ACF異方性導電膠應用趨勢

冠品化學研發處副總經理 葉聖偉博士

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。

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。