陳曉童 馮園園 毛向榮 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

近年來，大型會展的門票都傾向使用柔性薄卡，如北京奧運會、上海世博會、北京世界園藝博覽會等。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及大型會展的后續(xù)效應(yīng)，柔性薄卡的使用勢必將越來越廣泛。

元器件層Inlay（以下簡稱Inlay）是通過倒裝工藝實現(xiàn)芯片和天線的連接，是柔性薄卡的核心部件及具有產(chǎn)品特性的半成品，是柔性薄卡可靠使用的基礎(chǔ)。Inlay質(zhì)量的好壞是廠家、用戶關(guān)注的焦點之一，是柔性薄卡能否實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的重要因素。

目前，國內(nèi)柔性薄卡的制造基本都是多個廠商協(xié)同工作，每個階段都有不同形態(tài)的標(biāo)的物，所以不同階段關(guān)注的焦點都不同。尤其是Inlay在國內(nèi)外都沒有相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)，廠商之間的交貨驗收就有很大的風(fēng)險。所以通過對國內(nèi)幾個大規(guī)模的Inlay廠商進(jìn)行實地調(diào)研，對國內(nèi)外與柔性薄卡有關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入研究以及大量試驗，確定對未來成品卡的制作和最終使用有關(guān)的7項檢測參數(shù)，即高溫存儲、低溫存儲、加速老化（高溫高濕）、溫度循環(huán)、點壓力、剪切力以及雙向耐彎折。因此，本文將著重介紹關(guān)于Inlay三個關(guān)鍵參數(shù)的測試方法。

1 Inlay結(jié)構(gòu)和作用

柔性薄卡的制作過程可以分為三個階段,即芯片的設(shè)計和生產(chǎn)、Inlay生產(chǎn)，柔性薄卡的封裝。Inlay是具有產(chǎn)品工作特性的半成品，是將芯片倒裝焊在金屬薄膜線圈天線上，其結(jié)構(gòu)見圖1。它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)。采用專用的介質(zhì)如紙、塑料等對Inlay進(jìn)行封裝形成柔性薄卡。柔性薄卡最主要的數(shù)據(jù)傳輸功能就是通過Inlay實現(xiàn)的，所以Inlay在柔性薄卡可靠使用方面有著至關(guān)重要的作用。

圖1 Inlay結(jié)構(gòu)

2 Inlay的主要參數(shù)的測試方法

2.1 芯片剪切力

測試的目的是檢驗芯片與基材間黏接的牢固度。通過該指標(biāo)可以判斷使用材料和工藝步驟的完整性，也能夠評價芯片的粘結(jié)強度是否能夠滿足使用要求。

經(jīng)大量測試，確定芯片的剪切力應(yīng)大于15 N/mm2。芯片剪切力的大小反應(yīng)了Inlay的質(zhì)量和成品率。芯片剪切力值過小說明芯片黏結(jié)不牢，在后續(xù)封裝過程或使用過程容易脫落，造成Inlay致命性失效。芯片剪切力值過小的原因是黏結(jié)劑的黏結(jié)度不夠，焊接的溫度不適應(yīng)、熱壓的時間不適應(yīng)或者熱壓的壓力太小、不均勻等。

測試方法是將Inlay固定在工作臺上，然后在芯片的橫截面上施加一個平行于基材的作用力，記錄使芯片從基材上脫落所施加的力（見圖2）。芯片脫落瞬間的作用力即為該芯片的剪切力，設(shè)備可采用自動記錄瞬間峰值的推力裝置。

圖2 剪切力測試方法示意圖

2.2 雙向耐彎折

測試的目的是檢驗Inlay的耐彎折性能。Inlay在后期的門票封裝過程中需要經(jīng)過貼合機的卷繞。如Inlay雙向耐彎折性能不好，將會造成封裝過程中Inlay的大量失效。由于Inlay的生產(chǎn)廠家和Inlay的封裝廠家往往不是同一家公司，如果不對該項指標(biāo)進(jìn)行檢測，當(dāng)交付過程中出現(xiàn)問題時可能會出現(xiàn)廠商之間的扯皮現(xiàn)象。所以這項指標(biāo)的重要性就不言而喻了。

根據(jù)普通貼合機卷軸的個數(shù)以及柔性薄卡ISO/IEC 15457：2008標(biāo)準(zhǔn)確定的測試方法。對Inlay條帶進(jìn)行裝卷，條帶應(yīng)良好接觸滾輪表面（見圖3）。為保證試驗時不妨礙芯片區(qū)域，滾輪表面應(yīng)留有1 cm寬度、0.3 mm深度的圓周槽。每個Inlay要經(jīng)過導(dǎo)輪卷繞100次。 當(dāng)每個Inlay經(jīng)過導(dǎo)輪卷繞100次后其功能仍然正常則判定合格。

圖3 雙向耐彎折測試方法示意圖

2.3 加速老化（高溫高濕）

測試的目的是檢驗Inlay的壽命。自然老化估計壽命固然真實，但該方法耗費的時間太長，會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度，所以一般采用加速老化的方法來計算壽命。以世博會門票為例：在世博會正式開幕的兩年前，就開始對門票進(jìn)行預(yù)售，那么如何保證售出的門票在不同的存儲環(huán)境下保持其穩(wěn)定性，并且兩年半內(nèi)門票不失效。如何確定正確的測試方法呢？測試要求過于苛刻，生產(chǎn)企業(yè)沒有能力達(dá)到或者生產(chǎn)成本過高，則該檢測參數(shù)就沒有很大的指導(dǎo)意義。測試要求太低，則不能有效地保證產(chǎn)品的質(zhì)量。通過大量收集資料，最終決定參照集成電路的加速老化試驗的公式來保證Inlay質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。

式中：ts— 要求的模擬測試時間，h；

tlife— 需要達(dá)到的壽命長度，h；

RHtest— 測試條件的相對濕度，%；

RHamb— 實際使用條件的相對濕度，%；

Ttest— 測試條件的溫度，K；

Tamb— 使用條件的溫度，K

兩年半壽命相當(dāng)于在85℃、85%RH環(huán)境下存儲56 h。

利用集成電路的加速老化試驗的公式來設(shè)置試驗條件和試驗時間，試驗完成后檢驗Inlay的功能是否正常。通過世博會門票使用的實際情況，可見該測試方法是有效的。

3 結(jié)語

隨著柔性薄卡使用越來越廣泛，對柔性薄卡進(jìn)行質(zhì)量的檢測需求將越來越大。目前國內(nèi)的一些大型會展門票Inlay就是利用上述的關(guān)鍵參數(shù)來考核產(chǎn)品質(zhì)量的，展會門票使用的實際情況也表明了上述的Inlay檢測參數(shù)是可行的。

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