华之晶告诉你LCM模组最关键的原材料是?
2020-03-26

随着消费性电子产品的不断升温, 人们对“ 薄、轻、小”的电子产品倍加宠爱, 进而追捧微型组件技术, COG 技术正是这众多技术中的一种。COG是英文"chip on glass" 的缩写, 即IC 通过ACF ( anisotropic conductive film 各向异性导电膜) 被直接绑定在LCD 上。

IC发展越来越向小pitch,小gap发展,由此而形成的对COG设备,COG技术越来越高的要求。同时由此引发的其他问题也会随之暴露出来,所以也对COG工艺技术提出了更高的要求。同时也对ACF材料与检测设备提出了更高的要求。深圳华之晶

LCM模组结构




什么是ACF ?





ACF可以提供细间距,高可靠性冷互连,当前已经广泛用于诸如液晶显示器(LCD)的平面面板显示器(FPD)。其中ACF在薄膜电子晶体管(TFT)液晶显示器,TFT液晶显示器的外引线键合(OLB)互连,以及倒装芯片封装(FCP)中已经产业化,在薄膜上芯片(COF),玻璃上芯片(COG)以及塑料LC互连方面正在发展之中。其中应用最广泛的领域则是COG。COG ACF随着整个行业的发展,其适应性也越来越向小Pitch,小面积发展。

ACF全称Anisotropic Conductive Film, 即异方性导电胶。ACF是一种可以在短时间内达到导电性连接的材料。SONY于1973年设计销售了世界上第一款ACF。ACF其特点在于纵向受力方向即Z方向电气导通 ,而在横向平面即X、Y面具有明显的高阻抗特性。其显著特点可以短时间压着,接着的可靠性高,耐热性能好,通过回流焊炉仍能保持良好的接着可靠性,易接着细微间距线路,易接着微小端子,方便接着相邻间距小的芯片。

ACF所起到的主要作用:导电,绝缘,粘接。


COG  ACF结构



COG ACF采用卷装,COG使用的ACF主要是三层结构:Cover film,Base film,ACF。其中ACF尺寸及卷轴主要规格如下:


  1. ACF长度:一般使用为50m。其他规格包括:25m,100m,200m。

  2. 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。

  3. 卷轴规格:

    标准外径为:Φ 125mm (其他可能有Φ 95,135,145,155,230mm)

    标准内径为:Φ 25.4mm(除此外可能有Φ 18.5mm)

    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。深圳华之晶

  4. 导电粒子规格:


     导电粒子的直径大小主要有:3um、3.5um、4um、5um等。




ACF胶层结构



ACF层结构中,2层cover film 主要起保护作用,而主要结构为ACF层。ACF层内包括树脂胶,导电粒子及其它添加剂,其构成比例主要由ACF的用途及使用条件决定。深圳华之晶


  1. 树脂黏着剂

    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。

    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。

  2. 导电粒子

    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,虽然异方性导电胶的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概率。

    另外,导电粒子的粒径分布和分布均匀性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,以维持相同的导电电阻,同时避免部分电极为接触到导电粒子,导致开路的发生。常见的粒径在3~5μm之间,太大的导电粒子会降低每个电极的粒子数,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均。

    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。



ACF热压及COG工艺条件





ACF要发生作用,必须经过热压,即通过温度,时间,压力这三个必要条件使得ACF胶固化,导电粒子爆破达到导通效果,从而达到ACF的三个作用:粘接,绝缘,导通 。对于每一款ACF,都有其材料特性,所以对条件的要求也就存在一定的差异。所以如何根据不同的材料获得合适的工艺条件,是至关重要的。深圳华之晶



温度



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

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% 。


ACF对温度及固化率的要求:

上述温度曲线主要是对升温速度的要求,而ACF对温度的另一个要求则是最终bonding温度的要求。只有温度达到一定高度后,ACF才会固化,所以主压温度的确定,必须达到ACF胶材固化的温度。此温度随材料不同会有一定的差异。但从现在使用ACF型号来看,一般情况下均需要>180℃。即只有达到此温度,ACF才能有效固化。

ACF在达到有效的另一个问题就是固化率。在相同时间下,影响固化率的最大因素就是温度。既包括升温速度又包括最终固化温度。固化率与温度的关系可以概括为:在一定的升温速度下,固化温度越高,固化率越高,如图7所示。一般情况下,为保证IC连接可靠性,ACF的固化率需要达到70%以上。若ACF固化率不足,则会造成以下影响: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。深圳华之晶


COG压贴气泡

COG ACF 其他温度要求:ACF贴敷及IC预压温度一般情况下为40~80℃。温度最高不能超过90℃,因为在90度后ACF会发生性质改变,开始固化,影响主压的bonding效果。



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。



压力



粒子有效性

ACF导通是通过导电粒子达到IC与ITO电性导通的目的。但bonding 后什么样的导电粒子才算是有效呢?

如前所述,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。



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<5Ω.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9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。


ACF导电粒子检测





导电粒子检测用于液晶面板模组段COG和FOG邦定后点胶之前,如上述诸多问题,压痕检测,包括粒子的数量、分布、压合强度、偏位等等,并根据一定的标准判断面板的OK / NG。其基本原理是利用线阵相机对液晶面板COG、FOG上Bump区域进行图像采集、通过算法分析最终得到该目标检测对象是否合格。


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