異 方性導電膠膜（ACF：Anisotropic Conductive Film）兼具單向導電及膠合固定的功能，目前使用於COG、TCP/COF、COB及FPC，其中尤以驅動IC相關之構裝接合最受矚目。根據日本JMS 的調查，2006年全球ACF市場規模約488億日圓，至2007年將成長至586億日圓，歷年成長率約在20％上下。隨著驅動IC在Fine Pitch潮流的推動下，ACF的產品特性已逐漸成為攸關Fine Pitch進程的重要因素。本文將針對ACF就其產品發展概況、主要規格特性以及產業未來趨勢等做一介紹。
■ACF發展概況
ACF 的組成主要包含導電粒子及絕緣膠材兩部分，上下各有一層保護膜來保護主成分。使用時先將上膜（Cover Film）撕去，將ACF膠膜貼附至Substrate的電極上，再把另一層PET底膜（Base Film）也撕掉。在精準對位後將上方物件與下方板材壓合，經加熱及加壓一段時間後使絕緣膠材固化，最後形成垂直導通、橫向絕緣的穩定結構。
ACF 主要應用在無法透過高溫鉛錫焊接的製程，如FPC、Plastic Card及LCD等之線路連接，其中尤以驅動IC相關應用為大宗。舉凡TCP/COF封裝時連接至LCD之OLB（Outer Lead Bonding）以及驅動IC接著於TCP/COF載板的ILB（Inner Lead Bonding）製程，亦或採COG封裝時驅動IC與玻璃基板接合之製程，目前均以ACF導電膠膜為主流材料。
■驅動IC腳距縮小 ACF架構須持續改良以提昇橫向絕緣之特性
ACF中之導電粒子扮演垂直導通的關鍵角色，膠材中導電粒子數目越多或導電粒子的體積越大，垂直方向的接觸電阻越小，導通效果也就越好。然而，過多或過大的導電粒子可能會在壓合的過程中，在橫向的電極凸塊間彼此接觸連結，而造成橫向導通的短路，使得電氣功能不正常。
隨著驅動IC的腳距（Pitch）持續微縮，橫向腳位電極之凸塊間距（Space）也越來越窄，大大地增加ACF在橫向絕緣的難度。為了解決這個問題，許多ACF結構已陸續被提出，以下針對目前兩大領導廠商的主要架構做介紹：
1. Hitachi Chemical的架構
為 了降低橫向導通的機率，Hitachi使用了兩個方法，其一是導入兩層式結構，兩層式的ACF產品上層不含導電粒子而僅有絕緣膠材，下層則仍為傳統 ACF膠膜結構。透過雙層結構的使用，可以降低導電粒子橫向觸碰的機率。然而，雙層結構除了加工難度提高之外，由於下層ACF膜的厚度須減半，導電粒子的 均勻化難度也提高。
目前，雙層結構的ACF膠膜為Hitachi Chemical的專利。除了雙層結構之外，Hitachi也使用絕緣粒子，將絕緣粒子散佈在導電粒子周圍。當腳位金凸塊下壓時，由於絕緣粒子的直徑遠小 於導電粒子，因此絕緣粒子在垂直壓合方向不會影響導通；但在橫向空間卻有降低導電粒子碰觸的機會。
2. Sony Chemical的架構
Sony Chemical的方法是在導電粒子的表層吸附一些細微顆粒之樹脂，目的在使導電粒子的表面產生一層具絕緣功能的薄膜結構。此結構的特性是，粒子外圍的絕 緣薄膜在凸塊接點熱壓合時將被破壞，使得垂直方向導通；至於橫向空間的導電粒子絕緣膜則將持續存在，如此即可避免橫向粒子直接碰觸而造成短路的現象。
Sony架構的缺點是，當導電粒子的絕緣薄膜在熱壓合時若破壞不完全，將使得垂直方向的接觸電阻變大，就會影響ACF的垂直導通特性。目前該結構的專利屬於Sony Chemical。
除了上述以結構改良的方式來避免橫向絕緣失效以外，透過導電粒子的直徑縮小也可達成部分效果。導電粒子的直徑已從過去12um一路縮小至目前的3um， 主要就在配合Fine Pitch的要求。隨著粒徑的縮小，粒徑及金凸塊厚度的誤差值也必須同步降低，目前粒徑誤差值已由過去的±1um降低至±0.2um。
隨著驅動IC細腳距的要求，金凸塊的最小間距也持續壓低，目前凸塊廠商已經可以做到20um左右的凸塊腳距。20um的腳距已使ACF橫向絕緣的特性備受挑戰，Fine Pitch的技術瓶頸壓力似乎已經落在ACF膠材的身上了。
■驅動IC外型窄長化 ACF膠材之固化溫度須持續降低 以減少Warpage效應
當驅動IC以COG形式貼附在LCD玻璃基板上時，為避免佔用太多LCD面板的額緣面積，並同時減少IC數目以降低成本，使得驅動IC持續朝多腳數及窄 長型的趨勢來發展。然而，LCD無鹼玻璃的膨脹係數約4ppm/℃遠高於IC的3ppm/℃，當ACF膠材加熱至固化溫度反應後再降回室溫時，IC與玻璃 基板將因收縮比例不一致而使產生翹曲的情況，此即Warpage效應。Warpage效應將使ACF垂直導通的效果變差，嚴重時更將產生Mura。 Mura即畫面顯示因亮度不均而出現各種亮暗區塊的現象。
為降低Warpage效應，目前解決方案主要仍朝降低ACF的固化溫度來著手。以膨脹係數的單位ppm/℃來看，假使ACF固化溫度與室溫的差距降低，作業過程中IC及玻璃基板產生熱脹冷縮的差距比就會越小，Warpage效應也將降低。
ACF 固化溫度之特性主要受到絕緣膠材的成分所影響。絕緣膠材成分目前以B-Stage（膠態）之環氧樹脂加上硬化劑為主流，惟各家配方仍多有差異。在膠材成分 方面雖然較無專利侵權的問題，但種類及成分對產品之特性影響重大，故各家廠商均視配方為機密。ACF的許多規格如硬化速度、黏度流變性、接著強度乃至於 ACF固化溫度等，莫不受到絕緣膠材的成分所決定。目前在諸多特性之中，降低ACF固化溫度已成為各家廠商最重要的努力方向，此特性也是關乎廠商技 術高低的重要指標。
■ACF主要規格
投入ACF產品的日商計有Hitachi Chemical、Sony Chemical、Asahi Kasei及Sumitomo等；韓商則有LG Cable、SK Chemical及MLT等；國內廠商目前較積極的有瑋鋒，公司技術來自於工研院。ACF價格成本僅佔LCD模組約1％的比重，價格低但對面板品質卻有決 定性的影響，故面板廠更換新品的誘因較小。目前全球ACF市場由Hitachi Chemical及Sony Chemical所壟斷，兩家合計市佔率超過九成以上。以下僅對兩家領導廠商之主要產品規格做介紹。
■ACF適用Pitch之換算
由上表中可以發現，應用於金凸塊接合的ACF規格中，找不到我們最關心的最小適用腳距資料。最小適用腳距除了決定於橫向絕緣特性，此部份受到間距 （Space）所影響外，尚須考量垂直導通的要求。垂直導通效果的主要關鍵則在於金凸塊接點可捕捉壓合多少顆的導電粒子。由此可知，導電粒子密度及金凸塊 的電極面積為主要的影響因素。因此，要得知ACF的最小適用腳距就必須從規格表中的最小電極面積來著手。
以長寬比（Aspect Ratio）為7：1的金凸塊為例，我們可以由最小電極面積（假設為A）推出最小電極寬度為（A/7）的平方根，將最小電極寬度加上最小間距，即可得到 ACF的最小適用腳距。經由換算結果，在金凸塊長寬比7：1的驅動IC應用下，Hitachi之AC-8604（COG）適用腳距30um、 AC8408（COG）適用腳距30um、AC-217（COF）適用腳距25um；Sony之CP6030ID（COG）腳距限制則為35um。
由上列計算公式可以推知，金凸塊的Aspect Ratio越大，ACF的最小適用腳距將越小。因此，金凸塊廠在Fine Pitch的角色除了須將凸塊的間距做小之外，也須提高金凸塊的長寬比。
■不同的導電粒子各有其適用產品
導電粒子的種類可分為碳黑、金屬球及外鍍金屬之樹脂球等。碳黑為早期產品，目前使用已不多。金屬球則以鎳球為大宗，優點在於其高硬度、低成本，尖角狀突起 可插入接點中以增加接觸面積；缺點則在其可能破壞脆弱的接點、容易氧化而影響導通等。為克服鎳球之氧化問題，可在鎳球表面鍍金而成為鍍金鎳球。目前鎳球 之導電粒子多用於與PCB之連接，LCD面板之ITO電極連接則不適用，主要原因在於金屬球質硬且多尖角，怕其對ITO線路造成損傷。
用於LCD Glass之ACF膠膜以鍍金鎳之樹脂球為主流，由於樹脂球具彈性，不但不會傷害ITO線路，且在加壓膠合的過程中，球體將變形呈橢球狀以增加接觸面積。 另外，外層塗佈絕緣樹脂之鍍金鎳樹脂球屬於Sony的專利，由於生產成本較高，該公司會根據不同應用給於適當參雜以節省成本。
■溫度、壓力、時間為壓合固化之三要素
B- Stage（膠態）之ACF在加壓加溫至固化溫度且歷經一段時間後，絕緣膠材將反應成C-Stage（固態）。ACF在反應成固態後，內部導電粒子 的相對位置及形變將定型，硬化之膠材也可擔任Underfill的腳色，對內部電極接點形成保護的效果。在將ACF壓合固化的三條件當中，溫度與時間最為 廠商所重視，溫度參數如前述將影響Warpage效應；時間參數則直接影響工廠的生產效率。
由Hitachi及Sony Chemical的產品特性資料，壓合溫度已由過去動輒200℃降低至180℃，Hitachi也已推出160℃的低溫產品。壓合時間通常會與壓合溫度成 反比，溫度越低則耗時越長。然而，隨著技術進步，低溫且同時具備低耗時的產品線也已陸續上市。
■結論
面板驅動IC在Fine Pitch的潮流下，不但必須要求金凸塊廠的技術提昇，對ACF品質的要求也日益嚴苛。相對於凸塊廠必須面臨縮小金凸塊Pitch、提高金凸塊之長寬比、增加凸塊表面平整性等諸多壓力，ACF廠面對的挑戰也不小，歸納兩項重要指標如下：
1. 縮小ACF之適用Pitch。
2. 降低ACF之固化溫度。
ACF 產品結合了物理結構及化學材料等諸多知識，長期以來掌控在日本廠商手中。目前日本廠商仍具壟斷地位，韓商近來發展已稍有成果，國內廠商則仍進展有限。 ACF為驅動IC封裝的主流膠材，未來在高密度IC之覆晶封裝的帶動下，應用領域可望持續擴大。以ACF市場規模來看，對廠商切入的誘因或許不大。但若以 技術推升的角度來看，國內廠商若要擺脫技術追隨而成為領先者的角色，ACF的投入則不可免，因為ACF已成為IC產品在Fine Pitch演進下必須掌握的關鍵材料。（本文由台灣工業銀行綜合研究所王志方提供）
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截圓公式的算法如上例
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