精準高分子微粒子特性驗證平台研究

刊登日期:2015/6/5
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前言
近年來,電子構裝技術發展趨勢朝向高密度、薄型化、無鉛銲錫製程發展,在高密度組裝構裝發展技術中,異方性導電膠( Anisotropic Conductive Film;ACF )材料亦是重點發展的技術之一,其中,導電塑膠粒子是 ACF產品中的重要材料。由於 ACF材料具有非常多的優點,例如適合低溫壓合製程、能符合小尺寸構裝需求等,所以 ACF經常出現在平面顯示器用高密度構裝型態的載具中,例如 Chip On Glass( COG )、Chip On Film ( COF )、Tape Carrier Package 與覆晶構裝( Flip Chip Package )等。異方性導電膠材料主要是由導電塑膠粒子與黏著劑(可以是熱塑型樹脂或熱固型樹脂)所組成,金屬導電塑膠粒子的金屬層主要是由內層 Ni 層加上外層的 Au 層所構成,Ni 層主要目的是建立塑膠粒子的導電特性,而外層的 Au 層除了增加導電特性之外,也保護鎳層不被氧化。

文獻搜尋與分析
ACF主要由黏著劑與均勻散佈之導電粒子所組成,導電粒子中心為具有彈性之樹脂外圍包覆Au/Ni金屬,因此導電粒子具有彈性與導電性。經高壓高溫壓合後使 ACF 固化導電粒子位於 IC Bump 與基板電極間造成垂直導通,而黏著劑為不導電材質,因此可確保水平方向之絕緣效果(圖一)。但在Fine Pitch的發展趨勢下,因 Bump 間的間距變小,容易造成導電粒子橋接而產生短路現象(圖二),以往 5~7 μm 導電粒子已不敷使用,因此已有廠商發展出 3 μm之導電粒子,甚至更低粒徑之導電粒子,以對應更小 Pitch 之製程。除此之外,為解決短路之問題,Dexerials Corporation 提出導電粒子外加一層絕緣層,當進行壓合製程時,含絕緣層的導電粒子因被壓迫破裂而造成電性通路,又因外層的絕緣層而減少了粒子間的短路現象(圖三)。


圖三、含絕緣層之導電粒子

實驗
本研究共選了三種不同粒徑大小的導電塑膠粒子,分別是 3 μm、5 μm 與 10 μm;導電塑膠粒子是由核心的單一粒徑交鏈共聚高分子球體外層電鍍金屬 Ni 層與 Au 層組成,結構如圖七所示。由於這些導電塑膠粒子應用於高密度的晶片黏著組裝構裝技術,對粒子粒徑均一性要求很高,一般來說,粒子的粒徑標準差必須小於 8%。

結果與討論
1. 粒徑大小對機械特性的影響
本研究針對不同粒徑大小(3 μm、5μm、10 μm)來探討其對機械特性的影響。從表一得知,在相同的測試條件(10 mN、1.1155 mN/sec)下,壓縮變位會隨著粒徑增大而降低,回復率會隨著粒徑增大而增加,這是因為較大粒徑的粒子會有較大接觸面積,使壓縮變位降低;而在相同測試條件下,粒徑較小的粒子會有較多的塑性變形,使回復率降低。

表一、粒徑 5 μm與 10 μm在相同測試條件下的機械特性

3. 壓合力量對機械特性的影響
本研究針對5 μm導電粒子在不同的壓合力量下對機械特性的影響。從表四得知,較大的壓合力量會造成較大的壓合變位與較差的回復率。這是因導電粒子在較大的壓合力量下會造成較多的塑性變形,使粒子會有較差的回復率。此外,在K10與K20方面,壓合力量的改變
……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:史哲豪、陳凱琪、李巡天 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」342期,更多資料請見下方附檔。


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