Развитие производств токопроводящей полимерной упаковки для электронной отрасли в России

— Компания Premix Oy была основана в 1972 году как семейный бизнес. Сегодня Premix Oy является ведущим мировым специализированным производителем электропроводящих компаундов. Головной офис и основное производство расположено в городе Раямяки в Финляндии. Компания имеет совместное предприятие в Китае с представительским офисом, представительство в Германии и дистрибьюторскую сеть более чем в 30 странах мира. В настоящее время номенклатура насчитывает 16 000 марок для различных применений.

Примечательно, что импульсом развития данного направления для компании Premix Oy послужил запрос одного из субподрядчиков компании Nokia. В целях исключения повреждений электронных компонентов от разрядов статического электричества всемирно известный производитель телефонов потребовал от субподрядчиков использования ESD-упаковки.

Вообще, при производстве и транспортировке проблема обеспечения защиты электронных компонентов от статических разрядов актуальна для предприятий электронной промышленности. Например, согласно статистике, средние ежедневные потери электронной промышленности США от электростатических зарядов составляют 10-18% продукции. За год затраты, обусловленные такими потерями и ремонтом или дополнительным обслуживанием оборудования, доходят до $10 млрд.

— Применительно к полимерам, ставшим благодаря высокой технологичности, хорошим механическим свойствам и сравнительно невысокой стоимости основным материалом для производства тары и упаковки, но являющимся по своей природе диэлектриками, способными накапливать статическое электричество, — каковы перспективы данного материала при упаковывании и транспортировке элементов электроники и микроэлектроники?

— Полимерные материалы обладают, как известно, высокими значениями поверхностного электрического сопротивления (R_s = 10¹³-10¹⁷ Ом) и поэтому долго сохраняют заряд — потенциальный источник возникновения разряда искры. Соответственно, даже незначительные перемещения элементов микроэлектроники внутри непроводящей упаковочной тары приводят к возникновению статического электричества. При этом величина напряжения разряда может достигать нескольких тысяч вольт. Помимо величины напряжения разряда, критическим фактором является скорость его нарастания, которая определяет уровень перенапряжения. Чем быстрее происходит разряд, тем более губительным он будет для чувствительных элементов микроэлектроники.

Основным способом снижения R_S является создание внутри полимерного изделия трехмерной электропроводящей матрицы. Это делается с помощью введения большого (10-30%) количества специальных саж, углеродных волокон и других хорошо проводящих электрические заряды наполнителей. Благодаря этому достигаются значения R_S в интервале 10²–10¹¹ Ом.

В целом электропроводность пластиков, наполненных электропроводящими частицами, определяется электрическими свойствами этих частиц, их дисперсностью, объемным содержанием и равномерностью распределения в объеме материала. Электрорассеивающие пластики (10₄ Ом ≤ R_S < 10¹¹ Ом) в отличие от электропроводящих материалов (R_S < 10⁴ Ом), включая металлы или пластики с высокой степенью наполнения электропроводящими частицами, позволяют снижать уровень накопления заряда и сглаживать электрический разряд (рис. 1). Вот почему при отсутствии постоянного заземления всегда рекомендуется использовать для перевозки и хранения элементов электроники упаковку и тару из электрорассеивающих пластиков.

Рис. 1. Характерная зависимость «напряжение U — время t» при прохождении электростатического разряда через упаковку из электропроводящих (1) и электрорассеивающих (2) материалов (пунктиром показан уровень напряжения, при котором возможно повреждение материала)

— Введение сажи в полимеры — известный способ превращения этих диэлектриков в электропроводящие материалы. В чем «секрет» материалов марки PRE-ELEC?

— При отсутствии соответствующего опыта и знаний в области составления компаундов добавление сажи приводит к существенному снижению механических свойств электропроводящих пластиков. Саженаполненные компаунды требуют особого внимания и специального обращения с ними. Например, их высокая гигроскопичность предполагает обязательную предварительную сушку непосредственно перед переработкой. В процессе производства при приложении высоких напряжений электропроводящая углеродная сеть сажи легко разрушается и теряет свою электропроводность. На основе знаний поведения электропроводящего наполнителя как в процессе приготовления компаунда, так и в составе готового материала компания Premix Oy ведет новые разработки и создает качественные электропроводящие компаунды для различных областей применения.

— Какие задачи позволяет решить ваша продукция на предприятиях электронной промышленности?

— Premix Oy производит токопроводящие компаунды PRE-ELEC на основе различных полимеров с диапазоном поверхностного сопротивления продукции от 10² до 10¹¹ Ом. В их число входят концентраты и компаунды на основе технического углерода (сажи), углеродных волокон, а также на основе IDP (inherently dissipative polymers) — полимеров с собственной частичной электропроводимостью. Отмечу, что продукция на основе PRE-ELEC не теряет своих электропроводящих свойств (не путать с антистатичностью, носящей временный характер) с течением времени.

Такие компаунды в составе различных материалов (полипропилен, полиэтилен, полистирол, поликарбонат, АБС акрилонитрилбутадиенстирол, термопластичный полиуретан, термопластичный эласто-пласт и др.) применяются для изготовления контейнеров и тары для электронных компонентов, а также гофролистов, ленты-носителя для микрочипов, пленок и листов (перерабатываемых затем в лотки методом термоформования).

Одним из перспективных материалов является ESD сотовый полипропилен (рис. 2), заменяющий широко используемый гофрокартон. В отличие от «традиционного» материала, полимерный не вбирает влагу, долговечен, ударопрочен, не пылит и, самое главное, — защищает от статических разрядов.

Рис. 2. ESD сотовый полипропилен

Еще один вид упаковки на основе электропроводящих компаундов PRE-ELEC — ESD полиэтиленовая пена (рис. 3). С точки зрения снижения массы упаковки и безопасности транспортировки элементов электроники это наиболее эффективный вариант. Вспененные материалы не деградируют со временем, уберегают компоненты от влаги, ударов и статических разрядов.

Рис. 3. ESD полиэтиленовая пена

— На российском рынке тары и упаковки для нужд электронной отрасли преобладают традиционные материалы, например гофрокартон, а также продукция на основе ESD-полимеров зарубежного производства. Как компания Premix Oy намерена участвовать в развитии отечественных производств электрорассеивающих пластиков для изготовления упаковки и тары?

— Premix Oy напрямую не связана с электронной отраслью. Но мы намерены наладить систему обратной связи с российскими разработчиками и производителями электроники и электронной компонентой базы, поскольку именно они являются конечными потребителями и лучше всего могут обозначить технические требования к упаковке из полимеров. Связующим звеном должен стать наш официальный дистрибьютор — ООО «Тэлко», чьи основные офисы расположены в Санкт-Петербурге и Москве. Таким образом, российские производители электроники и ЭКБ при востребованности ESD-упаковки могут обращаться напрямую к ООО «Тэлко» или непосредственно ко мне для подбора российского субподрядчика, имеющего необходимое оборудование для производства упаковки. Сегодня финская компания сотрудничает с рядом российских производителей, среди которых компания «Тара» (Санкт-Петербург), выпускающая ESD-лотки и ящики для перевозки и хранения компонентов. Компания «Лада-Лист» (Тольятти) производит ESD-треи/поддоны (рис. 4) и коврики.

Рис. 4. ESD-треи/поддоны

Для российских потребителей, закупающих тару, упаковку, лотки и другую продукцию на основе ESD-полимеров в США, Европе и странах Азии, развитие отечественных производств позволит существенно сократить издержки на эти цели. В отличие от готовой импортируемой продукции, применение лишь компонентов — полимерных компаундов PRE-ELEC — в ее производстве на территории России поможет минимизировать влияние курса валют на стоимость конечной продукции. К тому же в одной стране заказчикам и изготовителям проще вести коммуникации, в том числе при выпуске новой продукции под конкретные задачи клиентов.

При этом в России пока выпускаются не все разновидности ESD-упаковки. Мы готовы помочь наладить производство ESD-пленки, ESD полиэтиленовой пены, а также коробок из сотового полипропилена и паллет/поддонов для транспортировки. В России, например, широко представлена переработка «обычного» изоляционного полипропилена. Но, поскольку электронная отрасль не заявляет о потребности в ESD сотовом полипропилене (вероятно, в силу малой осведомленности о данном виде упаковки), производители полимеров пока не спешат с выпуском новой продукции. При этом ввод в эксплуатацию производства ESD сотового полипропилена можно наладить оперативно и без дополнительных инвестиций, так как его переработка осуществляется на тех же линиях, что и обычного (таблица).

Примечание.
* С относительно низкой электропроводимостью.
** С относительно высокой электропроводимостью.

Интервью подготовил Сергей Веретенников