各向異性導電薄膜 (ACF) 的基本原理

何謂各向異性導電薄膜 (ACF)？

各向異性導電膜 （ACF） 用作粘合劑，用於將電子元件（如積體電路 （IC））固定和電氣連接到電路板。ACF 最初由 Sony Chemicals（現為 Dexerials Corporation）於 1977 年推出，現在幾乎是所有採用平板顯示器的數字設備（例如智慧手機、平板電腦和高清電視）的主打產品。

ACF 通常用於將顯示面板連接到柔性基板，該基板將信號傳輸到面板或IC。ACF 的常見應用包括： COG（Chip-on-Glass），連接IC和玻璃基板 FOG （Flex-on-Glass），連接柔性基板和玻璃基板 FOB （Flex-on-Board），連接柔性基板和剛性基板 ACF 的其他應用擴展到智慧卡、CCD（電荷耦合器件）的攝像頭模組和 CMOS（互補金屬氧化物半導體）。

ACF 如何黏合、導電和絕緣

ACF 主要具有三大功能：黏合、導電和絕緣。 ACF 的一大顯著優勢在於能夠同時連接大量焊盤，從而實現比傳統電子元件焊接方法更細的間距連接。此外，ACF 還能在 110°C 至 180°C 的較低溫度下進行黏合。

ACF 由分散在熱固性樹脂中的導電顆粒組成。 ACF 中含有各種類型的導電顆粒，以滿足不同的需求。典型的導電顆粒結構包括一層塗覆鎳或金的聚合物，這種聚合物導電性能良好，並進一步覆蓋一層絕緣塗層。當施加熱量和壓力時，相對的焊盤會捕獲導電顆粒，從而破壞絕緣塗層，從而在焊盤之間建立電連接。

未夾在焊盤之間的顆粒會在薄膜基底樹脂內轉移到焊盤之間，從而維持絕緣塗層並防止短路。下圖中，焊盤和基板之間的電僅在垂直方向上傳導。

ACF實施步驟和產品結構

利用ACF在基板上安裝IC晶片等的步驟如下。首先清潔要連接的電路板表面 (步驟1)，粘貼ACF,然後在剝離薄膜附著時施加熱量和壓力 (步驟2) 。然後，剝離剝離薄膜 (步驟3)，對齊要連接的IC晶片的電極 (步驟4)，然後再次加熱並連接 (步驟5) 。

ACF以卷軸的形式出售，如下圖所示。Dexcerials生產的ACF薄膜厚度為10~45μm,寬度為0.5~20mm,種類繁多。另外，根據需要，長度從10m的短的到最長300m的都有。需要更長卷軸的背景是，隨著電視屏幕變大，安裝範圍比以前大大增加。

右圖顯示了ACF的兩種供應形式。有用保護膜和剝離膜夾著ACF的3層類型和只有剝離膜的2層類型。三層類型可以降低垃圾汙染等的風險，而兩層類型的優點是在安裝時不需要剝離蓋子 (保護) 膜。

使用ACF實施部件的優點

隨著技術逐年進步，電路板的間距越來越細，連接焊盤的面積不斷縮小，焊盤之間的間距也越來越窄。傳統上，人們使用回流焊接和連接器組件將IC等電子元件黏合到電路板上，而ACF則為這些趨勢提供了解決方案。

然而，ACF 的缺點在於，它很難同時黏合不同形狀的元件，而這在回流焊接中很常見。此外，由於 ACF 是一種黏合劑，因此無法像機械連接器那樣自由地拆卸和重新連接。​​

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ACF 也廣泛應用於 VR/MR 設備 OLED 顯示器、LCD 顯示器、LCOS 顯示器以及矽 OLED 顯示器，用於將控制影像的驅動 IC 連接到電路板。 （詳情請參閱文章《VR、AR、MR、XR相關產品的應用技術－應對不斷擴大的元宇宙市場》）

以下是ACF實施的優點總結:。

• 可在玻璃底板上封裝部件
• 可同時連接多端子
• 支持細間距連接
• 無鉛對應
• 在相對較低的溫度下短時間連接
• 可以減小安裝部分的厚度

ACF開發的歷史和創新

迪睿合自1977年推出ACF以來，一直在不斷強化ACF。最初，使用的導電顆粒是碳纖維和焊料顆粒。然而，在 1988 年，迪睿合開發了鍍鎳和鍍金的顆粒。到 1990 年代，迪睿合已成功開發出一種在表面塗覆絕緣材料的技術。隨著數字設備向高精細化方向發展，迪睿合將粒徑從5μm減小到2.8μm，順應了細間距連接的趨勢。2014年，迪睿合開發了在熱固性樹脂中均勻排列導電粒子的技術，並於2016年開始作為「粒子排列各向異性導電膜」（ArrayFIX）進行銷售。該產品有助於數字設備的小型化、薄型化和更高解析度的顯示器。​​

選擇最佳ACF

在選擇最佳ACF之前，必須考慮被粘物類型、連接區域、端子間距離、端子高度和熱耐受性。

ACF由加熱硬化的環氧樹脂和丙烯酸樹脂構成。對於安裝FPC和基板 (PCB基板或玻璃基板) 的用途，在設計中考慮到安裝後的返工時，推薦使用丙烯酸樹脂的ACF。(請理解返工本身並不是敝公司推薦的。建議進行可靠性評價等，確認沒有問題後再進行返工。)不推薦使用環氧樹脂的ACF的原因是固化的環氧樹脂不溶於溶劑，需要刮掉殘渣，結果損壞要返工的基板。

壓合後的返工通常是用熱槍、電熨鬥、電熱板等加熱安裝部分，然後剝離FPC。之後，使用諸如MEK或NMP的溶劑和棉簽小心地去除電路板上佈線之間的固化樹脂的殘渣。但是，不建議重復使用FPC,因為FPC在剝離時經常卷曲，並且FPC側的佈線之間的樹脂殘渣很難清理。

迪睿合在ACF技術領域擁有超過40年的領先經驗，可提供從初始設定到ACF的推薦、以及連接後分析評估等全方位服務。如有任何關於ACF應用的疑問，歡迎隨時聯絡迪睿合。