IC卡记录芯片封装胶带的研制

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：沈健 高子亮 武志芳   人气： 发表时间：2011年09月26日

    1 引言 

    目前，IC卡已经被广泛地应用于社会的各个领域，仅2005年全球的发行量达38．6亿张。主要应用于通信、银行、医疗、交通、超市购物、学校收费以及网上交易等。Ic卡进入我国的时间较晚，但在“金卡工程”的大力推动下，发展十分迅速，已经成为世界上Ic卡发行使用速度最快的国家。2005年中国发行Ic卡67950万张，总销售额达到了652320万元，发卡量和销售额与2004年相比分别实现了19．1％和29．3％的增长。面对如此巨大的市场和发行量，IC卡传统的生产工艺(滴液生产线)已经不能适应时代的需求。这种生产方式容易造成胶液的溢流，污染芯片；而且粘接过程所用的胶量或多或少，使产品质量不稳定；此外，滴液生产线的生产效率低，工人工作环境差。为了提高生产效率及产品质量，并改善工作环境，我们将所选用的胶粘剂制成封装胶带，将芯片模块与胶带预粘后通过冲裁，最后再粘到PVC卡片上。这种封装胶带非常适合于自动化流水线生产。目前国内有少数厂家在研制这种封装胶带，但其性能还不能很好的满足连续生产线的要求。因此IC卡生产厂家主要依靠从国外进口封装胶带来进行生产。这就使Ic卡的生产成本增加，对企业效益的保证和竞争力的提升产生不利影响。

    2 实验部分 

    芯片的封装是IC卡生产过程中一道必不可少的关键工序。对IC卡的整体质量和使用寿命起着非常重要的作用。这就对封装胶带本身的质量和工艺适应性能提出了较高的要求。为此，我们在了解封装工艺的基础上进行了研制试验。

    2．1 试验用原材料 

    热塑性聚氨酯胶粘剂、CaCO 、滑石粉、邻苯二甲酸二辛酯、偶联剂、触变剂、混合溶剂 

    2．2 试验设备 

    烘箱、搅拌机、球磨机、涂布机、分切机、封装机 

    2．3 试验工艺 

    (1)填料的预处理，在100oC对CaCO 、滑石粉、SiO 进行烘干处理；(2)胶液的制备，将一定量的胶粘剂材料溶解在混合溶剂中，依次加入填料和助剂，进行搅拌、球磨分散；(3)在一定的温度、速度下对胶粘剂进行涂覆试验及防粘纸与胶液表面张力的匹配试验；(4)进行分切；(5)进行IC卡芯片封装适应性试验。根据试验结果确定Ic卡记录芯片封装胶带的配方及生产工艺。

    3 结果与讨论 

    3．1 胶粘剂主要性能对工艺性能的影响 

    从IC卡芯片封装流程可以知道，在IC卡的生产过程中要求封装胶带的胶层容易从带基上剥离，同时要求胶层和芯片预粘时间短并要有良好的冲裁性能，关键是芯片最后粘接到PVC卡片上时，要求胶层在设定温度下快速熔融并在1—2s内固化，而且要有足够的粘接强度。在封装胶带的制作工艺中，首先要选择合适的胶粘剂和带基，那么怎样使胶粘剂能均匀的分布在带基上并且不会自动脱离，而且封装胶带还能够满足Ic卡连续生产线的要求，这就对胶带的制作工艺过程提出了特定的要求。为此，我们选用热塑性胶粘剂作为研究对象。根据所用基础树脂的不同，热塑性胶粘剂主要可以分为：乙烯一醋酸乙烯(EVA)类、聚酰胺(PA)类、聚酯(PET)类、聚氨酯(PU)类。 

    通过对几类热塑性胶粘剂的性能比较，我们首先选择粘接性和工艺性都好的聚氨酯热塑性胶粘剂作为本实验的原材料。同时考虑到聚氨酯热塑性胶粘剂的种类繁多，根据其在成分、性能和用途上的差异，选用TDI系列的热塑性胶粘剂并对其具体的物理性能和工艺性进行比较试验。结果如下表：

    表1 热塑性聚氨酯胶粘剂性能比较

    从IC卡的生产工艺过程来看，PVC卡片和胶层的粘接需要在1—2s的时间内完全固化，而且要求达到一定的粘接强度，所以在选用胶的时候需要考虑它的固化速度和粘接强度。从表1可以看出，在粘接强度较好的前提下，当玻璃化温度低且结晶速度快时，不但固化速度快而且粘接强度好。而当玻璃化温度较高，结晶速度慢的情况下，固化速度较慢而且工艺性也差。在综合考虑工艺可能性等各项性能的情况下，选用玻璃化温度比较低，而且结晶速度也较快T-5201 H作为制作粘接胶带的原材料。 

    3．2 防粘纸对工艺性能的影响 

    在整个工艺过程中，防粘纸的选择也是一个比较重要的环节。本实验选用2种防粘纸，一种有PE膜，另一种无PE膜。每一种选取3种不同克数的纸进行试涂。实验结果如下表所示：

    表2 防粘纸涂布效果比较

    通过试涂发现，没有PE膜的防粘纸上胶液可以均匀分布，而且胶层干燥之后没有剥离脱落现象。经分析认为，液体与固体表面接触时，界面区的两种分子既受到界面同侧同种分子的吸引作用，叉受到另一侧异种分子的吸引作用，此两种吸引力的合力称为界面张力。如果固体是低表面能的，其吸引力低于液体相分子的吸引力，界面区的液体分子有向液体内部收缩的张力，这就是非润湿状态；如果固体是高表面能固体，其吸引力高于液体相分子的吸引力。则界面区的液体分子有一种被吸附于固体的压力，就会形成润湿状态，使液体和固体界面结合较紧，对于试验目的而言，不利于胶层的剥离。如果选择固体和液体的表面能相近时，胶液既能很均匀的分布在固体表面，而且界面结合也不是很紧密，又利于胶层的剥离。涂了PE膜，纸的表面张力减小，胶液的表面张力大于纸的表面张力，胶液就有收缩现象。当使用无膜的防粘纸时，胶液和防粘纸的表面张力比较接近，胶液就可以很均匀的分布在防粘纸的表面同时亦符合易于剥离的要求。通过试验分析，再结合纸本身在韧性、冲切、不吸湿性和经济I生等方面的因素，最终选用90g无PE膜的防粘纸。 

    3．3 胶粘剂配方体系对工艺性能的影响 

    封装胶带作为一种产品，使其综合性能符合使用要求是最终的目的。选用配伍合理的胶粘剂配方体系对实现粘接强度等工艺性能起着重要的作用。以下是通过加入不同量的填料和助剂后胶粘剂体系对封装胶带性能的影响情况。

    表3 加入不同量的填料和助剂后胶粘剂体系对封装胶带的性能影响

    (1)添加增塑剂对冲裁工艺的影响 

    通过试验发现，在配方体系中没有添加增塑剂时，胶层在冲裁过程中有粘连现象，剪切面不够整齐。分析可知，冲裁过程中的粘连现象是因为在初粘后胶层固化硬度不够。从表3试验睛况可以看出，添加增塑剂邻苯二甲酸二辛酯可适当增加胶层的硬度，使其在冲裁过程中避免粘连现象，使切面整齐利落。 

    (2)加入填料和偶联剂对粘接强度的影响 

    试验发现，在不加填料和偶联剂的情况下，粘接强度与使用要求相比还有一点差距。为了增加粘接强度，我们通过在配方体系中添加填料和偶联剂来改进。因为加入填料能改进物理性能，降低其固化收缩率，具有补强的作用；而加入偶联剂，可以改善聚氨酯胶粘剂对基材的粘接性，提高粘接强度和耐湿热性。 

    (3)添加触变剂对胶液流动性的影响 

    在涂覆过程中，胶液的流动性也是一个重要的工艺指标，如果胶液太稠、粘度太大，不利于涂覆，流平性也差；而胶液太稀，粘度太小，在涂敷过程中容易造成溢流，不易达到要求的涂层厚度，使胶层的固含量减少，进而影响粘接强度。在胶粘剂组成内添加触变剂(SiO )，可调节胶粘剂的粘度，减少不希望有的渗透作用，提高滞留特性。 

    通过配方、涂布工艺试验，我们将试制的封装胶带样品进行使用试验，利用所制得的胶带进行试粘，发现以CaCO 为填料的封装胶带其粘性较大，胶层和带基不易分离，冲裁有粘连，粘接强度较差。以滑石粉为填料的封装胶带其塑性好，冲裁边缘平整，易从带基上剥落，粘接牢度好，经过弯扭试验芯片没有脱落和剥离现象。

    4 结论 

    对胶粘剂的性能进行比较，选择符合Ic卡芯片封装所要求的快速熔融、快速固化的T5201H热塑性聚氨酯胶粘剂为基础材料，并在胶粘剂中加入滑石粉、SiO2、邻苯二甲酸二辛酯和WD60，作为胶粘剂的配方体系。在此基础上再进行涂覆试验及防粘纸与胶液表面张力的匹配试验，最终将试制的封装胶带在Ic卡自动生产线上进行封装适应性试验，根据试验结果，调整胶粘剂的配方体系。试验结果表明，选用牌号为T5201H的热塑性聚氨酯胶粘剂为材料，90g无PE膜防粘纸为带基；并且胶粘剂的配方体系为1％滑石粉、1．5％Si02、l％邻苯二甲酸二辛酯和0．75％WD60时，试制的封装胶带从粘接强度和工艺性能上都符合Ic卡自动生产线的使用要求。

    作者简介：沈健(1980-)，男，浙江人，太原科技大学和中国电子科技集团公司第33研究所在读硕士研究生，主要从事信息介质材料和uV固化油墨方面的研究。