专利名称：抗静电合成物及部件夹的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抗静电合成物、抗静电薄膜以及其中设置有抗静电薄膜的诸如镊子的部件夹。
背景技术：
镊子已被用于处理小型物体、温控物体或者鉴于污染危险以及人身安全方面考虑而不能直接用手接触的物质。特别是，当夹取微小电子元件时，镊子是一种主要的工具。
这种镊子由诸如SUS304、SUS430和钛的金属材料制成以获得弹出特性，并且已经公知适用于各种不同的功能以及应用环境的镊子。但是，由于金属材料制成的镊子具有高的导电率，当操作电子元件时，由于电子元件或者人体的带电性将在镊子的尖端产生静电放电，因此电子元件受到损坏。
为了解决该问题，已经提出(例如见专利参考文献1JapaneseKokoku Utility Model No.Hei 5 -2303(p.1-2))，通过设置钛氧陶瓷或者金刚砂陶瓷或者利用CVD方法涂覆金刚砂，将体电阻率控制在102-106Ω·cm的范围内。
但是，当使用者施加作用力或者与其它物体相碰撞时，所提出的陶瓷尖端易于断裂或者破裂。有时在易于破裂的尖端部分中采用可互换结构；然而，在互换过程中，当利用螺钉将其固定或者插入尖端部分时，由于不必要的作用力而使得尖端部分受到损坏。而且，由于静电放电等原因而对电子元件产生的损坏不能通过使得镊子的体积电阻或者表面电阻均匀化而得以避免。由于这些原因，制备具有适于所夹持装置的电阻值的镊子是必要的，并且通过设置陶瓷尖端对该电阻值加以控制是困难的。
另一方面，利用CVD方法的涂覆是一种能够克服陶瓷易于断裂的缺陷的工艺；然而，在利用CVD方法进行涂覆时，获得实用的涂覆薄膜厚度的成本较高。而且，存在这样的镊子，其被涂覆有氟树脂或者被提供有导电率。但是，它们的主要目的是防止被夹持的物体损坏。通过绝缘器对其充电；即使提供有导电率，由于导电率很高，尽管在镊子中未存储静电，当该镊子接触其中存储有静电的电子装置时，从该电子装置导入镊子中的电流将使得该电子装置受到损坏。
发明内容
本发明目的在于提供一种抗静电合成物以及抗静电薄膜以便为夹持诸如IC芯片的电子元件的部分提供可充电性，以及一种其上涂敷有所述抗静电薄膜的诸如镊子的部件夹。
为了解决该问题，本发明提供一种抗静电合成物，其包括具有160-410℃的软化温度(Ts)的耐热树脂粘合剂以及作为抗静电剂添加到所述粘合剂中的碳黑和/或纳米碳纤维。
而且，本发明提供一种通过将上述的抗静电合成物涂布到基底材料上并且在200-450℃的温度下对该合成物进行热处理而形成的抗静电薄膜。
而且，本发明还提供一种部件夹，其在夹持部分中具有上述的抗静电薄膜。
通过至少在诸如镊子的夹具的夹持部分上涂覆本发明的抗静电合成物能够获得在大约室温时的理想的表面电阻值103-1010Ω/sq，其中该合成物含有耐热树脂粘合剂以及作为抗静电剂添的碳黑和/或纳米碳纤维。而且，在200℃或者更高的温度下进行热处理以形成涂覆薄膜，其中碳黑和/或纳米碳纤维的网络作为抗静电剂散布到再成型薄膜中，从而能够实现通过低温干燥所不能获得的导电率。
图1为斜视图，示出其上涂覆有本发明薄膜的镊子。
图2a和2b说明了用于容易地确定薄膜剥离情况的方法。
参考标记的说明1镊子2主体3夹持部分4浸渍有导电溶液的棉球具体实施方式
所述抗静电合成物其特征在于含有具有160-410℃的软化温度(Ts)的耐热树脂粘合剂以及作为抗静电剂添加到所述粘合剂中的碳黑和/或纳米碳纤维。
作为具有160-410℃的软化温度(Ts)的耐热树脂粘合剂的实例，有氟树脂化合物例如聚四氟乙烯或者四氟乙烯全氟烷基乙烯醚共聚物、聚酰亚胺或者两种或多种这些化合物的混合物。
作为用作抗静电剂的碳黑的实例，例如炉黑、槽法炭黑、气黑、乙炔黑以及电弧黑(arc black)等各种类型均可使用。碳黑优选具有20-60nm的平均颗粒直径并且具有高的导电率以及优良的可分散性；作为市售产品例如可以使用Toca Black#3855、#5500、#4500、#4400、#4300等。
本说明书中“纳米碳纤维”指的是中空的环形纤维，所谓的碳纳米管、实心纤维、以及层布式纤维，所谓的石墨纳米纤维。碳丝以及碳原纤维也可以用作碳纤维。
用作本发明抗静电剂的纳米碳纤维优选具有80-200nm的直径以及100-500的纵横比。可以使用由Showa Denko K.K.制造的市售产品VGCF。
碳黑或者纳米碳纤维可以单独用作抗静电剂或者结合使用。当它们单独使用时，添加到粘合剂中的碳黑量优选为20-70vol％，更优选为40-60vol％，并且所添加的碳纤维量优选为1-15vol％，更优选为2-8vol％。当碳黑与纳米碳纤维一起使用时，作为添加量，优选将20-70vol％的碳黑添加到粘合剂中，并且优选将0.1-30wt％的纳米碳纤维添加到碳黑中。更优选的，以30-60vol％的比例将碳黑添加到粘合剂中，并且以0.5-15wt％的比例添加纳米碳纤维。
通过混合上述粘合剂以及碳黑和/或纳米碳纤维获得本发明的抗静电合成物。在本发明的抗静电合成物中，如果需要，除了粘合剂以及碳黑和/或纳米碳纤维之外，还可以添加其它的成分例如着色剂、分散剂、稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂、润滑剂、填料以及增粘剂等。
本发明还提供一种由上述抗静电合成物形成的抗静电薄膜。首先，将该抗静电薄膜溶解或者分散到诸如n-甲基吡咯烷酮的某种溶剂中。此时，还可以添加用于分散碳黑的分散剂、用于改善基底材料润湿性的表面活性剂以及用于抑制泡沫形成的去沫剂。
然后，利用普通的涂布方法例如喷射法、圆杆涂覆(bar coating)方法、刮片方法以及浸渍方法等将上述抗静电合成物的溶液或者分散溶液涂布到所需的基底材料的表面上，并且通过加热将溶剂除去，从而形成薄膜。虽然并未对所涂布的量施加具体限制，为了获得充分的特性例如抗静电特性以及硬度等，固体馏分优选为50-1000g/m2，并且薄膜厚度优选为200μm或更薄，更优选为10-50μm。为了除去溶剂，加热温度通常为50℃或者更高；但是，在本发明中在200-450℃的温度下将溶剂加热30分钟。通过在如此高温下进行加热，在薄膜中形成分散碳黑和/或纳米碳纤维的网络，并且能够实现利用低温干燥所不能获得的高抗静电特性。优选的，能够达到在大约室温时的优选为103-1010Ω/sq、更优选为106-108Ω/sq的表面电阻值。在本说明书中，利用Mitsubishi Petrochemical有限公司(现在为Mitsubishi ChemicalIndustries Ltd.)的MCP-HT260〔方法〕测量所述的表面电阻值。
并不具体限制用于形成抗静电薄膜的基底材料，并且可以采用其中需要抗静电特性的物体。其优选为用于夹持电子元件的诸如镊子的夹具的夹持部分。图1为示出由SUS制成的镊子1的斜视图，其上面形成有本发明的抗静电薄膜。在镊子1中，利用例如喷射法在由诸如钛的某种金属制成的镊子的内侧面2上形成厚度为10-100μm的上述薄膜；但是，将其至少形成在用于夹持元件的尖端3处是必要的。当形成此薄膜后，可以达到103-1010/sq、优选为106-108/sq的表面电阻值，从而由于在镊子尖端处的静电放电而造成的电子元件的损坏能够得以避免。而且，该薄膜呈现出分散在其中的碳黑和/或纳米碳纤维的机械强度，并且由于所述的网络而呈现出相当高的强度；该薄膜可以如此以大约100μm的厚度完全形成在镊子尖端处，并且难以将其剥离。
在本发明中，使用具有160-410℃的软化温度的树脂粘合剂的原因在于，需要利用在高温处理中产生的动力学渗透现象以便通过所混合的低量的填料实现所期望的导电率。动力学渗透现象是这样一种现象，其中通过将树脂粘合剂加热至高温(例如高于软化温度的100℃的温度)使其获得“动力学活性”，即使混合物的量低于渗透阀值，从而提高导电率，但是通过将导电填料混合到树脂粘合剂(渗透阀值)中以即刻的形成导电通路，在普通合成材料中添加一定量的混合物使得导电率快速提高。因此，如果软化温度较低，在薄膜成形期间树脂粘合剂不能经受高温热处理，所以其熔化并且分离或者热退化，由此不能加以使用。另一方面，在具有过高的软化温度的树脂中，难以制备溶液或者分散溶液。因此，鉴于现有高分子量材料的特性，适当的是设定410℃作为上限。
如果可以测量，则具有160-410℃的软化温度的树脂粘合剂优选具有150-400℃的玻璃态转化温度。而且，利用由Rigaku K.K.制造的热机械特征活性(TMA)示差扫描热量计(DSC)分别测量软化温度和玻璃态转化温度。这里，由所获得的温度分布变化图的初始温度确定软化点以及玻璃态转化温度。
本发明示例本发明示例1将30份重量的具有25nm的基本颗粒直径的碳黑(由Tokai Carbon有限公司制造的Toka Black#5500)以及3份重量的具有150nm的平均直径和100或更高的纵横比的纳米碳纤维(由Showa Denko K.K.制造的VGCF)与100份重量的聚四氟乙烯(软化温度为327℃)分散溶液(固体成分为30wt％)充分混合。另一方面，利用#200处理材料对作为基底材料的由SUS304制成的镊子的主体表面进行等离子体处理。在等离子体处理之后，利用喷射方法以平均大约30μm的干燥薄膜厚度涂覆上述分散溶液。起初在100℃时干燥10分钟并且在300℃下退火30分钟，从而获得其上形成有薄膜的镊子。
本发明示例2除了未使用碳黑并且仅仅将5份重量的纳米碳纤维与100份重量的四氟乙烯分散溶液(水中30wt％的固体成分)相混合，其它类似本发明示例1，获得其上形成有薄膜的镊子。
对照示例1利用浸渍方法，将由60wt％的镍粒(平均颗粒直径为100nm)混合到氯乙烯(软化温度为120℃)粘合剂中而制备的导电涂料以平均大约100μm的干燥薄膜厚度涂覆到上述经等离子体处理的镊子的主体上。将其在70℃时干燥30分钟，从而获得其上形成有薄膜的镊子。
对照示例2除了将干燥温度设定为100℃并且加热和干燥1小时，其它与本发明示例1类似，由此获得其上形成有薄膜的镊子。
性能评价对于上述的本发明示例以及对照示例，使用其上未设置薄膜的市售的陶瓷制镊子，进行如下的测试。
1.导电率测量在室温(20℃)利用四端方法评测薄膜表面，并且测量其表面电阻。
2.表面硬度测量利用铅笔硬度方法(JISK5400)评测薄膜表面硬度(Hv)。
3.耐溶剂性测试将镊子在蒸馏水、甲醇、异丙醇、甲基乙基酮和四氢呋喃中浸泡12小时，然后测量耐溶剂性。
4.抗冲击性测试当使得镊子从10cm的高度自由落到具有5mm的厚度的不锈钢板上时，观察镊粒裂纹情况。
上述结果示于下表中。
(表1)
在含有诸如四氟乙烯的耐热树脂作为粘合剂的本发明合成物中，尤其是难以利用含有诸如氯乙烯的其它粘合剂的合成物形成的镊子的角部和尖端能够被完全涂覆。而且，在由其中纳米碳纤维等分散到本发明的耐热树脂粘合剂中的合成物形成的薄膜中，不仅在薄膜成形期间内应力很小，而且由于纳米碳纤维等的网络效应，镊子的角部或者尖端能够被有利的得以涂覆。而且，在本发明的薄膜成形中，利用高的热处理温度可以更大的提高薄膜的导电率。在对照示例2中，在室温时的表面电阻值为1010Ω，而在利用相同的合成物制备的本发明示例1中，表面电阻值为106Ω，因此实现了导电率的显著提高。这被认为是由于扩散进入薄膜中的纳米碳纤维等的动力学渗透效应导致的。
而且，利用下述的方法可以容易的证实在镊子尖端处薄膜分离情况的存在性。
换言之，如图2a所示，将染有诸如酒精和盐水的导电溶液的棉球4插入其上涂覆有薄膜的镊子1的尖端3中，由此在所述尖端和其上未形成薄膜的镊子部分即金属暴露部分之间形成电路。其对应于图2b所示的等效电路。当尖端3的薄膜未分离时，由于电阻R1为106或者更高并且另一个电阻R2约为10-1，R1＞＞R2。另一方面，如果尖端3的薄膜被分离，则R1近平等于R2。在图2b的等效电路中，由于I＝V/(R1+R2)，由于薄膜分离而极大的改变了I，所以易于探测到薄膜分离。
使用本发明的合成物，可以形成具有高的抗静电特性和优良的硬度、抗冲击性以及耐溶剂性的薄膜。
权利要求
1.一种抗静电合成物，其特征在于，包括具有160-410℃的软化温度(Ts)的耐热树脂粘合剂以及作为抗静电剂添加到所述粘合剂中的碳黑和纳米碳纤维中的至少一种。
2.一种抗静电薄膜，其特征在于，通过在基底材料上涂布根据权利要求1的抗静电合成物并且在200-450℃的温度下对所述合成物进行热处理而形成。
3.一种部件夹，其特征在于，在夹持部分中具有根据权利要求2的抗静电薄膜。
全文摘要
将包含具有160－410℃的软化温度(Ts)的耐热树脂粘合剂以及作为抗静电剂添加到所述粘合剂中的碳黑和/或纳米碳纤维的抗静电合成物涂布到基底材料例如镊子的夹具的夹持部分上，并且在200－450℃的温度下进行热处理，由此形成薄膜。该薄膜具有优选为10
文档编号C08K3/04GK1756624SQ200480005975
公开日2006年4月5日 申请日期2004年3月3日 优先权日2003年3月6日
发明者冈田幸久, 沼口敏一 申请人:3M创新有限公司