Электронные компоненты подвергаются разрушению из-за электростатических разрядов силой всего в несколько сотен вольт, что намного ниже порога, который может воспринимать человек. Экструзия пластиковых листов ESD позволяет производить рассеивающие и проводящие листовые материалы, которые защищают интегральные схемы, полупроводники и чувствительные электронные сборки во время производства, транспортировки и хранения. Среди многих При экструзии листов, обслуживающей промышленные рынки, производство листов ESD требует строжайшего контроля над рецептурой материала и параметрами процесса.
В этом техническом руководстве рассматриваются принципы, регулирующие диспергирование проводящих добавок, измерение поверхностного сопротивления и обеспечение качества при экструзии ESD-листов для лотков с компонентами.
Контроль поверхностного сопротивления при экструзии пластиковых листов ESD
Поверхностное сопротивление служит основным показателем эффективности упаковочных материалов с защитой от электростатического разряда. Стандарт EIA-541 определяет три классификации материалов на основе значений удельного сопротивления:
Изоляционный: более 10^12 Ом/кв.
Рассеяние: от 10^6 до 10^9 Ом/кв.
Проводимость: от 10^3 до 10^6 Ом/квадрат.
Для лотков для электронных компонентов обычно требуются рассеивающие материалы в диапазоне от 10^6 до 10^9 Ом/квадрат. Это окно предотвращает случаи быстрого разряда, обеспечивая при этом контролируемое рассеивание статического заряда, который накапливается во время работы. Проводящие материалы с сопротивлением ниже 10^6 Ом/квадрат могут создавать непреднамеренные пути тока, которые повреждают питаемые цепи, в то время как изоляционные материалы с сопротивлением выше 10^12 Ом/квадрат задерживают заряд и увеличивают риск разряда.
Поддержание удельного сопротивления в этом узком диапазоне по всей ширине и длине листа представляет собой центральную задачу экструзии пластиковых листов ESD. Изменение удельного сопротивления происходит из-за непостоянной дисперсии добавок, колебаний толщины и неоднородности обработки поверхности. Инженеры-технологи решают каждый фактор посредством выбора конкретного оборудования и рабочих параметров.
Технические подходы, обсуждаемые в обзоре на сайте Экструзия листов для упаковки электроники дает более широкий контекст того, как характеристики удельного сопротивления преобразуются в требования к упаковке для конечного использования.
Углеродная сажа представляет собой наиболее широко используемую проводящую добавку при экструзии листов ESD. При правильном диспергировании частицы технического углерода образуют непрерывную проводящую сеть по всей полимерной матрице посредством механизма, называемого перколяцией. Ниже порога перколяции — обычно 5–15 процентов по весу в зависимости от марки технического углерода и типа полимера — материал остается изолирующим. Выше порога удельное сопротивление резко падает по мере формирования проводящих путей.
Крутой характер кривой перколяции означает, что небольшие изменения концентрации технического углерода вызывают большие изменения удельного сопротивления. Эта чувствительность требует точного гравиметрического дозирования маточной смеси технического углерода, обычно с точностью до ±0,5 процента от заданной загрузки. Питатели с функцией потери веса, расположенные в горловине экструдера, обеспечивают постоянную дозировку добавок независимо от уровня заполнения бункера или изменений объемной плотности материала.
Качество дисперсии влияет как на удельное сопротивление, так и на внешний вид листа. Плохо диспергированная сажа образует агломераты, которые выглядят как видимые черные точки и вызывают локальные изменения удельного сопротивления. Двухшнековые экструдеры с распределительными и дисперсионными смесительными элементами разрушают агломераты более эффективно, чем одношнековые, обеспечивая равномерную окраску и постоянные электрические свойства.
Выбор марки технического углерода влияет на баланс между проводимостью и механическими свойствами. Марки с высокой структурой и большой площадью поверхности обеспечивают перколяцию при более низких нагрузках, но могут увеличивать вязкость расплава и снижать ударную вязкость. Марки со средней структурой обеспечивают лучшую технологичность, но требуют более высоких нагрузок для достижения целевых значений удельного сопротивления.
Альтернативные проводящие добавки включают собственные проводящие полимеры, углеродные нанотрубки и наполнители с металлическим покрытием. Эти материалы достигают целевого удельного сопротивления при гораздо более низких нагрузках, чем углеродная сажа, сохраняя механические свойства и цвет базового полимера. Однако их более высокая стоимость ограничивает их применение в тех случаях, когда загрузка технического углерода снижает производительность.
Онлайн-измерение толщины и мониторинг процессов
Однородность толщины напрямую влияет на измерения удельного сопротивления, поскольку при измерении удельного сопротивления поверхности напряжение прикладывается к определенной области и измеряется результирующий ток. Более толстые секции листа обладают большим сопротивлением, что приводит к смещению значений кажущегося удельного сопротивления, даже если состав материала остается постоянным. Контроль изменения толщины с точностью до ±2 процентов от номинального значения помогает гарантировать, что измеренное удельное сопротивление отражает истинные свойства материала, а не отклонения от датчика.
Автоматизированные системы измерения толщины, использующие бета-метр или лазерные датчики смещения, непрерывно сканируют лист по ширине во время производства. Данные из этих систем передаются автоматическим регуляторам болтов матрицы, которые корректируют отклонения в калибре в реальном времени. Для более глубокого изучения технологии измерений см. Измерение толщины в режиме онлайн с помощью бета- и лазерных систем подробно описывает принципы работы и характеристики точности обоих подходов.
Картирование удельного сопротивления поверхности обеспечивает еще один уровень проверки процесса. Линейные системы измерения удельного сопротивления сканируют поверхность листа и создают карты с цветовой кодировкой, показывающие распределение удельного сопротивления по ширине и длине. Эти карты выявляют проблемы дисперсии, несоответствия дозирования и проблемы с оборудованием, которые могут быть упущены при точечных измерениях.
Достижение стабильных антистатических свойств на листе широкой ширины требует точного контроля над дисперсией проводящих добавок и однородностью толщины листа. Линии экструзии листа ESD компании JWELL включают в себя двухшнековые экструдеры для компаундирования с онлайн-измерением толщины и составлением карт поверхностного сопротивления, что позволяет в режиме реального времени корректировать процесс, поддерживая значения удельного сопротивления в диапазоне от 10 ^ 6 до 10 ^ 9 Ом / квадрат, указанном стандартами EIA-541.
Методы проверки качества лотков для компонентов ESD
Готовый лист ESD должен пройти тщательное тестирование перед квалификацией для упаковки электронных компонентов. Следующие протоколы испытаний представляют собой стандартную практику:
При измерении удельного поверхностного сопротивления используется приспособление для концентрического кольцевого электрода в соответствии со спецификациями ASTM D257 или IEC 60079. Измерения проводятся в нескольких местах по ширине и длине листа для проверки однородности. Критерии приемки обычно требуют, чтобы все измерения находились в пределах указанного диапазона удельного сопротивления, при этом ни одна точка не превышала верхний предел более чем на полдесятилетия.
При измерении объемного удельного сопротивления измеряется объемное сопротивление по толщине листа с использованием параллельных пластинчатых электродов. Этот тест подтверждает, что проводящие сети образуются по всему материалу, а не только на поверхности.
При тестировании на затухание заряда измеряется время, необходимое для рассеивания приложенного заряда с поверхности листа. Материалы лотков для компонентов обычно требуют времени затухания заряда менее 2 секунд, что обеспечивает быструю нейтрализацию статического заряда, возникающего во время работы.
Условия окружающей среды оценивают стабильность удельного сопротивления после воздействия циклических температур и влажности. ESD-листы должны сохранять работоспособность в течение 168 часов при температуре 70°C и относительной влажности 85 процентов, имитируя наихудшие условия транспортировки и хранения.
Моделирование термоформования позволяет проверить поведение листа в процессе формирования лотка. Материалы должны сохранять рассеивающие свойства после нагрева, растяжения и охлаждения в форме для термоформования. Некоторые добавки мигрируют на поверхность листа во время нагрева, вызывая изменения удельного сопротивления, которые требуют корректировки рецептуры.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между антистатическими и ESD-материалами?
Антистатические материалы предотвращают образование статического заряда за счет обработки поверхности или миграции добавок, обычно достигая удельного сопротивления выше 10^9 Ом/квадрат. ESD-материалы обеспечивают активное рассеивание заряда через проводящие сети, достигая удельного сопротивления в диапазоне рассеивания от 10^6 до 10^9 Ом/кв. Лотки для электронных компонентов требуют защиты на уровне ESD, поскольку они должны рассеивать существующий заряд, а не просто предотвращать его накопление.
Почему углеродная сажа предпочтительнее других токопроводящих добавок для антистатических листов?
Углеродная сажа предлагает наилучший баланс стоимости, доступности и производительности для большинства применений с антистатическими листами. Он обеспечивает надежную перколяцию при умеренных нагрузках, сохраняет стабильные характеристики в любых условиях окружающей среды и легко интегрируется в стандартные процессы экструзии. Добавки с более высокими эксплуатационными характеристиками, такие как углеродные нанотрубки, предназначены для применений, где загрузка технического углерода ухудшает важные свойства.
Как влажность влияет на измерения удельного сопротивления листа ESD?
Относительная влажность влияет на измерения поверхностного сопротивления, поскольку адсорбция влаги на поверхности полимера создает тонкий проводящий слой. Измерения, проведенные при относительной влажности 50 процентов, могут оказаться на десятилетие ниже, чем измерения при относительной влажности 12 процентов. Спецификации тестирования качества определяют среду кондиционирования, обеспечивающую стабильные и сопоставимые результаты.
Можно ли переработать листы ESD в новые продукты ESD?
Отходы производства листов ESD можно перерабатывать, если сеть проводящих добавок остается неповрежденной. Переизмельченный материал обычно показывает несколько более высокое удельное сопротивление, чем исходный материал, из-за разложения добавок во время повторной обработки. Большинство производителей смешивают переизмельченный материал в количестве 10–20 процентов с первичным материалом, чтобы поддерживать удельное сопротивление в пределах технических характеристик и одновременно снижать затраты на материалы.
