TAB)、晶粒－玻璃接合技術(Chip on Glass；COG)、晶粒－軟板接合技術(Chip on Flex；COF)。

導電膠膜

ACF

異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film；ACF) 2.1 何謂異方性導電膠：其特點在於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XY平面絕緣電阻值的差異超過一定比值後，既可稱為良好的導電異方性。

2.2 導通原理：利用導電粒子連線IC晶片與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軸方嚮導通之目的。

2.3 產品分類：1. 異方性導電膏。2. 異方性導電膜。異方性導電膜(ACF)具有可以連續加工(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品形式。

2.4 主要組成：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晶片與基板間電極相對位置，並提供一壓迫力量已維持電極與導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點，但亦具有高熱膨脹性和高吸濕性缺點，使其處於高溫下易劣化，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點，但加工溫度高且不易重工為其缺點，但其可靠性高的優點仍為目前採用最廣泛之材料。

在導電粒子方面，異方導電特性主要取決於導電粒子的充填率。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。

另外，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，並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。常見的粒徑範圍在3~5μm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行成粒子聚集的問題，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膠球表面塗布金屬為主。常見使用的金屬粉鎳(Ni)、金(Au)、鎳上鍍金、銀及錫合金等。

目前在可靠性和細間距化的趨勢下，如COF和COG構裝所使用之異方性導電膠，其導電粒子多表面鍍鎳鍍金之高分子塑膠粉末，其特點在於塑膠核心具可壓縮性，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；同時，塑膠核心與樹脂基礎原料的熱膨脹性較為接近，可以避免熱循環和熱衝擊環境時，在高溫或低溫環境下，導電粒子因與樹脂基礎原料的熱膨脹性差異減少與電極間的接觸面積，導致導通電阻上升，甚至於開路失效的情形發生。

2.5 貼合工藝：平時導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 膜是不導電的,當對ACF膜加壓、加熱後(一般加壓、加熱分兩次,第一次為臨時貼在產品上60 ℃～100 ℃, (3～10) ×104 Pa ,2 s～10 s 出貨,第二次為部品搭載時約150 ℃～200 ℃,(20～40) ×104 Pa ,10 s～20 s) 導電粒子絕緣膜破裂,並互相在有線路的部分(因為較無線路部分突起) 擠壓在一起,形成導通,被擠壓後的導電粒子體積是原來的3～4 倍 (導電粒子體積不變，差別在於原本是球體狀，經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電粒子),加熱使黏合劑固化,保持導通狀態。一般導通部分電阻在10 Ω以下,未導通部分相鄰端子間在100MΩ 以上。

品牌及差異

3.1 Sony ACF(Single Layer)

Sony發展出稱為Microconnector的先進ACF技術，套用在COF，COG接合上。此ACF材料主要是在導電粒子製作上有突破性發展。其導電粒子除了如一般在塑膠核心表面鍍上金屬層之外，又再金屬層表面再塗布一層10nm厚的絕緣層，而此絕緣層則是由極細微的樹脂粒子所組成。

其發展材料之樹脂黏著劑可以為熱塑性或熱固性材料，然後將導電粒子加入做成膏狀物或薄膜狀產品。當此材料貼附於軟板基板進行熱壓製程時，導電粒子與晶片凸塊和軟板基板電極同時會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被壓破，保持其絕緣性。因此Sony相信，使用此種塗布絕緣層的導電粒子，可以提高異方性導電膠的粒子密度，達到細間距和低導通電阻的要求，而同時又不會有短路的情形發生。

3.2 Hitachi ACF(Double Layer)

針對細間距化的要求，日立化成則提出了雙層(Double Layer)結構之ACF，雙層結構之上層為未添加導電粒子的樹脂層，而下層則是含有單層導電粒子的排列。與傳統單層結構之ACF相比，雙層結構可以在不增加導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之粒子密度較高，同時在接近晶片凸塊區域，因局部粒子密度較低而降低了短路的情形發生。

在樹脂黏著劑方面，為了可靠性的考量，日立化成在其產品上均選擇使用環氧樹脂系統已提高材料的黏著強度、玻璃轉移溫度及防濕性等特性。

3.3 3M ACF

3.4 Toshiba ACF

3.5 TeamChem Company ACF16，AC42

冠品低溫操作ACF16：低溫保存，-15℃以下12個月，常溫下14天無礙，熱壓合溫度攝氏80度，可套用於耐熱性較低的 PET膜， ITO玻璃基材。

ACF16為 海鄭實業2010年主力推出的異方性導電膠膜。 它與一般市售ACF產品之最大不同之處在於其低溫操作的特性。室溫預貼，熱壓皆可以80°C完成。且接著後之電性阻抗低，穩定性高，可耐高溫、高濕及回焊。

操作時，預貼在室溫操作，之後再以80°C x 5秒鐘-10秒鐘進行熱壓即可。

預貼及熱壓時請不要使用墊片，因為墊片會使得熱傳導變慢，導致膠膜無法在短時間內達到熱熔狀態，而產生接著不良的問題。

熱壓後，可藉由室溫存放，使樹脂得以緩慢而持續的進行分子鍵結反應，其接著 強度可隨之逐漸增加。如有需要，亦可採用後熟化反應，以提升其接著強度。後 熟化可以使用 90°C x 60 分鐘。如果產品最終需要能通過高溫回焊，則建議採用 兩段式後烤熟化︰90°C x 30 minutes至150°C x 30 minutes，則接著強度可提升到 1.0 kg/cm 以上，也更能承受嚴苛的高溫環境。

此產品熱壓後具有可修補性，也就是當熱壓後，如果因過度拉扯或操作不良的因素，造成導電性的問題時，可簡單的再以80°C x 5 seconds熱壓即可修補，而無需重工。如果因對位不良而需重工時，只需以丙酮擦拭即可清除乾淨。

熱壓後，可以由室溫存放，使樹脂得以緩慢而持續的進行分子鍵結反應，其接著強度可隨之逐漸增加。此產品符合RoHS & Halogen-free規範，且不含PFOS & PFOA。

3.6 UPAK ACF

瑋鋒為大中華地區第一家量產ACF的廠商，目前產品有FOG(FPC on GLASS)、FOB(FPC on PCB)兩種，而COG(CHIP on GLASS)則是已開發但成本過高不適合進入市場。

一般ACF的熱壓條件，有以下需要注意：

1.溫度：是指實際料溫，也就是ACF實際接觸的溫度，而不是熱壓機的設定溫度。

2.秒數：是指熱壓秒數，舉例而言，需要180度15秒的條件，就表示ACF實際料溫要在第15秒內到達180度，一般也要求在前2秒升溫的溫度要到達180度的九成左右，也就是172度才算標準，之後持續升溫於第15秒時到達180度。

3.壓力：大致而言，有兩種計算方式，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算，所以時常會有人覺得為什麼有IC介面的熱壓力道都比其他介面的來的大就是這個原因。

可靠性要求

參見國家標準GB18910-2008, IEC61747.5

ACF的保存方法及使用期限

1、未開封之ACF，保存條件：-10~5℃，其使用期限為製造後六個月(製造日期及保存條件下有效期ACF之商標會註明)。

2、已開封品之保存條件：-10~5℃其使用期限為SONY15天，HITACH30天已開封品，並裸露在空氣中，保存之時間僅為7天﹔未開封之產品如果保存在高溫環境下，會縮短其有效使用期限。

3、加速ACF的熱固化﹔若超過了使用保證期限之過期品，本公司規定:不開封的ACF從出廠算起，不超過一年時間繼用，超過一年報廢，已開封的ACF直接報廢。（深圳市捷燦科技有限公司）

3 活性炭纖維（active carbon fiber ）

活性炭纖維（ACF），亦稱纖維狀活性炭，是性能優於活性炭的高效活性吸附材料和環保工程材料。其超過50%的碳原子位於內外表面，構築成獨特的吸附結構，被稱為表面性固體。 它是由纖維狀前驅體，經一定的程式炭化活化而成。較發達的比表面積和較窄的孔徑分布使得它具有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量，且由於它可方便地加工為氈、布、紙等不同的形狀，並具有耐酸鹼耐腐蝕特性，使得其一問世就得到人們廣泛的關注和深入的研究。目前已在環境保護、催化、醫藥、軍工等領域得到廣泛套用。

自1962年美國專利首次涉及隨後美國ORNL使用活性炭纖維過濾放射性碘輻射以來，不同前驅體有機纖維及其活性炭纖維的研究和套用得到快速發展。美國、英國、前蘇聯、特別是日本，是研究和使用ACF的大國，年產量近千噸。國內的ACF研究起始於80年代末期，到90年代後期陸續出現工業化裝置。大多處於實驗室研究階段。

製造方法：前驅體原料的不同，ACF的生產工藝和產品的結構也明顯不同。ACF的生產一般是將有機前驅體纖維在低溫200 ℃～400 ℃下進行穩定化處理，隨後進行(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 的化學活化法，處理溫度在700 ℃～1 000 ℃間，不同的處理工藝(時間，溫度，活化劑量等)對應產品具有不同的孔隙結構和性能。用作ACF前驅體的有機纖維主要有纖維素基，PAN基，酚醛基，瀝青基，聚乙烯醇基，苯乙烯/烯烴共聚物和木質素纖維等。商業化的主要是前4種。

結構特徵：活性炭纖維是一種典型的微孔炭（MPAC），被認為是“超微粒子、表面不規則的構造以及極狹小空間的組合”，直徑為10 μm～30 μm。孔隙直接開口於纖維表面，超微粒子以各種方式結合在一起，形成豐富的納米空間，形成的這些空間的大小與超微粒子處於同一個數量級，從而造就了較大的比表面積。其含有的許多不規則結構-雜環結構或含有表面官能團的微結構，具有極大的表面能，也造就了微孔相對孔壁分子共同作用形成強大的分子場，提供了一個吸附態分子物理和化學變化的高壓體系。使得吸附質到達吸附位的擴散路徑比活性炭短、驅動力大且孔徑分布集中，這是造成ACF比活性炭比表面積大、吸脫附速率快、吸附效率高的主要原因。

功能化方法：功能化主要通過孔隙結構控制和表面化學改性來滿足對特定物質的高效吸附轉化。

ACF通常適用於氣相和液相低分子量分子(MW=300以下)的吸附。當吸附劑微孔大小為吸附質分子臨界尺寸的兩倍左右時，吸附質較容易吸附。孔徑調整的目的就是使ACF的細孔與吸附質分子尺寸相當，通常採用下列方法：1)活化工藝或活化程度的改變（至納米級）；2)在原纖維中添加金屬化合物或其它物質經炭化活化，或採用ACF添加金屬化合物後再活化（中孔為主），原料纖維預先具有接近大孔的孔徑（大孔）；3)烴類熱解在細孔壁上沉積、高溫後處理（使孔徑變小)。

表面化學改性主要改變ACF的表面酸、鹼性，引入或除去某些表面官能團。經高溫或經氫化處理可脫除表面含氧基團(還原)；通過氣相氧化和液相氧化的方法可獲得酸性表面。改性需綜合考慮物理結構與化學結構的影響。