摘要:提到胶带,大家最先想到的可能是快递箱上那圈透明胶,或是文具袋里的小卷胶带。可谁能想到,就是这样看似普通的“小物件”,在芯片制造这样的高端领域里,却成了缺一不可的“关键选手”——它就是UV胶带。更让人意外的是,在UV胶带的制备过程中,一个叫“电磁加热辊”的设备,
提到胶带,大家最先想到的可能是快递箱上那圈透明胶,或是文具袋里的小卷胶带。可谁能想到,就是这样看似普通的“小物件”,在芯片制造这样的高端领域里,却成了缺一不可的“关键选手”——它就是UV胶带。更让人意外的是,在UV胶带的制备过程中,一个叫“电磁加热辊”的设备,悄悄决定着它的品质高低。今天咱们就来聊聊,这不起眼的UV胶带和神奇的电磁加热辊,到底藏着哪些门道。
先搞懂:UV胶带为啥是芯片制造的“刚需”?
在芯片制造里,最关键的一步是“晶圆切割”——要把一片薄薄的、比手机屏幕还大的晶圆,切成成百上千个极小的芯片。这时候问题来了:晶圆又薄又脆,切割时稍微一动就会碎,咋固定呢?答案就是UV胶带。
晶圆切割UV胶带
这种胶带先把晶圆牢牢粘在切割台上,接着用紫外线一照,它就像被“冻住”一样,变得又硬又稳,切割刀就能精准地“分片”,还不会划伤晶圆。更厉害的是,切割完再照一次紫外线,它的粘性又会变弱,能轻松把芯片取下来,不留一点胶痕——要知道,芯片上哪怕沾一点胶,整个芯片就废了。
台积电3nm制程芯片用的切割胶带,能实现“晶圆零破损”,每米售价超100美元。咱们国内虽然是手机制造大国,但高端UV胶带以前大多依赖进口,比如日本日东电工的产品,这也让大家担心“会不会被卡脖子”。不过好在现在国内企业已经开始突破,比如东煦电子研发的电子级胶带,胶层薄到9微米,快赶上头发丝的十分之一了。
东煦电子的生产车间
由此可见,胶带的核心技术涉及高分子化学、纳米材料、精密涂层工艺等多个领域,应用的身影也出现在很多高科技制造环节。
仅仅是粘合作用,现代胶带已经早已超越基础功能,其他应用领域里的黑科技含量也很高。
比如,航天器在进入大气层后由于跟空气的摩擦会承受极高的温度,拧一堆螺丝倒是结实,可这会让航天器变得笨重。这时,能承受310°C以上高温的胶带,能够很好满足又轻又牢固的要求。有时也会用胶带修飞机,这种特殊胶带叫做高速胶带,一卷10多厘米宽的胶带要400美元。胶带布层上覆盖有铝箔,还带有超强的有机硅粘合剂,比普通胶带更厚实耐用,能提升受损部件的空气动力学效率。
还有,医院里能见到的医用胶带,也能协助做伤口的处理等。这种胶带必须具备较高的粘合性,但也得易解封,易撕断,还要确保一定的透气性,而且还得无刺激,避免引起皮肤不适。
另外,在电子设备制造中,特殊设计的防静电胶带能保护精密电子元件,而可移除胶带则解决了传统胶带残留胶渍的痛点。
防静电铜箔胶带
在胶带的胶质中加入镍等适量的导电填料,实现导电效果和电磁屏蔽能力的最大化。在智能手机和平板电脑的生产中,导电胶带不仅能粘合,并且能平衡电位、释放静电以及安全地连接金属导电带和外壳部件,提高产品安全性。同时,导电胶带还相当于一层屏蔽壳,提高设备的抗电磁干扰能力。
德莎60276导电无纺布双面胶
既然胶带能导电,那能不能用来传输信号呢?还真行。手机等便携智能设备都有微型扬声器,扬声器里需要一种用丙烯酸酯做胶粘剂的胶带,粘合两层用来发生振动的高性能薄膜。
这种夹心饼的三层结构必须具有很强的刚性,尽量减少振动的衰减,而且还不能太厚——一般只有22至60微米。这可是妥妥的高科技。
好车的驾乘体验更佳,有一部分贡献是防震胶带带来的。一台车的零部件很多,在运行中都会发出各种声音;行驶中的风声以及路面高低带来的振动,也都会传播到车内。防震胶带能够减少甚至防止汽车零部件发出的异响、杂音和振动,提高驾乘体验。
天鹅绒减震胶带
一个惊人的冷知识是,在新能源电动车的锂电池生产中,重达数百公斤的电池组是靠高强度的阻燃双面胶带捆扎在一起,其他零部件和加热片的固定也需要阻燃胶带,以确保行驶中的使用安全。
新能源汽车阻燃胶带应用示意图
胶带可真是,初看不起眼,越看越重要。貌不惊人的胶带,已经成为全球化分工与产业升级的侧影。
UV胶带咋做出来的?关键看这几步
UV胶带的核心是“胶层”,里面有聚合物、光引发剂(一照紫外线就“变身”的成分)、还有各种助剂。它的制备过程不算复杂,但每一步都得“精雕细琢”,主要分3大步:
第一步:配“胶液”——像调奶茶一样精准
先把丙烯酸酯聚合物(胶的“骨架”)、光引发剂(紫外线的“触发器”)、增粘剂(让粘性刚好)等原料,按比例混合。就像调奶茶要控制糖和奶的比例,这里每种原料多一点少一点,都会影响胶带性能。比如光引发剂加少了,紫外线照完粘性还很强,芯片取不下来;加多了,胶带又会变脆。
第二步:涂“胶层”——把胶液均匀刷在基材上
接下来要把调好的胶液,均匀地涂在PET薄膜(就是咱们常见的塑料膜,做胶带的“底衬”)上。这一步最关键的是“均匀”——胶层厚一点薄一点,都会影响后续使用。比如涂太厚,切割时胶会溢出来粘住刀片;涂太薄,固定晶圆的力不够,容易碎。
第三步:固化+后处理——让胶带“定型”
涂好胶的薄膜要经过固化(有的是加热,有的是初步照紫外线),再切成需要的宽度,最后贴上离型纸(防止胶带自己粘自己)。到这里,一卷UV胶带基本就成了。
重点来了:电磁加热辊为啥是“关键设备”?
在UV胶带的制备中,“涂胶层”和“固化”这两步,电磁加热辊就像“隐形工匠”,默默发挥着大作用。咱们先搞懂它的原理:和传统的“烧开水加热”不一样,电磁加热辊是靠电磁感应让辊子自己发热,温度控制特别精准,辊面温差能控制在±1℃以内,而且升温快。
它主要在两个地方派上大用场:
1.涂胶后“烘干”——让胶层更均匀,不鼓包
如果用的是“溶液型胶液”(胶液里有少量溶剂,像稀糖水一样),涂在PET膜上后,需要把溶剂烘干。这时候就会用到电磁加热辊:让涂好胶的薄膜紧紧贴在加热辊上,辊子自己发热,把溶剂慢慢“烤”出去。
为啥不用普通的热风烘干?因为热风容易吹得胶层“起皱”,而电磁加热辊是“面接触”,热量均匀传递,胶层干得又快又平整,不会有鼓包或局部没干的情况。比如做晶圆切割用的UV胶带,胶层厚度要控制在10-20微米,只有电磁加热辊能保证每一寸都一样厚,不然切割时有的地方粘力不够,晶圆会移位。
2.低温“预固化”——让胶层更稳定
有的UV胶带在涂胶后,需要先进行“低温预固化”,让胶层初步定型,再进行后续的紫外线固化。这时候电磁加热辊又能派上用场:把温度控制在40-60℃,让胶层里的聚合物慢慢“交联”(像线一样缠在一起),既不会太硬,又能保持粘性稳定。
比如国内瑞华泰研发的PI薄膜(做高端胶带的基材),在生产时也用到类似的加热辊,能让薄膜的热膨胀系数和芯片更匹配,贴在晶圆上不会因为温度变化而“翘边”。
电磁加热辊的优势:传统设备比不了
对于UV胶带来说,温度均匀性太重要了。比如做半导体用的UV胶带,要是辊面有的地方温度高,胶层会提前固化,粘在基材上撕不下来;有的地方温度低,溶剂没烘干,后续切割时会产生气泡,导致晶圆破损。电磁加热辊刚好解决了这些问题,所以现在高端UV胶带生产线,基本都离不开它。
半导体封装用胶带
国内突围:不仅要做胶带,还要掌握设备
胶带市场的入门门槛低,但技术上限高,所以全球胶带市场高度分散,但欧美日的大型知名胶带企业依然占据了主导地位,特别是在高端市场里,美国3M、德国德莎Tesa、日本日东电工Nitto等巨头占据第一梯队。
不过现在国内已经在迎头赶上:一方面,像瑞华泰这样的企业,掌握了PI薄膜的完整制备技术,打破了国际垄断;另一方面,电磁加热辊的国产替代也在推进,比如上海联净生产的电磁加热辊,温度控制精度已经达到国际水平,价格却比进口的便宜一半。
前面说的我国东煦电子已独立研发出适用于高端玻璃研磨及切割用的电子级胶带,其产品胶层最薄可控制在9微米到11微米之间,最厚可达到100微米,能够适用于多种电子设备制造的应用场景。
除了技术的进步,我国企业的理念也很先进。
国内胶带企业加大对环保型胶带的研发,开发出可降解纤维素、低VOC(挥发性有机化合物)等环保型胶带产品。通过开发生物基胶粘剂等产品,企业可争取政策补贴,抢占可降解市场。
纤维素可降解胶带
跟其他行业一样,我国高端胶带的突破,不能只是单一产品的提升,必须是整个产业链协同发展的成果。
从供给侧看,胶带产品上游需要化工、材料及其他基础学科的进步,中国科研人员不仅要学会模仿,更要探索出新的配方和合成工艺。
比如,胶带的胶粘剂一般是丙烯酸酯类聚合物,其合成方法的改进,能提高胶粘剂的初粘力、持粘力和耐温性。
从需求端看,以前中国半导体产业不强,即使研发出高端胶带也卖不出去。
随着中国半导体产业的蓬勃发展,在芯片制造的光刻、蚀刻、封装等关键工艺环节,都需要使用具有高精度、高洁净度和高耐化学性的胶带。
中国,是全球最大的制造业基地和消费市场,高端胶带仍然是蓝海,市场需求量必然会加速提高。外加消费升级与高端应用的拓展,生产高端胶带的企业将会更加有利可图,也更有动力提升技术。
2024年全球胶带市场规模为638.6亿美元,连续五年复合增长率超过12%;2023年,中国胶带市场规模达693亿元。
胶带是“现代工业的隐形血管”,小到快递包装,大到卫星上天,都离不开它。UV胶带的突破,不只是“一卷胶带”的胜利,更是整个产业链的进步——从原料到设备,再到应用,每一环都强了,才能真正不被“卡脖子”。
以后再看到快递箱上的胶带,或许你会想起:原来这么普通的东西,背后藏着这么多高科技,还有电磁加热辊这样的“关键设备”在默默发力。而咱们国内的企业,也正在用自己的努力,让“中国胶带”在高端领域站稳脚跟。
来源:锂电动态一点号