새로운 ACF 응용 분야 - 디스플레이부터 카메라 모듈까지

이방성 전도성 필름(ACF)의 주요 응용 분야

이방성 전도성 필름(ACF)은 IC(집적회로)와 같은 전자 부품을 회로 기판에 고정하고 전기적으로 연결하는 접착제입니다. 전도성 입자는 열경화성 수지에 분산되어 있습니다. 열과 압력을 가하면 전도성 입자가 패드 사이에 끼어 서로 맞닿는 패드 사이에 전기 전도성을 형성합니다. ACF는 접착, 전도, 절연 기능을 갖추고 있어 기존의 납땜 및 커넥터를 대체하며 접합 재료로 활용도가 높아지고 있습니다. 특히 스마트 카드, 미세 피치 연결(가늘고 긴 전선이 동시에 연결되는 방식)이 필요한 디스플레이, 그리고 저온 연결이 필요한 터치 패널의 전기 회로 연결에 활용되어 왔습니다.

최근 몇 년 동안 ACF는 스마트폰, 태블릿, 차량 내 및 보안 카메라용 카메라 모듈의 접착제로도 사용되었습니다. 이 문서에서는 카메라 모듈에 사용되는 ACF의 기능에 대해 설명합니다.

디스플레이에 사용되는 ACF 대 카메라 모듈에 사용되는 ACF

카메라 모듈은 디스플레이 및 기타 장치보다 연결 패드 수가 적습니다. 대형 스크린 TV와 같은 대형 디스플레이에서는 픽셀 수가 증가함에 따라 ACF로 연결된 패드의 수가 증가합니다. 제품에 따라 하나의 장치에 수천 개의 패드를 동시에 연결할 수 있습니다. 이에 비해 카메라 모듈에는 패드가 수십 개에 불과하고 각 패드 영역이 큽니다.

이 외, 실장 재료로서의 ACF에도 디스플레이용과 크게 다른 점이 있습니다. 이것은, 「도전」의 기능을 발휘하기 위해서 ACF에 포함되어 있는 도전 입자가 직경 약 20μm와 비교적 큰 입자인 것입니다(디스플레이용 ACF에 포함되는 도전 입자는 수 미크론 정도).

디스플레이에 사용되는 유리 기판과 비교할 때 카메라 모듈에 사용되는 구성 요소 및 기판의 접합 영역은 유리 또는 IC의 접착 영역만큼 평평하지 않습니다. 사용된 구성 요소의 구조와 크기에 따라 일부 구성 요소에는 접합 영역의 평탄도가 20μm를 초과하는 왜곡이 있습니다. 따라서 카메라 모듈에 사용되는 ACF에 대해 더 큰 입자 크기가 필요합니다.

대경 도전 입자로 기판의 왜곡에 의한 접속의 난점을 해소

디스플레이에 사용되는 유리 기판에 비해 세라믹 회로 기판 및 인쇄 회로 기판의 변형이 높은 이유는 제조 방법의 차이 때문입니다. 유리 기판은 단층이며 액체 원료를 응고시켜 만들어지기 때문에 표면이 평평합니다. 반면에, 세라믹 기판과 같은 다층 구조의 회로 기판은 열적 및 기계적 특성이 다른 여러 층의 재료와 적층 및 통합되어 필연적으로 왜곡을 유발합니다. 특히 세라믹 기판의 경우, '소성' 공정은 기판이 도자기처럼 수축하기 때문에 상대적으로 큰 변형을 일으킵니다. 또한 카메라 모듈의 경우 센서 섹션을 피하기 위해 창과 같은 공간이 필요하며, 이는 왜곡의 원인이 됩니다.

아래 그림과 같이 연결 회로의 경우 ACF는 전도성 입자가 반대쪽 패드 사이에 끼워져 갇힐 때 전기를 전도합니다. 평평하지 않은 압착 영역이 있는 보드에 작은 직경의 전도성 입자를 사용하면 입자가 갇히지 않을 수 있으므로 전도성이 발생하지 않을 수 있습니다. 이러한 이유로 카메라 모듈 조립에 사용되는 ACF는 디스플레이에 사용되는 기존 ACF보다 직경이 더 큰 전도성 입자를 사용합니다.

덱세리얼즈에서는 대경 도전 입자의 효과를 검증하기 위해 약 40μm의 변형을 가진 세라믹 기판과 도전 입자 직경이 다른 2종류의 ACF를 준비했습니다. 아래의 2개의 그래프는, 상측이 직경 약 10μm의 도전 입자, 하측이 약 20μm의 도전 입자를 포함하는 ACF로 회로를 접속했을 때의, 회로 하나 하나의 「저항값」을 나타내고 있습니다. 위의 그래프를 보면 빨간색 점선으로 둘러싸인 부분이 높아지지만, 즉 회로가 잘 연결되지 않았음을 의미하며 기판 왜곡의 경향과 대략 일치합니다. 이에 대해 아래쪽 그래프는 어느 단자도 거의 같은 저항값이 되고 있어 기판에 왜곡이 있어도 정상적으로 도통이 취해지고 있는 것을 알 수 있습니다.

저압으로 접합할 수 있는 장점

직경이 큰 입자가 있는 ACF의 주요 장점 중 하나는 낮은 압력에서 결합할 수 있다는 것입니다. 카메라 성능은 스마트폰에서 없어서는 안 될 요소입니다. 이러한 카메라는 매우 정밀하게 제작되며, 카메라 모듈 조립에서 ACF는 카메라 본체에 불필요한 힘을 가하지 않도록 더 낮은 압력에서 접착할 수 있어야 합니다.

입자가 큰 지름이 될수록 적은 힘으로 변형되어 붕괴되기 때문에 작은 압력으로 도통을 취할 수 있습니다. 아래는 10μm, 15μm, 20μm의 도전 입자에 0.5MPa~2.0MPa의 압력을 가했을 때의 확대 사진입니다. 직경이 커질수록 적은 압력으로 변형하고 있는 것을 확인할 수 있습니다.

위에서는 카메라 모듈 조립에 사용되는 대구경 전도성 입자가 있는 ACF의 특징을 설명합니다. 최근 몇 년 동안 카메라는 스마트폰을 포함한 다양한 전자 제품에 설치되었습니다. 자동차 카메라 센서에 대한 수요는 앞으로 급격히 증가할 것으로 예상되며, 이에 따라 카메라 모듈에 사용되는 ACF의 적용이 더욱 확대될 것입니다.