電子部品は、人間が感知できる閾値をはるかに下回る、わずか数百ボルトの静電気放電イベントによる破壊に直面しています。 ESD プラスチック シートの押出成形により、製造、輸送、保管中に集積回路、半導体、敏感な電子アセンブリを保護する散逸性と導電性のシート材料が製造されます。たくさんある中で 産業市場にサービスを提供するシート押出用途では 、ESD シートの製造では、材料配合とプロセスパラメータを最も厳密に制御する必要があります。
この技術ガイドでは、コンポーネント トレイ用の ESD シート押出における導電性添加剤の分散、表面抵抗率の測定、および品質保証を管理する原則を検討します。
ESDプラスチックシート押出における表面抵抗率の制御
表面抵抗率は、ESD 保護パッケージ材料の主要な性能指標として機能します。 EIA-541 規格では、抵抗率の値に基づいて 3 つの材料分類が定義されています。
絶縁性: 10^12 オーム/平方以上
散逸性: 10^6 ～ 10^9 オーム/平方
導電性: 10^3 ～ 10^6 オーム/平方
電子部品トレイには通常、10^6 ～ 10^9 オーム/平方の範囲の散逸材料が必要です。このウィンドウは、取り扱い中に蓄積する静電荷の制御された消散を可能にしながら、急速な放電現象を防ぎます。 10^6 オーム/平方未満の導電性材料は、受電回路に損傷を与える意図しない電流経路を作成する可能性がありますが、10^12 オーム/平方を超える絶縁材料は充電をトラップし、放電のリスクを高めます。
シートの幅と長さ全体にわたってこの狭い範囲内で抵抗率を維持することが、ESD プラスチック シート押出の中心的な課題となります。抵抗率の変動は、不均一な添加剤の分散、厚さの変動、および表面処理の不均一によって発生します。プロセスエンジニアは、特定の機器と動作パラメータの選択を通じて各要因に対処します。
技術的アプローチについては、概要で説明されています。 エレクトロニクスパッケージングシートの押出成形は、 抵抗率の仕様が最終用途のパッケージング要件にどのように反映されるかについて、より広範なコンテキストを提供します。
カーボン ブラックは、ESD シートの押出成形で最も広く使用されている導電性添加剤です。適切に分散すると、カーボン ブラック粒子はパーコレーションと呼ばれるメカニズムを通じてポリマー マトリックス全体に連続的な導電ネットワークを形成します。パーコレーション閾値 (カーボン ブラック グレードとポリマーの種類に応じて通常 5 ～ 15 重量パーセント) を下回ると、材料は絶縁性を維持します。しきい値を超えると、導電経路が形成されるため、抵抗率が急激に低下します。
パーコレーション曲線の急峻な性質は、カーボンブラック濃度の小さな変化が大きな抵抗率の変化を引き起こすことを意味します。この感度には、カーボン ブラック マスターバッチの正確な重量計による添加が必要であり、通常はターゲット添加量の ±0.5 パーセントの精度です。押出機のスロートに配置されたロスインウェイトフィーダーは、ホッパーの充填レベルや材料のかさ密度の変動に関係なく、一貫した添加率を実現します。
分散の品質は、抵抗率とシートの外観の両方に影響します。分散が不十分なカーボン ブラックは凝集物を生成し、目に見える黒い斑点として現れ、局所的な抵抗率の変化を引き起こします。分配および分散混合要素を備えた二軸押出機は、単軸押出機よりも効果的に凝集物を分解し、均一な着色と一貫した電気的特性を生み出します。
カーボン ブラックのグレードの選択は、導電性と機械的特性のバランスに影響します。高い表面積を持つ高構造グレードは、より低い荷重でパーコレーションを達成しますが、溶融粘度が増加し、衝撃強度が低下する可能性があります。中程度の構造のグレードは加工性が優れていますが、目標の抵抗率値に到達するにはより高い負荷が必要です。
代替の導電性添加剤には、真性導電性ポリマー、カーボン ナノチューブ、金属コーティングされたフィラーなどがあります。これらの材料は、カーボン ブラックよりもはるかに低い負荷で目標の抵抗率を達成し、ベースポリマーの機械的特性と色を維持します。ただし、コストが高いため、カーボン ブラックの配合により性能が損なわれる用途への採用が制限されます。
オンラインでの厚さ測定とプロセス監視
表面抵抗率試験は、定義された領域全体に電圧を印加し、その結果生じる電流を測定するため、厚さの均一性は抵抗率測定に直接影響します。シート部分が厚いと抵抗が大きくなり、材料配合が一定であっても見かけの抵抗値が変化します。厚さの変動を公称値の ±2% 以内に制御することで、測定された抵抗率がゲージの変動ではなく真の材料特性を確実に反映するようになります。
ベータゲージまたはレーザー変位センサーを使用した自動厚さ測定システムは、生産中にシート幅全体を連続的にスキャンします。これらのシステムからのデータは、ゲージの変動をリアルタイムで修正する自動ダイボルト調整装置にフィードバックされます。測定技術についてさらに詳しく調べるには、次の記事を参照してください。 ベータおよびレーザー システムを使用したオンライン厚さ測定では、 両方のアプローチの動作原理と精度仕様が詳しく説明されています。
表面抵抗率マッピングは、プロセス検証の別の層を提供します。インライン抵抗率測定システムはシート表面をスキャンし、幅と長さにわたる抵抗率の分布を示す色分けされたマップを生成します。これらのマップは、点測定では見逃される可能性のある分散の問題、投与量の不一致、および機器の問題を明らかにします。
幅の広いシート全体で一貫した ESD 特性を達成するには、導電性添加剤の分散とシートの厚さの均一性を正確に制御する必要があります。 JWELL の ESD シート押出ラインは、二軸配合押出機とオンライン厚さ測定および表面抵抗率マッピングを統合し、EIA-541 規格で指定されている 10^6 ～ 10^9 オーム/平方の範囲内に抵抗率値を維持するリアルタイムのプロセス調整を可能にします。
ESDコンポーネントトレイの品質試験方法
完成した ESD シートは、電子部品のパッケージングの認定を受ける前に、厳格なテストを受ける必要があります。次のテスト プロトコルは業界標準の実践を表しています。
表面抵抗率試験では 、ASTM D257 または IEC 60079 仕様に従って同心リング電極治具を使用します。均一性を確認するために、シートの幅と長さにわたる複数の場所で測定が行われます。通常、合格基準では、すべての測定値が指定された抵抗率の範囲内に収まり、単一点が上限を 5 年以上超えないことが求められます。
体積抵抗率試験では、 平行平板電極を使用してシートの厚さ方向のバルク抵抗を測定します。このテストでは、表面だけでなく材料全体に導電ネットワークが形成されていることを確認します。
電荷減衰試験では、 印加された電荷がシート表面から消散するまでに必要な時間を測定します。コンポーネント トレイの材質は、通常 2 秒未満の電荷減衰時間を必要とし、取り扱い中に発生した静電荷を迅速に中和します。
環境調整では、 温度と湿度のサイクルにさらされた後の抵抗率の安定性を評価します。 ESD シートは、最悪の輸送および保管条件をシミュレートし、70°C、相対湿度 85% で 168 時間後でも性能を維持する必要があります。
熱成形シミュレーション では、トレイ成形プロセス中のシートの挙動をテストします。材料は、熱成形金型内で加熱、延伸、冷却した後も散逸特性を保持する必要があります。一部の添加剤は加熱中にシート表面に移動し、配合調整が必要となる抵抗率の変化を引き起こします。
よくある質問
静電気防止材料と ESD 材料の違いは何ですか?
帯電防止材料は、表面処理や添加剤の移行による静電荷の発生を防ぎ、通常は 10^9 オーム/平方を超える抵抗率を実現します。 ESD 材料は、導電ネットワークを通じて能動電荷の散逸を実現し、10^6 ～ 10^9 オーム/平方の散逸範囲の抵抗率を実現します。電子部品トレイには、単に電荷の蓄積を防ぐだけでなく、既存の電荷を消散させる必要があるため、ESD レベルの保護が必要です。
ESD シートには他の導電性添加剤よりもカーボン ブラックが好まれるのはなぜですか?
カーボン ブラックは、ほとんどの ESD シート用途にコスト、可用性、およびパフォーマンスの最適なバランスを提供します。中程度の負荷で信頼性の高いパーコレーションを実現し、環境条件全体で安定した性能を維持し、標準的な押出プロセスに容易に統合できます。カーボン ナノチューブのような高性能添加剤は、カーボン ブラックの配合により重要な特性が損なわれる用途に使用されます。
湿度はESDシートの抵抗率測定にどのような影響を与えますか?
ポリマー表面への水分の吸着により薄い導電層が形成されるため、相対湿度は表面抵抗率の測定に影響します。相対湿度 50% での測定値は、相対湿度 12% での測定値よりも 10 年低い場合があります。品質テスト仕様は、一貫した比較可能な結果を保証するためのコンディショニング環境を定義します。
ESDシートをリサイクルして新しいESD製品にできますか?
ESD シートの製造スクラップは、導電性添加剤ネットワークが無傷であれば再処理できます。再生材料は通常、再処理中の添加剤の劣化により、バージン材料よりもわずかに高い抵抗率を示します。ほとんどのメーカーは、材料コストを削減しながら仕様内の抵抗率を維持するために、再生材をバージン材料と 10 ～ 20% ブレンドしています。
