DE4206727A1 - Werkstoffbahn zum herstellen eines verpackungsbehaelters sowie daraus geformter verpackungsbehaelter - Google Patents

Werkstoffbahn zum herstellen eines verpackungsbehaelters sowie daraus geformter verpackungsbehaelter

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Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstoffbahn zum Herstellen eines Verpackungsbehälters für elektrische oder elektronische Bauteile bzw. Baugruppen. Außerdem erfaßt die Erfindung einen mit dieser hergestellten Verpackungsbehälter.
Insbesondere für die Raumfahrt, Elektronik, Chemie, Medizin und für militärische Zwecke od. dgl. benötigt man ein Verpackungsmaterial sowie eine Verpackung zum Versand und zur Lagerung elektrostatischer Produkte, das/die bei Lagerung und Versand Schäden durch elektrostatische Entladung (ESD = Electrostatic Discharge) unterbindet; ESD wurde zunehmend zur Bedrohung für elektrische Bauteile, Baugruppen od. dgl. Mit abnehmender Geometrie der VLSI-Schaltungen (VLSI = Very Large Scale Integration = sehr hoher Integrationsgrad) MOS- Technologie und Schaltgeschwindigkeitsleistung können die derzeitigen elektronischen Bauelemente durch ESD (elektrostatische Entladung) von weniger als 2000 Volt beschädigt werden. Elektrostatische Entladungen können einen totalen Ausfall der Geräte verursachen und schlimmerenfalls sogar latente Ausfälle zur Folge haben, welche die Betriebssicherheit und Funktionsfähigkeit der Schaltungen herabsetzen. Deshalb will man insbesondere in den genannten Industriezweigen durch ESD verursachte Schäden mittels Schutzverpackungen verhindern. Eingebaute Schalttechnik zum Schutze vor ESD ist durch die Größe und Geschwindigkeit der Chips begrenzt.
Für diese Aufgaben gibt es auf dem Mark handelsübliche Pappe, die auf einer Seite - oder auf beiden Seiten - mit einer schwarzen, Kohlenstoff enthaltenden und leitfähigen dünnen Schicht überzogen sind, die - auf die Pappe aufgetragen - elektrostatisch abschirmt. Diese schwarze leitfähig überzogene Pappe erfüllt nicht alle Anforderungen an eine sichere, elektrostatische Abschirmverpackung; sie kann die Schaltungen durch leitfähige Kohlenstoffpartikel verunreinigen, die sich auf den Schaltungen während des Gebrauchs von Schaltung und Behälter absetzen sowie Störungen verursachen; auch ist aufgrund der Beschaffenheit und der Dicke des schwarzen leitfähigen Kohlenstoffüberzugs die Abschirmwirkung nicht hoch genug, um ESD - vor allem in gegen ESD nicht geschützten Bereichen wie dem Versand - zu unterbinden oder zu vermindern; schließlich ist die schwarze leitfähig überzogene Pappe mit normaler Pappe nicht rezyklierbar und muß getrennt bearbeitet werden, da es einer speziellen Behandlung bedarf, um den Kohlenstoffüberzug zu beseitigen.
In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Werkstoffbahn der eingangs genannten Art unter Meidung der erkannten Mängel zu schaffen, die ein Herstellen von Versandgefäßen und Verpackungsbehältern in vielen verschiedenen Größen und Formen erlaubt und elektrostatisch dissipative Eigenschaften sowie eine elektrostatische Abschirmung zum Schutze elektronischer Produkte nach den Empfehlungen des Fördervereins für Elektrotechnische Normung (FEN) e.V. CECC-00015/I anbietet. Zudem soll ein mit normaler Pappe recyklierfähiges umweltfreundliches Material entstehen.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach dem unabhängigen Patentanspruch; die Unteransprüche geben vorteilhafte weitere Ausgestaltungen an.
Mit der Erfindung wird eine mehrschichtige Werkstoffbahn für Verpackungszwecke angeboten, in der zumindest eine der Schichten hochleitfähig mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von weniger als 1 × 104 Ohm/sq - bevorzugt 1 × 102 bis 1 × 103 Ohm/sq - ausgebildet und zwischen elektrostatisch dissipativen oder ableitenden Schichten mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand zwischen 1 × 105 Ohm/sq und 1 × 1012 Ohm/sq angeordnet ist. Die elektrostatisch dissipativen oder ableitenden Schichten können auch überzogen oder gedruckt sein.
Dieses Material ist frei von Partikel-Verunreinigung während des Gebrauchs sowie mit normaler Pappe recyklierfähig.
Als günstig hat es sich erwiesen, der elektrostatisch abschirmenden Schicht hochleitfähige Fasern beizugeben; so ist ein Werkstoff aus Papier oder aus Faservlies mit einem Anteil von etwa 2 bis 65 %, bevorzugt 5 % bis 25 %, an hochleitfähigen Fasern besonders vorteilhaft.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sollen die hochleitfähigen Fasern aus einer leitfähigen Legierung oder aus Metall bestehen, bevorzugt mit Kohlenstoff, Fe, Ag, Cu, Cr od. dgl. Bei einer besonderen Ausführung werden Fasern aus Kupfer oder einer Kupferlegierung von höchstens 100 µm, bevorzugt 20 µm, Durchmesser und insbesondere von Längen zwischen etwa 5 und 75 mm in der abschirmenden Schicht eingesetzt.
Im Rahmen dieser Erfindung sollen Verpackungsbehälter aus der beschriebenen Werkstoffbahn eigenständigen Schutz genießen; sie bieten zur Vermeidung von Schäden durch ESD für das umhüllte Verpackungsgut die Wirkung eines Faraday′schen Käfigs, der das Verpackungsgut gegen elektrostatische Felder abschirmt. Diese elektrostatische Abschirmung schwächt die elektrostatischen Felder auf weniger als 100 bis 50 Volt ab.
Die erfindungsgemäße Werkstoffbahn bzw. der daraus geformte Verpackungsbehälter verhindert das Entstehen tribo- bzw. reibungselektrischer Aufladung, also die statische Aufladung durch Reibung zwischen dem Verpackungsmaterial und seinem Inhalt. Das zum Verpacken verwendete Material nach der Erfindung ist auch frei von leitfähigen, kontaminierenden Partikeln.
Das Material bietet zudem einen guten mechanischen Schutz für die elektronischen Bauelemente.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1: einen überhöht dargestellten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Werk­ stoffbahn;
Fig. 2 und Fig. 3: Schrägsichten auf verschiedene Ausführungsformen eines aus einer erfindungsgemäßen Werkstoffbahn her­ gestellten und geöffneten Verpackungsbehälters.
Eine Werkstoffbahn 10 zur Herstellung von Verpackungsbehältern 12 besteht gemäß Fig. 1 aus einer in dieser unten verlaufenden Schicht 14 eines weißen Testliners, dem eine hochleitfähige abschirmende Papierschicht 16 aufliegt, die bei einer anderen Ausführungsform ein Faservlies sein kann. Diese/dieses wird von einem gewellten braunen Testliner 18 überspannt, auf dem ein sog. Kraftliner 20 lagert.
Der Kraftliner 20 von 120 bis 150 g/m2 spez. Gewichtes ist ein elektrostatisch dissipatives oder ableitendes Material und weist einen spezifischen Oberflächenwiderstand zwischen 1 × 105 Ohm/sq und 1 × 1012 Ohm/sq auf. Dieser Kraftliner 20 kann mit einer nicht wiedergegebenen Deckschicht überzogen und bedruckt werden.
Die Schicht 16 besteht - wie gesagt - aus einem hochleitfähigen elektrostatischen Abschirmpapier- oder Faservlies mit einer Beigabe von 2 % bis 65 %, insbesondere 5 % bis 25 %, einer hochleitfähigen Faser. Letztere ist bevorzugt mit einem Durchmesser von weniger als 20 Mikron und einer Länge von 5 bis 75 mm aus einer Kupferverbindung hergestellt.
Für diese Abschirmschicht 16 können auch andere Metalle oder metallische Legierungen verwendet werden etwa mit Kohlenstoff, Fe, Ag, Ce Cr od. dgl. Der spezifische Oberflächenwiderstand dieser elektrostatischen Abschirmschicht 16 beträgt zwischen 1 × 102 Ohm/sq und 1 × 103 Ohm/sq. Der sich darüber erstreckende braune Testliner 18 bietet hier ein spez. Gewicht zwischen 112 sowie 120 g/m2 an und ist in den Korrugationsgrößen B, E oder F gewellt.
Selbstverständlich kann statt eines - bevorzugt ungebleichten - braunen Papierwerkstoffes oder Wellkartons auch eine andere Farbgebung eingesetzt werden.
Der weiße Testliner 14 eines spez. Gewichtes von etwa 150 g/m2 ist als elektrostatisch dissipatives Material mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand zwischen 1 × 105 Ohm/sq und weniger als 1 × 1012 Ohm/sq ausgestattet.
Zum Herstellen der elektrostatischen Abschirmeigenschaften der Werkstoffbahn 10 bleibt die Lage der hochleitfähigen elektrostatisch abschirmenden Schicht 16 innerhalb des gesamten Materialaufbaues von untergeordneter Bedeutung; die elektrostatisch abschirmende Schicht 16 kann zwischen dem Kraftliner 20 und dem gewellten Testliner 18 vorhandene sein oder aber zwischen letzterem und dem weißen Testliner 14. Und sogar die Papierschicht 16 könnte während der Erzeugung der Werkstoffbahn 10 in den braunen Testliner 18 oder den weißen Testliner 14 innen eingebracht werden.
Gemäß Fig. 2 ist ein aus der Werkstoffbahn 10 hergestellter sowie quaderförmiger Verpackungsbehälter 12 - aus einem Bodenteil 22 und einem daran angelenkten, Seitenzungen 23 aufweisenden Klappdeckel 24 - einer Länge a von etwa 190 mm, einer Breite b von etwa 130 mm und einer Höhe h von 35 mm mit zwei antistatischen weichen Schaumeinlagen 26 zur Verbesserung des mechanischen Schutzes für ein aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestelltes Verpackungsgut ausgelegt. Die Höhe i der Schaumeinlagen 26 aus dem zur Abschirmschicht 16 beschriebenen Werkstoff mißt etwa 15 mm.
Der Verpackungsbehälter 12a der Fig. 3 aus Bodenteil 22a und abnehmbarem Deckel 24a enthält quer zu seiner Achse A eingebrachte Quereinsätze 28.
Beispiel
In den in Fig. 2 beschriebenen Verpackungsbehältern 12 wurde eine Schaltungsplatte mit drei ESD (electrostatic discharges) - Meßwert- oder Ereignis-Detektoren (event detectors) mit Triggerspannungen von 50 Volt, 100 Volt bzw. 150 Volt eingelegt. Der Verpackungsbehälter 12 wurde auf eine geerdete Fläche eines Durchmessers von etwa 127 mm gelegt sowie eine Metallplatte entsprechender Ausdehnung auf den Verpackungsbehälter aufgelegt, um die drei ESD Meßwert- Detektoren abzudecken.
Ein ESD-Meßwert-Simulator (Human Body Model; elektr. Kapazi­ tät C = 1000 pF, Widerstand R = 1500 Ohm mit variablem Output zwischen 10 und 3000 Volt) wurde zur Simulation eines ESD Er­ eignisses eingesetzt. Dann wurden im Zentrum des plattenarti­ gen Klappdeckels 24 Spannungen von 100 bis 3000 Volt in Schritten von 500 Volt angelegt. Nach jeder Entladung wurde am geöffneten Verpackungsbehälter 12 beobachtet, ob die ESD Entladungs-Detektoren getriggert worden waren. Es wurde dabei festgestellt, daß hier bei allen Testspannungen die ESD Er­ eignis-Detektoren in ihrem ursprünglichen - nicht getriggerten - Zustand blieben. Diese Verfahrensweise simuliert eine tatsächliche Situation, in welcher der Verpackungsbehälter 12 und sein Inhalt in den nicht ESD- ge­ schützten Bereichen der elektrostatischen Entladung ESD unterworfen sein können.
Derselbe Versuch wurde zum Vergleich mit schwarzen - kohlen­ stoffüberzogenen - Pappbehältern aus unterschiedlicher Pro­ duktion durchgeführt. Die Vergleichsbehälter hatten dieselbe Größe wie diejenigen, die in obigem Test beschrieben wurden, und die Versuche wurden unter denselben Bedingungen durchge­ führt. In allen untersuchten schwarzen Pappbehältern wurden die ESD Ereignis-Detektoren bei Spannungen zwischen 1000 und 2000 Volt ausgelöst bzw. getriggert.

Claims (12)

1. Werkstoffbahn zum Herstellen eines Verpackungsbehälters für elektrische oder elektronische Bauteile bzw. Baugruppen, gekennzeichnet durch mehrere eine elektrostatisch abschirmende Werkstoffbahn (10) bildende Schichten (14, 16, 18, 20), von denen eine Schicht (16) hochleitfähig ausgebildet ist mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von weniger als 1 × 104 Ohm/sq, bevorzugt 102 bis 103 Ohm/sq, wobei dieser Schicht elektrostatisch ableitende Schichten (14, 18) mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand zwischen 1 × 105 Ohm/sq und 1 × 1012 Ohm/sq zugeordnet sind.
2. Werkstoffbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitfähige Schicht (16) zwischen elektrostatisch ableitenden oder dissipativen Schichten (14, 18) vorgesehen ist.
3. Werkstoffbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatisch abschirmende Schicht (16) in eine der anderen Schichten (14, 18, 20) eingefügt ist.
4. Werkstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatisch abschirmende Schicht (16) hochleitfähige Fasern enthält.
5. Werkstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatisch abschirmende Schicht (16) aus Papier mit einem Anteil von 2 % bis 65 %, bevorzugt 5 % bis 25 % an hochleitfähigen Fasern besteht.
6. Werkstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostratisch abschirmende Schicht (16) aus einem Faservlies mit einem Anteil von 2 % bis 65 %, bevorzugt 5 % bis 25 %, aus hochleitfähigen Fasern besteht.
7. Werkstoffbahn nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitfähigen Fasern aus einer leitfähigen Legierung oder aus Metall bestehen, bevorzugt mit Kohlenstoff, Fe, Ag, Cu, Cr od. dgl.
8. Werkstoffbahn nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, gekennzeichnet durch Fasern aus Kupfer oder einer Kupferlegierung von höchstens 100 µm, bevorzugt 20 µm Durchmesser in der abschirmenden Schicht (16).
9. Werkstoffbahn nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hochleitfähigen Schicht (16) wenigstens eine Schicht (18) aus gewelltem Karton oder braunem Testliner zugeordnet ist.
10. Werkstoffbahn nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der hochleitfähigen Schicht (16) wenigstens eine Schicht (14) aus weißem Testliner zugeordnet ist.
11. Verpackungsbehälter aus einer Werkstoffbahn nach einem der voraufgehenden Ansprüche.
12. Verpackungsbehälter nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Schaumstoffeinlagen (26) aus dem Material der hochleitfähigen Schicht (16) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10.
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