柔性薄卡元器件层关键参数的测试方法

2013-09-07陈晓童冯园园毛向荣上海市计量测试技术研究院

上海计量测试 2013年4期

陈晓童冯园园毛向荣 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

近年来，大型会展的门票都倾向使用柔性薄卡，如北京奥运会、上海世博会、北京世界园艺博览会等。随着物联网的发展以及大型会展的后续效应，柔性薄卡的使用势必将越来越广泛。

元器件层Inlay（以下简称Inlay）是通过倒装工艺实现芯片和天线的连接，是柔性薄卡的核心部件及具有产品特性的半成品，是柔性薄卡可靠使用的基础。Inlay质量的好坏是厂家、用户关注的焦点之一，是柔性薄卡能否实现大规模应用的重要因素。

目前，国内柔性薄卡的制造基本都是多个厂商协同工作，每个阶段都有不同形态的标的物，所以不同阶段关注的焦点都不同。尤其是Inlay在国内外都没有相应的测试标准，厂商之间的交货验收就有很大的风险。所以通过对国内几个大规模的Inlay厂商进行实地调研，对国内外与柔性薄卡有关联的标准进行深入研究以及大量试验，确定对未来成品卡的制作和最终使用有关的7项检测参数，即高温存储、低温存储、加速老化（高温高湿）、温度循环、点压力、剪切力以及双向耐弯折。因此，本文将着重介绍关于Inlay三个关键参数的测试方法。

1 Inlay结构和作用

柔性薄卡的制作过程可以分为三个阶段,即芯片的设计和生产、Inlay生产，柔性薄卡的封装。Inlay是具有产品工作特性的半成品，是将芯片倒装焊在金属薄膜线圈天线上，其结构见图1。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。采用专用的介质如纸、塑料等对Inlay进行封装形成柔性薄卡。柔性薄卡最主要的数据传输功能就是通过Inlay实现的，所以Inlay在柔性薄卡可靠使用方面有着至关重要的作用。

图1 Inlay结构

2 Inlay的主要参数的测试方法

2.1 芯片剪切力

测试的目的是检验芯片与基材间黏接的牢固度。通过该指标可以判断使用材料和工艺步骤的完整性，也能够评价芯片的粘结强度是否能够满足使用要求。

经大量测试，确定芯片的剪切力应大于15 N/mm2。芯片剪切力的大小反应了Inlay的质量和成品率。芯片剪切力值过小说明芯片黏结不牢，在后续封装过程或使用过程容易脱落，造成Inlay致命性失效。芯片剪切力值过小的原因是黏结剂的黏结度不够，焊接的温度不适应、热压的时间不适应或者热压的压力太小、不均匀等。

测试方法是将Inlay固定在工作台上，然后在芯片的横截面上施加一个平行于基材的作用力，记录使芯片从基材上脱落所施加的力（见图2）。芯片脱落瞬间的作用力即为该芯片的剪切力，设备可采用自动记录瞬间峰值的推力装置。

图2 剪切力测试方法示意图

2.2 双向耐弯折

测试的目的是检验Inlay的耐弯折性能。Inlay在后期的门票封装过程中需要经过贴合机的卷绕。如Inlay双向耐弯折性能不好，将会造成封装过程中Inlay的大量失效。由于Inlay的生产厂家和Inlay的封装厂家往往不是同一家公司，如果不对该项指标进行检测，当交付过程中出现问题时可能会出现厂商之间的扯皮现象。所以这项指标的重要性就不言而喻了。

根据普通贴合机卷轴的个数以及柔性薄卡ISO/IEC 15457：2008标准确定的测试方法。对Inlay条带进行装卷，条带应良好接触滚轮表面（见图3）。为保证试验时不妨碍芯片区域，滚轮表面应留有1 cm宽度、0.3 mm深度的圆周槽。每个Inlay要经过导轮卷绕100次。当每个Inlay经过导轮卷绕100次后其功能仍然正常则判定合格。

图3 双向耐弯折测试方法示意图

2.3 加速老化（高温高湿）

测试的目的是检验Inlay的寿命。自然老化估计寿命固然真实，但该方法耗费的时间太长，会严重影响产品的研发进度，所以一般采用加速老化的方法来计算寿命。以世博会门票为例：在世博会正式开幕的两年前，就开始对门票进行预售，那么如何保证售出的门票在不同的存储环境下保持其稳定性，并且两年半内门票不失效。如何确定正确的测试方法呢？测试要求过于苛刻，生产企业没有能力达到或者生产成本过高，则该检测参数就没有很大的指导意义。测试要求太低，则不能有效地保证产品的质量。通过大量收集资料，最终决定参照集成电路的加速老化试验的公式来保证Inlay质量的可靠性和稳定性。