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。研究發現，靠近壓敏膠模切件邊緣位置有明顯的酯基吸收峰，酯基吸收峰主要來源于激光燃燒壓敏膠產生的氧化產物，這些氧化產物被吸附在壓敏膠模切件邊緣2mm以內的表面，并且會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，壓敏膠兩面需要貼合離型膜或者離型紙保護的解決方案。

關鍵詞：激光模切;壓敏膠;失效分析;解決方案

中圖分類號：TQ436+.3文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0001-04

隨著電子行業的快速發展，尤其是消費電子產品范圍的不斷擴大，模切已成為電子工業產品輔助材料生產必不可少的環節。目前電子市場常見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法滿足切削精度的材料，切削過程干凈、無切削熱生成，并且不需要事先制備刀模，只要按照CAD圖紙預設路徑進行切割，適于大批量生產切割和快速制作測試樣品。

壓敏膠是電子設備，比如智能手機、平板電腦和可穿戴設備等不可缺少的粘接輔助材料，可根據需要將不規則形狀的電子元器件粘接起來。因此在組裝前，需要將壓敏膠帶模切成復雜的幾何形狀，并且需要制備成多層結構，以滿足流水線組裝的高效率要求。電子產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，電子產品組裝工廠常常不能直接測試模切片的粘性，從而不能對模切片粘性進行質量管控，經常因膠帶模切片粘性失效而降低生產效率和增加生產成本。激光模切是一種高效的切割方式，但是在電子行業應用時，由于膠帶模切件結構復雜，所以某些環節必須將膠面裸露進行激光模切，這樣可能會污染壓敏膠表面。為此，提高模切工藝水平，減少壓敏膠表面污染，對于保證壓敏膠模切片粘性質量至關重要。

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品常用的小尺寸，采用ATR檢測膠面成分變化，分析壓敏膠模切件粘性失效原因，并提出解決方案。

1 實驗部分

1.1實驗原料

一種橡膠基雙面膠帶（總厚度為0.2mm），3M中國有限公司。

1.2實驗儀器

XLS10.150D激光模切機，美國亞力桑那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，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，用激光模切機切割成半徑為1-10mm的圓形，激光切割產生的煙塵被吸風帶走，如圖1所示。

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

1.4測試或表征

①結構特征：采用ATR儀掃描壓敏膠模切片表面進行表征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，研究模切過程中煙塵擴散范圍對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：采用電子拉力機進行測試（將膠帶按照工藝一和工藝二的方法用激光模切成長度為4mm×120mm、10mm×120mm和25min×l20mm這3種樣條。對于工藝一的樣品，測試裸露面的180°剝離力，對于工藝二，測試輕離型膜面180°剝離力。測試時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重滾輪來回壓合一次，室溫放置30min后測試，剝離速度為304mm/min。每種樣條測試5次取平均值，并且與未模切的樣品進行對比）。

2 結果分析

2.1離型膜保護層的影響

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層的膠帶，具體選擇哪種切割方式，取決于模切件結構的復雜程度和出貨要求。本研究首先比較了激光模切工藝一和工藝二對壓敏膠表面成分的影響，結果如圖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處沒有明顯強特征吸收峰;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2個明顯的吸收峰，此對應于不同結構上的C=O基;另在1286cm^-1、1260cm^-1、1140cm^-1和1100cm^-1處也出現了強特征吸收峰，說明壓敏膠表面出現了酯基和羧基。這主要是因為壓敏膠在激光切割過程中燃燒產生的氧化反應，氧化降解產物含有酯基和羧基，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層，所以激光切割過程中產生的氧化降解產物無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，結果發現，內層膠ATR和未切割前的一樣，說明氧化產物并未滲透整個膠層，只是在壓敏膠表面。

2.2壓敏膠模切片氧化產物的分布

從2.1中可以看出，裸露膠層進行激光模切，有氧化降解產物被吸附到壓敏膠表面。但在實際應用中，裸露膠層激光模切又是不可避免的，激光模切產生的燃燒氧化產物對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象，采用ATR掃描其中心位置的圖譜，結果如圖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伸縮振動特征吸收峰，這說明半徑2mm模切圓片中心位置吸附了激光燃燒產生的氧化降解產物。而半徑為5mm和10mm的裸露模切圓片中心位置并沒有明顯氧化降解產物的ATR特征吸收峰，說明壓敏膠膠面吸附氧化降解產物與模切件尺寸存在重要關系。

為了進一步了解氧化降解產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）進行ATR掃描，結果如圖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，已經看不到氧化物的特征吸收峰，壓敏膠面幾乎沒有被污染，壓敏膠的性能也不會受到影響。激光模切產生膠層降解氧化物主要位于切割線邊緣2mm的范圍內，離切割線較遠的區域并沒有受到影響。

2.3裸露激光模切對粘性的影響

由ATR圖譜分析結果可知：將膠帶裸露進行激光模切，模切件邊緣2mm以內會有明顯的吸收降解氧化產物，這些氧化產物位于膠帶的表層，這會給膠帶粘性帶來影響，不同尺寸的長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，當模切片寬度達到25mm時，其粘性接近空白樣品。工藝二模切時，由于有離型膜保護層，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 結論

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