¿Qué es ESD?

Espuma ESDESD (Electrostatic Discharge) o descarga electrostática es el fenómeno de liberación repentina de electricidad estática acumulada entre dos objetos con diferentes potenciales eléctricos. Esta descarga puede causar daños a componentes electrónicos sensibles y otros dispositivos delicados, haciendo que la protección contra ESD sea crucial en varias industrias.

Embalajes para dispositivos sensibles a descargas electrostáticas (ESD)

El diseño de estos embalajes requiere tener en cuenta los requisitos físicos del material de embalaje, así como sus propiedades eléctricas. En este artículo, se detalla información sobre: 

  • Clasificaciones generales utilizadas para los materiales ESD
  • Gama de espumas ESD de ZFoam
  • Normas más comúnmente empleadas para caracterizar dichos materiales.

 

Clasificación de Materiales ESD

Los materiales para el embalaje de dispositivos sensibles a ESD se pueden dividir en tres clases según sus propiedades eléctricas. La clasificación de materiales mostrada en la Figura 1 se basa en las definiciones en ANSI/ESD S541-2003:

  • Primera Clase: Materiales «Low Charging» (Baja Carga). Estos materiales están diseñados para reducir la acumulación de carga por triboelectrificación, es decir, la carga producida por el contacto y la separación de materiales.

  • Segunda Clase: Materiales clasificados por propiedades de Resistencia. Los rangos para cada una de las propiedades varían entre diferentes estándares y los valores mencionados a continuación se toman de ANSI/ESD S541-2003:

  1. Materiales Conductivos: Tienen una resistencia superficial o volumétrica inferior a 10^4 Ω.
  2. Materiales Disipativos Estáticos: Tienen una resistencia superficial o volumétrica de 10^4 Ω a 10^11 Ω.
  3. Materiales Aislantes: Presentan una resistencia volumétrica o superficial mayor o igual a 10^11 Ω.

  • Tercera Clase: Static Shielding (Blindaje Estático).

  1. Electrostatic Discharge (Descarga Electrostática): Materiales capaces de atenuar una descarga electrostática cuando se forman en un contenedor cerrado.
  2. Electric Field (Campo Eléctrico): Materiales que protegen dispositivos sensibles de los efectos de los campos eléctricos.

Para un análisis más profundo sobre las espumas antiestáticas, estático disipativas y conductivas, y entender por qué son cada vez más importantes, te invitamos a leer nuestro artículo: Espumas antiestálicas (AS), Estático disipativas (ESD) y Conductivas (CN) ¿Qué son y por qué son cada vez más importantes?

Clasificación de Materiales y espumas ESD

Resistencia y Resistividad

Las propiedades eléctricas de un material pueden expresarse como resistencia o resistividad. Si se conoce el diseño general del ensayo, un valor de resistencia puede convertirse en resistividad equivalente mediante una simple multiplicación. Las definiciones a continuación se toman de ASTM D 257-1993.

  • Resistencia Superficial: Relación entre el voltaje de corriente continua aplicado a dos electrodos en la superficie y la corriente entre ellos. La unidad de resistencia superficial es Ω.
  • Resistividad Superficial: Resistencia superficial del material multiplicada por la relación de las dimensiones superficiales de la muestra (ancho de los electrodos que definen la ruta de la corriente dividido por la distancia entre electrodos). La unidad de resistividad superficial es Ω/sq.
  • Resistencia Volumétrica: Relación entre el voltaje de corriente continua aplicado a dos electrodos (en o dentro de una muestra) y la corriente en el volumen de la muestra entre los electrodos. La unidad de resistencia volumétrica es Ω.
  • Resistividad Volumétrica: Resistencia volumétrica del material multiplicada por la relación de las dimensiones volumétricas de la muestra que transforma la resistencia medida en la resistencia obtenida si los electrodos hubieran formado los lados opuestos de un cubo unitario. La unidad de resistividad volumétrica es Ω.cm (a veces escrita como Ω-cm).

Resistencia y Resistividad en espumas ESD

Métodos de Prueba de los materiales y espumas ESD

Existen varios estándares para medir la resistencia y la resistividad de materiales de protección ESD. A lo largo de los años, algunos métodos de prueba han demostrado ser menos fiables que otros, y el proceso de identificar una medición adecuada para cada tipo de aplicación aún está en curso.

  • Resistencia Superficial: Para mediciones de la resistencia superficial de materiales planos disipativos estáticos, como planchas de espuma, se utiliza ampliamente ESD STM 11.11-2001. Este estándar también se menciona en ANSI/ESD S541-2003. IEC 61340-5-1 describe un método de prueba idéntico para la medición de la resistencia superficial y la resistividad superficial.
  • Resistividad Volumétrica: La medición de la resistividad volumétrica de las espumas se realiza a menudo según ASTM D991-89 (reaprobado en 2014). Este estándar describe un método de prueba para productos de caucho, pero se ha encontrado adecuado para la medición de otros materiales de embalaje planos. El estándar también se menciona en el estándar JEDEC JESD625-A.

Aún no se ha desarrollado un estándar para materiales de baja carga, pero la orientación para comprender el fenómeno triboeléctrico y los métodos de prueba actualmente utilizados para la prueba de carga triboeléctrica en el control estático para electrónicos se puede encontrar en ESD ADV 11.2.

 

Gama de Espumas ESD de ZFoam

Espumas Estático Disipativas:

Gama Azote: Plastazote® LD30SD y Plastazote® LD40SD

Materiales de color negro disponibles en forma de planchas a diferentes espesores, expandidos mediante un proceso único de expansión por nitrógeno. Libres de agentes de expansión CFC (clorofluorocarbonos), HCFC (hidroclorofluorocarbonos) y residuos químicos de espumación. Comparten características típicas de nuestras espumas estándar, como una estructura de celda cerrada, propiedades físicas isotrópicas, buen rendimiento como material de amortiguación y buena resistencia química. Estos productos son también termoconformables.

La formulación utilizada para producir Plastazote® LD30SD y Plastazote® LD40SD supera los problemas típicamente asociados con la producción de una espuma de polietileno adecuada para el embalaje de equipos sensibles a ESD. 

Los enfoques generales para la modificación de espumas de polietileno incluyen tratamiento superficial con productos químicos, aditivos químicos como amidas o aminas y aditivos conductivos.

  • Tratamiento superficial con soluciones salinas: Agrega costos al convertidor y a menudo es poco fiable, ya que puede frotarse o lavarse y requiere alta humedad para funcionar de manera efectiva.
  • Aditivos químicos como aminas: Dependen de la migración del aditivo a la superficie del material. Aunque este método tiende a proporcionar un efecto más duradero que el tratamiento superficial, la lixiviación de algunos aditivos puede causar deterioro del equipo electrónico que la espuma está destinada a proteger y un aumento de la resistividad superficial debido a la pérdida del aditivo. Este método también requiere alta humedad para dar un rendimiento satisfactorio, ya que los aditivos se activan con la humedad.
  • Aditivos conductivos como el negro de humo: Se pueden usar para crear baja resistividad permanente. Sin embargo, la formulación de materiales en el rango disipativo estático ha demostrado ser difícil, ya que los materiales tienden a ser conductores o aislantes. Esto se debe a las propiedades del negro de humo, que requiere concentraciones específicas para crear un material conductivo.

Como resultado de un extenso desarrollo, los materiales Plastazote® LD30SD y Plastazote® LD40SD se fabrican con un proceso controlado para proporcionar una espuma de polietileno reticulada verdaderamente disipativa estática expandida por nitrógeno.

Gama PNR: PNR 30 AS y PNR 35 AS

Materiales de color rosa, fabricados mediante aditivos base aminas que proporcionan este color característico.Como se ha comentado antes, estos aditivos se activan por la humedad y, por tanto, es preciso considerar variaciones de resistividad superficial relacionadas con el clima o ambiente de trabajo.

Gama LJ: LJ 33 FR AS

Material especial que incluye aditivos antiestáticos y retardantes de llama (FR). La activación de los aditivos antiestáticos, como en el caso anterior, se produce por humedad ambiental.

Gama PUD: PUD AS

Tipo de espuma de poliuretano de celda abierta (no celda cerrada como las espumas de polietileno). Color rosa y aditivo activado por humedad ambiental.

 

Espumas Conductivas:

Gama Azote: Plastazote® LD32 CN, Plastazote® LD50 CN y Evazote® EV45CN

Materiales de color negro disponibles en forma de láminas de diferentes espesores.

Presentan las mismas propiedades de pureza y características únicas por su fabricación con nitrógeno como agente espumante, y son termoconformables.

La formulación se realiza con un aditivo de negro de humo especial para proporcionar propiedades conductivas. El aditivo se introduce mediante precompuesto (no impregnación posterior como en algunos tipos de espumas conductoras) y está completamente encapsulado en el polímero. Por lo tanto, las espumas no generan partículas y no marcan.

 

Gama de Espumas ESD de ZFoam Espumas Estático Disipativas: Gama Azote: Plastazote® LD30SD y Plastazote® LD40SD Materiales de color negro disponibles en forma de planchas a diferentes espesores, expandidos mediante un proceso único de expansión por nitrógeno. Libres de agentes de expansión CFC (clorofluorocarbonos), HCFC (hidroclorofluorocarbonos) y residuos químicos de espumación. Comparten características típicas de nuestras espumas estándar, como una estructura de celda cerrada, propiedades físicas isotrópicas, buen rendimiento como material de amortiguación y buena resistencia química. Estos productos son también termoconformables. La formulación utilizada para producir Plastazote® LD30SD y Plastazote® LD40SD supera los problemas típicamente asociados con la producción de una espuma de polietileno adecuada para el embalaje de equipos sensibles a ESD. Los enfoques generales para la modificación de espumas de polietileno incluyen tratamiento superficial con productos químicos, aditivos químicos como amidas o aminas y aditivos conductivos. Tratamiento superficial con soluciones salinas: Agrega costos al convertidor y a menudo es poco fiable, ya que puede frotarse o lavarse y requiere alta humedad para funcionar de manera efectiva. Aditivos químicos como aminas: Dependen de la migración del aditivo a la superficie del material. Aunque este método tiende a proporcionar un efecto más duradero que el tratamiento superficial, la lixiviación de algunos aditivos puede causar deterioro del equipo electrónico que la espuma está destinada a proteger y un aumento de la resistividad superficial debido a la pérdida del aditivo. Este método también requiere alta humedad para dar un rendimiento satisfactorio, ya que los aditivos se activan con la humedad. Aditivos conductivos como el negro de humo: Se pueden usar para crear baja resistividad permanente. Sin embargo, la formulación de materiales en el rango disipativo estático ha demostrado ser difícil, ya que los materiales tienden a ser conductores o aislantes. Esto se debe a las propiedades del negro de humo, que requiere concentraciones específicas para crear un material conductivo. Como resultado de un extenso desarrollo, los materiales Plastazote® LD30SD y Plastazote® LD40SD se fabrican con un proceso controlado para proporcionar una espuma de polietileno reticulada verdaderamente disipativa estática expandida por nitrógeno. Gama PNR: PNR 30 AS y PNR 35 AS Materiales de color rosa, fabricados mediante aditivos base aminas que proporcionan este color característico.Como se ha comentado antes, estos aditivos se activan por la humedad y, por tanto, es preciso considerar variaciones de resistividad superficial relacionadas con el clima o ambiente de trabajo. Gama LJ: LJ 33 FR AS Material especial que incluye aditivos antiestáticos y retardantes de llama (FR). La activación de los aditivos antiestáticos, como en el caso anterior, se produce por humedad ambiental. Gama PUD: PUD AS Tipo de espuma de poliuretano de celda abierta (no celda cerrada como las espumas de polietileno). Color rosa y aditivo activado por humedad ambiental. Espumas Conductivas: Gama Azote: Plastazote® LD32 CN, Plastazote® LD50 CN y Evazote® EV45CN Materiales de color negro disponibles en forma de láminas de diferentes espesores. Presentan las mismas propiedades de pureza y características únicas por su fabricación con nitrógeno como agente espumante, y son termoconformables. La formulación se realiza con un aditivo de negro de humo especial para proporcionar propiedades conductivas. El aditivo se introduce mediante precompuesto (no impregnación posterior como en algunos tipos de espumas conductoras) y está completamente encapsulado en el polímero. Por lo tanto, las espumas no generan partículas y no marcan. Cumplimiento con Estándares de protección ESD Las definiciones de espumas conductivas varían ligeramente entre los diferentes estándares. A continuación, se presenta un resumen de los estándares relacionados con la protección ESD en embalaje: Estándares Generales: ANSI/ESD S541-2003: Material con una resistencia superficial inferior a 10^4 Ω o resistencia volumétrica inferior a 10^4 Ω. ANSI/ESD STM 11.12: Material con una resistencia volumétrica inferior a 10^4 Ω. ASTM D991-89 (2014): Material con una resistividad volumétrica inferior a 10^4 Ω.cm. JESD625-A (1999): Material con una resistividad superficial inferior a 10^5 Ω/sq o resistividad volumétrica inferior a 10^4 Ω.cm. Estándares Militares: DStan 81-146/1: Material con una resistividad volumétrica de 10^2 a 10^5 Ω.cm. MIL-HDBK-263B: Material con una resistividad volumétrica inferior a 10^4 Ω.cm o resistividad superficial inferior a 10^5 Ω/sq. Este estándar contiene otros requisitos de propiedades físicas que deben verificarse antes de seleccionar un material adecuado para aplicaciones que requieren cumplimiento. Conclusión Las espumas ESD son esenciales para la protección de dispositivos sensibles a las descargas electrostáticas. Espumas para maletines

Espumas antiestáticasEspumas ESD para packaging

Espuma estático disipativa

 

Cumplimiento con Estándares de protección ESD

Las definiciones de espumas conductivas varían ligeramente entre los diferentes estándares. A continuación, se presenta un resumen de los estándares relacionados con la protección ESD en embalaje:

Estándares Generales:

  • ANSI/ESD S541-2003: Material con una resistencia superficial inferior a 10^4 Ω o resistencia volumétrica inferior a 10^4 Ω.
  • ANSI/ESD STM 11.12: Material con una resistencia volumétrica inferior a 10^4 Ω.
  • ASTM D991-89 (2014): Material con una resistividad volumétrica inferior a 10^4 Ω.cm.
  • JESD625-A (1999): Material con una resistividad superficial inferior a 10^5 Ω/sq o resistividad volumétrica inferior a 10^4 Ω.cm.

Estándares Militares:

  • DStan 81-146/1: Material con una resistividad volumétrica de 10^2 a 10^5 Ω.cm.
  • MIL-HDBK-263B: Material con una resistividad volumétrica inferior a 10^4 Ω.cm o resistividad superficial inferior a 10^5 Ω/sq. Este estándar contiene otros requisitos de propiedades físicas que deben verificarse antes de seleccionar un material adecuado para aplicaciones que requieren cumplimiento.

Conclusión

Las espumas ESD son esenciales para la protección de dispositivos sensibles a las descargas electrostáticas. 

La gama de productos de ZFoam ofrece soluciones fiables y efectivas para diversas aplicaciones industriales cumpliendo con los estándares internacionales y militares más exigentes, garantizando así la calidad y seguridad de nuestros productos.

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