ACF的原理和使用

ACFACFACFACFACFACFACFACF的原理和使用的原理和使用杨旭2008.06.202008.06.202008.06.202008.06.20主要内容主要内容�ACF的用途和简介�ACF的结构及原理�ACF的使用�ACF的发展趋势一一........ACFACFACFACFACFACFACFACF的用途和介绍的用途和介绍1.ACF1.ACF1.ACF1.ACF（AnisotropicConductiveFilmAnisotropicConductiveFilmAnisotropicConductiveFilmAnisotropicConductiveFilm）介绍异方性导电胶ACFisconnectionmaterialatACFisconnectionmaterialatACFisconnectionmaterialatACFisconnectionmaterialatshorttimebetweenelectricshorttimebetweenelectricshorttimebetweenelectricshorttimebetweenelectricterminalswithlessthan100um.terminalswithlessthan100um.terminalswithlessthan100um.terminalswithlessthan100um.SonyChemicalssucceededinSonyChemicalssucceededinSonyChemicalssucceededinSonyChemicalssucceededindevelopingandsellingACFfirstdevelopingandsellingACFfirstdevelopingandsellingACFfirstdevelopingandsellingACFfirstintheworldinintheworldinintheworldinintheworldin1973197319731973....（COGCOGCOGCOG、COBCOBCOBCOB、FOGFOGFOGFOG、FOBFOBFOBFOB、FOFFOFFOFFOF等）二、二、ACFACFACFACFACFACFACFACF的结构及原理的结构及原理1111、ACFACFACFACF的结构示意图FOGACFFOGACFFOGACFFOGACF无此层FOGACFFOGACFFOGACFFOGACF无此层1）COG使用的ACF主要是三层结构：Coverfilm，Basefilm，ACF2）FOG使用的ACF主要是两层结构：Basefilm，ACF3）其中ACF尺寸及卷轴主要规格如下：a.ACF长度：一般使用为50m。其他规格包括：25m，100m，200m。b.ACF宽度：ACF可以提供的宽度1.0~20mm。现在COG使用最多的规格主要为：1.5mm，2.0mm，2.5mm，3.0mm，3.5mm。c.卷轴规格：标准外径为：Φ125mm（其他可能有Φ95，135，145，155，230mm）标准内径为：Φ25.4mm（除此外可能有Φ18.5mm）注：关于产品宽度，长度，卷轴尺寸等若有特殊要求，可以与供应商协商制作。d.导电粒子规格：导电粒子的直径大小主要有：2.8um3um、3.5um、4um、5um等2222、ACFACFACFACF的结构介绍3333、ACFACFACFACF的主要原材料介绍1）ACF主要的两种原材料是：金球和树脂A、树脂作用：树脂黏着剂除了防湿气、接着、耐热及绝缘等功能外主要作为固定IC晶片与基板间电极相对位置，并提供一定压迫力量以维持电极与导电粒子间的接触面积特性：ACF所使用的树脂是属于热固性树脂类的环氧树脂，具有高温稳定性、热膨胀性低和吸湿性低等优点，但由于高温固化的特性不易重工B、金球：作用：主要是起导通作用，有效连接两者的相对应的电路种类：主要是以金属粉末和高分子塑胶球（具有弹性）表面涂布金属为主，常见的金属粉末为镍、金、镍上镀金、银和锡等，目前COG所使用的ACF，其导电粒子多为在高分子塑胶球表面镀镍镀金导电金球的表面处理：导电金球表面绝缘处理和导电金球表面不加绝缘处理而导电粒子根据表面的处理，可以大概分为两类，一为表面经过绝缘处理措施或者增加绝缘层，此种粒子在防止横向短路有着非常的优势。另一种则为普通导电粒子，表面未进行绝缘处理，此种粒子造成横向短路的概率会大大增加。现在使用的COGACF基本都采用了绝缘处理的粒子当普通粒子在bump间连接时造成短路绝缘粒子则可以预防在bump间连接时造成短路4444、ACFACFACFACF的层结构介绍为了达到预防ACF导电粒子造成横向短路，COGACF现在较多采用了ACF层双层结构来达到此目的。在双层结构中，上层树脂胶中未放入导电粒子（NCF），而只在下层中放入导电粒子（ACF），相比于全部有粒子的单层结构而言，减少了单位体积内的粒子密度，当IC下压与LCDbonding后，bump间残留及bump区域受力挤压到bump间粒子数量就会减少，从而降低了短路发生的概率。同时由于导电粒子置于ACF下层，在ICbonding过程中不会影响粒子的捕获率5555、ACFACFACFACF的导通原理介绍InsulationInsulationInsulationInsulationF(b）：ForceofcohesionbyACFbinder．F(p）：ForceofelasticdeformationbyACFparticles．　　　　　　F(b)F(b)F(p)F(p)AdhesionAdhesionAdhesionAdhesionPictureofcrosssectionPictureofcrosssectionPictureofcrosssectionPictureofcrosssectionbySEMbySEMbySEMbySEMXYZConnectionConnectionConnectionConnectionACF导通原理ZACF导通原理：利用导电粒子连接IC晶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轴方向导通的目的端子上の粒子数と導通信頼性（85℃・85％）0510152025303540455012345678910端子上粒子数[個]最大抵抗値[Ω]初期値500ｈｒ1000hrACF中导电粒子捕获达到一定的数量时在ICbump与ITO间才能发挥作用，当捕获粒子数过少时，会直接影响导通效果。所以要求每个bump上达到有效的粒子数量必须大于5个6666、ACFACFACFACF的导通粒子数量有效性粒子数量有效性7777、ACFACFACFACF导通的可靠性8888、ACFACFACFACF绝缘的可靠性温度、时间、压力是ACF三个重要的工艺参数A、温度：是ACF发生作用中一个必需的条件，温度是否合适直接影响了bonding效果及产品的可靠性。其影响内容主要包括以下几个方面：a.ACF固化率；b.IC粘接可靠性；c.导电粒子的爆破效果1）ACF对温度曲线的要求温度曲线是指ACF热压过程温度随时间变化的曲线。ACF树脂胶的固化过程主要是胶材的质变过程，首先胶在高温下溶化流动，此步是在非常短的时间内完成。随即胶材在高温下发生变化—固化。为了保证ACF有效固化，对ACF固化温度曲线提出了特别要求—须在前2秒内达到目标固化温度的90%。9999、ACFACFACFACF的工艺参数要求对温度的要求对温度的要求2）ACF对温度及固化率的要求a、主压的温度必须达到ACF胶材固化的温度之上b、为保证IC连接可靠性，ACF的固化率需要达到70%以上c、ACF贴敷及IC预压温度一般情况下为40~80℃，绝对不能高于其固化温度3）ACF的固化率不够带来的影响a、IC与LCD粘接可靠性降低，IC容易出现剥离现象；b、固化率低产品容易形成压贴气泡，影响IC电性导通可靠性；c、ACF固化率低，在FOG过程或者焊接过程中容易造成ACF受热形成IC与ITO间的气泡。多气泡少气泡B、时间COG过程，ACF对时间有3个工序的要求：ACF贴敷，IC预压，IC主压。其中ACF贴敷及预压时间主要考虑实际效果，以及效率。一般情况下在1~3s之间。但随着COG设备的运行速度提升，以及ACF性能的提高，此时间最短可以提升到0.5s左右。而最主要的时间则是主压时间，当前主打的ACF主压时间均要求大于5秒。压贴时间过短直接会影响ACF的固化率，如下图所示，即为压贴条件与固化率的关系。在考虑生产效率的条件下，一般建议不超过10sC、压力导电粒子主要为镀金塑胶球，而起导通作用的则主要是塑胶球外所镀的金属层。只有在导电粒子受力爆破的情况下，才能达到有效的导通效果。a、压贴外观：导电粒子受热压爆破后会形成缺口。在微观显微镜下可以明显的观察到，这种方法是COG过程监控的最简单有效手段。正常条件下最有效粒子的开口效果为2-3处。未开口则无效，开口1处，有效但非最佳。大于3处则处于过压，非最佳。当粒子完全压平，也会失去导通效果b、导通电阻：IC与ITO间的连接电阻大小可以体现粒子导通的有效性。在相同条件下，导通电阻越小，说明粒子有效性越高.COG工程要求连接电阻5Ωc、热压后z向形变量，ACF导电粒子在Z向受热压后发生形变，以4um直径的粒子为例，如下图所示，当粒子Z向尺寸压缩为2um左右时，可以达到最佳导通效果　　Toomuchpressure（Particleisdeformedtoomuch.）Smallpressure（Particleisnotdeformedwell.）　　Properpressure（Particleisdeformedwell.）导电金球压力与压贴状况对应图导电金球压力与压贴状况对应图导电金球的压贴状况与直径对应图导电金球的压贴状况与直径对应图粒子有效状态粒子有效状态压力对有效性的影响压力对有效性的影响1、ACF的储存与管理1）正常ACF的有效期为：密封保存于-10~5℃的条件下，有效期为7个月。真空包装，在25℃以下且湿度在70%RH以下时为1个月。拆封包装后，在25℃以下且湿度在70%RH以下时为7天2）保管不当或者超出保质期可能造成的不良a.降低ACF胶材的流动性。b.IC与LCD间粘接力低下c.ACF胶材流动性不足使得IC与LCD间支撑力过大，影响导电粒子的爆破d.ACF胶材外溢影响ACF行程。e.ACF张力过大，影响贴敷效果f.胶材粘接性差，导致ACF无法贴敷到LCD上。三、三、ACFACFACFACFACFACFACFACF的使用的使用22222222、、ACFACFACFACFACFACFACFACF的选择的选择1.面积：S4.5σSbump2.粒子直径:3DGAP(考虑IC-bump平整度）3.粒子密度：多优于少。4.粒子捕获均匀度：ave4.5σ+35.弹性率：大优于小6.吸水率：低优于高（高易腐蚀）7.GAP3D8.厚度选择：Ｔ＝（Ｓ1111＋Ｓ2222）／２×Ｈ／Ｐ＋ｔ1111＋α3.3.现用现用COGCOG的的ACFACF主要参数主要参数TG温度1monthat25℃orbelowand70%RHorbelow.MonthUnpacked7monthsafterdateofmanufacturewhenstoredat-10to5℃.MonthPackedStorageconditionandshelflifeShelfLife5555sTime60~8060~8025~5540~120MPaPressure＞190＞190210~230190~230℃TemperatureFinalbonding1~21~21~2~3sTime0.3~10.3~10.3~10.5~1.5MPaPressure60~8060~8060~8060~80℃TemperaturePre-bongingBondingcondition