La película conductora anisotrópica ( ACF ) es un sistema de interconexión adhesiva que se utiliza habitualmente en la fabricación de pantallas de cristal líquido para realizar las conexiones eléctricas y mecánicas desde la electrónica del controlador hasta los sustratos de vidrio de la pantalla LCD . El material también está disponible en forma de pasta denominada pasta conductora anisotrópica (ACP), y ambas se agrupan como adhesivos conductores anisotrópicos (ACA). Los ACA se han utilizado más recientemente para realizar las conexiones de flex a placa o de flex a flex que se utilizan en dispositivos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles, reproductores de MP3 o en el montaje de módulos de cámara CMOS.
Los ACA se desarrollaron a finales de los años 1970 [1] y principios de los años 1980 [2] , con conectores de sellado térmico de Nippon Graphite Industries [3] , y ACF de Hitachi Chemicals [4] y Dexerials (antes conocida como Sony Chemicals & Information Devices ). [5] Actualmente hay muchos fabricantes de conectores de sellado térmico y ACA, pero Hitachi y Sony siguen dominando la industria en términos de participación de mercado. Otros fabricantes de ACA incluyen 3M , [6] Loctite , [7] DELO , [8] Creative Materials, [9] Henkel , Sun Ray Scientific, [10] Kyocera, [11] Three Bond, [12] Panacol, [13] y Btech. [14]
En los primeros años, los ACA se fabricaban a partir de caucho, acrílico y otros compuestos adhesivos, pero rápidamente convergieron en varias variaciones diferentes de resinas epoxi de tipo bifenilo termoendurecibles. Sin embargo, las temperaturas requeridas eran relativamente altas, de 170 a 180 °C, y los líderes del mercado, Sony e Hitachi, desarrollaron y lanzaron materiales basados en acrílico a principios de la década de 2000 que redujeron las temperaturas de curado por debajo de los 150 °C, manteniendo los tiempos de curado en el rango de 10 a 12 segundos. Los avances posteriores en los compuestos acrílicos utilizados redujeron los tiempos del ciclo de curado a menos de 5 segundos en muchos casos, que es donde permanecen al momento de escribir este artículo. Las hojas de especificaciones están disponibles en todos los sitios de los fabricantes enumerados anteriormente.
ACF sigue siendo el formato más popular para los ACA, en gran medida debido a la capacidad de controlar con precisión el volumen de material, la densidad de las partículas en cualquier muestra y la distribución de esas partículas dentro de la muestra. Esto es particularmente cierto en el bastión tradicional de ACF de las interconexiones de pantalla, pero ACF también ha experimentado un fuerte crecimiento fuera de la industria de las pantallas y en áreas dominadas durante mucho tiempo por las tecnologías de montaje superficial. La capacidad de realizar interconexiones en un espacio XYZ muy pequeño ha sido el factor clave en esta expansión, ayudada por la capacidad, en determinadas condiciones, de reducir considerablemente los costos, ya sea mediante la reducción de la cantidad de componentes o del material total utilizado.
Los ACP se utilizan ampliamente en aplicaciones de gama baja, principalmente en el ensamblaje de chips sobre sustratos de antenas RFID. También se utilizan en algunas aplicaciones de ensamblaje de placas o flexos, pero a un nivel mucho menor que los ACF. Si bien los ACP generalmente tienen un costo menor que los ACF, no pueden proporcionar el mismo nivel de control en la cantidad de adhesivo y la dispersión de partículas que los ACF. Por este motivo, es muy difícil usarlos para aplicaciones de alta densidad.
La tecnología ACF se utiliza en chips sobre vidrio (COG), flex sobre vidrio (FOG), flex sobre placa (FOB), flex sobre flex (FOF), chip sobre flex (COF), chip sobre placa (COB) y aplicaciones similares para densidades de señal más altas y paquetes generales más pequeños. Los ACP se utilizan normalmente solo en aplicaciones de chip sobre flex (COF) con bajas densidades y requisitos de coste, como antenas RFID o en conjuntos FOF y FOB en dispositivos electrónicos portátiles. Los COG, en particular, también utilizan protuberancias de oro para conectarse a la pantalla. [15]
En todos los casos, el material anisotrópico, por ejemplo, una resina termoendurecible que contiene partículas conductoras, se deposita primero sobre el sustrato base. Esto se puede hacer utilizando un proceso de laminación para ACF, o bien un proceso de dispensación o impresión para ACP. A continuación, el dispositivo o sustrato secundario se coloca en posición sobre el sustrato base y los dos lados se presionan juntos para montar el sustrato secundario o dispositivo en el sustrato base. En muchos casos, este proceso de montaje se realiza sin calor o con una cantidad mínima de calor que es suficiente para hacer que el material anisotrópico se vuelva ligeramente pegajoso. En el caso de utilizar una resina termoendurecible que contiene partículas conductoras, las partículas quedan atrapadas entre puntos prominentes, como electrodos, entre el sustrato y el componente, creando así una conexión eléctrica entre ellos. Otras partículas quedan aisladas por la resina termoendurecible. [16] En algunos casos, se omite este paso de montaje y los dos lados pasan directamente a la parte de unión del proceso. Sin embargo, en la fabricación de grandes volúmenes esto generaría ineficiencias en el proceso de fabricación, por lo que la unión directa generalmente se realiza solo en el laboratorio o en la fabricación a pequeña escala.
La unión es el tercer y último proceso necesario para completar un ensamblaje de ACF. En los dos primeros procesos, las temperaturas pueden variar desde la temperatura ambiente hasta los 100 °C, y el calor se aplica durante 1 segundo o menos. Para la unión, la cantidad de energía térmica necesaria es mayor debido a la necesidad de que primero fluya el adhesivo y permita que los dos lados se unan en contacto eléctrico, y luego curar el adhesivo y crear una unión duradera y confiable. Las temperaturas, los tiempos y la presión necesarios para estos procesos pueden variar como se muestra en la siguiente tabla.
Tabla 1: Condiciones comunes de montaje de ACF
▲ Las presiones de los conjuntos flexibles (FOG, FOB, FOF) se miden en toda el área debajo del cabezal de unión.
※Las presiones para los conjuntos de chips (COG, COF) se calculan sobre el área de superficie acumulada de las protuberancias del chip.