激光模切壓敏膠粘接失效分析及解決方案

鄧湘華 楊琳

摘要：采用表面反射紅外光譜（ATR）儀分析了激光模切壓敏膠的表面成分。研究發(fā)現(xiàn)，靠近壓敏膠模切件邊緣位置有明顯的酯基吸收峰，酯基吸收峰主要來(lái)源于激光燃燒壓敏膠產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物，這些氧化產(chǎn)物被吸附在壓敏膠模切件邊緣2mm以內(nèi)的表面，并且會(huì)讓壓敏膠模切件邊緣粘性失效。為此，提出了激光模切壓敏膠時(shí)，壓敏膠兩面需要貼合離型膜或者離型紙保護(hù)的解決方案。

關(guān)鍵詞：激光模切;壓敏膠;失效分析;解決方案

中圖分類號(hào)：TQ436+.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）06-0001-04

隨著電子行業(yè)的快速發(fā)展，尤其是消費(fèi)電子產(chǎn)品范圍的不斷擴(kuò)大，模切已成為電子工業(yè)產(chǎn)品輔助材料生產(chǎn)必不可少的環(huán)節(jié)。目前電子市場(chǎng)常見(jiàn)的模切工藝包括平刀沖切、圓刀模切和激光模切。激光模切用于平刀和圓刀模切無(wú)法滿足切削精度的材料，切削過(guò)程干凈、無(wú)切削熱生成，并且不需要事先制備刀模，只要按照CAD圖紙預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行切割，適于大批量生產(chǎn)切割和快速制作測(cè)試樣品。

壓敏膠是電子設(shè)備，比如智能手機(jī)、平板電腦和可穿戴設(shè)備等不可缺少的粘接輔助材料，可根據(jù)需要將不規(guī)則形狀的電子元器件粘接起來(lái)。因此在組裝前，需要將壓敏膠帶模切成復(fù)雜的幾何形狀，并且需要制備成多層結(jié)構(gòu)，以滿足流水線組裝的高效率要求。電子產(chǎn)品零部件尺寸都比較小，因此，膠帶模切片的尺寸也較小，或者寬度較窄，電子產(chǎn)品組裝工廠常常不能直接測(cè)試模切片的粘性，從而不能對(duì)模切片粘性進(jìn)行質(zhì)量管控，經(jīng)常因膠帶模切片粘性失效而降低生產(chǎn)效率和增加生產(chǎn)成本。激光模切是一種高效的切割方式，但是在電子行業(yè)應(yīng)用時(shí)，由于膠帶模切件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以某些環(huán)節(jié)必須將膠面裸露進(jìn)行激光模切，這樣可能會(huì)污染壓敏膠表面。為此，提高模切工藝水平，減少壓敏膠表面污染，對(duì)于保證壓敏膠模切片粘性質(zhì)量至關(guān)重要。

本研究選擇一種橡膠基雙面壓敏膠帶，用激光模切成電子產(chǎn)品常用的小尺寸，采用ATR檢測(cè)膠面成分變化，分析壓敏膠模切件粘性失效原因，并提出解決方案。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

一種橡膠基雙面膠帶（總厚度為0.2mm），3M中國(guó)有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

XLS10.150D激光模切機(jī)，美國(guó)亞力桑那Univer-sal laser SYstems公司;Nicolet iS10型傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）儀，Thermo Scientific公司;In-stron 5566電子拉力機(jī)，Instron公司。

1.3激光模切

工藝一：將雙面膠帶輕離型膜撕除，讓膠面裸露到空氣，用激光模切機(jī)切割成半徑為1-10mm的圓形，激光切割產(chǎn)生的煙塵被吸風(fēng)帶走，如圖1所示。

工藝二：雙面膠帶2邊都用離型膜保護(hù)，然后用激光模切機(jī)切割成半徑為1mm的圓形，激光切割產(chǎn)生的煙塵被吸風(fēng)帶走，如圖1所示。

1.4測(cè)試或表征

①結(jié)構(gòu)特征：采用ATR儀掃描壓敏膠模切片表面進(jìn)行表征2種掃描方法，一種是掃描半徑不同的壓敏膠模切片中心位置，研究模切過(guò)程中煙塵擴(kuò)散范圍對(duì)壓敏膠模切片的性能影響;另一種是固定壓敏膠模切片半徑為10mm，掃描模切片從邊緣到圓心不同位置的譜圖，分析煙塵在不同位置上的分布）。②180°剝離力：采用電子拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)試（將膠帶按照工藝一和工藝二的方法用激光模切成長(zhǎng)度為4mm×120mm、10mm×120mm和25min×l20mm這3種樣條。對(duì)于工藝一的樣品，測(cè)試裸露面的180°剝離力，對(duì)于工藝二，測(cè)試輕離型膜面180°剝離力。測(cè)試時(shí)將膠面貼合到干凈的不銹鋼板上，再貼合50um的PET膜做背材，2.5kg重滾輪來(lái)回壓合一次，室溫放置30min后測(cè)試，剝離速度為304mm/min。每種樣條測(cè)試5次取平均值，并且與未模切的樣品進(jìn)行對(duì)比）。

2 結(jié)果分析

2.1離型膜保護(hù)層的影響

與刀模模切工藝不同，激光模切可以直接切割裸露的壓敏膠，也可以切割帶離型膜保護(hù)層的膠帶，具體選擇哪種切割方式，取決于模切件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和出貨要求。本研究首先比較了激光模切工藝一和工藝二對(duì)壓敏膠表面成分的影響，結(jié)果如圖2所示。圖2顯示了半徑為1mm的壓敏膠圓片中心位置的ATR圖譜。由圖2可知：未模切的壓敏膠是典型的丁苯橡膠基材料，由于不含有酯基，所以在1700-1800cm^-1處沒(méi)有明顯強(qiáng)特征吸收峰;而在1730cm^-1處只有非常弱的特征吸收峰，其主要來(lái)自添加劑。工藝一激光模切的壓敏膠圓片，其圓心位置在1730cm^-1和1700cm^-1處出現(xiàn)2個(gè)明顯的吸收峰，此對(duì)應(yīng)于不同結(jié)構(gòu)上的C=O基;另在1286cm^-1、1260cm^-1、1140cm^-1和1100cm^-1處也出現(xiàn)了強(qiáng)特征吸收峰，說(shuō)明壓敏膠表面出現(xiàn)了酯基和羧基。這主要是因?yàn)閴好裟z在激光切割過(guò)程中燃燒產(chǎn)生的氧化反應(yīng)，氧化降解產(chǎn)物含有酯基和羧基，它們部分被壓敏膠表面吸附。工藝二中，壓敏膠表面有一層離型膜保護(hù)層，所以激光切割過(guò)程中產(chǎn)生的氧化降解產(chǎn)物無(wú)法被吸附到壓敏膠表面，因而其ATR光譜和未切割前的壓敏膠是一樣的。將工藝一壓敏膠模切片表面刮去薄薄一層，然后再掃描ATR，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，內(nèi)層膠ATR和未切割前的一樣，說(shuō)明氧化產(chǎn)物并未滲透整個(gè)膠層，只是在壓敏膠表面。

2.2壓敏膠模切片氧化產(chǎn)物的分布

從2.1中可以看出，裸露膠層進(jìn)行激光模切，有氧化降解產(chǎn)物被吸附到壓敏膠表面。但在實(shí)際應(yīng)用中，裸露膠層激光模切又是不可避免的，激光模切產(chǎn)生的燃燒氧化產(chǎn)物對(duì)膠面影響范圍是非常值得研究的。以不同半徑的激光模切壓敏膠圓片為研究對(duì)象，采用ATR掃描其中心位置的圖譜，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知：半徑為2mm裸露模切圓片中心位置在1730cm^-1處有明顯的C=O特征吸收峰，并且在1260cm^-1、1140cm^-1和1100m-1處也存在明顯的C～O伸縮振動(dòng)特征吸收峰，這說(shuō)明半徑2mm模切圓片中心位置吸附了激光燃燒產(chǎn)生的氧化降解產(chǎn)物。而半徑為5mm和10mm的裸露模切圓片中心位置并沒(méi)有明顯氧化降解產(chǎn)物的ATR特征吸收峰，說(shuō)明壓敏膠膠面吸附氧化降解產(chǎn)物與模切件尺寸存在重要關(guān)系。

為了進(jìn)一步了解氧化降解產(chǎn)物在壓敏膠表面的分布，本研究選取了半徑為10mm的激光模切壓敏膠圓片為研究對(duì)象，在離圓邊緣2mm（B處）、5mm（A處）和10mm（圓心O處）位置（如圖4所示）進(jìn)行ATR掃描，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知：靠近邊緣處2mm（B處）的位置，還是有降解的氧化物之明顯特征吸收峰，但是在離邊緣切割線5mm（A處）和10mm（圓心O）處，已經(jīng)看不到氧化物的特征吸收峰，壓敏膠面幾乎沒(méi)有被污染，壓敏膠的性能也不會(huì)受到影響。激光模切產(chǎn)生膠層降解氧化物主要位于切割線邊緣2mm的范圍內(nèi)，離切割線較遠(yuǎn)的區(qū)域并沒(méi)有受到影響。

2.3裸露激光模切對(duì)粘性的影響

由ATR圖譜分析結(jié)果可知：將膠帶裸露進(jìn)行激光模切，模切件邊緣2mm以內(nèi)會(huì)有明顯的吸收降解氧化產(chǎn)物，這些氧化產(chǎn)物位于膠帶的表層，這會(huì)給膠帶粘性帶來(lái)影響，不同尺寸的長(zhǎng)方形模切樣條粘性如圖6所示。由圖6可知：工藝一激光模切4mm寬裸露膠帶樣條的粘性只有1.22N/mm，比未模切的空白樣1.79N/mm要低得多;隨著裸露膠帶模切片寬度的增加，模切片邊緣影響減弱，當(dāng)模切片寬度達(dá)到25mm時(shí)，其粘性接近空白樣品。工藝二模切時(shí)，由于有離型膜保護(hù)層，壓敏膠表面并未受到污染，所以粘性和未模切的樣品比較接近。

3 結(jié)論

采用激光模切壓敏膠時(shí)，壓敏膠因激光燃燒會(huì)產(chǎn)生氧化降解產(chǎn)物，這容易被吸附到裸露的壓敏膠切割線邊緣的表面，并且會(huì)引起膠帶粘性的明顯下降。在電子行業(yè)中，由于壓敏膠模切片的尺寸或者實(shí)際寬度較窄，比如只有1-3mm，故壓敏膠激光模切片較容易出現(xiàn)粘性降低。因此，電子行業(yè)中采用激光模切壓敏膠時(shí)，壓敏膠表面建議貼合一層保護(hù)層，避免激光燃燒膠層產(chǎn)生的氧化降解產(chǎn)物污染膠層表面。