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DTF 2011 Taiwan 消費電子暨人機介面產業技術論壇

ACF異方性導電膠應用趨勢
2011/05/17-DIGITIMES企劃  

冠品化學(TeamChem)由台大留美學人葉聖偉博士在2001年創立,經營及研發團隊皆由曾服務於3M、台塑、鴻準、國巨、華碩、碩盈機械...等高科技公司的專業人士所組成,以致力研發綠色環保材質,提供軟性PCB、軟性電路板、軟性電子紙、軟性排線、軟性銅箔基板等產品;近年來更研發出軟性快乾散熱油墨,可應用於軟性電路板、筆記型電腦鍵盤、EMI屏蔽軟板,以及2011年ACF異方性導電膠,應用在觸控螢幕、RFID無線射頻標籤等產品領域...

冠品化學創辦人暨研發處副總經理葉聖偉博士表示,冠品產品皆朝低溫的方向走,這跟材料有關,一旦走向低溫則材料的選擇會很寬。不管是Touch Panel或LCM液晶顯示模組,尤其是Touch Panel,必須使用耐熱性不高的PET Film塑膠膜,如果能夠維持在較低溫的操作環境,它的操作特性會穩定許多。

冠品化學研發處副總經理 葉聖偉博士
ACF異方性導電膠

異方性導電膠(Anisotropic Conductive Film;ACF),是一種基材A與基材B之間塗佈貼合,限定電流只能由垂直軸Z方向流通於基材A、B之間的一種特殊塗佈物質。目前ACF常用到的例如軟式排線、Film On Glass(FOG)薄膜軟板╱玻璃貼合製程等,不同材質的電極藉由ACF的黏合,同時限定電流只能從黏合方向(垂直方向)導通流動,可以解決一些以往連接器無法處理的細微導線連接問題。在分工體系╱供應鏈齊備的液晶面板產業中,葉博士點出ACF異方性導電膠的適用範圍,乃位於LCD面板與觸控面板下游組裝(Assembly)的環節處。

低溫黏合╱導通必要性 創造ACF需求

葉博士認為,ITO薄膜的發展潛力及應用材料創新,特別在智慧型手機及平板電腦的流行,宣告了後PC時代的開始,也預示了觸控面板產業的興起。據市調機構的數據,觸控面板產值於2010年已達35億美元的規模。

一般觸控螢幕從早期使用電阻式觸控時就搭配的ITO-PET film,因具輕薄、價廉、不碎裂等優點,是極具潛力的產品;而目前電容式觸控部分雖然使用強化玻璃,但日系韓系廠商也開始將ITO PET薄膜導入投射式電容觸控技術的運用。ITO PET薄膜需具備高透明度、可彎曲、可回復、耐壓與可導電等特性,且以ITO薄膜製成投射式電容觸控面板,具備輕、薄,製造良率提升、在外觀形狀上能符合可攜式產品多變的需求,像是具弧度的觸控面板及其他形狀。由於ITO PET薄膜與面板做導通連接時,無法以銲接如此高溫方式進行,需要低溫操作。因此冠品ACF正是針對此一低溫操作需求而設計的新型ACF。

觸控面板ITO薄膜市場趨勢與ACF廠商動態

據葉博士指出,目前ITO薄膜市場由日系廠商雄踞,台商則是急起直追。日商掌握上層PET膜+強化液、下層PET膜鍍ITO導電層,兩層PET膜間以感壓膠貼合。而台商只能生產技術門檻低的單層PET膜為主,省掉1層PET及感壓膠,由於大量出貨,在2008年造成市場價格下滑。由於ITO薄膜已開始應用於電容式觸控面板,台系液晶面板廠商正密切與筆電廠商共同研發。

在成本分析上,觸控螢幕主要原料所佔有的整體成本比重,ITO薄膜佔38%、玻璃佔24%、壓合╱黏著劑佔24%、FPC可撓軟板佔14%。而目前有生產ACF異方性導電膠膜╱塗膠的廠商中,如Sony、Hitachi等是類似雙面膠型態,需要以卷帶機撕去上下離形保護紙後,再以熱壓機黏貼於要導通處的技術。其好處是適用於大量一定尺寸的基材,但是機具昂貴,材料成本也昂貴,同時熱壓溫度一般為200°C以上,無法應用於ITO-PET膜以及RFID、OLED等產品。

日本Threebond(三鍵化學)、美國3M所生產的ACP異方性導電塗膠,採已調合好的單一黏著劑,每公斤要價1,500~1,700美元,它可以立即施工,但是需要攝氏140~160度高溫壓合才能黏住導通,適用於網印或1膠施工,但ACP須在攝氏5度環境下冷藏,使用前先取出花4小時回溫到室溫後才能進行壓合,保存期限約3個月,時間越久導電效果會迅速降低,且無法應用在ITO PET膜壓合。

段標;ACF異方性導電膠的選擇特性

葉博士指出,1984年日立化學推出全球第1個商業用ACF導電膠,用於金屬與非金屬組件之間的導通黏合。而目前市面上有推出ACF的廠商,以新力化學(SONY Chemical)的ACF為例,壓合溫度仍多在160~210℃之間,且導電粒子採金鎳樹脂球或鍍金鎳球。

而ACF導電性與導電球粒徑有相當大的關係,就學理上導電球粒徑越小,因總導通表面積比較大,因而有較佳的電流導通度。不過在實務上,因為黏著基材的表面,若以微觀來看其實是相當粗糙的,小的導電球粒容易受到接著材質的平坦平整度不均影響,導通效果未必能達到最好,反而可壓縮變形的鍍鎳樹脂球,會因為可壓縮變形、讓接著基材之間的縫隙被填滿,而會有較佳的導通度。

葉博士因而放棄以均一球形導電粒子的配方設計,改採由球徑0.2~0.5μm不等的球串狀鎳粉結構,其導電面積為一般導電球的10倍以上,且中空疏鬆的纖維狀結構具備高度可壓縮性,熱壓時結構會重整、變形,使之與基材接觸面積增加,導電性大幅提升。同時也不會影響到基材的接著性,打造出冠品的AC120 ACF異方性導電膠膜。

據測試結果,冠品AC120 ACF異方性導電膠膜,每平方公尺熱阻抗低於千分之一瓦,剝離強度大於0.5kg/cm,環境溫度80℃連續48小時導通測試下,平均阻抗值每平方公尺低於1微歐姆(<1μΩ),同時通過60℃水中連續4小時浸泡下的防水漏電測試,以及低於3%的吸濕性測試。

AC120 ACF與一般市售ACF產品之最大不同之處在於其操作簡易,不易受壓力或溫度均勻等參數影響。且接著後之電性阻抗低,穩定性高,可耐高溫、高溼。可以120~170°C較低熱壓溫度壓合,可應用於PET膜與ITO玻璃基材、數位相機、電子紙的軟排線之間的熱壓連接,同時ACF導電膠無須先以特別溫度處理,直接以室溫就能夠存放。

在AC120 ACF的實際應用案例上,葉博士是以實際生產線上壓合程序的照片為例。首先是上下基材黏著處的對位及熱壓,先由上下黏著基材的排線對位,把FPCB以抽真空的方式吸附於以轉鈕移動的平台。接下來上下排線的定位,藉由CCD攝影機把排線影像放大並傳送至監視器,接下來進行以60℃、1大氣壓(0.1 MPa )的強度,進行至少4秒鐘的壓合;壓合完成後,以三用電錶量測排線間的終端電阻值,來檢測連接後排線的導通程度。

葉博士也解釋,ACF在熱壓考量下,若接著基材表面極性高及粗糙,則接著容易,熱壓溫度及壓力也不需太高,像玻璃、有膠FPCB、銅面、ITO等屬於易接著基材。反之則需升溫及加壓才能產生良好接著,像是PET、PI-film或金面。而兩接著基材中有一方必須為軟質,且越軟越易操作;接著基材之導線面需平坦且凸出,否則不易產生良好的導電性連接效果。

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