新型可移除雙面壓敏膠帶在電子產(chǎn)品組裝中的應(yīng)用

劉 波，李 俊

（3M中國有限公司，上海 200233）

新型可移除雙面壓敏膠帶在電子產(chǎn)品組裝中的應(yīng)用

劉 波，李 俊

（3M中國有限公司，上海 200233）

針對當(dāng)前電子產(chǎn)品組裝行業(yè)用戶對雙面壓敏膠帶提出的可靠強度與可清潔移除的雙重要求，介紹了行業(yè)用戶的應(yīng)用背景及性能期望，描述了2款新型雙面壓敏膠帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用方法，展示了其在粘接強度和可移除性能方面的特點，使用戶關(guān)鍵零部件報廢率大幅降低。

壓敏膠帶；可移除；返工；電子組裝行業(yè)

1　前言

壓敏膠帶相比于傳統(tǒng)膠粘劑產(chǎn)品，極大地簡化了使用方法，得到迅速的發(fā)展［1］。特別是進入21世紀(jì)后，電子產(chǎn)品制造業(yè)已成為高性能壓敏膠帶最大的應(yīng)用市場，并呈不斷發(fā)展的趨勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅在中國市場的年銷售額就超過1億美元［2］。

根據(jù)壓敏膠制品的結(jié)構(gòu)、性能以及用途等，可以將其從不同角度進行分類。雙面壓敏膠由于其正反兩面都具有粘接特性，可以將不同物件直接粘合在一起，起到固定，貼附等功能，極大地簡化了電子產(chǎn)品的組裝作業(yè)流程并大幅提高了生產(chǎn)效率。電子產(chǎn)品組裝行業(yè)內(nèi)大量使用的雙面壓敏膠帶種類繁多，包括了無基材純膠膜，PET基材雙面膠帶，無紡布基材雙面膠帶，雙面泡棉膠帶及其他特殊基材雙面膠帶等，它們具有各自的特點，用于不同零部件的組裝固定。

當(dāng)電子產(chǎn)品的各個零部件通過雙面壓敏膠帶組裝完畢后，堅固耐用是基本要求。但如果發(fā)現(xiàn)組件裝配位置偏差需要重新調(diào)整，或是因為某個組件故障需要返工更換時，組裝廠商往往又希望能夠方便干凈地移除壓敏膠帶而不損壞被粘接的零部件，這是雙面壓敏膠帶應(yīng)用時面臨的一個矛盾。隨著壓敏膠行業(yè)技術(shù)的進步，一些特殊配方和結(jié)構(gòu)設(shè)計的壓敏膠帶應(yīng)運而生，實現(xiàn)可靠粘接與清潔移除的平衡兼顧。由于移除原理不同，用戶還需要根據(jù)實際情況來選擇合適的壓敏膠產(chǎn)品。

2　新型可移除雙面壓敏膠帶的應(yīng)用

當(dāng)前市售的各種雙面膠帶往往存在一些不足［3］。3M公司近年來研發(fā)了2款兼具可靠粘接強度同時又實現(xiàn)易移除無殘膠的新型雙面壓敏膠帶，已成功在眾多電子品牌產(chǎn)品中推廣應(yīng)用。

第1款系列產(chǎn)品為黑色丙烯酸酯閉孔泡棉結(jié)構(gòu)的壓敏膠帶1#，泡棉密度960 kg/m3， 厚度從0.15～0.30 mm有不同規(guī)格，基本涵蓋了電子產(chǎn)品組裝中常用的厚度范圍。其在常用溫度范圍內(nèi)具有可靠的粘接強度，以及優(yōu)異的抗跌落性能和密封防水性能（可達(dá)到IPX7等級［4］）。當(dāng)用戶需要返工作業(yè)時，只要對膠帶粘接部位進行局部加熱至80 ℃以上并保持?jǐn)?shù)分鐘，便可通過正拉力或劈裂力將被粘部件脫粘分離。

以0.25 mm厚度產(chǎn)品為例，來說明該款壓敏膠帶并不是以犧牲粘接強度來實現(xiàn)可清潔移除功能的，尤其是其亞克力閉孔泡棉結(jié)構(gòu)具有吸收能量分散應(yīng)力的作用［5］，在便攜類電子產(chǎn)品非常重要的抗跌落性能方面表現(xiàn)特別出色。

參照ASTM D3330（90°剝離角度）測試標(biāo)準(zhǔn)［6］，以不銹鋼為測試基板，膠帶在標(biāo)準(zhǔn)室溫下靜置15 min后的剝離強度達(dá)到8.7N/cm，靜置72 h后可繼續(xù)上升至11.5 N/cm。由于電子產(chǎn)品的機殼或框架多為工程塑料或金屬如ABS、PC、ABS/PC合金或不銹鋼等等，而視窗模塊組件又多為玻璃或PMMA材質(zhì)，圖1列舉了該款壓敏膠帶在部分常見電子行業(yè)用材料表面的粘接剝離強度。

參照ASTM D3654標(biāo)準(zhǔn)［7］，在不銹鋼板表面對該膠帶進行靜態(tài)剪切力測試。在有效面積0.5英寸2，23 ℃，1 000 g載荷和70 ℃，500 g載荷條件下的測試結(jié)果均達(dá)到10 000 min以上。另外，室溫環(huán)境（23 ℃）下進行滾筒測試［8］模擬手機自由跌落后的視窗粘接表現(xiàn)，落差高度1 m，翻轉(zhuǎn)速度13圈/min（模擬手機配重155 g，玻璃屏幕15 g，4.5"，膠帶模切線寬1.0 mm），可以達(dá)到500次以上的抗跌落表現(xiàn)，而其他參與平行測試的市場同等厚度視窗粘接應(yīng)用產(chǎn)品最好的也不超過300次。

圖1　1#膠帶在不同材質(zhì)表面的剝離強度Fig.1　Ultimate peel adhesion of 1# tape on different substrates

另一款可移除新品為特種聚氨酯（PU）基材的雙面丙烯酸酯壓敏膠帶2#，當(dāng)前的厚度規(guī)格有0.1/0.12/0.15 mm，整體為透明色，未來還將提供黑色版本。相比于其他移除原理的壓敏膠帶，可拉伸移除膠帶的優(yōu)勢是可以在不借助外部環(huán)境和設(shè)備的前提下僅通過手工牽引設(shè)計預(yù)留的膠帶末端拉手使其發(fā)生形變，就能實現(xiàn)與2面被粘物體的同時清潔移除。與市面上傳統(tǒng)可拉伸移除膠帶包括3M早期推出的PE基材可移除雙面膠帶產(chǎn)品不同，該系列產(chǎn)品的移除拉伸力更小，形變更大（≥950%），殘膠率更低。尤其重要的是實現(xiàn)了90°～180°自由角度范圍的可拉伸移除而不發(fā)生斷裂失效，如圖2所示。這個特性極大地方便了用戶的實際操作，也為電子產(chǎn)品提供了更大的設(shè)計空間，目前已成功推廣應(yīng)用于電子產(chǎn)品內(nèi)部的電池模組及顯示模組固定。由于膠層采用耐老化性能優(yōu)良的丙烯酸酯壓敏膠配方，膠帶的抗UV和化學(xué)性能穩(wěn)定，可以滿足長期應(yīng)用的要求。又由于特殊PU基材的高拉伸變形率及先進的壓敏膠涂布工藝，使產(chǎn)品具有簡易拉伸移除且清潔無殘膠的出色性能，大為方便了用戶對電子產(chǎn)品的返工組裝或售后的維修作業(yè)。

圖2　2# 膠帶拉伸移除方法示意圖Fig.2　2# tape stretching removal method illustration

以系列中的0.15 mm厚度產(chǎn)品為例簡單介紹其相關(guān)性能。參照ASTMD3330標(biāo)準(zhǔn)（180°剝離角度）［6］，在電子行業(yè)常用的一些不同材質(zhì)表面初始和最終剝離強度見圖3。參照ASTM D3654標(biāo)準(zhǔn)［7］在不銹鋼板表面測試靜態(tài)剪切強度，在有效面積1英寸2，23 ℃條件下，500 g載荷可達(dá)10 000 min以上，70℃，500 g載荷條件下可達(dá)1 000 min以上。應(yīng)用測試方面，模擬手機電池粘接應(yīng)用進行室溫下（23 ℃）的自由落體測試［8］，參考前述1#產(chǎn)品的跌落測試條件（電池50 g，手機整體配重155 g，粘接總面積20 cm2），結(jié)果表明可以抵抗500次以上跌落沖擊而未發(fā)生粘接失效，而參與平行對比測試的市場同等厚度類似產(chǎn)品最好表現(xiàn)為160次。此外，該產(chǎn)品經(jīng)測試可以通過IPX7的防水性能測試［4］。

圖3　2# 膠帶在不同材質(zhì)表面的剝離強度Fig.3　Ultimate peel adhesion of 2# tape on different substrates

根據(jù)用戶實際應(yīng)用經(jīng)驗，該款系列產(chǎn)品適用于表面平整的部件粘接，通常當(dāng)膠帶被拉伸至500%～600%的形變率就可完整從粘接界面的間隙中抽拔出來，從而實現(xiàn)被粘部件的完整分離。但如果被粘物表面過于粗糙，在膠帶拉伸移除時可能會造成殘膠遺留或?qū)е禄臄嗔延绊懸瞥Ч４送?，由于客戶?yīng)用前一般都要對膠帶進行模切成型，如果因為模切工藝不良造成膠帶邊緣輪廓有毛刺或缺口，在拉伸移除作業(yè)時容易在膠帶上產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致中途斷裂。為方便用戶使用和提高效率，圖4示例了膠帶模切形狀的建議。

圖4　2#拉伸移除膠帶推薦模切外形Fig.4　Recommended die-cut profile for 2# tape

注意事項：在進行拉伸移除作業(yè)時，應(yīng)盡量避免對粘接平面垂直方向上額外的施壓以阻礙膠帶的拉伸形變；穩(wěn)定和適中的拉伸速度對于清潔移除效果也影響顯著，過快的牽引速度會使膠帶來不及發(fā)生形變而表現(xiàn)為剛性受力模式，導(dǎo)致基材的拉伸斷裂和膠層在被粘物表面的殘留，建議拉伸速度控制在300 mm/min以內(nèi)。

3　結(jié)語

雖然可移除雙面壓敏膠帶的實現(xiàn)方式有多種途徑，但或多或少都存在一些不足，應(yīng)用環(huán)境受到局限。相信隨著新材料和新工藝的技術(shù)發(fā)展，不斷會有性能更出色、使用更便捷的可清潔移除雙面壓敏膠帶推向市場。

［1］楊玉昆，呂鳳亭.壓敏膠制品技術(shù)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：3.

［2］劉波， 羅開清. 耐高溫丙烯酸酯壓敏膠帶在柔性電路板中的應(yīng)用［J］. 電子工藝技術(shù)，2012，33（3）：169.

［3］劉波. 雙面壓敏膠帶實現(xiàn)可移除性能的幾種途徑［J］. 化學(xué)與黏合， 2012，34（2）：67.

［4］IEC60529 （2001）， Degrees of protection provided by enclosures （IP Code） ［S］

［5］邱瑾. VHBTM膠帶在家電玻璃面板/門板固定中的應(yīng)用［J］. 家電科技， 2013，13（4）：55.

［6］ASTM D3330/D3330M-04（2010） Standard Test Method for Peel Adhesion of Pressure Sensitive Tape ［S］.

［7］ASTM D3654/D3654M-06（2011） Standard Test Method for Shear Adhesion of Pressure Sensitive Tape ［S］.

［8］GB/T 2423.8（1995） 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法自由跌落［S］.

Application of new removable double-sided pressure sensitive adhesive tapes in electronic assembly industry

LIU Bo，LI Jun
（3M China Limited，Shanghai 200233，China）

Aiming at the requirements of reliable bonding strength and clean removability for double-sided pressure sensitive adhesive（PSA） tapes in the electronic assembly industry， the application background and performance anticipation of the potential users were introduced， then the structure design and application method of two new developed removable doublesided PSA tapes were described. The unique balanced performance of bonding strength and clean removable function provides great benefits to the users for significantly reducing the assembling scrape rate.

PSA tape； removable； reworkability； electronic assembly industry

TQ436+.3

A

1001-5922（2015）05-0069-03

2014-08-08

劉波（1981-），男，材料學(xué)碩士?，F(xiàn)從事工業(yè)膠帶、膠粘劑產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)工作。E-mail：pliu7@mmm.com。