什么是ACF LCD中ACF胶的导通原理

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什么是ACF

异方性导电胶膜（Anisotropic Conductive Film，简称ACF）由Sony开发，现广泛用于IC与LCD、FPC与LCD、IC与Film之间的压合绑定，以实现信号的传输与画面的显示。

ACF是同时具有粘接、导电、绝缘三大特性的透明高分子连接材料，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 Y 平面绝缘电阻值的差异超过定比值后，既可称为良好的导电异方性。

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基本原理

导通原理:利用导电粒子连接IC 芯片与 LCD 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。

ACF中导电粒子捕获达到一定的数量时在IC bump 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。

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ACF 的结构及主要组成材料

ACF为层状结构，一般有双层型ACF和三层型ACF，三层的ACF比双层的多了一层保护层。一般根据应用精度的不同而选择不同结构的ACF。

不同层次的材料亦不相同，一般来说，保护层的材质为聚乙烯，Base Film基材主要为树脂。而ACF层中包括起导电作用的导电粒子以及起填充作用的填充物。

为了达到预防ACF导电粒子造成横向短路，COG ACF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LCD bonding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IC bonding过程中不会影响粒子的捕获率。

ACF层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，并提供一压迫力量来维持电极与导电粒子间的接触面积

树脂一般分为热塑性树脂与热固性树脂两大类。热塑性材料具有低温接着，组装快速极容易重工等优点，但亦具有高热膨胀性和高吸湿性等缺点，同时在高温下亦劣化，无法符合可靠性，信赖性的需求。而热固性树脂如环氧树脂等，则具有高温稳定性、热膨胀性低和吸湿性低等优点，但加工温度高且不易重工为其缺点，高的可靠性使其仍为目前最广泛的材料

目前在高可靠性和细间距化的趋势下， COG所使用的异方性导电胶，其导电粒子多为表面镀镍镀金的高分子塑胶粉末，中心为塑胶球，在外镀镍金。其特点在于塑胶核心具有可压缩性，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。

随着技术的发展，导电粒子的直径越来越小，分布亦更加的均匀。

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ACF的性能指标

1.剥离强度（Peel Strength）：产品在贴附ACF并经过工艺压合后，其剥离强度必须达到标准值才能保证产品的粘接稳定性。

2. 压合温度：在ACF的本压工艺中，ACF必须在极短的时间内达到ACF所需求的压合温度，一般要求在5秒内必须达到理论压合温度的90%。

3.压合时间：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，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10s

4.压合压力：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。

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ACF主要参数对 bonding 的影响

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。

此外，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 3~5um 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形成粒子聚集的问题，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。

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ACF胶的应用步骤

首先，ACF附着在基材的清洁表面上。然后在不取下薄膜（PET）的情况下施加热量和压力（图1 ACF层压板）。接下来，移除薄膜（图2），IC芯片的电极对齐并精确定位以进行连接（图3）。最后，再次施加热压缩以固定和连接部件（图4 热压缩）。

在层压之前，必须仔细清洁要连接的安装板的表面。特别是，玻璃基板应用酒精、有机溶剂或等离子或紫外线清洁进行清洁。

热压粘合有两种类型：恒热法和脉冲热法。在恒热法中，粘合头连续加热以保持指定温度。在脉冲加热法中，压头仅在应用于ACF时才被加热。使用后一种方法时，会持续监控压头的温度;如果在粘合过程中温度下降，则会迅速升高到指定水平。热压粘合的关键点是控制压头的温度并保持压头和玻璃基板平行。检查导电颗粒的状态、电阻值和粘合后的粘合强度也很重要。

使用ACF最重要的一点是选择最佳薄膜。根据基板材料、电极材料和尺寸（厚度、宽度、长度）、节距长度以及要连接的两个电极的温度上限，找到 ACF 树脂和导电颗粒的正确组合至关重要。在确定温度上限时，必须考虑芯片和基材的耐热性。

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全球市场格局

ACF属于高技术功能性材料，长期受到日韩和美国企业的垄断，目前全球85%以上的ACF市场份额被日本公司占据。

ACF产业化的技术难度高，并且发达国家一直对相关技术进行严密封锁，导致国内ACF严重依赖进口。近年来，国内一些企业陆续具有一定的ACF生产能力，但由于面板制造商在选取供应商时有严格的认证体系和时间周期，导致ACF的国产化进程缓慢，严重影响和制约我国面板产业自主创新的发展进程。

编辑：黄飞