对面板良率至关重要！你有认真了解过ACF吗？
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。
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材料与检测设备提出了更高的要求。
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什么是ACF ?
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。
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。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。
COG ACF结构
COG ACF采用卷装，COG使用的ACF主要是三层结构：Cover film，Base film，ACF。其中ACF尺寸及卷轴主要规格如下：
ACF长度：一般使用为50m。其他规格包括：25m，100m，200m。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。卷轴规格：标准外径为：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。导电粒子规格：导电粒子的直径大小主要有：3um、3.5um、4um、5um等。
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。
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。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。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，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。ACF层结构示意如下所示。
COG ACF导通原理
ACF working mechanism
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。如图所示。
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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。
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
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% 。如下图所示。
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。
ACF在达到有效的另一个问题就是固化率。在相同时间下，影响固化率的最大因素就是温度。既包括升温速度又包括最终固化温度。固化率与温度的关系可以概括为：在一定的升温速度下，固化温度越高，固化率越高，如图7所示。一般情况下，为保证IC连接可靠性，ACF的固化率需要达到70%以上。若ACF固化率不足，则会造成以下影响：a. IC与LCD粘接可靠性降低，IC容易出现剥离现象；b. 固化率低产品容易形成压贴气泡，影响IC电性导通可靠性；c. ACF固化率低，在FOG过程或者焊接过程中容易造成ACF受热形成IC 与ITO 间的气泡。
COG压贴气泡
COG ACF 其他温度要求：ACF贴敷及IC预压温度一般情况下为40~80℃。温度最高不能超过90℃，因为在90度后ACF会发生性质改变，开始固化，影响主压的bonding效果。
时间
COG过程，ACF对时间有3个工序的要求：ACF贴敷 ，IC预压，IC主压。其中ACF贴敷及预压时间主要考虑实际效果，以及效率。一般情况下在1~3s之间。但随着COG设备的运行速度提升，以及ACF性能的提高。
固化率与温度时间的关系
压力
粒子有效性
ACF导通是通过导电粒子达到IC与ITO电性导通的目的。但bonding 后什么样的导电粒子才算是有效呢？
如前所述，导电粒子主要为镀金塑胶球，而起导通作用的则主要是塑胶球外所镀的金属层。只有在导电粒子受力爆破的情况下，才能达到有效的导通效果。
有效爆破图示
导通电阻：IC与ITO间的连接电阻大小可以体现粒子导通的有效性。在相同条件下，导通电阻越小，说明粒子有效性越高.COG工程要求连接电阻<5Ω.热压后z向形变量。
ACF 导电粒子在Z向受热压后发生形变，以4um直径的粒子为例，如下图9所示，当粒子Z向尺寸压缩为2um左右时，可以达到最佳导通效果。
粒子爆破判定标准
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ACF导电粒子检测
导电粒子检测用于液晶面板模组段COG和FOG邦定后点胶之前，如上述诸多问题，压痕检测，包括粒子的数量、分布、压合强度、偏位等等，并根据一定的标准判断面板的OK / NG。其基本原理是利用线阵相机对液晶面板COG、FOG上Bump区域进行图像采集、通过算法分析最终得到该目标检测对象是否合格。
ACF导电粒子检测机
图片由SUNNY提供
主要功能
a、粒子检测。对FOG＼COG Bonding后每个BUMP内粒子的数量及分布统计、强度判定、压痕宽度测量；
图片由SUNNY提供
根据客户指定的粒子凹凸情况，提取相应的灰度值，以判定粒子的压合强度，取有效粒子颗数；
对每个BUMP内的粒子进行计数，目前同一bump内粒子计数偏差≤3颗；
可测量粒子X、Y方向的宽度，以统计粒子的分布情况。
b、偏位检测。FOG \ COG Bonding 后X、Y方向的偏移量；
图片由SUNNY提供
检测COG的X、Y方向偏位
采用IR系统
检测精度：≤±2um
图片由SUNNY提供
检测FOG的X方向偏位
采用I线扫系统
检测精度：≤±2um
c、表面检测。对贴合区域内的异物、腐蚀、开裂、划伤等表面瑕疵进行智能判定；
腐蚀
光斑
开裂
划伤
图片由SUNNY提供
可识别bump压合区域内的异物、腐蚀；开裂等外观缺陷；
识别精度：≥20um
d、 数据处理。对每一次扫描结果进行数据保存，对数据进行CPK、SPC分析，自动生成报告；
图片由SUNNY提供
对检测结果数据进行保存，并上抛到CIM系统
e、辅助功能。读码功能，连接CIM系统，OK/NG分拣。
检测流程
检测到有来料上料机械手抓取面板粗对位，调整机械手的位置和角度机械手将面板放置在检测平台上平台Y轴移动，精准对位检测平台在Y/theta轴进行位置和角度调整线阵相机采图，自动对焦平台在Z轴进行高度调整线阵相机采图图像处理最终判定OK/NG视频由SUNNY提供
“
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深圳手机摄影协会会员
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天丽手机镜头签约摄影师
天丽镜头公司年度特殊贡献奖
第一届SPC手机摄影大赛荣获：
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建筑组荣誉奖；
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摄影制作：李景海（Lisea）
摄影器材：苹果手机
2023.8 拍摄于上海
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