اکستروژن ورق پلاستیک ESD برای سینی های قطعات الکترونیکی

اجزای الکترونیکی در اثر رویدادهای تخلیه الکترواستاتیکی با اندازه گیری تنها چند صد ولت - بسیار کمتر از آستانه ای که انسان می تواند درک کند - با تخریب مواجه می شود. اکستروژن ورق پلاستیک ESD مواد ورق اتلافی و رسانا را تولید می کند که از مدارهای مجتمع، نیمه هادی ها و مجموعه های الکترونیکی حساس در طول تولید، حمل و نقل و ذخیره سازی محافظت می کند. در میان بسیاری برنامه های کاربردی اکستروژن ورق که به بازارهای صنعتی خدمت می کنند، تولید ورق ESD نیازمند شدیدترین کنترل بر فرمولاسیون مواد و پارامترهای فرآیند است.

این راهنمای فنی اصول حاکم بر پراکندگی افزودنی رسانا، اندازه‌گیری مقاومت سطحی و تضمین کیفیت در اکستروژن ورق ESD برای سینی‌های جزء را بررسی می‌کند.

کنترل مقاومت سطحی در اکستروژن ورق پلاستیک ESD

مقاومت سطحی به عنوان معیار عملکرد اولیه برای مواد بسته بندی محافظ ESD عمل می کند. استاندارد EIA-541 سه طبقه بندی مواد را بر اساس مقادیر مقاومت تعریف می کند:

• عایق: بیشتر از 10^12 اهم بر مربع

• اتلاف کننده: 10^6 تا 10^9 اهم/مربع

• رسانا: 10^3 تا 10^6 اهم/مربع

سینی قطعات الکترونیکی معمولاً به مواد اتلافی در محدوده 10^6 تا 10^9 اهم بر مربع نیاز دارند. این پنجره از وقایع تخلیه سریع جلوگیری می کند و در عین حال اجازه می دهد تا بار استاتیکی که در حین جابجایی جمع می شود به طور کنترل شده ای دفع شود. مواد رسانای کمتر از 10^6 اهم بر مربع می توانند مسیرهای جریان ناخواسته ای ایجاد کنند که به مدارهای تغذیه شده آسیب می زند، در حالی که مواد عایق بالای 10^12 اهم بر مربع شارژ را به دام می اندازند و خطر تخلیه را افزایش می دهند.

حفظ مقاومت در این محدوده باریک در عرض و طول کامل ورق، چالش اصلی اکستروژن ورق پلاستیک ESD است. تغییرات مقاومتی ناشی از پراکندگی افزودنی ناسازگار، نوسانات ضخامت، و عدم یکنواختی عملیات سطحی است. مهندسان فرآیند هر عامل را از طریق تجهیزات خاص و انتخاب پارامترهای عملیاتی مورد بررسی قرار می دهند.

رویکردهای فنی مورد بحث در بررسی اجمالی در اکستروژن ورق بسته بندی الکترونیکی زمینه وسیع تری را در مورد چگونگی تبدیل مشخصات مقاومت به الزامات بسته بندی نهایی فراهم می کند.

پراکندگی کربن سیاه و تشکیل شبکه رسانا

کربن سیاه پرکاربردترین افزودنی رسانا در اکستروژن ورق ESD است. هنگامی که به درستی پراکنده می شوند، ذرات کربن سیاه یک شبکه رسانای پیوسته را در سراسر ماتریس پلیمری از طریق مکانیزمی به نام نفوذ تشکیل می دهند. زیر آستانه نفوذ - معمولاً 5-15 درصد وزنی بسته به درجه کربن سیاه و نوع پلیمر - این ماده عایق باقی می ماند. در بالای آستانه، با تشکیل مسیرهای رسانا، مقاومت به شدت کاهش می یابد.

ماهیت تند منحنی نفوذ به این معنی است که تغییرات کوچک در غلظت کربن سیاه باعث ایجاد تغییرات مقاومتی بزرگ می شود. این حساسیت مستلزم دوز گرانشی دقیق مستربچ کربن سیاه است که معمولاً تا 0.5 ± درصد بارگذاری هدف را دقیق می کند. فیدرهای کاهش وزن که در گلوی اکسترودر قرار دارند، بدون توجه به سطح پر شدن قیف یا تغییرات چگالی ظاهری مواد، نرخ افزودنی ثابتی را ارائه می دهند.

کیفیت پراکندگی هم بر مقاومت و هم بر ظاهر ورق تأثیر می گذارد. کربن سیاه پراکنده ضعیف، آگلومراهایی را ایجاد می کند که به صورت لکه های سیاه قابل مشاهده ظاهر می شوند و باعث تغییرات موضعی مقاومت می شوند. اکسترودرهای دو مارپیچ با عناصر اختلاط توزیعی و پراکنده، آگلومره ها را به طور مؤثرتری نسبت به جایگزین های تک پیچی تجزیه می کنند و رنگ یکنواخت و خواص الکتریکی ثابت را ایجاد می کنند.

انتخاب درجه کربن سیاه بر تعادل بین رسانایی و خواص مکانیکی تأثیر می گذارد. گریدهای ساختاری بالا با مساحت سطح بالا به نفوذ در بارهای کمتر دست می یابند اما می توانند ویسکوزیته مذاب را افزایش داده و مقاومت ضربه را کاهش دهند. گریدهای ساختار متوسط ​​پردازش پذیری بهتری را ارائه می دهند اما برای رسیدن به مقادیر مقاومت هدف به بارهای بالاتر نیاز دارند.

افزودنی های رسانای جایگزین شامل پلیمرهای رسانای ذاتی، نانولوله های کربنی و پرکننده های پوشش داده شده با فلز هستند. این مواد مقاومت هدف را در بارگذاری های بسیار کمتر از کربن سیاه به دست می آورند و خواص مکانیکی و رنگ پلیمر پایه را حفظ می کنند. با این حال، هزینه بالاتر آنها پذیرش را برای برنامه هایی محدود می کند که در آن بارگذاری کربن سیاه عملکرد را به خطر می اندازد.

اندازه گیری ضخامت آنلاین و نظارت بر فرآیند

یکنواختی ضخامت مستقیماً بر اندازه گیری مقاومت تأثیر می گذارد، زیرا آزمایش مقاومت سطحی ولتاژ را در یک منطقه تعریف شده اعمال می کند و جریان حاصل را اندازه گیری می کند. مقاطع ضخیم‌تر ورق مقاومت بیشتری نشان می‌دهند و باعث می‌شوند که مقادیر مقاومت ظاهری حتی زمانی که فرمول مواد ثابت می‌ماند تغییر کنند. کنترل تغییرات ضخامت تا 2± درصد از مقدار اسمی کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که مقاومت اندازه گیری شده به جای نوسانات گیج، خواص واقعی مواد را منعکس می کند.

سیستم‌های اندازه‌گیری ضخامت خودکار با استفاده از سنسورهای بتا یا جابجایی لیزری، در طول تولید به طور مداوم در عرض ورق اسکن می‌کنند. داده‌های این سیستم‌ها به تنظیم‌کننده‌های خودکار دایک بولت باز می‌گردند که تغییرات گیج را در زمان واقعی تصحیح می‌کنند. برای بررسی عمیق‌تر فناوری اندازه‌گیری، پوشش در اندازه‌گیری ضخامت آنلاین با سیستم‌های بتا و لیزر، اصول عملیاتی و مشخصات دقت هر دو روش را به تفصیل شرح می‌دهد.

نگاشت مقاومت سطحی لایه دیگری از تأیید فرآیند را فراهم می کند. سیستم‌های اندازه‌گیری مقاومت خطی سطح ورق را اسکن می‌کنند و نقشه‌های رنگی ایجاد می‌کنند که توزیع مقاومت در عرض و طول را نشان می‌دهد. این نقشه‌ها مشکلات پراکندگی، تناقضات دوز و مسائل تجهیزاتی را نشان می‌دهند که ممکن است اندازه‌گیری‌های نقطه‌ای از قلم افتاده باشند.

دستیابی به خواص ESD ثابت در سراسر ورق با عرض گسترده نیاز به کنترل دقیق بر پراکندگی افزودنی رسانا و یکنواختی ضخامت ورق دارد. خطوط اکستروژن ورق ESD JWELL اکسترودرهای ترکیبی دو پیچ را با اندازه‌گیری ضخامت آنلاین و نقشه‌برداری مقاومت سطحی ادغام می‌کنند، که امکان تنظیم زمان واقعی فرآیند را فراهم می‌کند که مقادیر مقاومت را در محدوده 10^6 تا 10^9 اهم بر مربع مشخص شده توسط استانداردهای EIA-541 حفظ می‌کند.

روش‌های تست کیفیت برای سینی‌های اجزای ESD

ورق ESD تمام شده باید قبل از صلاحیت برای بسته بندی قطعات الکترونیکی تحت آزمایش های دقیق قرار گیرد. پروتکل‌های تست زیر نشان‌دهنده عملکرد استاندارد صنعت هستند:

تست مقاومت سطحی از یک فیکسچر الکترود حلقه متحدالمرکز بر اساس مشخصات ASTM D257 یا IEC 60079 استفاده می کند. اندازه‌گیری‌ها در چندین مکان در عرض و طول ورق برای تأیید یکنواختی انجام می‌شود. معیارهای پذیرش معمولاً مستلزم این است که همه اندازه‌گیری‌ها در محدوده مقاومت مشخص شده قرار گیرند و هیچ نقطه‌ای بیش از نیم دهه از حد بالایی فراتر نرود.

تست مقاومت حجمی مقاومت توده ای را از طریق ضخامت ورق با استفاده از الکترودهای صفحه موازی اندازه گیری می کند. این آزمایش تأیید می‌کند که شبکه‌های رسانا در سرتاسر مواد تشکیل می‌شوند، نه فقط در سطح.

تست پوسیدگی شارژ زمان مورد نیاز برای پراکنده شدن بار اعمال شده از سطح ورق را اندازه گیری می کند. مواد سینی قطعات معمولاً به زمان‌های فروپاشی شارژ کمتر از 2 ثانیه نیاز دارند که از خنثی‌سازی سریع بار استاتیکی که در حین جابجایی با آن مواجه می‌شود، تضمین می‌کند.

تهویه محیطی پایداری مقاومت را پس از قرار گرفتن در معرض چرخه دما و رطوبت ارزیابی می کند. ورق های ESD باید پس از 168 ساعت در دمای 70 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 85 درصد عملکرد خود را حفظ کنند و بدترین شرایط حمل و نقل و ذخیره سازی را شبیه سازی کنند.

شبیه سازی ترموفرمینگ رفتار ورق را در طول فرآیند تشکیل سینی آزمایش می کند. مواد باید پس از گرم شدن، کشش و سرد شدن در قالب ترموفرمینگ، خواص اتلاف کنندگی را حفظ کنند. برخی از افزودنی ها در طول گرم شدن به سطح ورق مهاجرت می کنند و باعث تغییر مقاومت می شوند که نیاز به تنظیم فرمول دارد.

سوالات متداول

تفاوت بین مواد ضد الکتریسیته ساکن و ESD چیست؟

مواد ضد الکتریسیته ساکن از تولید بار استاتیکی از طریق عملیات سطحی یا مهاجرت مواد افزودنی جلوگیری می‌کنند و معمولاً مقاومتی بالاتر از 10^9 اهم بر مربع دارند. مواد ESD اتلاف بار فعال را از طریق شبکه‌های رسانا فراهم می‌کنند و مقاومتی را در محدوده اتلاف 10^6 تا 10^9 اهم بر مربع به دست می‌آورند. سینی های قطعات الکترونیکی به حفاظت در سطح ESD نیاز دارند زیرا باید شارژ موجود را از بین ببرند، نه اینکه صرفاً از تجمع بار جلوگیری کنند.

چرا کربن سیاه نسبت به سایر مواد افزودنی رسانا برای صفحات ESD ترجیح داده می شود؟

کربن سیاه بهترین توازن هزینه، در دسترس بودن و عملکرد را برای اکثر برنامه‌های ورق ESD ارائه می‌کند. در بارگذاری های متوسط ​​به نفوذ قابل اعتمادی دست می یابد، عملکرد پایدار را در شرایط محیطی حفظ می کند و به راحتی در فرآیندهای اکستروژن استاندارد ادغام می شود. افزودنی‌های با کارایی بالاتر مانند نانولوله‌های کربنی برای کاربردهایی در نظر گرفته شده‌اند که بارگذاری سیاه کربن خواص حیاتی را به خطر می‌اندازد.

رطوبت چگونه بر اندازه گیری مقاومت ورق ESD تأثیر می گذارد؟

رطوبت نسبی بر اندازه گیری مقاومت سطحی تأثیر می گذارد زیرا جذب رطوبت روی سطح پلیمر یک لایه رسانای نازک ایجاد می کند. اندازه گیری هایی که در رطوبت نسبی 50 درصد انجام می شود ممکن است یک دهه کمتر از اندازه گیری های رطوبت نسبی 12 درصد باشد. مشخصات تست کیفیت محیط تهویه را برای اطمینان از نتایج سازگار و قابل مقایسه تعریف می کند.

آیا می توان ورق های ESD را در محصولات جدید ESD بازیافت کرد؟

اگر شبکه افزودنی رسانا دست نخورده باقی بماند، می توان ضایعات تولید ورق ESD را دوباره پردازش کرد. مواد Regrind معمولاً به دلیل تخریب افزودنی در طول پردازش مجدد، مقاومت کمی بالاتر از مواد اولیه نشان می‌دهند. اکثر تولیدکنندگان آسیاب مجدد را با 10 تا 20 درصد با مواد بکر مخلوط می کنند تا مقاومت در حد مشخصات حفظ شود و در عین حال هزینه مواد کاهش یابد.