COG ACF介绍及应用技术

COG ACF介绍及应用技术 introduction of COG ACF and Technology of Application 第四事业部LCD厂制造部 摘要：通过对COG模块的结构描述，介绍了ACF 这种COG主要的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，以及由此确定COG工程的主要工艺参数。最后简单介绍了一些ACF选取及评估的内容。 [关键词]：COG，ACF，IC，LCD Abstract： Through describing the structure of COG product, introduced the main material of COG –ACF, and the technics parameter in COG process. In the last introduced the selecting and evaluation of ACF simply. [Key words]  COG，ACF，IC，LCD 引言 LCM（液晶显示模块）是将LCD器件，IC，FPC，连接件，控制驱动电路和线路板、背光源等结构件装配在一起的组件。于是LCM模块的制作技术和制作工艺的不断改进和完善，也就成为厂商开拓LCD显示市场的有效手段，而LCD和IC的连接是其中至关重要的一环 随着消费性电子产品的不断升温, 人们对“ 薄、轻、小”的电子产品倍加宠爱, 进而追捧微型组件技术, COG 技术正是这众多技术中的一种。COG是英文"chip on glass" 的缩写, 即IC 通过ACF ( anisotropic conductive film 各向异性导电膜) 被直接绑定在LCD 上。COG 方式可大大减小LCD 模块的体积, 且比TAB 方式成本低, 易于大批量生产, 适用于手机、 MP3 等便携式电子产品, 是当今IC COG与LCD 的主要连接方式之一。随着IC 制造工艺的不断发展,COG 技术越来越为人们所重视。[1] 现在随着IC制作技术的提升及成本方面的控制要求，IC发展越来越向小pitch，小gap发展，由此而形成的对COG设备，COG技术越来越高的要求。同时由此引发的其他问题也会随之暴露出来，所以也对COG工艺技术提出了更高的要求。同时也对ACF的选取与使用提出了更高的要求。 ACF可以提供细间距，高可靠性冷互连，当前已经广泛用于诸如液晶显示器（LCD）的平面面板显示器（FPD）。其中ACF在薄膜电子晶体管（TFT）液晶显示器，TFT液晶显示器的外引线键合（OLB）互连，以及倒装芯片封装（FCP）中已经产业化，在薄膜上芯片（COF），玻璃上芯片（COG）以及塑料LC互连方面正在发展之中。其中应用最广泛的领域则是COG。COG ACF随着整个行业的发展，其适应性也越来越向小Pitch，小面积发展。如下为一厂商COG ACF的roadmap 1.COG ACF材料介绍 1.1 何谓ACF ? ACF全称Anisotropic Conductive Film, 即异方性导电胶。ACF是一种可以在短时间内达到导电性连接的材料。SONY于1973年设计销售了世界上第一款ACF。ACF其特点在于纵向受力方向即Z方向电气导通 ，而在横向平面即X、Y面具有明显的高阻抗特性[2]。其显著特点可以短时间压着,接着的可靠性高,耐热性能好,通过回流焊炉仍能保持良好的接着可靠性,易接着细微间距线路,易接着微小端子,方便接着相邻间距小的芯片。 ACF所起到的主要作用：导电，绝缘，粘接。 图1 ACF结构示意图 Fig. 1 schematic diagram of ACF structure 1.2 COG  ACF结构 1.2.1  COG ACF采用卷装，COG使用的ACF主要是三层结构：Cover film，Base film，ACF。如图1所示。其中ACF尺寸及卷轴主要规格如下： a. ACF长度：一般使用为50m。其他规格包括：25m，100m，200m。 b. ACF宽度：ACF可以提供的宽度1.0~20mm。现在COG使用最多的规格主要为：1.5mm，2.0mm，2.5mm，3.0mm，3.5mm。 c. 卷轴规格： 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 外径为：Φ 125mm （其他可能有Φ 95，135，145，155，230mm） 标准内径为：Φ 25.4mm（除此外可能有Φ 18.5mm） 注：关于产品宽度，长度，卷轴尺寸等若有特殊要求，可以与供应商协商制作。 d. 导电粒子规格： 导电粒子的直径大小主要有：3um、3.5um、4um、5um等。 1.2.2 ACF胶层结构 ACF层结构中，2层cover film 主要起保护作用，而主要结构为ACF层。ACF层内包括树脂胶，导电粒子及其它添加剂，其构成比例主要由ACF的用途及使用条件决定。 a.树脂黏着剂 树脂黏着剂除了防湿气、接着、耐热及绝缘等功能外主要作为固定IC晶片与基板间电极相对位置，并提供一定压迫力量以维持电极与导电粒子间的接触面积。 树脂一般分为热塑性树脂与热固性树脂两大类。热塑性材料具有低温接着，组装快速极容易重工等优点，但亦具有高热膨胀性和高吸湿性等缺点，同时在高温下亦劣化，无法符合可靠性，信赖性的需求。而热固性树脂如环氧树脂等，则具有高温稳定性、热膨胀性低和吸湿性低等优点，但加工温度高且不易重工为其缺点，高的可靠性使其仍为目前最广泛的材料。 b. 导电粒子 在导电粒子方面，异方导电特性主要取决于导电粒子的充填率，虽然异方性导电胶的导电率会随着导电粒子充填率的增加而提高，但同时也会提升导电粒子互相接触造成短路的概率。 另外，导电粒子的粒径分布和分布均匀性会对异方导电特性有所影响。通常，导电粒子必须具有良好的粒径均一性和真圆度，以确保电极与导电粒子间的接触面积一致，以维持相同的导电电阻，同时避免部分电极为接触到导电粒子，导致开路的发生。常见的粒径在3~5μm之间，太大的导电粒子会降低每个电极的粒子数，同时也容易造成相邻电极导电粒子接触而短路的情形；太小的导电粒子容易形成粒子聚集的问题，造成粒子分布密度不均。 在导电粒子的种类方面目前以金属粉末和高分子塑胶球表面涂布金属为主，常见的金属粉末为镍、金、镍上镀金、银和锡等。 目前在高可靠性和细间距化的趋势下， COG所使用的异方性导电胶，其导电粒子多为表面镀镍镀金的高分子塑胶粉末，如图1所示，中心为塑胶球，在外镀镍金。其特点在于塑胶核心具有可压缩性，因此，可以增加电极与导电粒子间的接触面积，降低导通电阻。同时，塑胶核心与树脂基础原料的热膨胀性较为接近，可以避免在热循环和热冲击时，导电粒子因与树脂基础材料的热膨胀性差异而减少与电极间的接触面积，导致导通电阻上升，甚至于开路失效的情形发生. 而导电粒子根据表面的处理，可以大概分为两类，一为表面经过绝缘处理措施或者增加绝缘层，此种粒子在防止横向短路有着非常的优势。另一种则为普通导电粒子，表面未进行绝缘处理，此种粒子造成横向短路的概率会大大增加。现在使用的COG ACF基本都采用了绝缘处理的粒子。两种粒子导电差异示意图如图2[3]所示。 图2 两种粒子绝缘差异示意图 Fig. 2 Insulated difference of two particles  C．为了达到预防ACF导电粒子造成横向短路的情况，COG ACF现在较多采用了ACF层双层结构来达到此目的。此种双层结构的作用原理主要为：在双层结构中，上层树脂胶中未放入导电粒子，而只在下层中放入导电粒子，相比于全部有粒子的单层结构而言，减少了单位体积内的粒子密度，当IC下压与LCD bonding后，bump间残留及bump区域受力挤压到bump间粒子数量就会减少，从而降低了短路发生的概率。同时由于导电粒子置于ACF下层，在IC bonding过程中不会影响粒子的捕获率，因此ACF所起到的导通作用不会受影响。 ACF层结构示意如下图3 所示。 图3 ACF层结构示意图 Fig. 3 schematic diagram of ACF Layer structure 1.3 COG ACF导通原理 利用导电粒子连接IC晶片与基板两者之间的电极使之成为导通，同时又能避免相邻两电极间导通短路，而达成只在Z轴方向导通的目的。如图4示 图4  ACF导通原理图 Fig.4  ACF working mechanism 2.ACF热压及COG工艺条件 ACF要发生作用，必须经过热压，即通过温度，时间，压力这三个必要条件使得ACF胶固化，导电粒子爆破达到导通效果，从而达到ACF的三个作用：粘接，绝缘，导通 。对于每一款ACF，都有其材料特性，所以对条件的要求也就存在一定的差异。所以如何根据不同的材料获得合适的工艺条件，是至关重要的。 2.1温度 温度是ACF发生作用中一个必需的条件，温度是否合适直接影响了bonding效果及产品的可靠性。其影响内容主要包括以下几个方面： a. ACF固化率；b. IC粘接可靠性；c. 导电粒子的爆破效果 2.1.1 ACF对温度曲线的要求 温度曲线是指ACF热压过程温度随时间变化的曲线。ACF树脂胶的固化过程主要是胶材的质变过程，首先胶在高温下溶化流动，此步是在非常短的时间内完成。随即胶材在高温下发生变化—固化。为了保证ACF有效固化，对ACF固化温度曲线提出了特别要求—须在前2秒内达到目标固化温度的90% 。如下图5所示. COG主压温度由COG设备提供，所以对温度曲线的要求，实际也就是对COG 设备能力的要求。一台合格的COG 设备必须有能力保证图5所示的温度曲线要求。 图5  COG ACF温度曲线图 Fig.5  Temperature profile of COG ACF 2.1.2 ACF对温度及固化率的要求 上述温度曲线主要是对升温速度的要求，而ACF对温度的另一个要求则是最终bonding温度的要求。只有温度达到一定高度后，ACF才会固化，所以主压温度的确定，必须达到ACF胶材固化的温度。此温度随材料不同会有一定的差异。但从现在使用ACF型号来看，一般情况下均需要>180℃。 即只有达到此温度，ACF才能有效固化。