ประสิทธิภาพของฟิล์ม PP ที่มีความหนาต่างกันในบรรจุภัณฑ์ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

ฟิล์มโพลีโพรพีลีน (PP) ได้กลายเป็นวัสดุหลักในบรรจุภัณฑ์ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีความเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม ทนทานต่อสารเคมี และประสิทธิภาพในกระบวนการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานการสื่อสารความถี่สูง อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และวงจรยืดหยุ่น พารามิเตอร์ความหนาของฟิล์มโพลีโพรพีลีนส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติไดอิเล็กทริก ความแข็งแรงทางกล และความสามารถในการจัดการความร้อน มีการวิเคราะห์ลักษณะทางกายภาพ สถานการณ์การใช้งาน และกลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของฟิล์ม PP ที่มีความหนาต่างกัน

1.1 ความหนา-ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกและการสูญเสียที่เกี่ยวข้อง
ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (epsilon r) ของฟิล์ม PP โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 2.2 ถึง 2.3 แต่การเปลี่ยนแปลงของความหนามีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อลักษณะการส่งสัญญาณความถี่สูง ตัวอย่างเช่น ในฟิล์มโพลีโพรพีลีนเชิงแกนสองแกน (BOPP) การลดความหนาจาก 4 ไมครอนเหลือ 2 ไมครอนจะลดการสูญเสียแทนเจนต์ของไดอิเล็กตริก (แทนเดลตา) จาก 0.0003 เป็น 0.00015 ที่ 1 MHz การสูญเสียที่ลดลงนี้เกิดจากการลดลงของโพลาไรเซชันการวางแนวไดโพลในภาพยนตร์ที่ลดลง - สายโซ่โมเลกุลที่เรียงชิดกันมากขึ้นจะช่วยลดความยาวของระยะเวลาการผ่อนคลายโพลาไรเซชันและส่งผลให้พลังงานกระจายไป
ในบรรจุภัณฑ์ตัวกรองสถานีฐาน 5G ตัวเก็บประจุที่ใช้ฟิล์ม PP บางเฉียบ 3 μm พิเศษ- มีความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า 40% เมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุที่ใช้ฟิล์ม 6 μm ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการกรองสัญญาณได้อย่างมาก ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าที่ 10 GHz การสูญเสียการแทรกจะลดลง 0.02 dB/cm สำหรับความหนาของฟิล์มที่ลดลงทุกๆ 1 ไมครอน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณในวงจรความถี่สูง-
1.2 ความสัมพันธ์ไม่เชิงเส้นระหว่างความแรงของสนามแตกหักและความหนา
ความแรงของสนามสลาย DC ของฟิล์มโพลีโพรพีลีนแปรผกผันกับความหนา: E _ bd 1/ d เมื่อความหนาเพิ่มขึ้นจาก 10 ไมครอนเป็น 20 ไมครอน ความแรงของสนามพังทลายลดลงจาก 650 เป็น 460 โวลต์ต่อเมตร คุณลักษณะไม่เชิงเส้นนี้มีสาเหตุมาจากการกระจายของข้อบกพร่องภายในทางสถิติ - เมมเบรนที่หนากว่ามีความน่าจะเป็นที่สูงกว่าที่จะมีข้อบกพร่อง ส่งผลให้ความเข้มข้นของสนามไฟฟ้าของสนามไฟฟ้าในท้องถิ่นรุนแรงขึ้น
ในการออกแบบตัวเก็บประจุส่งกระแสตรงแรงดันสูงพิเศษ-สูง- ฟิล์มโพลีโพรพีลีน 8 μm สามารถทำงานได้ที่ 1,200 โวลต์ ในขณะที่ฟิล์ม μm สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าเพียง 900 โวลต์ในโครงสร้างเดียวกัน ความแรงของสนามการแยกย่อยที่ฟิล์มขนาด 10-ไมครอน 10 μm ได้รับการยกระดับเป็น 720 720 V/μm การดัดแปลงด้วยสารโด๊ปนาโนซิลิกา ซึ่งเกินขีดจำกัดความแข็งแรงของความหนาแบบดั้งเดิม

2.1 ปรับสมดุลความต้านทานการเจาะทะลุและความยืดหยุ่น
ฟิล์มโพลีโพรพีลีน (PP) มีผลกระทบต่อเกณฑ์ความหนาที่มีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกล การเจาะ (มาตรฐาน ASTM D4833) ลดลงอย่างรวดเร็วจาก 3.2 N/m เป็น 1.8 N/m และการยืดตัว (ASTM D882) เพิ่มขึ้นจาก 120% เป็น 180% เมื่อความหนาน้อยกว่า 5 μm คุณสมบัตินี้ทำให้ฟิล์ม PP ที่บางพิเศษ-มีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใครในบรรจุภัณฑ์ PCB ที่มีความยืดหยุ่น โดยสามารถทนต่อแรงเค้นเฉพาะที่ 0.5 นิวตัน ในขณะที่ปรับให้เข้ากับการโค้งงอแบบไดนามิกที่มีรัศมี 3 มม.
ค่าการนำความร้อนของฟิล์มคอมโพสิต PP/กราฟีนขนาด aa 4 μm ในแพ็คเกจเซ็นเซอร์อุปกรณ์สวมใส่คือ 1.2 W/ m K ซึ่งเป็นห้าเท่าของฟิล์ม PP บริสุทธิ์ เทคโนโลยีการรักษาตัวเองด้วยไมโครแคปซูล-สามารถซ่อมแซมรอยแตกร้าวขนาด 0.1 มิลลิเมตรในเมมเบรนให้ได้ถึง 85% ของความแข็งแรงดั้งเดิมในเวลา 10 นาที
2.2 การจับคู่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายความร้อนและความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์
บรรจุภัณฑ์ของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำหนดให้ปัจจัยการขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE) ของฟิล์มโพลีโพรพีลีนต้องจับคู่กับฟอยล์ทองแดง (17 ppm/ องศา ) หรือซับสเตรตเซรามิก (6–8 ppm/ องศา ) ผลของความหนาต่อ CTE เป็นแบบแอนไอโซโทรปิก: CTE ตามยาวลดลงจาก 50 ppm/ องศาเป็น 35 ppm/ องศา เมื่อความหนาเพิ่มขึ้น ในขณะที่ CTE ตามขวางคงตัวที่ 80-90 ppm/ oC ความแตกต่างนี้เกิดจากกระบวนการยืดแกนสองแกนในการผลิตฟิล์มบาง การวางแนวของสายโซ่โมเลกุลตามยาวจะลดลงตามความหนาที่เพิ่มขึ้น
การใช้ฟิล์ม PP 8 μm เป็นตัวกลางในบรรจุภัณฑ์โมดูล IGBT ช่วยลดความไม่ตรงกันระหว่าง CTE และชิปซิลิคอน (2.6 ppm/ องศา ) จาก 42% (ฟิล์ม 15 μm) เหลือ 28% ซึ่งช่วยลดความล้มเหลวของความล้าของโลหะบัดกรีเนื่องจากการหมุนเวียนของความร้อนได้อย่างมาก ฟิล์มไล่สี PP/โพลีอิไมด์ (PI) ที่ผลิตโดยการอัดขึ้นรูปร่วม-สามารถลดความเครียดจากการสัมผัสพื้นผิวได้ 60% และยืดอายุการใช้งานของโมดูลเป็น 20 ปี

3.1 แนวทางการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไฟฟ้า
ในการออกแบบการออกแบบตัวเก็บประจุอินเวอร์เตอร์พลังงานใหม่ ความหนาของฟิล์มจะต้องสมดุลความหนาแน่นของพลังงานและความน่าเชื่อถือ การทดลองแสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุที่ใช้ฟิล์ม PP ขนาด 6 μm มีความหนาแน่นพลังงานโดยปริมาตร aa ที่ 1.2 จูล/ซม.3 ซึ่งสูงกว่าฟิล์ม 12 ตัวถึง 80% แต่แรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นการคายประจุบางส่วนลดลงจาก 1,100 เป็น 950 โวลต์
ในอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อนมอเตอร์ของรถยนต์ไฟฟ้า ตัวเก็บประจุที่ใช้ฟิล์มโพลีโพรพีลีนเคลือบโลหะขนาด 4 ไมครอนมีความจุ 150 ไมครอน ซึ่งสูงกว่าฟิล์มขนาด 8 ไมโครเมตรถึง 120 เปอร์เซ็นต์ ขณะเดียวกันก็ลด ESR ลงเหลือ 5 โอเมกา ซึ่งเป็นไปตามความถี่สวิตชิ่ง (200 kHz) ที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟ SiC
3.2 แนวโน้ม-การทำให้บางลงเป็นพิเศษในการสื่อสารความถี่สูง-
ตัวกรองสถานีฐาน 5G มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับความหนาของฟิล์ม PP ที่ 28 GHz ฟิล์ม BOPP แบบบางพิเศษ 0.8 μm- มีการสูญเสียอิเล็กทริก AA เพียง 0.00008 ซึ่งต่ำกว่าฟิล์ม 3 μm ถึง 60% ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการใส่ตัวกรองจาก 0.8 dB เป็น 0.3 dB ด้วยการสะสมของชั้นอะตอม (ALD) ชั้นอลูมินา 20 นาโนเมตรจะโตขึ้นบนพื้นผิวของฟิล์ม ซึ่งเพิ่มความต้านทานพื้นผิวจาก 1,014 Ω เป็น 1,016 Ω เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของการป้องกันคลื่นระดับมิลลิเมตร
ในบรรจุภัณฑ์โมดูลออปติคัล ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิคงที่ของไดอิเล็กทริกของฟิล์ม PP 1.5 μm ที่ใช้เป็นชั้นแยกเพียง -50 ppm/ องศา ซึ่งสูงกว่าฟิล์มโพลีอิไมด์ทั่วไป (-150 ppm/ oC) มาก ทำให้มั่นใจในคุณภาพของแผนภาพตาของสัญญาณความเร็วสูง (25 Gbps)

4.1 นวัตกรรมโครงสร้างคอมโพสิตหลายชั้น
การอัดขึ้นรูปร่วม-ทำให้สามารถควบคุมความหนาได้อย่างแม่นยำ (2–10 μm) สามารถทำได้โดยการอัดขึ้นรูปร่วม-ของฟิล์มคอมโพสิต PP / นาโนเซลลูโลสที่มีค่าการนำความร้อน AA 2.5 W/(m·K) เพื่อตอบสนองความต้องการบรรจุภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง การทดลองแสดงให้เห็นว่าหลังจากผ่านรอบความร้อน 1,000 รอบ (-40 องศาถึง 125 องศา) ฟิล์มคอมโพสิตขนาด 3 μm ยังคงความแข็งแรงในการลอกระหว่างชั้น 92% ซึ่งสูงกว่าฟิล์ม PP บริสุทธิ์ 40%
4.2 เทคโนโลยีการปรับความหนาอัจฉริยะ
ฟิล์ม PP แบบอิเล็กโทรโครมิกสามารถปรับความหนาได้แบบไดนามิกระหว่าง 1 ถึง 5 ไมครอน ตามหลักเคมีไฟฟ้า ที่สถานีฐาน 5G ฟิล์มจะหนาขึ้นโดยอัตโนมัติเป็น 3 μm ที่กำลังไฟสูงเพื่อลดการสูญเสีย และ 1 ไมครอนที่ใช้พลังงานต่ำเพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของการบูรณาการ การทดสอบเบื้องต้นระบุว่าสมาร์ทฟิล์มสามารถลดการใช้พลังงานที่สถานีฐานได้ 15%
บทสรุป:
ความหนาของฟิล์มโพลีโพรพีลีนเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพโดยตรงในบรรจุภัณฑ์ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ฟิล์มโพลีโพรพีลีนสามารถตอบสนองความต้องการตั้งแต่ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติไดอิเล็กทริก การออกแบบการจับคู่ความร้อนทางกล และการปรับแต่งการใช้งานเฉพาะ ความก้าวหน้าในอนาคตของเทคโนโลยีนาโนคอมโพสิตและวัสดุอัจฉริยะจะขยายการใช้งานในด้านต่างๆ เช่น การสื่อสารความถี่สูง- พลังงานใหม่และการบินและอวกาศ และขับเคลื่อนบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ให้มีความหนาแน่น ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง