IC卡記錄芯片封裝膠帶的研制

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：沈健 高子亮 武志芳   人氣： 發表時間：2011年09月26日

    1 引言 

    目前，IC卡已經被廣泛地應用于社會的各個領域，僅2005年全球的發行量達38．6億張。主要應用于通信、銀行、醫療、交通、超市購物、學校收費以及網上交易等。Ic卡進入我國的時間較晚，但在“金卡工程”的大力推動下，發展十分迅速，已經成為世界上Ic卡發行使用速度最快的國家。2005年中國發行Ic卡67950萬張，總銷售額達到了652320萬元，發卡量和銷售額與2004年相比分別實現了19．1％和29．3％的增長。面對如此巨大的市場和發行量，IC卡傳統的生產工藝(滴液生產線)已經不能適應時代的需求。這種生產方式容易造成膠液的溢流，污染芯片；而且粘接過程所用的膠量或多或少，使產品質量不穩定；此外，滴液生產線的生產效率低，工人工作環境差。為了提高生產效率及產品質量，并改善工作環境，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粘后通過沖裁，最后再粘到PVC卡片上。這種封裝膠帶非常適合于自動化流水線生產。目前國內有少數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生產線的要求。因此IC卡生產廠家主要依靠從國外進口封裝膠帶來進行生產。這就使Ic卡的生產成本增加，對企業效益的保證和競爭力的提升產生不利影響。

    2 實驗部分 

    芯片的封裝是IC卡生產過程中一道必不可少的關鍵工序。對IC卡的整體質量和使用壽命起著非常重要的作用。這就對封裝膠帶本身的質量和工藝適應性能提出了較高的要求。為此，我們在了解封裝工藝的基礎上進行了研制試驗。

    2．1 試驗用原材料 

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

    2．2 試驗設備 

    烘箱、攪拌機、球磨機、涂布機、分切機、封裝機 

    2．3 試驗工藝 

    (1)填料的預處理，在100oC對CaCO 、滑石粉、SiO 進行烘干處理；(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，進行攪拌、球磨分散；(3)在一定的溫度、速度下對膠粘劑進行涂覆試驗及防粘紙與膠液表面張力的匹配試驗；(4)進行分切；(5)進行IC卡芯片封裝適應性試驗。根據試驗結果確定Ic卡記錄芯片封裝膠帶的配方及生產工藝。

    3 結果與討論 

    3．1 膠粘劑主要性能對工藝性能的影響 

    從IC卡芯片封裝流程可以知道，在IC卡的生產過程中要求封裝膠帶的膠層容易從帶基上剝離，同時要求膠層和芯片預粘時間短并要有良好的沖裁性能，關鍵是芯片最后粘接到PVC卡片上時，要求膠層在設定溫度下快速熔融并在1—2s內固化，而且要有足夠的粘接強度。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自動脫離，而且封裝膠帶還能夠滿足Ic卡連續生產線的要求，這就對膠帶的制作工藝過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象。根據所用基礎樹脂的不同，熱塑性膠粘劑主要可以分為：乙烯一醋酸乙烯(EVA)類、聚酰胺(PA)類、聚酯(PET)類、聚氨酯(PU)類。 

    通過對幾類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驗的原材料。同時考慮到聚氨酯熱塑性膠粘劑的種類繁多，根據其在成分、性能和用途上的差異，選用TDI系列的熱塑性膠粘劑并對其具體的物理性能和工藝性進行比較試驗。結果如下表：

    表1 熱塑性聚氨酯膠粘劑性能比較

    從IC卡的生產工藝過程來看，PVC卡片和膠層的粘接需要在1—2s的時間內完全固化，而且要求達到一定的粘接強度，所以在選用膠的時候需要考慮它的固化速度和粘接強度。從表1可以看出，在粘接強度較好的前提下，當玻璃化溫度低且結晶速度快時，不但固化速度快而且粘接強度好。而當玻璃化溫度較高，結晶速度慢的情況下，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性能的情況下，選用玻璃化溫度比較低，而且結晶速度也較快T-5201 H作為制作粘接膠帶的原材料。 

    3．2 防粘紙對工藝性能的影響 

    在整個工藝過程中，防粘紙的選擇也是一個比較重要的環節。本實驗選用2種防粘紙，一種有PE膜，另一種無PE膜。每一種選取3種不同克數的紙進行試涂。實驗結果如下表所示：

    表2 防粘紙涂布效果比較

    通過試涂發現，沒有PE膜的防粘紙上膠液可以均勻分布，而且膠層干燥之后沒有剝離脫落現象。經分析認為，液體與固體表面接觸時，界面區的兩種分子既受到界面同側同種分子的吸引作用，叉受到另一側異種分子的吸引作用，此兩種吸引力的合力稱為界面張力。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，界面區的液體分子有向液體內部收縮的張力，這就是非潤濕狀態；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。則界面區的液體分子有一種被吸附于固體的壓力，就會形成潤濕狀態，使液體和固體界面結合較緊，對于試驗目的而言，不利于膠層的剝離。如果選擇固體和液體的表面能相近時，膠液既能很均勻的分布在固體表面，而且界面結合也不是很緊密，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，膠液就有收縮現象。當使用無膜的防粘紙時，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亦符合易于剝離的要求。通過試驗分析，再結合紙本身在韌性、沖切、不吸濕性和經濟I生等方面的因素，最終選用90g無PE膜的防粘紙。 

    3．3 膠粘劑配方體系對工藝性能的影響 

    封裝膠帶作為一種產品，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實現粘接強度等工藝性能起著重要的作用。以下是通過加入不同量的填料和助劑后膠粘劑體系對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封裝膠帶的性能影響

    (1)添加增塑劑對沖裁工藝的影響 

    通過試驗發現，在配方體系中沒有添加增塑劑時，膠層在沖裁過程中有粘連現象，剪切面不夠整齊。分析可知，沖裁過程中的粘連現象是因為在初粘后膠層固化硬度不夠。從表3試驗睛況可以看出，添加增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯可適當增加膠層的硬度，使其在沖裁過程中避免粘連現象，使切面整齊利落。 

    (2)加入填料和偶聯劑對粘接強度的影響 

    試驗發現，在不加填料和偶聯劑的情況下，粘接強度與使用要求相比還有一點差距。為了增加粘接強度，我們通過在配方體系中添加填料和偶聯劑來改進。因為加入填料能改進物理性能，降低其固化收縮率，具有補強的作用；而加入偶聯劑，可以改善聚氨酯膠粘劑對基材的粘接性，提高粘接強度和耐濕熱性。 

    (3)添加觸變劑對膠液流動性的影響 

    在涂覆過程中，膠液的流動性也是一個重要的工藝指標，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，在涂敷過程中容易造成溢流，不易達到要求的涂層厚度，使膠層的固含量減少，進而影響粘接強度。在膠粘劑組成內添加觸變劑(SiO )，可調節膠粘劑的粘度，減少不希望有的滲透作用，提高滯留特性。 

    通過配方、涂布工藝試驗，我們將試制的封裝膠帶樣品進行使用試驗，利用所制得的膠帶進行試粘，發現以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，經過彎扭試驗芯片沒有脫落和剝離現象。

    4 結論 

    對膠粘劑的性能進行比較，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。在此基礎上再進行涂覆試驗及防粘紙與膠液表面張力的匹配試驗，最終將試制的封裝膠帶在Ic卡自動生產線上進行封裝適應性試驗，根據試驗結果，調整膠粘劑的配方體系。試驗結果表明，選用牌號為T5201H的熱塑性聚氨酯膠粘劑為材料，90g無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，試制的封裝膠帶從粘接強度和工藝性能上都符合Ic卡自動生產線的使用要求。

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