Neue ACF-Anwendungen – vom Display bis zum Kameramodul

Hauptanwendungen anisotroper leitfähiger Filme (ACFs)

Anisotroper Leitfilm (ACF) ist ein Klebstoff, der elektronische Komponenten wie ICs (integrierte Schaltkreise) auf Leiterplatten fixiert und elektrisch verbindet. Leitfähige Partikel sind in einem duroplastischen Harz dispergiert. Durch Hitze und Druck werden die leitfähigen Partikel zwischen den Pads eingeschlossen und erzeugen so elektrische Leitfähigkeit zwischen den gegenüberliegenden Pads. Da ACFs haften, leiten und isolieren können, werden sie zunehmend als Verbindungsmaterial eingesetzt und ersetzen herkömmliche Lötmittel und Steckverbinder. Sie werden insbesondere zum Verbinden von elektrischen Schaltkreisen in Chipkarten, Displays mit Fine-Pitch-Verbindungen (bei denen feine Drähte gleichzeitig verbunden werden) und Touchpanels mit Niedertemperaturverbindungen eingesetzt.

In den letzten Jahren wurden ACFs auch als Klebstoff in Kameramodulen für Smartphones, Tablets, Fahrzeugkameras und Überwachungskameras eingesetzt. Dieser Artikel beschreibt die Eigenschaften von ACFs in Kameramodulen.

In Displays verwendete ACFs vs. in Kameramodulen verwendete ACFs

Kameramodule verfügen über weniger Anschlussflächen als Displays und andere Geräte. Bei großen Displays, wie z. B. Großbildfernsehern, steigt die Anzahl der durch ACFs verbundenen Pads mit der Pixelanzahl. Je nach Produkt können Tausende von Pads gleichzeitig in einer Einheit verbunden sein. Im Vergleich dazu verfügen Kameramodule nur über wenige Dutzend Pads, und jedes Pad ist groß.

Darüber hinaus unterscheidet sich ACF als Montagematerial auch wesentlich von dem für Displays verwendeten. Die in ACF enthaltenen leitfähigen Partikel, die die Leitfähigkeit gewährleisten, sind mit einem Durchmesser von etwa 20 μm relativ groß (die in ACF für Displays enthaltenen leitfähigen Partikel liegen im Bereich einiger Mikrometer).

Im Vergleich zu Glassubstraten in Displays ist die Verbindungsfläche von Komponenten und Substraten in Kameramodulen nicht so flach wie die von Glas oder ICs. Je nach Struktur und Größe der verwendeten Komponente weisen einige Komponenten Verformungen auf, sodass die Ebenheit der Verbindungsfläche 20 μm überschreitet. Daher besteht Bedarf an größeren Partikelgrößen für ACFs in Kameramodulen.

Leitfähige Partikel mit großem Durchmesser eliminieren Verbindungsprobleme, die durch Platinenverzerrungen verursacht werden

Der Grund für die höhere Verzerrung von Keramikleiterplatten und gedruckten Leiterplatten im Vergleich zu Glassubstraten, die in Displays verwendet werden, liegt in den unterschiedlichen Herstellungsverfahren. Glassubstrate sind einschichtig und werden durch Verfestigen flüssiger Rohstoffe hergestellt, was zu flachen Oberflächen führt. Leiterplatten mit mehrschichtiger Struktur, wie beispielsweise Keramiksubstrate, werden dagegen mit mehreren Materialschichten mit unterschiedlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften laminiert und integriert, was zwangsläufig zu Verzerrungen führt. Insbesondere bei Keramiksubstraten verursacht der Brennprozess relativ große Verzerrungen, da das Substrat wie Porzellan schrumpft. Zudem ist für Kameramodule ein fensterartiger Raum erforderlich, um den Sensorbereich zu umgehen, was ebenfalls zur Verzerrung beiträgt.

Wie in der Abbildung unten dargestellt, leiten ACFs beim Verbinden von Schaltkreisen Strom, wenn die leitfähigen Partikel zwischen gegenüberliegenden Pads eingeschlossen sind. Werden leitfähige Partikel mit kleinem Durchmesser auf einer Platine mit nicht ebenem Crimpbereich verwendet, können die Partikel nicht eingeschlossen werden, sodass keine Leitfähigkeit entsteht. Aus diesem Grund verwenden ACFs bei der Montage von Kameramodulen leitfähige Partikel mit größerem Durchmesser als die herkömmlichen ACFs in Displays.

Um die Wirkung leitfähiger Partikel mit großem Durchmesser zu überprüfen, bereitete Dexerials ein Keramiksubstrat mit einer Verzerrung von ungefähr 40 μm und zwei Arten von ACF mit unterschiedlichen leitfähigen Partikelgrößen vor. Die beiden folgenden Diagramme zeigen den „Widerstandswert“ jedes Schaltkreises, wenn die Schaltkreise mit ACF verbunden sind, wobei das obere Diagramm leitfähige Partikel mit einem Durchmesser von ungefähr 10 μm und das untere leitfähige Partikel mit einem Durchmesser von ungefähr 20 μm enthält. In der Grafik oben ist der Bereich um die rote gepunktete Linie herum hoch, was bedeutet, dass der Schaltkreis nicht richtig angeschlossen ist, und dies entspricht in etwa der Tendenz zur Platinenverzerrung. Im Gegensatz dazu zeigt die untere Grafik, dass alle Anschlüsse ungefähr den gleichen Widerstandswert aufweisen, was darauf hindeutet, dass auch bei Verformung der Platine eine normale Leitfähigkeit erreicht wird.

Vorteile des Niederdruckklebens

Ein großer Vorteil von ACFs mit großen Partikeldurchmessern ist, dass sie bei niedrigem Druck verklebt werden können. Die Kameraleistung ist ein unverzichtbarer Aspekt von Smartphones. Diese Kameras werden mit hoher Präzision gefertigt, und bei der Montage von Kameramodulen müssen ACFs bei geringerem Druck verklebt werden können, um unnötige Kräfte auf das Kameragehäuse zu vermeiden.

Je größer die Partikel sind, desto weniger Kraft ist erforderlich, um sie zu verformen und zu zerkleinern. Daher kann Leitfähigkeit bereits mit geringem Druck erreicht werden. Unten sehen Sie vergrößerte Fotos von leitfähigen Partikeln von 10 μm, 15 μm und 20 μm, die einem Druck von 0,5 MPa bis 2,0 MPa ausgesetzt waren. Man erkennt, dass je größer der Durchmesser ist, desto weniger Druck erforderlich ist, um eine Verformung hervorzurufen.

Die obigen Ausführungen erläutern die Eigenschaften von ACFs mit leitfähigen Partikeln großen Durchmessers, die bei der Montage von Kameramodulen verwendet werden. In den letzten Jahren wurden Kameras in einer Vielzahl von elektronischen Produkten, darunter auch Smartphones, verbaut. Die Nachfrage nach Kamerasensoren für Automobile dürfte künftig stark steigen, was den Einsatz von ACFs in Kameramodulen weiter ausweiten wird.