平板显示器中应用ACF的驱动IC封装技术王艳艳;何为;王守绪;周国云;陈浪;林均秀;莫芸绮【摘要】文章叙述了ACF(Anisotropic Conductive Film,各向异性导电膜)与驱动IC(Integrated Circuit,集成电路)芯片封装的历史,并强调了驱动IC封装在实现显示器微型化、高分辨率、低成本及高显示质量等方面的重要性.文章还对微细间距COF(Chip on Flex)连接用ACF的材料设计进行了介绍.文章指出低温固化ACF可以改善LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示屏)模块的生产效率,降低大型LCD 模块表面的热应力;同时指出COG(Chip on Glass)连接后LCD面板的翘曲变形引起LCD模块漏光事故.ACF焊接温度的降低可以有效减少翘曲变形,避免在应用COG封装大型LCD模块的驱动IC时所产生漏光.【期刊名称】《印制电路信息》【年(卷),期】2010(000)008【总页数】4页(P60-62,70)【关键词】各向异性导电膜;驱动集成电路封装;载带封装;微细间距封装;玻璃板上芯片封装【作者】王艳艳;何为;王守绪;周国云;陈浪;林均秀;莫芸绮【作者单位】电子科技大学应用化学系,四川,成都610054;电子科技大学应用化学系,四川,成都610054;电子科技大学应用化学系,四川,成都610054;电子科技大学应用化学系,四川,成都610054;珠海元盛电子科技股份有限公司技术中心,广东,珠海519060;珠海元盛电子科技股份有限公司技术中心,广东,珠海519060;珠海元盛电子科技股份有限公司技术中心,广东,珠海519060【正文语种】中文【中图分类】TN41ACF是在热固性聚合物基体中分散直径为3 μm ～5 μm大小的导电微粒（Ni颗粒或镀覆金属的聚合物微球）而形成的粘结薄膜。

ACF能在加热、加压10 s ～15 s左右的条件下将上千个30 μm ～200 μm的电极实现机械性能及电性能连接。

ACF连接原理如图1所示。

过去的20年中，ACF作为一类互联材料已经广泛应用于平板显示设备（例如液晶显示面板、等离子显示器、有机电致发光显示器等）的驱动IC封装技术中。

应用ACF的驱动IC封装在LCD技术向高分辨率、轻薄化及低耗能的发展趋势中起了重要作用，尤其在分辨率和轻薄小方面。

COF或TCP板与LCD平板的封装，COF或TCP板与电路板的封装及COG中IC芯片与LCD平板的封装。

本文叙述了ACF与驱动IC芯片封装的历史，并强调了驱动IC封装在实现显示器微型化、高分辨率、低成本及高显示质量等方面的重要性。

1 ACF与驱动IC封装技术的发展历程20世纪70年代末，人们努力提出用晶圆切割导电胶带来消除晶圆切割中静电现象。

于是，人们简单地将导电填充物填入压敏性胶中来获得晶圆切割导电胶带。

然而，当碳黑等导电填充物的量达到40%时，压敏性能就失去了，并且产物也不能应用于晶圆切割胶带中了。

因此，人们不断思考如何在不降低压敏性能的情况下合成导电胶，并将注意力放在低含量导电填充物的粘结剂上。

在研究中，人们偶然发现了各向异性导电现象，即只有垂直于胶膜平面的方向具有导电性，其电导率是通过使用较低含量的导电填充材料来实现的。

20世纪70年代末、80年代初，LCD技术已经广泛应用于电子计算机领域。

LCD面板使用ITO膜电极后，电子封装领域普遍使用的焊接技术无法进行驱动IC封装。

那时，电子计算机LCD模块的驱动IC封装主要使用合成导电橡胶条，也有使用填充碳纤维的各向异性导电薄膜。

然而，这些各向异性导电材料仅仅适用于间距大于500 μm的连接，而且由于其不透明性，精确加工工艺性能不理想。

80年代初，当LCD技术企图应用于微细间距连接的电子游戏机和笔记本电脑等产品时，要求使用小于200 μm的微细间距连接能力的新型连接材料。

几乎同时，人们发现了前面所述的各向异性导电现象，并成功使含有Ni颗粒的ACF商品化。

这种在80年代初在世界上首次合成的产品与现在的ACF结构几乎相近。

应用ACF的驱动IC封装技术对LCD高分辨率的实现作出了突出贡献。

20世纪80年代后期镀覆金属塑料球的使用极大地改善了ACF的微细间距连接能力。

现在COG封装技术已经在使用25 μm ～30 μm微细间距连接能力的双层结构ACF，这种ACF也是应用了在塑料球表面镀覆金属层技术。

通过研究低温固化性能的热固性树脂体系和强粘结性能的基体树脂体系，ACF中粘接剂的性能得到了很大的改善。

20世纪80年代初，ACF材料技术的发展刚刚起步时，热塑性树脂由于其加工性能和在有机溶剂中的溶解性，被用作ACF的粘结剂。

但是由于热塑性树脂的Tg相对较低，且不存在链间交联，因此其制成的ACF在电子产品中应用时可靠性不高。

20世纪90年代初，市场上出现了一种具有快速固化性能和室温下长寿命的优良热固性树脂体系的ACF。

这种先进的热固性基体ACF在1992年用于笔记本电脑。

另外，ACF的热固性粘结性能可以改善裸芯片连接（如COG连接）。

1994年，ACF应用在了LCD的中等尺寸（如电子游戏机和视听产品）COG连接中。

2000年后，为了避免连接基材的热损伤和改善LCD模块的生产率，LCD模块生产在减小连接间距和降低焊接温度方面给予极大关注。

下一部分将介绍LCD模块驱动IC封装的技术现状。

2 TCP（COF）- LCD面板连接的驱动IC封装技术现在大部分的大于10 in的LCD模块是通过使用ACF的TCP连接技术来进行封装的。

随着LCD分辨率的提高，TCP外连接引脚的间距必须要求小于50 μm，然而50 μm间距是TCP外引脚的最小值。

为了改善微细间距的连接，2002年后大型LCD模块驱动IC封装引入了COF技术。

COF技术通过使用薄铜箔和低CTE基板材料，克服了TCP封装时微细间距的限制。

由于COF技术提供了小于50 μm 的微细间距连接，因此使用ACF的COF外引脚连接技术非常有实用价值。

另外，COF的厚度远远小于TCP，而且有优良的弯曲性能。

COF-LCD连接通过使用填入直径为3 μm的覆金属聚合物微球的ACF，已经实现了40 μm微细间距连接。

COF技术用的ACF，要求与COF基材连接时要有很强的粘结力，并且连接时间要短。

因为COF表面非常平滑，并含有惰性PI膜，所以ACF在COF板上的粘结强度比在TCP粘结强度低很多。

人们开发出了一种COF用强粘结力ACF，这种ACF在基体树脂中引入了功能性基团并有效地降低了内应力。

LCD面板-TCP（COF）连接使用的是传统型环氧树脂基体ACF，连接时间通常为10 s ～ 15 s。

现在LCD模块的产量显著增加，需要降低连接时间（例如小于10 s）来提高LCD模块的生产效率。

为了满足这种需求，人们利用新的固化系统开发出了一种高反应活性的新型ACF。

由于低温固化ACF完全固化，在高温高湿测试后，其覆金属塑料微球仍然充分变形，连接点仍保持原状。

换句话说，由于没有充分固化，传统的环氧树脂基体ACF即使在高温连接条件下也不能在连接点提供充分的变形颗粒。

因此，接触电阻在高温高湿测试后明显增加，如图4所示。

使用低温固化ACF的驱动IC封装已经应用于笔记本电脑、监视器、TV等的大型LCD模块COF-LCD连接领域，这对LCD模块生产效率的改善作出了很大贡献。

3 TCP(COF）-PCB连接的驱动IC封装技术传统意义上讲，LCD模块的TCP/PCB连接使用的是一种在180 ℃ ～190 ℃（10 s ～ 15 s）条件下进行焊接的ACF。

然而，当焊接温度超过PCB的Tg （160 ℃ ～170 ℃）时，ACF连接处的热应力就会增加，PCB也会产生翘曲。

为了避免产生这些问题，在TCP/PCB连接时要求使用更低的ACF焊接温度（焊接温度小于160 ℃，时间小于10 s）。

TCPPCB连接是在TCP连接到LCD面板之后进行的，在连接时PCB机械性地受到限制，连接后PCB的热收缩比LCD面板的热收缩要严重。

因此，PCB的焊接区域会有热应力产生，根据模拟系统的分析，ACF与PCB界面处的这种应力会随着焊接温度的降低而降低。

该模拟系统同时表明，低温固化ACF在改善连接可靠性上非常有效。

ACF的低温固化性能是由ACF中固化剂的反应活性决定的，人们研发出了多种含有活性树脂和添加剂的固化剂和粘结树脂。

为了实现低温固化性能和室温下的连接寿命，在粘结体系中设计加入一种新的固化剂。

低温固化ACF在低于140 ℃时的固化度比传统ACF高80%，如图2所示。

实验证实，低温固化ACF在23 ℃条件下的连接寿命比传统ACF长了30天。

强粘结能力的可靠性ACF在连接时伴随着ACF聚合物基体的交联，而且反应程度应该超过80%。

低温（140 ºC）连接时，低温固化ACF的粘结力高达1000 N/m，而传统ACF的粘结力只有300 N/m。

优良的低温固化ACF在比传统ACF的连接温度低了40 ℃的情况下，其接触电阻并无增加。

因此，这种ACF有希望应用于大批量LCD模块的生产过程及低抗热性的连接基材中。

低温固化ACF已经广泛应用于笔记本电脑、监视器、TV等大尺寸LCD模块的TCP-PCB连接中。

另外，在便携电子产品领域（如手机），具有高密度连接和环境友好的这种ACF有望取代锡铅焊接和线路板与线路板的连接器。

4 COG连接的驱动IC封装技术使用ACF的COG技术通常运用倒装芯片封装技术，其广泛应用在手机和视听产品等相对小尺寸的LCD模块中。

COG没有TCP和COF用的载带和内引脚，因此COG可以有效降低成本，使LCD模块轻小化。

然而，当使用ACF的COG应用于笔记本电脑和监视器等相对大尺寸LCD模块时，要充分考虑驱动IC与LCD面板的热膨胀系数不匹配问题，热膨胀系数失配导致界面产生热应力，从而导致COG连接后翘曲变形。

为了研究使用ACF的COG的翘曲行为，开发出了弹性模拟系统。

这个模拟系统表明，LCD面板的翘曲事件是由连接时LCD面板与驱动IC 的温度不相同造成的。

换句话说，即便IC芯片的CTE很低，驱动IC芯片与LCD面板之间的温度不同仍是导致IC芯片膨胀的更主要原因。

因为LCD面板的实际温度远远低于IC芯片的温度，而且IC芯片在COG连接后萎缩的比LCD面板严重，所以通过COG封装的连接LCD驱动IC是向内翘曲的。

图3表明了降低焊接温度对于减少COG封装后LCD面板的翘曲非常重要。

因此，业内已经研发了一种能在低于160 ℃下固化的低温固化ACF。

与传统COG连接用ACF相比，这种ACF使LCD面板翘曲降低了50%，而且减少了LCD的漏光事故。

这种ACF广泛应用于笔记本电脑和监视器的LCD模块驱动IC封装用COG 技术领域。