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研究生： 張維倫
Wei-Leun Chang
論文名稱： 異向性導電膠膜與黏晶膠的機械性質與可靠度測試
Mechanical properties and reliability tests of anisotropic conductive films (ACF) and die attach adhesives
指導教授： 葉銘泉
Ming-Chuen Yip
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 110
中文關鍵詞： 異向性導電膠膜 、可靠度
外文關鍵詞： anisotropic conductive films, reliability
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    • 本論文主要探討封裝常用的兩種膠材，異向性導電膠與黏晶膠，在不同溫度與不同的應變率下，材料強度與楊氏係數的變化。此外，針對異向性導電膠進行了70oC高溫老化與85oC/85%RH高溫高溼老化的可靠性測試、在不同溫度下接著強度測試、以及各種接著參數對接著強度的影響測試，其中異向性導電膠的接著強度的測試都是以撥離強度作為基準。另外，經由掃描式電子顯微鏡觀察試片撥離後的斷面，藉以了解相關的破壞機制。
    在膠材的強度與楊氏係數測試的方面，我們可以發現兩種材料都有相同的結果，拉伸速率越快，破壞應力越高；相反的，拉伸速率越慢，試片受到拉伸的時間較長，破壞應變也會變得較長。在不同的溫度下，材料強度與楊氏係數會因溫度升高，破壞應力與楊氏係數會有下降的現象，尤其在越高溫，這樣的效果越是明顯。
    從兩個不同環境的可靠度測試中，我們發現異向性導電膠的撥離強度受到溼度的影響遠比溫度的影響大，大約到120小時之後，四種不同的異向性導電膠材撥離強度都已經掉落到比尚未老化之前低的地方。高溫老化對膠材的影響，一開始可以讓膠材的接著變得更強，但高溫老化時間過長時，膠材會逐漸的轉變成脆性，接著強度也隨著開始下降。
    從不同的異向性導電膠接著參數的撥離強度測試部分，我們可以發現，接著的溫度越高，或是接著的時間越長，接著後的撥離強度會有明顯的增加；從異向性導電膠在不同溫度的撥離強度測試也可以發現，隨著環境溫度的上升，撥離強度會有很明顯的下降。

    目錄 一、 導論………………………………………………………………..1 二、 研究動機…………………………………………………………..4 三、 文獻回顧…………………………………………………………..6 3.1 薄膜試片測試相關文獻相關文獻……..……………………...6 3.2 異向性導電膠膜製程及使用特性相關文獻………………….7 3.3 異向性導電膠各種機械性質測試文獻……………………...9 3.3-1 疲勞測試………………………………………………....9 3.3-2 剪力測試………………………………………………....10 3.3-3 撥離強度（peel strength）測試…………………………10 3.4 異向性導電膠膜可靠度相關文獻…………………………...10 3.4-1 高溫老化…………………………………………………10 3.4-2 高溫高濕老化…………………………………………..12 3.4-3 熱循環測試……………………………………………..14 3.4-4 熱衝擊（thermal shock）測試……………………………14 四、 研究方法…………………………………………………………15 4.1 試片製作….…………………………………………………15 4.1.1 薄膜塊狀試片製作…………………………………….15 4.1.2 黏著組合試片製作……………………………………..18 4.2 儀器設備……..……………………………………………...20 4.2.1 Instron-8848微拉伸試驗機……………………………21 4.2.2 溫度與溼度控制箱……………………………………..22 4.2.3 微氣動式夾頭…………………………………………..22 4.2.4 可變換夾面夾頭 (Versa Grips)………………………..22 4.2.5 桌上型恆溫恆濕測試機……………………………….23 4.2.6 熱風循環烘箱 (Oven)…………………………………23 4.2.7 掃描式電子顯微鏡 (SEM)…………………………….23 4.2.8 正立式金相顯微鏡 （Metallurgical Microscopes）…….23 4.2.9 工研院自行設計之異向性導電膠接合機……………..24 4.2.10 研磨拋光機……………………………………………24 4.2.11 超音波洗淨器…………………………………………24 4.3 測試方法….…………………………………………………24 4.3.1 薄膜塊狀試片測試……………………………………..25 4.3.2 黏著組合試片測試……………………………………..26 五、 結果與討論………………………………………………………29 5.1 黏晶膠薄膜試片在不同溫度與應變率下機械性質的變化...29 5.2 異向性導電膠膜薄膜試片在不同溫度下機械性質的變化...30 5.3 異向性導電膠膜接著試片在各種測試下機械性質的變化...32 5.3.1 不同黏著條件下機械性質的變化……………………..32 5.3.2 DSC固化程度檢驗…………………………………….34 5.3.3 高溫環境下機械性質的變化…………………………..34 5.3.4 可靠度測試……………………………………………..35 5.3.4.1 高溫老化環境下機械性質的變化………………...36 5.3.4.2 高溫高濕老化後機械性質的變化………………...37 5.5 冷埋試片觀測………………………………………………...40 5.6 破壞斷面SEM觀測………………………………………….41 5.6.1 銅片薄膜粗糙面SEM觀測……………………………42 5.6.2 ITO玻璃面SEM觀測…………………………………43 5.7 破壞斷面圖片觀測…………………………………………...44 六、 結論………………………………………………………………47 七、 參考文獻…………………………………………………………49 表目錄 表 3.1 異向性導電膠膜與異向性導電膏各種材料性質之比較[5]...52 表 4.1 異向性導電膠膜靜態測試規格與方法[5]………..…………..53 表 4.2 異向性導電膠可靠度測試規格與方法[5]……..……………..54 表 4.3 現行液晶面板廠對異向性導電膠膜之可靠度測試規格…….55 表 5.1 黏晶膠楊氏係數在各種溫度與應變率下有效試片數據表….56 表 5.2 黏晶膠破壞強度在各種溫度與應變率下有效試片數據表…57 表 5.3 四種異向性導電膠膜的破壞強度在各種溫度下有效試片數據表………………………………………………………………………..58 表 5.4 四種異向性導電膠膜的撥離強度在各種接合條件下有效數據表…………………………………………………………………….59 表 5.5 四種異向性導電膠膜的撥離強度在各種溫度下有效試片數據表……………………………………………………………………...60 表 5.6 四種異向性導電膠膜的撥離強度在高溫老化下有效試片數據表……………………………………………………………………..61 表 5.7 四種異向性導電膠膜的撥離強度在高溫高濕老化有效數據表…………………………………………………………………...63 圖目錄 圖 2.1 異向性導電膠膜實際接合於背光面板之接著圖…………….65 圖 4.1 黏晶膠薄膜試片幾何外型及尺寸…………………………….66 圖 4.2 黏晶膠薄膜試片樣品圖……………………………………….66 圖 4.3 Loctite公司出品的QMI536HT產品圖………………………67 圖 4.4 異向性導電膠成分種類圖……………….……………………67 圖 4.5 異向性導電膠導電粉體結構形狀圖…….……………………68 圖 4.6 異向性導電膠接著後結構體側面圖[17]…………………...68 圖 4.7 純膠材薄膜試片樣品圖…………………………………….…69 圖 4.8 異向性導電膠膜的接合過程示意圖…………………………69 圖 4.9 異向性導電膠膜接著完成後組合試片圖……………………70 圖 4.10 Instron 8848微拉伸試驗機…………………………………..71 圖 4.11 工研院自行設計之異向性導電膠接合機………………….72 圖 4.12 研磨拋光機………………………………………………….72 圖 4.13 超音波洗淨器……………………………………………….73 圖 4.14 薄膜塊狀試片實驗流程圖………………………………….74 圖 4.15 黏著組合試片實驗流程圖………………………………….75 圖 4.16 接著組合試片撥離測試圖（一）…………………………….76 圖 4.17 接著組合試片撥離測試圖（二）…………………………….76 圖 4.18 撥離測試示意圖…………………………………………….77 圖 5.1 黏晶材料在25oC，四種應變率下的應力應變圖……………..78 圖 5.2 黏晶材料在75oC，四種應變率下的應力應變圖…………….78 圖 5.3 黏晶材料在100oC，四種應變率下的應力應變圖……………79 圖 5.4 黏晶材料在125oC，四種應變率下的應力應變圖…………...79 圖 5.5 黏晶膠的楊氏係數在四種應變率下隨溫度的變化情……….80 圖 5.6 黏晶膠的破壞應力在四種應變率下隨溫度的變化情形…….80圖 5.7 異向性導電膠膜薄膜試片在四種溫度下應力應變………….81 圖 5.8 純膠材薄膜試片在四種溫度下應力應變圖……………….…81 圖 5.9 含10% SiO2之異向性導電膠膜試片在四種溫度下應力應變.82 圖 5.10 含20% SiO2之異向性導電膠膜試片在四種溫度下應力應變圖………………………………………………………………………..82 圖 5.11 四種異向性導電膠膜破壞強度與溫度的關係圖…………...83 圖 5.12 四種異向性導電膠膜楊氏係數與溫度的關係…..………...83 圖 5.13 純膠材薄膜試片破壞強度與老化時間的關係圖..………...84 圖 5.14 3M公司出品之異向性導電膠膜撥離強度與接著壓力關係圖………………………………………………………………………..85 圖 5.15 四種材料撥離強度與接著時間的關係圖（接著溫度：240oC）…………………………………………………………………..85 圖 5.16 四種材料撥離強度與接著時間的關係圖（接著溫度：260oC）………..…………………………………………………...…….86 圖 5.17 尚未接著固化的純膠材的DSC掃描圖……………………87 圖 5.18 已固化之純膠材DSC掃描圖………………………………87 圖 5.19 純膠材在70oC高溫下，放置24小時的DSC掃描圖………88 圖 5.20 純膠材經過70oC高溫環境24小時後之DSC掃描圖………88 圖 5.21 四種膠材撥離強度隨不同溫度的變化情形………………..89 圖 5.22 異向性導電膠膜撥離測試曲線與測試溫度的關係………..89 圖 5.23純膠材撥離測試曲線與測試溫度的關係…………………..90 圖 5.24 含10% SiO2之ACF撥離測試曲線與測試溫度的關係……90 圖 5.25 含20% SiO2之ACF撥離測試曲線與測試溫度的關係圖…..91 圖 5.26 四種材料在70oC，撥離強度與老化時間的關係圖…………92 圖 5.27 四種材料在85oC/85%RH，撥離強度與老化時間的關係圖..92 圖 5.28 純膠材接著組合試片冷埋後的試片圖………..…………….93 圖 5.29 純膠材在85oC/85%RH老化0小時之試片橫截面圖……….93 圖 5.30 純膠材在85oC/85%RH老化24小時之試片橫截面圖……...94 圖 5.31 純膠材在85oC/85%RH老化48小時之試片橫截面圖……...94 圖 5.32 純膠材在85oC/85%RH老化72小時之試片橫截面………95 圖 5.33 純膠材在85oC/85%RH老化1000小時之試片橫截面圖…95 圖 5.34 純膠材高溫高濕老化0小時，SEM放大100倍斷面圖…….96 圖 5.35 純膠材高溫高濕老化24小時，SEM放大100倍斷面圖……96 圖 5.36 純膠材高溫高濕老化48小時，SEM放大100倍斷面圖…...97 圖5.37 ACF高溫高濕老化0小時，SEM放大5000倍斷面圖……..97 圖 5.38 ACF高溫高濕老化48小時，SEM放大5000倍斷面圖……98 圖 5.39 含20% SiO2之ACF高溫高濕老化0小時，SEM放大一萬倍 斷面圖…..…………………………………………………..98 圖 5.40 含20% SiO2之ACF高溫高濕老化48小時，SEM放大一萬倍斷面圖……………………………………………………….99 圖 5.41 ACF高溫高濕老化0小時，SEM放大100倍斷面圖……..99 圖 5.42 純膠材高溫高濕老化0小時，SEM放大100倍斷面圖…..100 圖 5.43 含10% SiO2之ACF老化0小時，SEM放大100倍斷面圖.100 圖 5.44 含20% SiO2之ACF老化0小時，SEM放大100倍斷面圖..101 圖 5.45 純膠材高溫高濕老化24小時，SEM放大100倍斷面圖…101 圖 5.46 ACF高溫高濕老化48小時，SEM放大100倍斷面圖….102 圖 5.47 ACF-10%高溫高濕老化48小時，SEM放大100倍斷面…102 圖 5.48 ACF-20%高溫高濕老化48小時，SEM放大100倍斷面…103 圖 5.49 ACF-20%高溫高濕老化0小時，SEM放大5000倍斷面.103 圖 5.50 ACF-20%高溫高濕老化0小時，SEM放大10000倍斷面圖.104 圖 5.51 ACF-20%高溫高濕老化48小時，SEM放大5000倍斷面..104 圖 5.52 ACF-20%高溫高濕老化48小時，SEM放大一萬倍斷面圖..105 圖 5.53 純膠材高溫高濕老化24小時後斷面圖………………….106 圖 5.54 純膠材高溫高濕老化48小時後斷面圖………………….106 圖 5.55 純膠材高溫高濕老化500小時後斷面圖…………………107 圖 5.56 純膠材高溫高濕老化1000小時後斷面圖……………….107 圖 5.57 純膠材70oC高溫老化24小時後斷面圖…………………108 圖 5.58 純膠材70oC高溫老化500小時後斷面圖………………….108 圖 5.59 純膠材在75oC下撥離測試後斷面圖…………………….109 圖 5.60 純膠材在100oC下撥離測試後斷面圖……………………109 圖 5.61 純膠材在125oC下撥離測試後斷面圖……………………110

    第七章、參考文獻
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