平板显示器中应用ACF的驱动IC封装技术

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】TN41

ACF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