Ứng dụng của PEEK dẫn điện trong linh kiện điện tử
I. Giới thiệu về vật liệu PEEK dẫn điện
Polyether Ether Ketone (PEEK) là một loại polymer thermoplastic hiệu năng cao nổi tiếng vì những đặc tính cơ học vượt trội, khả năng chịu nhiệt và độ ổn định hóa học. Tuy nhiên, PEEK nguyên chất là vật liệu cách điện, hạn chế ứng dụng của nó trong một số lĩnh vực điện tử. Bằng cách bổ sung các chất độn dẫn điện như sợi cacbon, ống nano cacbon hoặc bột kim loại, có thể phát triển các hợp chất PEEK dẫn điện. Những vật liệu này giữ được hầu hết các lợi thế vốn có của PEEK đồng thời đạt được tính dẫn điện ổn định, mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của chúng trong điện tử.
(A) Đặc tính của vật liệu
Điện trở bề mặt
Điện trở bề mặt có thể điều chỉnh chính xác trong khoảng 10³ - 10¹¹ Ω/bình qua việc tối ưu hóa chất độn, đáp ứng yêu cầu về bảo vệ tĩnh điện (ESD) và chống nhiễu điện từ (EMI).
Ví dụ: Trong thiết bị sản xuất bán dẫn, điện trở bề mặt thấp (<10⁶ Ω/bình) cho phép tản tĩnh điện nhanh chóng, bảo vệ các vi mạch nhạy cảm.
Tính năng cơ học
Giữ được độ bền cao (độ bền kéo: 80 - 130 MPa; độ bền uốn: 120 - 200 MPa), tương đương với kim loại.
Hệ số ma sát thấp (0,1 - 0,3) đảm bảo độ bền trong các bộ phận trượt như đầu nối và bánh răng.
Tính chất nhiệt
Nhiệt độ chuyển kính (Tg): 143°C; Điểm nóng chảy: 343°C.
Duy trì hiệu suất ổn định ở 250°C, lý tưởng cho các bộ tản nhiệt và vỏ bọc chịu nhiệt.
Khả năng chống hóa chất
Chịu được axit, kiềm và dung môi hữu cơ, phù hợp với thiết bị xử lý hóa học và môi trường khắc nghiệt.
(B) Lợi thế so sánh
So với kim loại
Khối lượng: Độ mật độ 1,3 - 1,6 g/cm³ (nhẹ hơn nhôm 50%; bằng 20% thép).
Tính linh hoạt trong thiết kế: Cho phép tạo hình phức tạp qua đùn ép/ in 3D.
Hiệu quả chi phí: Chi phí sản xuất thấp hơn 30 - 40% so với titan khi sản xuất quy mô lớn.
So với nhựa thông thường
Tính dẫn điện: Giải quyết vấn đề ESD/EMI mà nhựa cách điện không có.
Hiệu suất: Độ biến dạng nhiệt cao hơn 3 - 5 lần so với POM/PA.
II. Lĩnh vực ứng dụng & Trường hợp nghiên cứu
(A) Linh kiện sản xuất bán dẫn
KhayWafer
KhayWafer PEEK dẫn điện cải thiện độ chính xác định vị Wafer lên 20% và tăng tỷ lệ thu hồi lên 10% nhờ tính chống tĩnh điện.
Bệ điện tĩnh
Có tuổi thọ dài hơn 50% so với bệ sứ trong môi trường etching plasma.
Ống dẫn khí
Giảm rò rỉ khí trong hệ thống CVD lên đến 80% nhờ tính trơ hóa học.
(B) Cổng kết nối điện tử
Cổng kết nối dữ liệu tốc độ cao
Đạt tốc độ truyền 10 Gbps với tỷ lệ tổn hao tín hiệu <5% trong trạm gốc 5G.
Cổng kết nối siêu nhỏ
Tăng mật độ tín hiệu lên 30% và tuổi thọ kết nối gấp đôi trong thiết bị đeo.
(C) Linh kiện PCB
Chất nền PCB
Tăng tốc độ xử lý dữ liệu lên 15% trong máy chủ nhờ hằng số điện môi ổn định (ε=3,2@1GHz).
Quản lý nhiệt
Giảm nhiệt độ CPU trong laptop xuống 8°C khi sử dụng tản nhiệt in 3D từ PEEK.
(D) Linh kiện cảm biến
Vỏ chống nhiễu điện từ
Giảm sai số đo lường trong cảm biến IoT công nghiệp xuống 30%.
Điện cực cảm biến
Độ chính xác đo áp suất cao hơn 10% so với điện cực thép không gỉ.
III. Quy trình sản xuất
(A) Ép nhựa
Tham số: Nhiệt độ chảy 360 - 400°C; Áp lực 80 - 150 MPa
Ứng dụng: Cổng kết nối chính xác (sai số ±0,05mm)
(B) Ép đùn
Hiệu quả: Tạo ra cánh tản nhiệt hiệu quả hơn 15% cho điện tử công suất
(C) In 3D
FDM: Nhiệt độ đầu in 380 - 420°C; Độ cao lớp 0,1 - 0,3mm
Thí dụ: Tản nhiệt dạng xốp mô phỏng sinh học cải thiện hiệu quả làm mát lên 30%
IV. Kiểm soát chất lượng
(A) Kiểm tra điện
Điện trở bề mặt: Phương pháp bốn điểm dò (＜10⁹ Ω/bình cho ESD)
Điện trở thể tích: ASTM D257 (＜10⁶ Ω·cm cho chống nhiễu EMI)
(B) Kiểm tra cơ học
Độ bền kéo: ＞80 MPa (ISO 527)
Độ bền uốn: ＞120 MPa (ISO 178)
(C) Phân tích nhiệt
TGA: Điểm phân hủy ban đầu ＞300°C
DSC: Tg=143°C; Tm=343°C
(D) Kiểm tra kích thước
Máy đo tọa độ (CMM): ±0,01mm cho thiết bị xử lý Wafer
V. Kết luận
PEEK dẫn điện đang cách mạng hóa thiết kế linh kiện điện tử nhờ sự kết hợp độc đáo của tính dẫn điện như kim loại và khả năng gia công của polymer. Từ thiết bị sản xuất bán dẫn đến hạ tầng 5G, khả năng mang lại các giải pháp nhẹ, phức tạp và đáng tin cậy của nó đã đặt nó trở thành vật liệu trụ cột cho điện tử thế hệ tiếp theo. Những tiến bộ liên tục trong nanohợp chất và sản xuất cộng thêm sẽ tiếp tục mở khóa tiềm năng của nó trên khắp chuỗi giá trị điện tử.