이방성 전도성 필름(ACF)의 기본

이방성 전도성 필름(ACF)이란?

이방성 전도성 필름(ACF)은 집적 회로(IC)와 같은 전자 부품을 회로 기판에 고정하고 전기적으로 연결하기 위한 접착제 역할을 합니다. 1977년 Sony Chemicals(현 Dexerials Corporation)에서 처음 도입한 ACF는 현재 스마트폰, 태블릿, 고화질 TV 등 평판 디스플레이를 사용하는 거의 모든 디지털 기기에서 필수품이 되었습니다.

ACF는 일반적으로 패널 또는 IC로 신호를 전송하는 플렉시블 기판에 디스플레이 패널을 연결하는 데 사용됩니다. ACF의 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다. COG(Chip-on-Glass), IC와 유리 기판을 연결하는 FOG(Flex-on-Glass)는 유연한 기판과 유리 기판을 연결합니다. 유연한 기판과 강성 기판을 연결하는 FOB (Flex-on-Board) ACF의 다른 응용 분야는 스마트 카드, CCD(전하 결합 장치)용 카메라 모듈 및 CMOS(상보 금속 산화물 반도체)로 확장됩니다.

ACF가 어떻게 결합하고, 전도하고, 절연할 수 있는가

ACF는 접착, 전도, 절연이라는 세 가지 주요 기능을 수행합니다. ACF의 주요 장점 중 하나는 여러 개의 패드를 동시에 연결할 수 있어 전자 부품 접합에 사용되는 기존 납땜 방식보다 더욱 미세한 피치의 연결이 가능하다는 것입니다. 또한, ACF는 110°C에서 180°C 사이의 낮은 온도에서도 접합이 가능합니다.

ACF는 열경화성 수지에 분산된 전도성 입자로 구성됩니다. ACF에는 다양한 유형의 전도성 입자가 있어 다양한 요구 사항을 충족합니다. 일반적인 전도성 입자 구조는 전기를 효율적으로 전도하는 니켈이나 금으로 코팅된 폴리머로 구성되며, 그 위에 절연 코팅이 추가로 덮여 있습니다. 열과 압력이 가해지면, 반대편 패드가 전도성 입자를 포획하여 절연 코팅을 파괴하고 패드 사이에 전기적 연결을 형성합니다.

패드 사이에 끼어 있지 않은 입자는 필름의 베이스 수지 내에서 패드 사이로 이동하여 절연 코팅을 유지하고 단락을 방지합니다. 아래 그림에서 패드와 기판 사이의 전기는 수직 방향으로만 전도됩니다.

ACF 구현 절차 및 제품 구조

ACF에 의해 기판에 IC칩 등을 실장하는 순서는 아래와 같습니다. 먼저 접속하는 기판의 표면을 세정하고(STEP1), ACF를 붙여 박리 필름이 붙은 채로 열과 압력을 가합니다(STEP2). 그 후, 박리 필름을 벗겨(STEP3), 접속하고 싶은 IC칩의 전극의 위치를 정확하게 맞추는 정렬 작업을 실시한 후(STEP4), 다시 가열 압착하여 접속합니다(STEP5).

ACF는 아래 사진과 같이 릴 형태로 판매됩니다. 덱세리얼즈의 ACF는 필름의 두께 10~45μm, 폭은 0.5~20mm까지 많은 종류를 라인업하고 있습니다. 또한 길이도 수요에 따라 10m로 짧은 것에서 최대 300m까지 갖추고 있습니다. 보다 긴 릴이 요구되게 된 배경에는, 텔레비전의 대화면화에 따라, 실장하는 범위가 이전에 비해 대폭으로 길어진 적이 있습니다.

아래 오른쪽 그림은 ACF 공급 형태의 두 가지 유형입니다. ACF를 보호 필름과 박리 필름으로 끼운 3층 타입과 박리 필름만의 2층 타입이 있습니다. 3층 타입은 쓰레기등의 혼입 리스크를 저감할 수 있어, 2층 타입은 실장시에 커버(보호) 필름을 벗기는 수고가 없는 것이 각각의 장점이 되고 있습니다.

ACF로 부품 실장의 이점

기술이 매년 발전함에 따라 회로 기판은 점점 더 미세 피치화되고, 연결 패드의 면적은 줄어들고, 패드 사이의 간격도 좁아지고 있습니다. IC와 같은 전자 부품을 회로 기판에 접합하는 데는 전통적으로 리플로우 솔더링과 커넥터 부품이 사용되었지만, ACF는 이러한 추세에 대한 해결책을 제공합니다.

하지만 ACF의 단점은 리플로우 솔더링에서 흔히 볼 수 있듯이 서로 다른 모양의 부품을 동시에 접합하는 것이 어렵다는 것입니다. 또한, ACF는 접착제이기 때문에 기계적 커넥터처럼 자유롭게 제거하고 다시 부착할 수 없습니다.​​

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VR·MR 디바이스의 유기 EL 디스플레이, 액정 디스플레이, LCOS 디스플레이, 실리콘 유기 EL 디스플레이에서도 영상을 제어하는 드라이버 IC와 회로 기판의 전기적 접속을 위해 ACF가 널리 채용되고 있습니다. (자세한 내용은 「VR・AR・MR・XR 관련 제품에의 응용 기술——확대하는 메타버스 시장에 응한다」의 기사를 봐 주세요)

다음은 ACF 구현의 장점 요약입니다.

• 유리 기판에 부품 실장 가능
• 다단자의 일괄 접속이 가능
• 파인 피치 접속에 대응
• 무연 대응
• 상대적으로 저온에서 단시간 연결
• 실장부의 박형화가 가능

ACF 개발의 역사와 혁신

덱세리얼즈는 1977년 ACF(이방성 전도성 필름) 출시 이후 꾸준히 발전시켜 왔습니다. 초기에는 탄소 섬유와 땜납 입자를 전도성 입자로 사용했습니다. 그러나 1988년 니켈과 금으로 도금된 입자를 개발했습니다. 1990년대에는 표면에 절연 물질을 코팅하는 기술을 성공적으로 개발했습니다. 디지털 기기의 고선명화 추세에 발맞춰 덱세리얼즈는 입자 크기를 5μm에서 2.8μm로 줄여 미세 피치 연결 추세에 발맞춰 왔습니다. 2014년에는 열경화성 수지에 전도성 입자를 균일하게 정렬하는 기술을 개발했고, 2016년에는 "입자 배열 이방성 전도성 필름"(ArrayFIX, Particle-Arrayed Anisotropic Conductive Film)이라는 이름으로 마케팅을 시작했습니다. 이 제품은 디지털 기기의 소형화, 슬림화, 고해상도 디스플레이 구현에 기여합니다.​​

최적의 ACF를 선택하기 위해

최적의 ACF를 선택하기 위해서는 피착체의 종류, 접속부의 면적, 단자간의 거리, 단자의 높이, 열에 대한 내성 등을 미리 검토해 두는 것이 필요합니다.

ACF는 열로 경화하는 에폭시 수지와 아크릴 수지로 구성되어 있습니다. FPC와 기판(PCB 기판이나 유리 기판)을 실장하는 용도로, 실장 후에 재작업하는 것을 염두에 둔 설계를 하는 경우에는, 아크릴 수지를 사용한 ACF를 추천하고 있습니다. (리워크 자체를 폐사가 추천하고 있는 것은 아닌 점은 이해해 주세요.리워크는 신뢰성 평가 등을 실시해, 문제가 없는 것을 확인한 후, 실시하는 것을 추천합니다.)

본 압착 후의 리워크는 통상, 실장부를 히트 건이나 다리미, 핫 플레이트 등으로 따뜻하게 하고, 그 후에 FPC를 벗겨내게 됩니다. 그 후, 기판상의 배선 사이의 경화된 수지의 잔사는 MEK나 NMP 등의 용제와 면봉을 사용해, 정중하게 제거합니다. 다만, 박리할 때에 FPC는 컬해 버리는 경우가 많고, 또, FPC측의 배선간의 수지의 잔사의 클리닝은 어렵기 때문에, FPC를 재이용하는 것은 추천하고 있지 않습니다.

40년 이상 ACF 기술 분야에서 선두적인 입지를 다져온 Dexerials는 초기 설정, 적절한 ACF 제안, 그리고 연결 후 분석 및 평가를 포함한 다양한 서비스를 제공합니다. ACF 적용에 대한 문의 사항이 있으시면 언제든지 Dexerials로 연락해 주십시오.