ArrayFIX의 비밀, 입자배열 ACF

ArrayFIX 로고의 15° 각도 비밀

덱세리얼즈(Dexerials)는 2016년 입자 배열형 이방성 전도성 필름(ACF)인 ArrayFIX를 출시했습니다. 전도성 입자는 열경화성 수지에 분산되어 균일하게 정렬됩니다. 이러한 전도성 입자의 정렬은 안정적인 패드 연결을 보장하고 패드 간 단락 위험을 줄여줍니다.

이쪽은 ArrayFIX의 로고입니다만, 세로의 라인이 우측에 조금 기울어지고 있는 것을 알 수 있습니다. 기울기의 각도는 15°가 되고 있습니다만, 실은 그 각도에, ArrayFIX의 큰 특징이 숨겨져 있습니다. 본 기사에서는 그 비밀과 더욱 진화한 최신형 ArrayFIX에 대해 설명합니다.

아래 그래프는 COG(Chip on Glass) 본딩 중 패드당 포집된 입자 수의 분포를 보여줍니다. 기존 ACF에서는 포집된 입자 수가 4개에서 18개까지 정규 분포를 보입니다. 반면, ArrayFIX를 사용한 포집된 입자 수는 9개에서 12개로 매우 안정적입니다.

15° 각도를 실현하는 안정적인 연결

ArrayFIX는 왜 이렇게 안정된 연결을 실현할 수 있는가? ArrayFIX의 안정성의 큰 이유는 입자 정렬의 "각도"입니다. 도전 입자를 정렬시킬 때, 가장 효율적으로 단자에 포착되는 배열은 아래 그림에 나타내는 「육방 충전」의 형태입니다.

ArrayFIX는 개발 단계부터 이 육방 충전 형태로 입자가 늘어서 있었습니다. 하지만 있을 때 큰 문제를 깨닫습니다. 아래의 왼쪽 그림은 단자의 장변 방향에 대해 평행(각도 0°)으로 입자가 늘어서 있는 모습을 나타내고 있습니다만, 단자에 대해 입자가 평행하게 늘어서 입자 포착이 제로의 단자가 출현할 가능성이 나왔습니다.

이 문제를 해결하기 위해 만들어진 아이디어가 아래의 오른쪽 그림과 같이 "입자의 줄을 굳이 기울이는 것"이었습니다. 단자에 대해 15°의 각도가 붙음으로써, 어느 단자와도 반드시 입자가 늘어선 선이 교차하게 되어, 확실한 입자 포착을 실현할 수 있게 됩니다. ArrayFIX는 2016년 출시부터 이 15° 각도로 설계되었습니다.

최신형 「캐스케이드 디자인」ArrayFIX

그러나 최근에 ArrayFIX에도 새로운 브레이크 스루가 요구되게 되었습니다. 주로 디스플레이의 FOG(Film on Glass) 접속에서는, 파인 피치화가 진행되면 필름(플렉시블) 기판측, 유리 기판측 모두 단자폭이 가늘어져 갑니다. 최근에는 단자 폭이 10 미크론을 자르는 단자도 등장하고 있어, 서로의 기판의 단자 위치를 맞추기가 어려워지고 있습니다.

실제의 ACF 실장에서는, 실장기에 탑재된 카메라를 사용해 기판의 얼라인먼트(정렬)를 실시합니다만, 단자폭이 매우 작은 것으로부터 어긋남을 최소화하기 위한 위치 조정에 시간이 걸리거나, 최악의 경우, 조정할 수 없고 타임 아웃(기계가 일시정지) 하는 일이 있습니다. 그것을 회피하기 위해, 아래와 같이 「부채 모양」에 단자를 디자인한 기판이 등장한 것입니다. 그 결과, 당사도 그 기판에 대응할 수 있는 ACF를 제공할 필요가 되었습니다.

이 그림을 보시면 알 수 있듯이 단자를 부채 모양으로 배치하면 기판의 중앙에서 좌우로 연결 단자에 각각 다른 각도가 붙습니다. 또, ArrayFIX에 의한 입자 포착의 상태(외형)가, 중앙을 기축으로서 좌측과 우측에서 다르다. 도전 입자의 포착수에 있어서는, 좌우로 그다지 차이는 없습니다만, 고객으로부터 「포착 상태(외형)를 전체적으로 동일하게 해 주었으면 한다」라고 하는 요망이 전해진 것으로부터, 우리가 개발한 것이 「캐스케이드」라고 불리는 디자인이었습니다.

'캐스케이드'란 영어로 '여러가지 늘어선 폭포'를 의미하며, 그것이 돌아서 '같은 구조가 수주 연결로 반복해서 나타나는 구조'를 말합니다. 아래는 우리가 새로 개발한 '캐스케이드 디자인'의 최신형 ArrayFIX 입자 레이아웃을 보여줍니다. 입자의 배열이 오른쪽으로 경사져 있는 영역 A와 왼쪽으로 경사져 있는 영역 B를 서로 엇갈리게 ABABAB…

이쪽은 캐스케이드 디자인의 ArrayFIX를 사용해 단자를 접속했을 때의 모식도가 됩니다. 대각선으로 기울어진 좌우 단자와 중앙 단자는 모두 큰 편향없이 입자를 포착합니다.

아래 사진과 그래프는 타입 A(기울기 0°), 타입 B(기울기 15°), 타입 C(캐스케이드 디자인)의 3종류의 ArrayFIX로 단자의 배치 각도를 변화시켰을 때의 입자의 최소 포착수의 시뮬레이션 결과와 실제로 포착된 입자의 모습을 나타낸 사진입니다. 시뮬레이션상, 타입 A(기울기 0°)의 접속에서는 단자의 기울기가 0°(입자 배열과 단자가 평행)일 때에 입자 포착 제로가 출현합니다. 이에 대해 타입 B(기울기 15°), 타입 C(캐스케이드 디자인)의 접속에서는 단자에 각도가 붙어도 입자의 포착수는 안정되어 있습니다.

그렇다면 외관은 어떻습니까? 타입 B에서는 좌측과 우측에서 입자의 포착(외형)의 모습이 크게 다르지만, 타입 C(캐스케이드 디자인)에서는 좌측·중앙·우측의 어느 단자도 마찬가지로 입자를 포착하고 있는 모습을 볼 수 있습니다. 캐스케이드 디자인에 의해 입자 포착의 안정과 동시에 외관의 개선도 할 수 있음이 실증되어, 앞서 언급한 고객의 요구에 응할 수 있는 제품을 개발할 수 있었습니다.

입자를 의도적으로 배치하여 새로운 아이디어 실현을 지원

이상, 덱세리얼즈가 개발한 최신의 「캐스케이드 디자인」ArrayFIX에 대해 해설했습니다. 열경화성 수지에서 눈에 보이지 않을 정도로 작은 입자를 정연하게 정렬시킬 뿐만 아니라 의도한 위치에 정렬시킨다. 이를 실현하려면 첨단 설계 기술, 가공 기술이 필요하며, 현시점에서는 세계에서 덱세리얼즈만이 생산할 수 있는 제품입니다.

앞으로도 덱세리얼즈는 고객의 요구에 부응하고 새로운 응용 프로그램을 발굴하기 위해 ArrayFIX를 개선해 나갈 것입니다. 이러한 응용 분야에는 마이크로 LED 디스플레이, AR/VR 안경 및 스마트폰 카메라 모듈이 포함될 수 있지만 이에 국한되지 않습니다. 또한, 덱세리얼즈는 전자 부품의 접합을 위해 땜납을 대신해 금속 입자를 사용하는 새로운 ArrayFIX의 개발도 검토하고 있습니다. 미래에는 ArrayFIX의 가능성이 계속 확장되고 있습니다.

ArrayFIX와 그 로고는 덱세리얼즈 주식회사의 일본 및 기타 국가에 등록 상표입니다.