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粒子整列型異方性導電膜「ArrayFix」の基礎知識

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高精細なフラットパネルディスプレイのファインピッチ化に欠かせないACF

スマートフォンやタブレットPC、大画面テレビなどに搭載されるフラットパネルディスプレイは、年を追うごとに高精細化が進んでいます。また、デジタル機器の多機能化による部品密度が向上しています。これらによって要求が高まっているのが、ディスプレイを構成するガラス基板とICチップの接続部分(バンプ)のファインピッチ化(配線ピッチの微細化)です。

デクセリアルズが1977年に製品化し、改良を続けてきたICチップの実装材料である異方性導電膜(以下、ACF)は、現在数多くのスマートフォンやタブレットPC等でICチップをガラス基板に実装する際に使用されています。ACFは熱硬化型樹脂フィルムのなかに導電粒子が分散しており、熱と圧力をかけることで多数の電極を一度に接続します。ACF内の導電粒子は導電層の表面が絶縁物質でコーティングされており、向かい合う端子(IC側はバンプ)に挟まれてつぶれるとコーティングが壊れて電気を通します。つぶれなかった粒子は絶縁状態を維持し、隣接する端子同士のショートを防ぐ仕組みです。

ACFは、はんだ、コネクタ部品等に比べてファインピッチ接続に向いていることから急速に普及しました。当社ではさらなるファインピッチ化の要求に応えるべく、ACFに含まれる導電粒子子径を小さくし、粒子量を多くすることでファインピッチ接続や接続面積の低下に対応してきました。従来のACFは樹脂に粒子を分散しており、面積あたりの粒子の数が増えれば、端子に補足される確率は上がります。しかしディスプレイの高精細化はさらに進み、部品密度の向上による接続面積の低下があいまって2010年代に入った頃から、その手法は限界を迎えつつありました。粒子を増やしすぎることで、端子間に目詰まりしてしまい、ショート発生リスクが高まってしまうのです。

導電粒子を「整列」「固定」することでブレイクスルー

粒子径の大きさを変えず、粒子の数を増やさずに、どうすればさらなるファインピッチ化に対応できるか。私たちが研究の末に出した答えは、「粒子を増やすのではなく、逆に導電粒子を減らし、意図した位置に規則性をもって並べる」という方法でした。下記の写真は、当社従来品のACFと、2014年に開発した「粒子整列型ACF」に含まれる粒子の様子です。粒子がランダムに散らばっている左に比べて、右側は等間隔で、整列して粒子が並んでいることがわかります。

このように導電粒子を一定間隔で並べることで、同じ粒子の面密度でも端子の補足数が安定し、確実な導通が可能となります。また従来のACFでは加熱、加圧された樹脂の内部で導電粒子を動かし、端子間に逃していましたが、新たに開発した粒子整列型ACFでは、整列させた粒子が動かないように流動を抑制する樹脂を開発しました。それにより、少ない粒子量でも少接続面積で確実に導通を確保しつつ、圧着時に粒子がほぼ移動しないため、ショートリスクを低減することができるようになりました。私たちはこの、「粒子を整列させて(Array)、固定する(Fix)」技術を用いた製品「ArrayFix」と名付け、特許を取得しました。

「ArrayFix」技術でさらなるファインピッチ接続を実現

下記は、従来ACFと粒子整列型ACFを用いて、ICチップを基板に接続したときの顕微鏡写真です。右側の粒子整列型ACFは、従来ACFに比べて粒子量で6万個から2.8万個と53%が削減され、最小接続面積は1300μ㎡が300μ㎡と77%低下させることに成功、最小の端子間隔は12μ㎡から10μ㎡へと17%狭くすることができます。

この新しい発想で開発された粒子整列型ACF「ArrayFix」は、最小バンプ間隔10μmでのファインピッチ接続が可能になるため、高精細なディスプレイパネルにおいて狭い接続面積で、信頼性高く接続することが可能です。また、粒子整列型ACFは従来のACFの実装設備がそのまま使用できため、新たな設備投資の必要がありません。4Kディスプレイの普及も進み、今後5G通信の開始などによってモバイル機器でも、より高精細で美しいディスプレイを搭載していくことが見込まれます。私たちデクセリアルズは「ArrayFix」によって、これらのディスプレイを確実につなぎ、高精細なディスプレイパネルを搭載したデジタル機器の開発を支援してまいります。

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