Die Grundlagen des anisotropen leitfähigen Films (ACF)

Was ist ein anisotroper leitfähiger Film (ACF)?

Anisotroper Leitfilm (ACF) dient als Klebstoff zur Befestigung und elektrischen Verbindung elektronischer Komponenten wie integrierter Schaltkreise (ICs) auf Leiterplatten. ACF wurde 1977 von Sony Chemicals (heute Dexerials Corporation) eingeführt und ist heute fester Bestandteil fast aller digitalen Geräte mit Flachbildschirmen – beispielsweise Smartphones, Tablets und HD-Fernseher.

ACFs werden typischerweise verwendet, um das Display mit dem flexiblen Substrat zu verbinden, das Signale an das Display oder den IC überträgt. Gängige ACF-Anwendungen sind: COG (Chip-on-Glass) verbindet IC und Glassubstrat; FOG (Flex-on-Glass) verbindet flexibles und Glassubstrat; FOB (Flex-on-Board) verbindet flexibles und starres Substrat. Weitere ACF-Anwendungen umfassen Chipkarten, Kameramodule für CCDs (Charge-Coupled Devices) und CMOSs (Complementary Metal Oxide Semiconductors).

Wie ACFs binden, leiten und isolieren können

ACFs erfüllen drei Hauptfunktionen: Haftung, Leitung und Isolierung. Ein wesentlicher Vorteil von ACFs ist die Fähigkeit, eine große Anzahl von Pads gleichzeitig zu verbinden. Dadurch sind feinere Verbindungen möglich als beim herkömmlichen Löten elektronischer Bauteile. Darüber hinaus ermöglichen ACFs das Bonden bei niedrigeren Temperaturen von 110 °C bis 180 °C.

ACFs bestehen aus leitfähigen Partikeln, die in einem duroplastischen Harz dispergiert sind. Es gibt verschiedene Arten leitfähiger Partikel in ACFs, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Eine typische leitfähige Partikelstruktur besteht aus einem mit Nickel oder Gold beschichteten Polymer, das Strom effizient leitet und zusätzlich mit einer isolierenden Schicht überzogen ist. Bei Einwirkung von Hitze und Druck fangen die gegenüberliegenden Pads die leitfähigen Partikel ein, wodurch die isolierende Schicht aufgebrochen und eine elektrische Verbindung zwischen den Pads hergestellt wird.

Partikel, die nicht zwischen den Pads eingeschlossen sind, werden innerhalb des Basisharzes der Folie zwischen den Pads transportiert. Dadurch bleibt die isolierende Beschichtung erhalten und Kurzschlüsse werden verhindert. In der folgenden Abbildung wird der Strom zwischen Pad und Substrat nur vertikal geleitet.

ACF-Implementierungsverfahren und Produktstruktur

Das Verfahren zum Montieren von IC-Chips usw. auf einer Platine mittels ACF ist wie folgt. Reinigen Sie zunächst die Oberfläche der zu verbindenden Platine (SCHRITT 1), befestigen Sie dann das ACF und wenden Sie Hitze und Druck an, während sich noch die Trennfolie darauf befindet (SCHRITT 2). Anschließend wird die Trennfolie abgezogen (SCHRITT 3) und ein Ausrichtungsprozess durchgeführt, um die Elektroden des zu verbindenden IC-Chips präzise auszurichten (SCHRITT 4). Danach wird der Chip zum Verbinden erneut erhitzt und angedrückt (SCHRITT 5).

ACF wird in Rollenform verkauft, wie auf dem Foto unten gezeigt. Die ACF-Typen von Dexerials sind in vielen verschiedenen Ausführungen erhältlich, mit Filmdicken von 10 bis 45 μm und Breiten von 0,5 bis 20 mm. Außerdem bieten wir verschiedene Längen entsprechend Ihren Anforderungen an, von 10 m bis zu 300 m. Der Grund für die Nachfrage nach längeren Rollen liegt darin, dass mit der Größe der Fernsehbildschirme auch die zu montierende Fläche deutlich größer geworden ist als früher.

Das Diagramm rechts unten zeigt die beiden Arten der ACF-Versorgungsformen. Es gibt dreischichtige Typen, bei denen ACF zwischen einer Schutzfolie und einer Trennfolie eingeschlossen ist, und zweischichtige Typen, die nur über eine Trennfolie verfügen. Der Vorteil beider Varianten besteht darin, dass bei der dreischichtigen Variante die Gefahr einer Verunreinigung durch Staub und andere Partikel verringert wird, während bei der zweischichtigen Variante die Abdeckfolie (Schutzfolie) bei der Montage nicht entfernt werden muss.

Vorteile der Bauteilmontage mit ACF

Mit dem technologischen Fortschritt werden Leiterplatten immer feiner, die Fläche der Anschlussflächen schrumpft und der Abstand zwischen ihnen wird kleiner. Während traditionell Reflow-Löten und Steckverbinderkomponenten zum Verbinden elektronischer Komponenten wie ICs mit Leiterplatten verwendet werden, bieten ACFs eine Lösung für diese Trends.

Ein Nachteil von ACF besteht jedoch darin, dass es schwierig ist, Komponenten unterschiedlicher Form gleichzeitig zu verbinden, was beim Reflow-Löten häufig vorkommt. Da es sich bei ACF um einen Klebstoff handelt, lässt es sich im Gegensatz zu mechanischen Steckverbindern nicht beliebig entfernen und wieder anbringen.​​

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ACF wird auch häufig in OLED-Displays, LCD-Displays, LCOS-Displays und Silizium-OLED-Displays von VR/MR-Geräten verwendet, um die Treiber-ICs, die die Bilder steuern, elektrisch mit den Leiterplatten zu verbinden. (Einzelheiten finden Sie im Artikel „Angewandte Technologien für VR-, AR-, MR- und XR-bezogene Produkte – Reaktion auf den wachsenden Metaverse-Markt“.)

Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der Vorteile der Implementierung von ACF:

• Komponenten können auf Glassubstraten montiert werden
• Es können mehrere Terminals gleichzeitig angeschlossen werden
• Unterstützt Fine-Pitch-Verbindungen
• Bleifrei kompatibel
• Kurzzeitige Verbindung bei relativ niedrigen Temperaturen
• Die Montagefläche kann dünner gestaltet werden.

ACF-Entwicklungsgeschichte und Innovation

Dexerials hat ACF seit seiner Einführung 1977 kontinuierlich verbessert. Anfangs wurden als leitfähige Partikel Kohlefasern und Lötpartikel verwendet. 1988 entwickelte Dexerials jedoch vernickelte und vergoldete Partikel. In den 1990er Jahren entwickelte Dexerials erfolgreich eine Technologie zur Beschichtung der Oberfläche mit Isoliermaterial. Mit der Entwicklung digitaler Geräte hin zu höherer Auflösung passte sich Dexerials dem Trend zu Fine-Pitch-Verbindungen an und reduzierte die Partikelgröße von 5 μm auf 2,8 μm. 2014 entwickelte Dexerials eine Technologie zur gleichmäßigen Ausrichtung leitfähiger Partikel in duroplastischem Harz und begann 2016 mit der Vermarktung des Produkts unter dem Namen „Particle-Arrayed Anisotropic Conductive Film“ (ArrayFIX). Dieses Produkt trägt zur Miniaturisierung und schlankeren Bauweise digitaler Geräte sowie zu höher auflösenden Displays bei.​​

So wählen Sie den besten ACF aus

Um das optimale ACF auszuwählen, müssen im Voraus die Art des Substrats, der Bereich der Verbindung, der Abstand zwischen den Anschlüssen, die Höhe der Anschlüsse und die Wärmebeständigkeit berücksichtigt werden.

ACF besteht aus wärmehärtenden Epoxid- und Acrylharzen. Wenn Sie ein FPC auf einer Platine (Leiterplatte oder Glasplatine) montieren und das Design Nacharbeiten nach der Montage berücksichtigt, empfehlen wir ACF mit Acrylharz. (Bitte haben Sie Verständnis dafür, dass wir die Nacharbeit selbst nicht empfehlen. Wir empfehlen Ihnen, vor der Nacharbeit eine Zuverlässigkeitsbewertung und andere Verfahren durchzuführen, um zu bestätigen, dass keine Probleme vorliegen.) Der Grund, warum wir ACF mit Epoxidharz nicht empfehlen, besteht darin, dass sich ausgehärtetes Epoxidharz nicht in Lösungsmitteln auflöst und die Rückstände abgekratzt werden müssen, was häufig zu Schäden an der Platine führt, die Sie nachbearbeiten möchten.

Bei der Nacharbeit nach dem Verkleben wird normalerweise der Montagebereich mit einer Heißluftpistole, einem Bügeleisen oder einer Heizplatte erhitzt und anschließend das FPC abgezogen. Anschließend werden eventuelle ausgehärtete Harzrückstände zwischen den Verdrahtungen auf der Platine mit einem Lösungsmittel wie MEK oder NMP und einem Wattestäbchen vorsichtig entfernt. Von einer Wiederverwendung von FPCs ist allerdings abzuraten, da diese sich beim Entfernen häufig wellen und sich Harzrückstände zwischen den Drähten auf dem FPC nur schwer reinigen lassen.

Dexerials ist seit über 40 Jahren führend in der ACF-Technologie und bietet Dienstleistungen wie die Ersteinrichtung, die Erstellung eines geeigneten ACF sowie die Analyse und Evaluierung nach der Verbindung an. Bei Fragen zur ACF-Anwendung wenden Sie sich bitte an Dexerials.