Plastik gövdeler için iletken, EMI ekranlama ve antistatik kaplamalar

Plastik gövdeler için iletken, EMI ekranlama ve antistatik kaplamalar

Temel çıkarımlar

• Önce elektriksel görevi tanımlayın: antistatik, statik dağıtıcı ve EMI ekranlama gereksinimleri direnç bakımından birçok büyüklük mertebesi kadar farklıdır ve her biri farklı bir kaplama sınıfına işaret eder.
• Yapışma baskın hata modudur: pul pul dökülen veya çatlayan iletken bir film işlevini kaybeder ve korumak üzere tasarlandığı elektronik aksamın içine iletken kalıntı salabilir.
• Yüzey hazırlığı sonucu belirler: düşük yüzey enerjili, dolgulu ve kalıp ayırıcıyla kirlenmiş reçineler, herhangi bir metal dolgulu boya, metalizasyon veya kaplama adımından önce kontrollü temizleme ve ön işlem gerektirir.
• Performansı koşullandırma sonrasında şartnameye bağlayın: direnç, ekranlama ve yapışma; conta ve topraklama arayüzlerindeki temas direnci dahil olmak üzere nem ve ısıl çevrim sonrasında doğrulanmalıdır.

Çoğu mühendislik termoplastiği mükemmel elektrik yalıtkanlarıdır; bu da elektronik barındıran muhafazalar için tekrarlayan iki soruna yol açar. Birincisi, yalıtkan bir gövde elektromanyetik ve radyo frekansı girişimini içeride tutmak veya dışarıda bırakmak için pek işe yaramaz; dolayısıyla plastik bir muhafaza, metal olana kıyasla tek başına çok az ekranlama sağlar. İkincisi, yalıtkan yüzeyler temas ve ayrılma yoluyla statik yük biriktirir; bu yük hassas bileşenlere boşalabilir, toz çeker ve üretim hatlarında elleçleme sorunlarına neden olur.

Tasarımcılar her iki sorunu da ya reçineyi değiştirerek ya da çok daha sık olarak parçaya işlevsel bir kaplama uygulayarak çözer. Bu makale, iletken, EMI ekranlama ve antistatik plastik gövdeler için başlıca kaplama seçeneklerini, programların sorunla neden çoğunlukla yapışmada karşılaştığını ve üretimde ayakta kalan bir şartnamenin nasıl yazılacağını gözden geçirir.

Plastik gövdeler neden iletken işlemlere ihtiyaç duyar

Plastikler birçok gövdede metalin yerini haklı nedenlerle almıştır: daha düşük ağırlık, tasarım özgürlüğü, entegre özellikler ve yüksek hacimde daha düşük parça maliyeti. Ancak metalin varsayılan olarak sağladığı ekranlama ve topraklamanın bilinçli olarak geri eklenmesi gerekir.

Gereksinimler tipik olarak üç gruba ayrılır:

• EMI/RFI ekranlama. Bilgi işlem, telekomünikasyon, tıp, otomotiv ve endüstriyel elektronik muhafazalarının, cihazdan yayılan emisyonları sınırlaması ve iç devreleri dış alanlardan koruması çoğu zaman gerekir.
• Elektrostatik boşalma (ESD) kontrolü. Hassas bileşenlerle temas eden veya onları çevreleyen gövdelerin, tepsilerin, kapakların ve fikstürlerin, yükü depolayıp ani şekilde boşaltmak yerine kontrollü biçimde uzaklaştırması gerekebilir.
• Toz ve elleçleme. Yüklü yüzeyler havadaki partikülleri çeker; bu, optik parçalar, ekran pencereleri ve estetik yüzeyler için önemlidir.

Uygulamada bu gereksinimler örtüşür. Bir cihazın gövdenin iç tarafında bir ekranlama katmanına, şasi veya baskılı devre kartına topraklama sürekliliğine ve dağıtıcı bir dış yüzeye ihtiyacı olabilir. Elektronik plastikleri programlarında çalışan mühendisler, proses seçiminden önce her yüzeyin hangi işlevi yerine getirmesi gerektiğini belirlemelidir; çünkü cevap kimyayı, kalınlığı, maskeleme planını ve test yöntemini değiştirir.

Antistatik, statik dağıtıcı ve iletken: farkı bilin

Bu terimler çoğu zaman birbirinin yerine kullanılır ve bu da uyumsuz şartnamelere yol açar. Farklı elektrik direnci aralıklarını tanımlarlar ve yaygın kullanımdaki sınıflandırmalar geniş, büyüklük mertebesi bantlarıdır. Kesin sınırlar standartlar ve şirket şartnameleri arasında değişir; bu nedenle aşağıdaki aralıklar yalnızca tipik sınıflandırmalardır.

• İletken yüzeyler yaygın olarak kareye yaklaşık 104 ila 105 ohm altında yüzey özdirencine sahip olarak tanımlanır. Yük bunların üzerinde hızla hareket eder ve doğrudan topraklanabilirler.
• Statik dağıtıcı yüzeyler yaygın olarak kareye yaklaşık 104–105 ile yaklaşık 1011–1012 ohm arasındaki bir banda yerleştirilir. Yük kontrollü biçimde boşalır; bu da ani boşalma olayı riskini azaltır.
• Yalıtkan yüzeyler bu bandın üzerindedir ve yükü tutar.

“Antistatik”, terimlerin en az kesin olanıdır. Genellikle sürtünme veya ayrılma yoluyla yük oluşturmaya direnen malzemeler için kullanılır ve çoğu zaman dağıtıcı aralığın üst ucuyla ilişkilendirilir. Birçok antistatik işlem, ince bir nem tabakası çeken higroskopik katkı maddelerine dayanır; bu nedenle performansları ortam nemine güçlü biçimde bağlı olabilir.

EMI ekranlama yine farklı bir gerekliliktir. Ekranlama, sürekli ve yüksek iletken bir katmana bağlıdır ve ekranlama kaplamaları yaygın olarak kareye bir ohm veya daha düşük mertebede dirençlerle şartnameye bağlanır; bu, statik kontrol için gereken her şeyden çok daha iletkendir. ESD kontrolü için yeterli olan bir kaplama, esasen hiçbir yararlı ekranlama sağlamayabilir.

İletken ve ekranlama yüzeyleri için kaplama seçenekleri

Aşağıdaki her teknolojinin bir yeri vardır. Seçim; gereken iletkenliğe, geometriye, reçineye, hacme ve maliyete bağlıdır. Endüstriyel kaplamalar sayfası bu son katların nasıl nitelendirildiğini özetler. Plastikler için sıvı, toz ve UV ile kürlenen kaplamalar arasında seçim yapmaya ilişkin genel rehber de burada geçerlidir; çünkü iletken boyaların çoğu, dekoratif son katlarla aynı uygulama ve kürleme kısıtlarına sahip sıvı sistemlerdir.

Metal dolgulu iletken boyalar

Metal parçacıklar veya pullarla yüklenmiş püskürtme boyalar, kalıplanmış gövdelerin iç kısmını ekranlamak için en yaygın kullanılan yaklaşımdır. Yaygın dolgular şunlardır:

• Gümüş: en yüksek iletkenlik ve iyi oksidasyon kararlılığı; en yüksek malzeme maliyeti.
• Bakır: daha düşük maliyetle yüksek iletkenlik, ancak bakır oksitlenir; bu nedenle formülasyonlar parçacıkları korumalı ve uzun vadeli kararlılık doğrulanmalıdır.
• Gümüş kaplı bakır: daha düşük maliyetli bir çekirdekle gümüşe yakın yüzey iletkenliğine yaklaşan bir uzlaşma.
• Nikel: gümüş veya bakırdan daha düşük iletkenlik, ancak iyi korozyon direnci ve genellikle yaygın şasi metalleriyle daha uyumlu.

Bu boyalar tipik olarak yalnızca iç yüzeylere uygulanır; dış yüzey kalıplanmış veya dekore edilmiş halinde bırakılır. İletkenlik, film kalınlığına ve parçacıklar arası temasa bağlıdır; bu nedenle kuru film kalınlığı kontrolü, püskürtme deseni tutarlılığı ve nervür, çıkıntı ve köşelerdeki kaplama örtüşmesi boyanın kendisi kadar önemlidir.

Vakum metalizasyon ve PVD

Buharlaştırma ve saçtırma dahil vakum metalizasyon ve fiziksel buhar biriktirme (PVD), bir vakum odasında ince metal filmler, çoğunlukla alüminyum biriktirir. Filmler açıkta kalan yüzeylerde çok ince ve homojendir; ancak proses büyük ölçüde görüş hattı gerektirir, bu nedenle girintiler ve alt kesitler fikstür tasarımında dikkat gerektirir. Birçok plastik vakum altında nem veya düşük moleküler ağırlıklı türler salar; bu nedenle çoğunlukla taban katlar ve ön kurutma kullanılır. Filmler ince olduğundan ekranlama ve dayanıklılık her uygulama için doğrulanmalıdır.

Plastikler üzerinde elektriksiz ve elektrolitik kaplama

Plastikler üzerine kaplama, bir dizi dağlama, katalizleme ve elektriksiz biriktirme aşamasıyla sürekli bir metal katman oluşturur; genellikle bakır, ardından korozyon koruması için bir nikel üst kat gelir. Biriktirilen katman gerekirse elektrolitik olarak daha da kalınlaştırılabilir. Proses geleneksel olarak ABS ve PC/ABS gibi kaplanabilir kalitelerde en köklü biçimde yerleşmiştir. Dağlama kimyası reçineye özgüdür ve sektör altı değerlikli krom dağlayıcılardan uzaklaşmaktadır; bu nedenle nitelendirme fiilen kullanılan kimyayı yansıtmalıdır. Kaplama parçanın her iki yüzünü de kaplayabilir; seçici kaplama maskeleme veya kaplanabilir ve kaplanamaz bir reçinenin iki enjeksiyonlu kalıplanmasıyla mümkündür.

Özünde iletken ve karbon dolgulu kaplamalar

Karbon siyahı, grafit, karbon nanomalzemeler veya polianilin ve PEDOT tipi sistemler gibi özünde iletken polimerler esaslı kaplamalar genellikle statik dağıtıcı veya orta düzeyde iletken aralığa ulaşır. ESD kontrolüne ve toz azaltmaya çok uygundurlar; bazı özünde iletken polimer kaplamalar pencereler ve ekranlar için ince ve şeffaf yapılabilir. Anlamlı ekranlama gereken yerlerde genellikle metal esaslı katmanların yerini tutmazlar.

İletken kompaundlar: kaplamasız alternatif

Bağlam için: iletkenlik, karbon siyahı, karbon elyaf, paslanmaz çelik elyaf, metal kaplı elyaflar veya karbon nanotüplerle kompaundlanarak reçinenin kendisine de kazandırılabilir. Bu, ikincil bir prosesi ve onun yapışma riskini ortadan kaldırır, ancak maliyet, renk seçenekleri, darbe dayanımı ve akışkanlıktan ödün verilir; reçinece zengin kalıplanmış bir yüzey tabakası da yüzey temas direncini kütle özelliklerinin gösterdiğinden daha yüksek yapabilir. Kompaundlar çoğu zaman dağıtıcı tepsilere ve taşıyıcılara uygundur; ekranlama gövdeleri ise daha yaygın olarak kaplamalara veya kaplama işlemine dayanır.

Yapışma: baskın hata modu

İletken kaplamalar elektriksel olarak çoğunlukla önce mekanik olarak başarısız oldukları için başarısız olur. Metal dolgulu bir film çatladığında, kalktığında veya kabarcıklandığında sürekli iletken yol kesilir ve ekranlama veya topraklama bozulur. Dekoratif kaplamaların taşımadığı işlevsel bir tehlike de vardır: bir montajın içinde salınan iletken kaplama pulları devre izlerini veya kontakları köprüleyebilir.

Birkaç etken gövde reçinelerinde yapışmayı zorlaştırır:

• Düşük yüzey enerjisi. Poliolefinler ve bazı mühendislik reçineleri, modifikasyon yapılmadan ıslatılması ve bağlanması zordur. Plastikler için yüzey ön işlemleri genel bakışımız, yüzey enerjisini kontrollü biçimde yükseltme seçeneklerini kapsar.
• Dolgulu ve takviyeli kaliteler. Cam ve mineral dolgulu reçineler heterojen bir yüzey sunar ve elektronik gövdelerinde yaygın olan alev geciktirici paketleri yüzeye göç edebilir.
• Kirlilik. Kalıp ayırıcılar, göç eden antistatik katkı maddeleri, kayganlaştırıcılar ve elleçleme kalıntılarının hepsi bağlanmayı engeller. Temel reçinedeki dahili göç eden bir antistatik, üzerine uygulanan bir kaplamanın yapışmasını bozabilir.
• Çözücü saldırısı ve gerilim çatlaması. Çözücü bazlı kaplamalar, polikarbonat gibi amorf reçinelerde, özellikle yolluk, çıkıntı ve geçmeli bağlantılar yakınındaki kalıp içi gerilim yoğunlaşmalarında çevresel gerilim çatlamasına neden olabilir.
• Isıl genleşme uyumsuzluğu. Metal filmler ve plastik altlıklar çok farklı hızlarda genleşir; bu nedenle ısıl çevrim arayüze gerilim uygular ve ince iletken katmanları çatlatabilir.

Kontrollü temizleme ve ardından uygun bir ön işlem olağan çözümdür. Plazma, alev ve ilgili prosesler yüzeyi oksitler ve ıslatmayı ve kimyasal bağlanmayı iyileştiren polar fonksiyonel gruplar ekler; mekanizmalar yapışma için polimerlerin plazma yüzey ön işlemi hakkındaki kütüphane makalemizde açıklanmıştır. Üretimde yapışma sorunları ortaya çıktığında, boya ve mürekkebin plastik parçalardan neden delamine olduğu konusunda anlatılana benzer yapılandırılmış bir kök neden yaklaşımı, kaplama tedarikçisini değiştirmek yerine altlık, proses ve kaplama nedenlerini birbirinden ayırır.

Maskeleme, seçici kaplama ve arayüzler

Çok az gövde her yerde kaplanır. Dış estetik yüzeyler, anten pencereleri, ışık kılavuzları, dişli özellikler ve bazı geçmeli bağlantılar genellikle kaplamasız kalmalı; topraklama pedleri, conta yuvaları ve eşleşen flanşlar ise güvenilir biçimde kaplanmalıdır. Kablosuz ürünler özel dikkat gerektirir: anten bölgesinin üzerinde veya yakınında ekranlama radyo performansını bozabilir, bu nedenle yasak bölgeler çizimde tanımlanmalıdır.

Yaygın maskeleme yöntemleri; yeniden kullanılabilir metal veya elastomer maskeler, seçili alanları gölgeleyen fikstürler, maskeleme bantları ve tapalar ve seçici kaplama için iki enjeksiyonlu kalıplama gibi tasarım yaklaşımlarını içerir. Maske kenar tanımı önemlidir: estetik yüzeyde fazla püskürtme reddedilme nedenidir ve topraklama pedinde tüylü bir kenar yüksek temas direnci verebilir. Maskeler de kaplama biriktirir ve bir temizlik programı gerektirir.

Korozyon ve galvanik hususlar

İletken bir kaplamanın bir conta, yaylı parmak, bağlantı elemanı veya metal şasi ile temas ettiği her yerde iki farklı iletken buluşur. Nem veya yoğuşmuş su varlığında, elektrokimyasal potansiyeldeki büyük bir fark galvanik korozyonu tetikleyebilir ve kaplamanın kendisi sağlam kalsa bile korozyon ürünleri temas direncini artırır. Alüminyuma karşı gümüş içeren kaplamalar, daha az uyumlu bir çift olarak sıkça anılan bir örnektir. Uyumlu potansiyellere sahip kaplama, conta ve şasi yüzey işlemlerini seçmek, birleşimin karşılaşacağı ortamı kontrol etmek ve çevresel maruziyet sonrası temas direncini şartnameye bağlamak bu riski azaltır.

İletkenliği, ekranlamayı ve dayanıklılığı doğrulama

Doğrulama, kaplamanın sağlaması şartnameye bağlanan işlevi, mümkün olduğunda gerçek parçalar üzerinde ve ürünün kullanımda karşılaşacağı koşullandırmadan sonra ölçmelidir.

• Yüzey ve hacim özdirenci. ASTM D257 ve ANSI/ESD STM11.11 gibi standartlaştırılmış yöntemler tanımlı elektrot geometrileri ve koşullandırma kullanır. Sonuçlar elektrotlara, gerilime ve neme bağlıdır; bu nedenle yöntem şartnamede yer almalıdır.
• Noktadan noktaya ve temas direnci. Ekranlama ve topraklama için parça üzerindeki tanımlı noktalar arasındaki ve conta ile bağlantı elemanı arayüzleri boyunca direnç, çoğu zaman bir levha değerinden daha anlamlıdır.
• Ekranlama etkinliği. Düzlemsel numuneler ASTM D4935 gibi yöntemlerle değerlendirilebilir; tam muhafazalar ise IEEE 299 gibi muhafaza düzeyi yöntemlerle değerlendirilir. Düzlemsel veriler kaplamaları karşılaştırır ancak gerçek muhafazaları çoğu zaman sınırlayan dikişleri, açıklıkları ve contaları yakalamaz.
• Yapışma. Metalik katmanlar için bant ve çapraz kesim testleri ile bükme veya çizik testleri nem maruziyeti ve ısıl çevrimden sonra tekrarlanmalı ve direnç aynı anda yeniden ölçülmelidir.

Proses ve şartname tavsiyeleri

• İşlevi ve sayıyı belirtin. Bir kaplama ürünü veya “antistatik” gibi genel bir terim yerine elektriksel özelliği, sınırını, test yöntemini ve koşullandırmayı belirtin.
• Reçineyi ve katkı paketini dondurun. Kalite, alev geciktirici, renklendirici, kalıp ayırıcı veya geri dönüşüm oranındaki değişiklikler yapışmayı değiştirebilir. Bunları yeniden nitelendirme gerektiren değişiklikler olarak ele alın.
• Yüzeyi kontrol edin. Temizlemeyi, ön işlemi ve ön işlem ile kaplama arasındaki azami süreyi tanımlayın ve yüzey enerjisini numune bazında doğrulayın.
• Film oluşumunu kontrol edin. Kuru film kalınlığını veya biriktirme kalınlığını, girintilerdeki ve köşelerdeki bilinen ince noktalar dahil tanımlı konumlarda ölçün.
• Maskelenen ve gerekli alanları çizimde tanımlayın. Yasak bölgeleri, topraklama pedlerini ve conta yuvalarını toleranslarıyla birlikte belirtin.
• Çevresel maruziyet sonrasında nitelendirin. Amaçlanan kullanımı yansıtan nem ve ısıl çevrimden sonra direnç, temas direnci ve yapışma sonuçlarını şart koşun.
• Yeniden işleme ve denetimi planlayın. Kaplanmış parçaların sıyrılıp yeniden kaplanıp kaplanamayacağına ve montajda kaplama kalıntısının nasıl kontrol edileceğine karar verin.

Bu konuda yardıma mı ihtiyacınız var?

The Sabreen Group, plastik gövdelerde iletken, EMI ekranlama ve antistatik kaplama programları için; yüzey ön işlemi, kaplama yapışması ve şartname geliştirme dahil bağımsız mühendislik desteği sunar. Mühendislik hizmetleri ekibimiz üreticilerle proses geliştirme, malzeme nitelendirme ve üretim sorun giderme alanlarında çalışır. Uygulamanızı görüşmek için bizimle iletişime geçin.

Sık sorulan sorular

Antistatik ile statik dağıtıcı arasındaki fark nedir?

Antistatik, statik yük oluşturmaya direnen malzemeler için kullanılan gevşek bir terimdir ve çoğu zaman dağıtıcı aralığın üst ucuyla ilişkilendirilir. Statik dağıtıcı, yükün kontrollü biçimde boşaldığı, yaygın olarak anılan geniş bir direnç bandını tanımlar. Tanımlar standartlar arasında değiştiğinden, şartnameler bu terimlerden birine güvenmek yerine bir direnç sınırı ve test yöntemi belirtmelidir.

Antistatik bir kaplama EMI ekranlama sağlayabilir mi?

Genellikle hayır. EMI ekranlama, sürekli ve yüksek iletken bir katmana bağlıdır; bu katman tipik olarak statik kontrol için kullanılan direnç aralığından çok daha iletkendir. ESD kontrolüne uygun karbon esaslı ve özünde iletken polimer kaplamalar nadiren anlamlı ekranlama sağlar; ekranlama gövdelerinin genellikle metal dolgulu boyalara, metalizasyona veya kaplama işlemine dayanmasının nedeni budur.

İletken kaplamalar nem veya ısıl çevrimden sonra neden performans kaybeder?

En yaygın nedenler yapışma kaybı, ısıl genleşme uyumsuzluğundan iletken filmin çatlaması, bakır gibi reaktif dolguların oksidasyonu ve temas arayüzlerinde galvanik korozyondur. Bunların her biri iletken yolu keser veya direncini artırır. Bu nedenle nitelendirme, yalnızca kaplanmış haldeki değil, çevresel koşullandırma sonrasındaki direnci ve yapışmayı da ölçmelidir.

Plastik gövdeler iletken kaplamadan önce yüzey ön işlemine ihtiyaç duyar mı?

Birçoğu duyar. Düşük yüzey enerjili reçineler, dolgulu kaliteler ve kalıp ayırıcı veya göç eden katkı maddeleri taşıyan parçalar, kalıcı yapışma sağlamak için çoğunlukla kontrollü temizleme ve plazma veya alev gibi bir ön işlem gerektirir. Doğru proses reçineye, geometriye ve kaplama kimyasına bağlıdır ve koşullandırma sonrası yapışma testiyle doğrulanmalıdır.

İletken kompaund, iletken kaplamadan daha mı iyidir?

Gereksinime bağlıdır. İletken kompaundlar ikincil kaplama adımını ve onun yapışma riskini ortadan kaldırır ve birçok dağıtıcı uygulama için iyi çalışır. Ancak maliyeti artırabilir, renkleri kısıtlayabilir ve mekanik özellikleri değiştirebilir; ekranlama gövdeleri için ise gereken iletkenliği çoğu zaman bir kaplama veya kaplama işlemi daha pratik biçimde sağlar.

---