IC卡記錄芯片封裝膠帶的研制

文章出處：http:// 作者：沈健 高子亮 武志芳   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月26日

    1 引言 

    目前，IC卡已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，僅2005年全球的發(fā)行量達(dá)38．6億張。主要應(yīng)用于通信、銀行、醫(yī)療、交通、超市購(gòu)物、學(xué)校收費(fèi)以及網(wǎng)上交易等。Ic卡進(jìn)入我國(guó)的時(shí)間較晚，但在“金卡工程”的大力推動(dòng)下，發(fā)展十分迅速，已經(jīng)成為世界上Ic卡發(fā)行使用速度最快的國(guó)家。2005年中國(guó)發(fā)行Ic卡67950萬(wàn)張，總銷(xiāo)售額達(dá)到了652320萬(wàn)元，發(fā)卡量和銷(xiāo)售額與2004年相比分別實(shí)現(xiàn)了19．1％和29．3％的增長(zhǎng)。面對(duì)如此巨大的市場(chǎng)和發(fā)行量，IC卡傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝(滴液生產(chǎn)線)已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代的需求。這種生產(chǎn)方式容易造成膠液的溢流，污染芯片；而且粘接過(guò)程所用的膠量或多或少，使產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；此外，滴液生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率低，工人工作環(huán)境差。為了提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，并改善工作環(huán)境，我們將所選用的膠粘劑制成封裝膠帶，將芯片模塊與膠帶預(yù)粘后通過(guò)沖裁，最后再粘到PVC卡片上。這種封裝膠帶非常適合于自動(dòng)化流水線生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)有少數(shù)廠家在研制這種封裝膠帶，但其性能還不能很好的滿足連續(xù)生產(chǎn)線的要求。因此IC卡生產(chǎn)廠家主要依靠從國(guó)外進(jìn)口封裝膠帶來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。這就使Ic卡的生產(chǎn)成本增加，對(duì)企業(yè)效益的保證和競(jìng)爭(zhēng)力的提升產(chǎn)生不利影響。

    2 實(shí)驗(yàn)部分 

    芯片的封裝是IC卡生產(chǎn)過(guò)程中一道必不可少的關(guān)鍵工序。對(duì)IC卡的整體質(zhì)量和使用壽命起著非常重要的作用。這就對(duì)封裝膠帶本身的質(zhì)量和工藝適應(yīng)性能提出了較高的要求。為此，我們?cè)诹私夥庋b工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了研制試驗(yàn)。

    2．1 試驗(yàn)用原材料 

    熱塑性聚氨酯膠粘劑、CaCO 、滑石粉、鄰苯二甲酸二辛酯、偶聯(lián)劑、觸變劑、混合溶劑 

    2．2 試驗(yàn)設(shè)備 

    烘箱、攪拌機(jī)、球磨機(jī)、涂布機(jī)、分切機(jī)、封裝機(jī) 

    2．3 試驗(yàn)工藝 

    (1)填料的預(yù)處理，在100oC對(duì)CaCO 、滑石粉、SiO 進(jìn)行烘干處理；(2)膠液的制備，將一定量的膠粘劑材料溶解在混合溶劑中，依次加入填料和助劑，進(jìn)行攪拌、球磨分散；(3)在一定的溫度、速度下對(duì)膠粘劑進(jìn)行涂覆試驗(yàn)及防粘紙與膠液表面張力的匹配試驗(yàn)；(4)進(jìn)行分切；(5)進(jìn)行IC卡芯片封裝適應(yīng)性試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定Ic卡記錄芯片封裝膠帶的配方及生產(chǎn)工藝。

    3 結(jié)果與討論 

    3．1 膠粘劑主要性能對(duì)工藝性能的影響 

    從IC卡芯片封裝流程可以知道，在IC卡的生產(chǎn)過(guò)程中要求封裝膠帶的膠層容易從帶基上剝離，同時(shí)要求膠層和芯片預(yù)粘時(shí)間短并要有良好的沖裁性能，關(guān)鍵是芯片最后粘接到PVC卡片上時(shí)，要求膠層在設(shè)定溫度下快速熔融并在1—2s內(nèi)固化，而且要有足夠的粘接強(qiáng)度。在封裝膠帶的制作工藝中，首先要選擇合適的膠粘劑和帶基，那么怎樣使膠粘劑能均勻的分布在帶基上并且不會(huì)自動(dòng)脫離，而且封裝膠帶還能夠滿足Ic卡連續(xù)生產(chǎn)線的要求，這就對(duì)膠帶的制作工藝過(guò)程提出了特定的要求。為此，我們選用熱塑性膠粘劑作為研究對(duì)象。根據(jù)所用基礎(chǔ)樹(shù)脂的不同，熱塑性膠粘劑主要可以分為：乙烯一醋酸乙烯(EVA)類(lèi)、聚酰胺(PA)類(lèi)、聚酯(PET)類(lèi)、聚氨酯(PU)類(lèi)。 

    通過(guò)對(duì)幾類(lèi)熱塑性膠粘劑的性能比較，我們首先選擇粘接性和工藝性都好的聚氨酯熱塑性膠粘劑作為本實(shí)驗(yàn)的原材料。同時(shí)考慮到聚氨酯熱塑性膠粘劑的種類(lèi)繁多，根據(jù)其在成分、性能和用途上的差異，選用TDI系列的熱塑性膠粘劑并對(duì)其具體的物理性能和工藝性進(jìn)行比較試驗(yàn)。結(jié)果如下表：

    表1 熱塑性聚氨酯膠粘劑性能比較

    從IC卡的生產(chǎn)工藝過(guò)程來(lái)看，PVC卡片和膠層的粘接需要在1—2s的時(shí)間內(nèi)完全固化，而且要求達(dá)到一定的粘接強(qiáng)度，所以在選用膠的時(shí)候需要考慮它的固化速度和粘接強(qiáng)度。從表1可以看出，在粘接強(qiáng)度較好的前提下，當(dāng)玻璃化溫度低且結(jié)晶速度快時(shí)，不但固化速度快而且粘接強(qiáng)度好。而當(dāng)玻璃化溫度較高，結(jié)晶速度慢的情況下，固化速度較慢而且工藝性也差。在綜合考慮工藝可能性等各項(xiàng)性能的情況下，選用玻璃化溫度比較低，而且結(jié)晶速度也較快T-5201 H作為制作粘接膠帶的原材料。 

    3．2 防粘紙對(duì)工藝性能的影響 

    在整個(gè)工藝過(guò)程中，防粘紙的選擇也是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)選用2種防粘紙，一種有PE膜，另一種無(wú)PE膜。每一種選取3種不同克數(shù)的紙進(jìn)行試涂。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：

    表2 防粘紙涂布效果比較

    通過(guò)試涂發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有PE膜的防粘紙上膠液可以均勻分布，而且膠層干燥之后沒(méi)有剝離脫落現(xiàn)象。經(jīng)分析認(rèn)為，液體與固體表面接觸時(shí)，界面區(qū)的兩種分子既受到界面同側(cè)同種分子的吸引作用，叉受到另一側(cè)異種分子的吸引作用，此兩種吸引力的合力稱(chēng)為界面張力。如果固體是低表面能的，其吸引力低于液體相分子的吸引力，界面區(qū)的液體分子有向液體內(nèi)部收縮的張力，這就是非潤(rùn)濕狀態(tài)；如果固體是高表面能固體，其吸引力高于液體相分子的吸引力。則界面區(qū)的液體分子有一種被吸附于固體的壓力，就會(huì)形成潤(rùn)濕狀態(tài)，使液體和固體界面結(jié)合較緊，對(duì)于試驗(yàn)?zāi)康亩?，不利于膠層的剝離。如果選擇固體和液體的表面能相近時(shí)，膠液既能很均勻的分布在固體表面，而且界面結(jié)合也不是很緊密，又利于膠層的剝離。涂了PE膜，紙的表面張力減小，膠液的表面張力大于紙的表面張力，膠液就有收縮現(xiàn)象。當(dāng)使用無(wú)膜的防粘紙時(shí)，膠液和防粘紙的表面張力比較接近，膠液就可以很均勻的分布在防粘紙的表面同時(shí)亦符合易于剝離的要求。通過(guò)試驗(yàn)分析，再結(jié)合紙本身在韌性、沖切、不吸濕性和經(jīng)濟(jì)I生等方面的因素，最終選用90g無(wú)PE膜的防粘紙。 

    3．3 膠粘劑配方體系對(duì)工藝性能的影響 

    封裝膠帶作為一種產(chǎn)品，使其綜合性能符合使用要求是最終的目的。選用配伍合理的膠粘劑配方體系對(duì)實(shí)現(xiàn)粘接強(qiáng)度等工藝性能起著重要的作用。以下是通過(guò)加入不同量的填料和助劑后膠粘劑體系對(duì)封裝膠帶性能的影響情況。

    表3 加入不同量的填料和助劑后膠粘劑體系對(duì)封裝膠帶的性能影響

    (1)添加增塑劑對(duì)沖裁工藝的影響 

    通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在配方體系中沒(méi)有添加增塑劑時(shí)，膠層在沖裁過(guò)程中有粘連現(xiàn)象，剪切面不夠整齊。分析可知，沖裁過(guò)程中的粘連現(xiàn)象是因?yàn)樵诔跽澈竽z層固化硬度不夠。從表3試驗(yàn)睛況可以看出，添加增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯可適當(dāng)增加膠層的硬度，使其在沖裁過(guò)程中避免粘連現(xiàn)象，使切面整齊利落。 

    (2)加入填料和偶聯(lián)劑對(duì)粘接強(qiáng)度的影響 

    試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不加填料和偶聯(lián)劑的情況下，粘接強(qiáng)度與使用要求相比還有一點(diǎn)差距。為了增加粘接強(qiáng)度，我們通過(guò)在配方體系中添加填料和偶聯(lián)劑來(lái)改進(jìn)。因?yàn)榧尤胩盍夏芨倪M(jìn)物理性能，降低其固化收縮率，具有補(bǔ)強(qiáng)的作用；而加入偶聯(lián)劑，可以改善聚氨酯膠粘劑對(duì)基材的粘接性，提高粘接強(qiáng)度和耐濕熱性。 

    (3)添加觸變劑對(duì)膠液流動(dòng)性的影響 

    在涂覆過(guò)程中，膠液的流動(dòng)性也是一個(gè)重要的工藝指標(biāo)，如果膠液太稠、粘度太大，不利于涂覆，流平性也差；而膠液太稀，粘度太小，在涂敷過(guò)程中容易造成溢流，不易達(dá)到要求的涂層厚度，使膠層的固含量減少，進(jìn)而影響粘接強(qiáng)度。在膠粘劑組成內(nèi)添加觸變劑(SiO )，可調(diào)節(jié)膠粘劑的粘度，減少不希望有的滲透作用，提高滯留特性。 

    通過(guò)配方、涂布工藝試驗(yàn)，我們將試制的封裝膠帶樣品進(jìn)行使用試驗(yàn)，利用所制得的膠帶進(jìn)行試粘，發(fā)現(xiàn)以CaCO 為填料的封裝膠帶其粘性較大，膠層和帶基不易分離，沖裁有粘連，粘接強(qiáng)度較差。以滑石粉為填料的封裝膠帶其塑性好，沖裁邊緣平整，易從帶基上剝落，粘接牢度好，經(jīng)過(guò)彎扭試驗(yàn)芯片沒(méi)有脫落和剝離現(xiàn)象。

    4 結(jié)論 

    對(duì)膠粘劑的性能進(jìn)行比較，選擇符合Ic卡芯片封裝所要求的快速熔融、快速固化的T5201H熱塑性聚氨酯膠粘劑為基礎(chǔ)材料，并在膠粘劑中加入滑石粉、SiO2、鄰苯二甲酸二辛酯和WD60，作為膠粘劑的配方體系。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行涂覆試驗(yàn)及防粘紙與膠液表面張力的匹配試驗(yàn)，最終將試制的封裝膠帶在Ic卡自動(dòng)生產(chǎn)線上進(jìn)行封裝適應(yīng)性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整膠粘劑的配方體系。試驗(yàn)結(jié)果表明，選用牌號(hào)為T(mén)5201H的熱塑性聚氨酯膠粘劑為材料，90g無(wú)PE膜防粘紙為帶基；并且膠粘劑的配方體系為1％滑石粉、1．5％Si02、l％鄰苯二甲酸二辛酯和0．75％WD60時(shí)，試制的封裝膠帶從粘接強(qiáng)度和工藝性能上都符合Ic卡自動(dòng)生產(chǎn)線的使用要求。

    作者簡(jiǎn)介：沈健(1980-)，男，浙江人，太原科技大學(xué)和中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第33研究所在讀碩士研究生，主要從事信息介質(zhì)材料和uV固化油墨方面的研究。