Computer, Smartphones, Tablets & Co. gehören zu unseren ständigen Begleitern im Alltag - sie sind Arbeitsgerät, Kommunikationsmittel, Organizer und Unterhaltungsmedium in Einem. Ein Ausfall ist nicht nur in finanzieller Hinsicht extrem ärgerlich.

Der Trend zu immer leistungsfähigeren Prozessoren und größeren Speicherkapazitäten geht mit einer fortschreitenden Miniaturisierung der mikroelektronischen Baugruppen einher. Alle Komponenten müssen auf engstem Raum integriert werden. Die zunehmende Packungsdichte wird durch immer engere Leiterbahnen erreicht. Das Resultat ist eine steigende Empfindlichkeit gegenüber Spannungsimpulsen, die durch elektrostatische Entladungen (ESD ElectroStatic Discharge) entstehen können. Unkontrollierte Spannungsimpulse können die sensiblen Baugruppen jedoch zerstören.

Handling-Equipment

Um derartige Schäden zu vermeiden, kommt bei der komplexen Fertigung von elektronischen Komponenten spezielles Handling-Equipment, wie Träger und Halterungen, aus ESD-Kunststoffen zum Einsatz. ESD-Kunststoffe leiten die elektrostatischen Ladungen gezielt ab und schützen so die sensiblen Baugruppen und Schaltkreise.

Da es sich beim Handling-Equipment oft um komplexe zerspante Bauteile mit unterschiedlichen dreidimensionalen Geometrien und Wandstärken handelt, ist für die Fertigung ein Werkstoff nötig, der in seinem gesamten Volumen die geforderten ESD-Eigenschaften aufzeigt.

Homogene Verteilung

Da Kunststoffe von Natur aus Isolatoren sind, müssen den Rohstoffen Additive hinzugegeben werden, um dem Halbzeug, aus dem die Bauteile zerspant werden, leitende oder antistatische Eigenschaften zu geben. Damit die geforderten ESD-Eigenschaften unabhängig von der Geometrie und Wandstärke des zerspanten Bauteils vorliegen, ist eine vollständig homogene Verteilung der leitfähigen Additive im Halbzeug entscheidend. Das setzt bei der Fertigung des Halbzeugs ein hohes Maß an Know-how und Kompetenz voraus: Von der Wahl des Additivs, seiner Dosierung, dem Einarbeitungsverfahren bis zum Fertigungsprozess müssen viele Parameter kontrolliert werden.

Als leitfähige Additive können beispielsweise Kohlenstofffasern, Ruß, Graphit oder metallische Füllstoffe eingesetzt werden. Die Auswahl und der prozentuale Anteil eines Additivs für einen ESD-Werkstoff hängen von der geforderten Leitfähigkeit, seiner Eigenleitfähigkeit sowie den Eigenschaften des Basispolymers ab.
Insbesondere wenn nur elektrostatisch ableitende Eigenschaften mit einem spezifischen Oberflächenleitwiderstand zwischen 10^6 und 10^9 Ohm gefordert sind, ist die Dosierung des leitfähigen Füllstoffes besonders kritisch. In Bereichen zu niedriger Füllstoffkonzentrationen dominiert der isolierende Kunststoff. Ab einer definierten Dosierung steigt die elektrische Leitfähigkeit drastisch an – siehe Grafik. Dann liegen die eingebrachten Füllstoffe nahe genug beisammen, um eine leitfähige Netzwerkstruktur ausbilden zu können. Schon eine minimale Konzentrationserhöhung bewirkt dann einen überproportionalen Abfall des Widerstandes, was eine leitfähige Ausrüstung zur Folge haben kann.

Neben der Art und Menge des leitfähigen Füllstoffs müssen Bestandteile der Rezeptur mit speziellen Einarbeitungsverfahren homogen vermischt werden. Im Produktionsprozess, also bei der Extrusion und beim Pressen, sind wiederum Parameter wie Geschwindigkeit, Zeit und Temperatur so angepasst, dass das Halbzeug die geforderten ESD-Eigenschaften erhält.

Prüfung

Zur Sicherung der Qualität lässt Röchling die Halbzeuge in der unternehmenseigenen Werkstoffprüfung prüfen. Ein Maß für die Ableitfähigkeit eines Werkstoffs ist der Oberflächenwiderstand, der im Markt üblicherweise nur auf der Oberfläche eines Probenkörpers ermittelt wird.

Um aber den hohen Sicherheitsanforderungen in der Elektronikindustrie Rechnung zu tragen, misst Röchling den Oberflächenwiderstand nicht nur an der Halbzeugoberfläche, sondern geht auch in die Tiefe des Werkstoffs. Hierzu stellt Röchling Prüfkörper in der Form eines Stufenmodells her. An verschiedenen Messepunkten wird so der Oberflächenwiderstand in unterschiedlichen Stärkenbereichen innerhalb des Halbzeugquerschnitts gemessen.

Zerspante Bauteile aus Halbzeugen von Röchling bieten so einen zuverlässigen Schutz für unterschiedliche Geometrien und Wandstärken für elektronische Komponenten.

Fragen Sie doch mal Ihren Lieferanten, ob er den ESD-Schutz über den gesamten Werkstoffquerschnitt auch wie bei Röchling prüft!

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