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異方性導電膜(ACF)の基礎知識

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異方性導電膜(ACF)とは何か?

異方性導電膜(以下、ACF)は、ICなどの電子部品を基板に実装し、回路を形成するために用いられるフィルム素材です。デクセリアルズの前身であるソニーケミカルが1977年に製品化し、現在ではスマートフォンやタブレットPC、高精細テレビなどのフラットパネルディスプレイを用いたデジタル機器のほぼ全てに回路接合のための材料として使われています。

ディスプレイの画面に映像を表示するためには、ICチップとディスプレイのガラス基板を電気的に接続し、多数の電子回路を形成する必要があります。その接続に使われるのが、ACFです。現在ACFは、「COG(Chip On Glass)実装」と呼ばれるガラス基板にICチップを接続する実装工法と、「FOG(Flex On Glass)実装」と呼ばれるガラス基板にフレキシブルプリント回路を接続する際によく用いられています。その他にも、CCD(固体撮像素子)やCMOS(相補性金属酸化膜半導体)などのカメラモジュール、非接触ICカードの回路接続部などでACFが活用されています。

ACFが単体で回路を接着、導通、絶縁できる仕組み

ACFの特長は、単体で「接着」「導通」「絶縁」の3つの機能を果たすことです。一度に多数の電極を接続でき、従来の電子部品の実装に使われてきた「はんだ工法」に比べて微細な接続(ファインピッチ化)が可能なこと、110℃〜180℃程の低温での実装ができることなどが、大きなメリットとなっています。

ACFは接着剤の熱硬化性樹脂のなかに導電性の粒子が分散した構造をしています。ACFに含まれる導電粒子には、目的に合わせて多くの種類がありますが、代表的なものは樹脂でできた核の周りを電気を通しやすいニッケルや金で覆い、さらにその表面を絶縁体でコーティングしたものです。熱と圧力を加えると、向かいあう端子と端子が導電粒子を挟み込み、最表面の絶縁コートが壊れることで電流が流れる回路が形成されます。

端子に挟み込まれなかった粒子は、フィルムのベース樹脂内部で端子間に移動し、絶縁コートが維持されるためショートを防ぐことができます。下記の図でいえば、電極と基板の間の「縦方向」には電気を通し、電極間の「横方向」には電気を通さない、すなわち方向によって異なる電気的特性を持つことが「異方性導電膜」という名前の由来です。

ACFの実装手順と製品構造

ACFによって基板にICチップ等を実装する手順は、下記の通りです。まず接続する基板の表面を洗浄し(STEP1)、ACFを貼り付けて、剥離フィルムがついたまま熱と圧力を加えます(STEP2)。その後、剥離フィルムを剥がし(STEP3)、接続したいICチップの電極の位置を正確に合わせるアラインメント作業を行った後で(STEP4)、再び加熱圧着して接続します(STEP5)。

ACFは下の写真のように、リールの形態で販売されています。デクセリアルズ製のACFは、フィルムの薄さ10〜45μm、幅は0.5〜20mmまで多くの種類をラインナップしています。また長さも需要に応じて10mと短いものから、最長300mまで取り揃えています。より長いリールが求められるようになった背景には、テレビの大画面化にともない、実装する範囲が以前に比べて大幅に長くなったことがあります。

下記右の図は、ACFの供給形態の2つのタイプです。ACFを保護フィルムと剥離フィルムで挟んだ3層タイプと、剥離フィルムのみの2層タイプがあります。3層タイプはゴミなどの混入リスクを低減でき、2層タイプは実装時にカバー(保護)フィルムを剥がす手間のないことがそれぞれのメリットとなっています。

ACFで部品実装するメリット

ICなど電子部品を基板に実装する方法には、古くからリフローによるはんだ付けやコネクター部品による接続が行われ、それぞれの技術も着実に進化を続けています。しかしながら時代が進み、携帯電話やスマートフォンなどのモバイル機器の登場で小型化・軽量化が進み、さらに多くの先進的な機能が組み込まれることで、部品の端子部(電気接続部)は多端子化とこれにともなう微細化の一途をたどっています。例えば、高精細化するモバイル機器や薄型テレビのディスプレイでは、接続するICチップの電極(バンプ)間の距離が10μmにまで微細化しており、ファインピッチ接続を得意とするACFが選ばれることが増えています。また、鉛フリーで接続部の厚みを薄くできること、比較的低温で一括接続でき、被着体の選択の幅が広いこともACFの利点となっています。デメリットを挙げるとすれば、リフローはんだ付けでは当たり前の「形状の異なる部品を同時に実装する」ことは難しく、また接着剤であるためコネクターのように自由に脱着することはできません。

ACF実装のメリット

  • ガラス基板への部品実装が可能
  • 多端子の一括接続が可能
  • ファインピッチ接続が可能
  • 鉛フリー対応が可能
  • 比較的低温での接続が短時間で可能
  • 実装部の薄型化が可能

ACF開発の歴史とイノベーション

デクセリアルズは1977年にACFを世に送り出して以来、その改良を続けてきました。当初はカーボンファイバーやはんだ粒子を導電粒子に用いていましたが、1988年に樹脂にニッケルや、金をめっきした粒子を開発し、90年代にその表面を絶縁コートする技術の開発に成功。デジタル機器の高精細化にともない、粒子の大きさを5μmから2.8μmまで小さくすることで接続のファインピッチ化にも対応してきました。2014年には、導電粒子を熱硬化樹脂の中で均等な距離に整列させる技術を編み出し、2016年には「粒子整列型異方性導電膜」(製品名:ArrayFix(アレイフィックス))として販売を開始。さらなるデジタル機器の小型・薄型化とディスプレイの高精細化に貢献しています。

最適なACFを選択するために

最適なACFを選択するためには、被着体の種類、接続部の面積、端子間の距離、端子の高さ、熱への耐性などをあらかじめ検討しておくことが必要です。デクセリアルズはこれまで40年以上にわたって異方性導電膜のトップランナーとして、多くのお客さまにACFを提供してきました。デクセリアルズではその経験から、必要条件の設定、適切なACFの提案、接続後の分析と評価までをサービスとしてご提供することができます。ACFの実装で知りたいことがあれば、当社窓口までお気軽にお問合せください。

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