Tầm quan trọng và thách thức

Trong kỷ nguyên công nghệ số, linh kiện điện tử ngày càng nhỏ gọn, tích hợp cao và rất nhạy cảm với phóng tĩnh điện (ESD). Chỉ vài chục volt tĩnh điện cũng có thể phá hỏng IC, transistor, cảm biến MEMS hoặc màn hình OLED ở kích thước nanomet. Trong khi đó, một người đi bộ trên thảm nylon có thể tích tới 10.000 V, gấp hàng trăm lần mức 20–50 V vốn đủ để làm hỏng transistor CMOS.

ESD là thách thức toàn cầu của ngành bán dẫn, gây ra các dòng phóng cực ngắn (nano–micro giây) nhưng đủ để phá hủy mạch tích hợp. Cùng với tình trạng thiếu hụt nguyên liệu chip, việc kiểm soát ESD càng trở nên cấp thiết.

Trong sản xuất, logistics và chuỗi cung ứng điện tử, ESD film là vật liệu then chốt: kiểm soát điện tích bề mặt, bảo vệ linh kiện, đồng thời duy trì cơ tính (bền kéo, bền xé, hàn dán). Các tập đoàn lớn như Samsung, TSMC, Foxconn, LG Innotek, Intel đều quy định nghiêm ngặt về bao bì ESD, kéo theo nhu cầu toàn cầu về ESD film bền lâu, ổn định và phù hợp sản xuất hàng loạt.

Giải pháp: Vật liệu đóng gói chống tĩnh điện

Để hạn chế ESD, nhiều dạng bao bì chống tĩnh điện (ESD packaging) đã được phát triển: film, tray, ống chứa, khay ma trận. Trong đó, ESD film là phổ biến nhất và được chia thành 3 loại:

1. Conductive – Điện trở thấp, dẫn điện nhanh, truyền dòng qua màng thay vì qua linh kiện, xử lý cả dòng phóng mạnh.
2. Dissipative – Làm chậm và kiểm soát dòng electron xuống đất; hấp thụ ẩm tạo lớp nước mỏng → giảm tích điện.
3. Anti-static – Ngăn hiện tượng nạp điện do ma sát (triboelectric charging); ứng dụng nhiều trong hàng không vũ trụ để bảo vệ thiết bị nhạy cảm.

Ngoài điện tử – bán dẫn, ESD film còn được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm, y tế, hàng không vũ trụ.

Cơ sở lý thuyết: Tích điện – phóng điện và hạn chế của vật liệu truyền thống

• Cơ chế tích điện: khi hai bề mặt tiếp xúc rồi tách rời (triboelectric), điện tích tích tụ và có thể phóng khi đạt ngưỡng đánh thủng.
• Vật liệu truyền thống và hạn chế:
  1. Carbon black: cần 15–20% để đạt <10⁹ Ω/sq → mất trong suốt, giảm cơ tính, khó gia công.
  2. Muối ion: phụ thuộc ẩm, dễ rửa trôi, hiệu quả ngắn hạn.
  3. PEDOT/PSS: polymer dẫn điện trong suốt nhưng giá cao, kém ổn định ẩm/nhiệt, dễ phân hủy và ăn mòn điện cực.

Vật liệu SWCNT (OCSiAl) – cơ chế và ưu điểm

Nano carbon đơn lớp dạng ống  (Singlewall Carbon Nanotubes – SWCNTs), đặc biệt là sản phẩm TUBALL™ của OCSiAl (Luxembourg), đã chứng minh là lựa chọn ưu việt.

• Cơ chế 3D percolation: CNT là graphene cuộn tròn, đường kính vài nanomet, dài micromet. Khi phân tán đều trong polymer, chỉ cần 0,01–0,05% CNT đã hình thành mạng lưới điện ba chiều, kiểm soát điện tích bề mặt hiệu quả.

• Ưu điểm nổi bật:
  • Hàm lượng cực thấp → tiết kiệm vật liệu, giảm chi phí.
  • Độ trong suốt cao → ứng dụng bao bì quang học, màn hình.
  • Cơ tính vượt trội → tăng bền kéo, bền xé, duy trì khả năng hàn nhiệt.
  • Ổn định lâu dài → không phụ thuộc độ ẩm, ít rửa trôi, bền nhiều năm.
  • Tương thích rộng → dễ phối trộn với PE, PP, PET, TPU, EVA.

So sánh SWCNT với carbon black & PEDOT/PSS:

Case study và xu hướng ứng dụng CNT

• Samsung: CNT film trong đóng gói OLED & camera IC → tăng tỷ lệ đạt chuẩn.
• TSMC: CNT trong logistics wafer → giảm thiệt hại ESD.
• Foxconn: CNT film cho bao bì iPhone → giảm lỗi, tiết kiệm kiểm tra.
• LG Innotek: CNT + PET cho cảm biến camera.
• Intel: CNT trong vận chuyển CPU/GPU thế hệ mới.

Xu hướng mở rộng: CNT ESD film đang được nghiên cứu cho:

• Bao bì sinh học (PLA, PHA, PBAT) → thân thiện môi trường.
• Pin và xe điện → phụ gia dẫn điện cho separator và cực điện cực.
• Composite hàng không – ô tô → CNT film kết hợp sợi thủy tinh/carbon tăng an toàn và độ bền

Carbon nanotube đơn lớp dạng ống (SWCNT), đặc biệt TUBALL™ của OCSiAl, là giải pháp chống tĩnh điện ưu việt, vượt trội so với công nghệ truyền thống nhờ hàm lượng thấp, hiệu quả cao, ổn định lâu dài và cân bằng chi phí – hiệu suất.

Công ty TNHH Hóa Chất Mercury – nhà phân phối chính thức của OCSIAL tại Việt Nam – cam kết cung cấp giải pháp SWCNT tiên tiến, đồng hành cùng doanh nghiệp trong điện tử, logistics và năng lượng.