[发明专利]高度填充的热塑性复合材料

说明书

技术领域

本发明总体涉及高度填充的热塑性复合材料。

背景技术

在技术不断提高的年代，静电和静电放电(ESD)可能是高代价或者是危险 的。具体地，静电放电(ESD)可能点燃易燃的混合物并对电子元件造成损害。 此外，静电可能将污染物吸引在洁净环境中。

这些静电和ESD的作用在电子器件制造中可能导致高代价的。被静电荷吸引 的污染物可能在电子器件的元件中引起缺陷，导致性能变差。此外，ESD可能损害 元件，使得器件完全不能运行，或者降低器件的性能或平均寿命。这种性能方面的 损失导致较低价值的产品，在某些情况，导致降低生产率和提高部件报废率，导致 较高的单位成本。

随着电子器件变得越加复杂，元件尺寸减小，电子器件更加易受ESD影响。 此外，电子器件的制造中使用复杂的加工工具，这些加工工具很难由金属形成。金 属元件具有可能导致静电放电的瞬时电流，例如在开始接触部件时。近来，生产商 已转向用陶瓷材料制造这类电子器件。虽然陶瓷材料通常是绝缘性的，但是生产商 使用涂层和添加剂使这些陶瓷材料具有静电耗散性质。

虽然陶瓷材料会具有高的杨氏模量，高耐磨性，和高温时的尺寸稳定性，但 是陶瓷材料难以成形和机加工成复杂的工具和能用于电子器件的元件。通常，陶瓷 元件的形成包括在高温(通常超过1200℃)下进行致密化。一旦成形后，典型的 静电耗散陶瓷具有高密度和增加的硬度，在某些情况超过11 GPa维氏(Vicker)硬 度，所以很难机加工细部形成陶瓷元件。

近来，生产商转向聚合物静电耗散材料。聚合物材料与陶瓷材料非常类似， 聚合物材料一般也是绝缘性的。因此，聚合物材料上通常涂覆静电耗散涂层，或者 包含添加剂如石墨或碳纤维。虽然这类材料易于成形为工具和电子元件，但是这类 聚合物材料的机械性质和物理性质相对于陶瓷材料都较差。例如，这类聚合物材料 常显示不能接受的低拉伸强度和高热膨胀系数，因而限制了使用聚合物材料的应用 领域。此外，这类聚合物材料在经受高温后显示差的机械性质保持。此外，这种聚 合物材料常使用碳纤维、炭黑或石墨。这种材料机加工成小特征尺寸的复杂元件时， 材料可能具有粗糙的表面并可能形成短路(short)和热点，导致静电放电。

因此，需要一种改进的静电耗散材料。

发明概述

在一个具体实施方式中，提供一种复合材料，该复合材料包括热塑性聚合物 基质和分散在该热塑性聚合物基质中的非碳电阻率改进剂。该复合材料的表面电阻 率约为1.0x10⁴-1.0x10¹¹欧姆/□(ohm/sq)，复合材料至少一部分表面的表面粗糙 度(Ra)不大于约500纳米。

在另一个示例的实施方式中，提供一种复合材料，该复合材料包括热塑性聚 合物基质和至少约67重量％的分散在该热塑性聚合物基质中的非碳电阻率改进 剂。该复合材料的表面电阻率约为1.0x10⁴-1.0x10¹¹欧姆/□。

在又一个示例的实施方式中，提供一种复合材料，该复合材料包括聚芳基醚 酮基质和至少约67重量％的分散在该聚芳基醚酮基质中的非碳电阻率改进剂。该 复合材料的表面电阻率约为1.0x10⁴-1.0x10¹¹欧姆/□。

在另一个示例的实施方式中，提供一种复合材料，该复合材料包括聚醚醚酮 (PEEK)基质和至少约67重量％的分散在PEEK基质中的铁氧化物。

在另一个示例的实施方式中，提供一种形成复合材料的方法，该方法包括混 合聚芳基醚酮粉末和约67重量％的非碳电阻率改进剂，形成复合材料。该复合材料 包括聚芳基醚酮基质和分散在该基质中的非碳电阻率改进剂。

在又一个示例的实施方式中，提供一种用于电子器件制造的工具，该工具包 括器件接触元件。该器件接触元件包括复合材料，该复合材料包括热塑性聚合物基 质和分散在该热塑性聚合物基质中的非碳电阻率改进剂。该复合材料的表面电阻率 约为1.0x10⁴-1.0x10¹¹欧姆/□(ohm/sq)，复合材料至少一部分表面的表面粗糙度 (Ra)不大于约500纳米。

附图简述

参见附图，能更好地理解本发明，本发明的许多特征和优点对本领域的技术 人员而言将是显而易见的。