Die Vorteile und Hintergründe von ArrayFIX, einem Partikel-Array-ACF

Geschichte der Entwicklung des ACF

1977 leistete das Vorgängerunternehmen der Dexerials Corporation, Sony Chemicals, Pionierarbeit bei der Entwicklung anisotroper leitfähiger Filme (ACF) für IC-Verbindungen. Ein ACF besteht aus feinen leitfähigen Partikeln, die in einem duroplastischen Harz dispergiert sind. Mit diesem Material können durch Hitze und Druck mehrere Elektroden gleichzeitig verbunden werden. Über 40 Jahre nach seiner Entwicklung wurde der ACF mehrfach verbessert und ist heute ein unverzichtbarer Bestandteil digitaler Displays.

Die folgende Zeitleiste zeigt die Entwicklung von Material und Größe der leitfähigen Partikel in ACFs. Die ersten ACF verwendeten Kohlefaserleiter mit einer Größe von etwa 100 µm. Einige Jahre später kamen ACFs mit Metallpartikeln von 50 µm Durchmesser auf, etwa halb so groß wie die ursprünglichen. 1988 wurden leitfähige Partikel entwickelt, die mit Nickel oder Gold auf Harz beschichtet waren und zur Verbindung von Glassubstraten mit integrierten Schaltkreisen (ICs) eingesetzt wurden.

In den 1990er Jahren wurde die Technologie entwickelt, die Partikeloberfläche mit einer isolierenden Beschichtung zu versehen. Wenn die leitfähigen Partikel zwischen gegenüberliegenden Pads eingeschlossen werden, entfernt sich die Beschichtung und stellt elektrische Verbindungen her, während die nicht eingeschlossenen Partikel ihre Beschichtung behalten und die Isolierung aufrechterhalten. Dieser Mechanismus verhindert Kurzschlüsse zwischen benachbarten Pads und ermöglicht die Unterbringung kleiner ICs und mehrerer Pads mit geringem Abstand. Anfang der 2000er Jahre explodierte die Nachfrage nach ACFs, als der Übergang von CRT- zu LCD-Fernsehern begann. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass ACFs heute ein unverzichtbares Material für digitale Displays sind.

Die folgende Grafik zeigt ACF Anwendungen in LCD-Fernsehern und Smartphone-Displays. ACFs werden im Allgemeinen verwendet, um das Anzeigefeld mit dem flexiblen Substrat zu verbinden, das Signale an das Panel oder an den IC sendet. ACF Anwendungen umfassen: COG (Chip-on-Glass), Verbindung zwischen dem IC und dem Glassubstrat, FOG (Flex-on-Glass), Verbindung zwischen dem flexiblen Substrat und dem Glassubstrat, FOB (Flex-on-Board), Verbindung zwischen dem flexiblen Substrat und dem starren Substrat

ArrayFIX, ein anisotroper leitfähiger Film mit ausgerichteten Partikeln

Ein weiterer Durchbruch in der ACF-Technologie erfolgte 2014. Mit der Einführung von Fine-Pitch-Schaltungen wurden die Partikel in ACFs immer kleiner. 2016 wurde „ArrayFIX“ als neues ACF mit ausgerichteten leitfähigen Partikeln im Harz eingeführt. Zu den Anwendungen zählen unter anderem High-End-Smartphones, tragbare Geräte und Fahrzeugdisplays, die neben herkömmlichen LCDs auch organische Leuchtdioden (OLEDs) verwenden. Der Einsatz von ArrayFIX nimmt in Geräten zu, die hochzuverlässige Fine-Pitch-Verbindungen erfordern.

Das Bild unten zeigt die Partikelverteilung in einem herkömmlichen ACF (links) und einem ArrayFIX (rechts). Beim herkömmlichen Typ sind die kleinen Partikel zufällig verteilt, während sie beim ArrayFIX in regelmäßigen Abständen auf einer flachen Oberfläche angeordnet sind. Diese Art der Feinsteuerung der Partikelausrichtung im Harz erfordert eine spezielle Technologie, die nur Dexerials bietet.

Der größte Vorteil dieser Anordnung leitfähiger Partikel in regelmäßigen Abständen besteht darin, dass sie die Leitfähigkeit sicherstellt und das Risiko von Kurzschlüssen zwischen den Pads verringert. Die Leiterplatten haben immer feinere Abstände, die Fläche der Anschlusspads wird kleiner und der Abstand zwischen ihnen wird von Jahr zu Jahr geringer. Als Reaktion darauf hat die Menge der leitfähigen Partikel in herkömmlichen ACFs zugenommen, sodass selbst in den kleineren Pads mehr als die Standardanzahl an Partikeln eingeschlossen wird. Dies bedeutet jedoch, dass sich zwischen Pads mit geringem Abstand mehr Partikel befinden, wodurch die Möglichkeit eines Kurzschlusses steigt. Im Gegensatz dazu verringert ArrayFIX, wo die Partikel geordnet angeordnet sind, das Risiko eines Kurzschlusses durch Partikel-zu-Partikel-Kontakt zwischen den Pads. Dies liegt daran, dass die Partikel weit genug voneinander entfernt sind, um sicher zu sein, während gleichzeitig eine ausreichende Anzahl an Partikeln in den Pads eingeschlossen wird, um Leitfähigkeit zu gewährleisten.

Simulierter Partikelfang

Aufgrund seiner Fähigkeit, Partikel zuverlässig einzufangen und das Risiko eines Kurzschlusses zu reduzieren, wie oben beschrieben, wird ArrayFIX in High-End-Smartphone-Displays und in Automotive-Displays eingesetzt. Ein weiterer Vorteil des ArrayFIX ist, dass es einfach ist, die Anzahl der eingefangenen Partikel zu prognostizieren. Dies liegt daran, dass die Anzahl der gefangenen Partikel pro Pad bei herkömmlichen ACFs einer Wahrscheinlichkeitsverteilung folgt, während bei partikelangeordneten ACFs die Position der Partikel im Voraus entworfen und bestimmt wird, was einen sehr stabilen Partikeleinfang ermöglicht. Die Verkabelung und die Pads können im Voraus am Computer entworfen werden, was es den Kunden ermöglicht, ihre Entwürfe in kurzer Zeit zu überprüfen, was zu einer kürzeren Entwicklungszeit führt.

Dexerials bietet derzeit drei Haupttypen von ArrayFIX an: die PAF300-, PAF400- und PAF700-Serie. Sie unterscheiden sich in Partikelgröße, Abstand zwischen den Arrays und Aushärtungstemperatur des Basisklebstoffs und eignen sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen.

Seit der Markteinführung im Dezember 2016 steigt die Nachfrage nach ArrayFIX für flexible OLED Geräte, die COP-Verbindungen (Chip on Plastic) benötigen, kontinuierlich. Dexerials ist überzeugt, dass der Einsatz von ArrayFIX mit dem Wachstum des OLED Marktes weiter zunehmen wird.

ArrayFIX und sein Logo sind eingetragene Marken der Dexerials Corporation in Japan und anderen Ländern.