表面涂料是用來(lái)珍愛(ài)電子組件和電子產(chǎn)品，防止它們因?yàn)榻佑|的環(huán)境而損壞，并且延伸壽命，進(jìn)步可靠性。外觀涂料是特別配制的漆，可以用刷子、噴涂、浸漬、或者選擇性涂敷的方法涂敷上去，每每必須涂布幾種材料，涂布時(shí)要把那些不許可有涂料的部位遮住，必要許多時(shí)間而且費(fèi)用不菲。因?yàn)槿鄙俸?jiǎn)單、價(jià)廉而有用的方法為電子器件涂敷外觀涂料，很多制造商不能用外觀涂料來(lái)珍愛(ài)他們的產(chǎn)品。

如今納諾泰科已經(jīng)研制出一種新型外觀涂敷方法，它使用低功率等離子體室鍍上一層超薄的聚合物。可以使用這種方法涂敷的材料包括丙稀酸材料到硅基聚合物和氟聚合物材料。等離子體鍍膜是一種簡(jiǎn)單的工藝，只有一道工序，可以用來(lái)涂敷薄而均勻的薄膜，是真正的外觀涂敷工藝，它不必要固化，不必要使用任何溶剤。在一些情況下，這個(gè)工藝也不必要把連接端和連接器遮住，去掉了外觀工藝中必要人工操作、耗費(fèi)時(shí)間的工序。

  弁言

   外觀涂料的作用是珍愛(ài)電子組件，防止環(huán)境對(duì)它們?cè)斐蓳p害。涂敷這些涂料時(shí)，涂料通常是液態(tài)的，使用手工方法涂敷，例如用刷子、噴涂或浸漬的方法。對(duì)于噴涂、針涂和浸漬這些方法，可以使用主動(dòng)化的機(jī)器人來(lái)進(jìn)行，更好地進(jìn)行控制。所有這些方法可能很費(fèi)時(shí)間，而且必要大量勞力，一樣平常要求在組件的敏感部位，例如連接器和射頻（RF)元件，在涂敷之前要把它們遮住，防止液態(tài)的外觀涂料進(jìn)人和接觸這些部位。在涂敷外觀涂料后，一樣平常都必須讓外觀涂料固化。通常的做法是，使用紫外光固化，或者加熱固化，或者以某種方式把兩者結(jié)合起來(lái)。固化工序占涂敷工藝的很多時(shí)間，在涂料干燥時(shí),可能會(huì)產(chǎn)生令人不興奮的氣味和可能有害的溶劑。我們必要一種新的涂敷方法，它能夠涂敷很薄的珍愛(ài)涂料，涂料可以在各種環(huán)境下起到所必要的珍愛(ài)作用，又不必要那些不需要的工序。等離子體聚正當(dāng)就是如許的涂敷方法。

  等離子體聚正當(dāng)

   等離子體聚正當(dāng)是在等離子體條件的影響下形成聚合材料【1】。自1960年以來(lái)，對(duì)等離子體條件下的固態(tài)涂料的涂布進(jìn)行了充分的研究，有許多材料可以用這個(gè)方法涂布【2】。在等離子體條件下涂布的固態(tài)材料通常稱(chēng)為等離子體聚合物，但它們都是獨(dú)一無(wú)二的聚合物，它們與傳統(tǒng)聚合物不同之處是，等離子體聚合物沒(méi)有重復(fù)結(jié)構(gòu)，這種重復(fù)結(jié)構(gòu)通常確定一個(gè)聚合物鏈。另外，等離子體聚合物材料每每是高度交叉鏈接的，不溶于任何化學(xué)溶剤。等離子體聚合物的好處之一是，在一個(gè)比較簡(jiǎn)單的一個(gè)工序中，等離子體聚合物會(huì)形成很薄的膜，沒(méi)有針孔。這個(gè)性子是等離子體聚合物可以作為電子器件的外觀涂料的關(guān)鍵性子。

   圖1是傳統(tǒng)的直鏈聚四氟乙烯(PTFE)聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和使用等離子體淀積技術(shù)形成的含氟聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。使用等離子體淀積鍍膜技術(shù)形成的含氟聚合物由混合的碳-氟(C-F)鍵和碳-碳(C-C) 鍵構(gòu)成，是高度交叉鏈接的，而PTFE材料只包含CF2單元的重復(fù)鏈接。等離子體聚正當(dāng)?shù)牧硪粋€(gè)緊張性子是，暴露在活躍的等離子體氣體的所有外觀上，涂料以等離子系統(tǒng)統(tǒng)鍍膜的方式形成特別很是均勻的外觀涂層。這意味著，等離子系統(tǒng)統(tǒng)很容易在元件的角和邊緣上涂布，而傳統(tǒng)的液態(tài)材料涂布方法可能會(huì)產(chǎn)生題目，由于液態(tài)涂料很容易從這些尖銳的邊緣流掉。等離子體聚合物很容易和涂布的基板粘合，涂層在高溫或低溫時(shí)不會(huì)出現(xiàn)脫層的題目。

等離子體聚正當(dāng)?shù)臋C(jī)理及設(shè)備

等離子體聚正當(dāng)?shù)臋C(jī)理特別很是復(fù)雜。在等離子系統(tǒng)統(tǒng)中發(fā)生的高能電離，把體系中工作氣體電離成離子、自由電子、自由基和中性的碎片，所有這些碎片與體系中原來(lái)氣體的化學(xué)性子，以及等離子體鍍膜體系的很多參數(shù)有關(guān)，這些參數(shù)如腔室設(shè)計(jì)、電極布局、射頻（RF)頻率和功率、原來(lái)氣體的壓力和流量。市場(chǎng)上有一系列等離子系統(tǒng)統(tǒng)適合用作等離子體聚合鍍膜機(jī)。

圖2是Nanotech公司定制的三個(gè)這種體系，它們的尺寸不同，可以用來(lái)進(jìn)行從小容量的研發(fā)工作到大批量生產(chǎn)的鍍膜。這些體系是為了進(jìn)行優(yōu)化的鍍膜工藝設(shè)計(jì)的，把原來(lái)是氣態(tài)和液態(tài)的兩種材料變化成等離子體聚合涂層。小容量系統(tǒng)的內(nèi)部體積是0.12立方米，中等容量系統(tǒng)的內(nèi)部體積是0.43立方米，用于大批量制造的系統(tǒng)的內(nèi)部體積超過(guò)0.85立方米。

涂敷工藝的例子

   等離子體聚正當(dāng)中使用的涂敷工藝通常是一個(gè)簡(jiǎn)單的一歩到位工藝。樣品用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌送進(jìn)等離子體室，讓所有的緊張外觀暴露在活躍的等離子氣體中。然后根據(jù)詳細(xì)的工藝，對(duì)等離子體室抽真空，把真空度降落到幾十到幾百毫托。然后把原來(lái)的材料以氣體情勢(shì)引入等離子體室。這個(gè)原來(lái)的材料在正常大氣條件下是氣體，如一些碳?xì)浠衔铩⒎肌窔猓蛘呤且呀?jīng)變化為氣體的液體。這個(gè)從液體向氣體的變化可以通過(guò)對(duì)液體的高蒸氣壓頂部空間進(jìn)行簡(jiǎn)單的抽真空方法達(dá)到，作為載體的氣體通過(guò)液 體，然后把這些原來(lái)是飽和的載體氣體引入等離子體室，或者用更復(fù)雜的方法，對(duì)蒸氣壓特別很是低的液態(tài)材料通過(guò)霧化工藝直接噴射液體。一旦流入等離子室的工作氣體已經(jīng)穩(wěn)固，開(kāi)啟射頻發(fā)生器，工作氣體被電離成氣態(tài)等離子體。在適當(dāng)?shù)臈l件下運(yùn)行時(shí)，工作氣體淀積在樣品外觀上，形成涂層，可以調(diào)整淀積的時(shí)間來(lái)控制涂層的厚度，等離子體聚合涂敷工藝許可進(jìn)行這種調(diào)整。達(dá)到所必要的涂敷厚度后，射頻發(fā)生器關(guān)閉，把工作氣體從等離子體室消滅出去。然后等離子體室回到大氣壓，從體系中移出涂上涂層的樣品。不必對(duì)樣品進(jìn)行進(jìn)一步的干燥或固化。這個(gè)過(guò)程如圖3所示。

等離子體淀積外觀涂層

如上所述，等離子體聚合工藝能夠淀積范圍廣泛的各種材料。這些材料包括簡(jiǎn)單的碳?xì)浠衔铩⑤^復(fù)雜的碳?xì)浠衔铮绫┧狨ズ鸵蚁┗鶈误w，氟聚合物和其他的含鹵碳?xì)浠衔铮约肮杌鶚?shù)脂和其他含硅材料。

表1列出已經(jīng)用作外觀涂層的材料，它們的特點(diǎn)以及關(guān)鍵的特征。

等離子體聚合物涂層的厚度可以從幾十納米到幾個(gè)微米，詳細(xì)的厚度取決于涂敷工藝的必要。可以使用物理技術(shù)測(cè)量涂層厚度，如外觀顯微光波干涉儀或原子力顯微鏡，或者使用橢圓率測(cè)量?jī)x或反射計(jì)進(jìn)行光學(xué)測(cè)量。

圖4 是用Dektak外觀顯微光波干涉儀測(cè)量的兩個(gè)等離子體聚合物涂層的厚度。在這個(gè)例子中，涂層的厚度大致是300納米和600納米。可以使用高分辨率光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡(SEM)得到等離子體淀積形成的外觀涂層的圖像。對(duì)于使用等離子體聚合工藝涂布外觀涂層的電子組件，在涂布后任意切片，對(duì)微切片檢查涂層的涂敷狀態(tài)。

圖5是PCB組件上的焊盤(pán)外觀有一層很薄的外觀涂層。可以看到薄涂層是沿著焊盤(pán)邊緣的金屬輪廓覆蓋的，然后繼承沿PCB的外觀覆蓋焊盤(pán)的阻焊模。圖像中的亮度和對(duì)比度已被修正和加強(qiáng)，以凸起薄膜的存在。在這個(gè)例子中，涂層的厚度約為1.5微米。

圖6是高分辨率掃描電子顯微照片，涂層均勻地覆蓋金屬焊盤(pán)和相鄰的阻焊膜。請(qǐng)?jiān)敿?xì)在焊盤(pán)和阻焊膜結(jié)合部之間的復(fù)雜輪廓，涂層覆蓋得很流暢，這一點(diǎn)十分緊張。涂層順著各種材料的隆起鋪開(kāi)，甚至填滿焊錫上微小的凹隙。

圖7中的SEM顯微照片表現(xiàn)樣品外觀切片的細(xì)微形態(tài)，在這部分的涂層已經(jīng)被去棹。這個(gè)圖像表現(xiàn)了一個(gè)涂層，這個(gè)涂層在厚度和密度上相稱(chēng)均勻，是從樣品的外觀漸漸均勻形成的。所有被檢查的樣品，涂層是延續(xù)的沒(méi)有缺陷。

等離子體淀積外觀涂層的耐腐蝕性

前面已經(jīng)說(shuō)明，對(duì)于PCB，等離子體淀積的氟聚合物可作為電路板的珍愛(ài)涂層【4】。已經(jīng)看到，當(dāng)PCB暴露在嚴(yán)格的環(huán)境中時(shí)，這些涂層可以有用地防止氧化和腐蝕。已經(jīng)證實(shí)等離子體淀積的含氟聚合物涂層對(duì)防止高硫環(huán)境引起的腐蝕分外有用。眾所周知，浸銀外觀層很容易受蠕變腐蝕的影響，如今甚至已經(jīng)證實(shí)氟聚合物能夠防止浸銀外觀層的蠕變腐蝕【5】。

圖8表現(xiàn)浸銀外觀層電子電路的顯微圖像，其中一個(gè)電子電路沒(méi)有涂層，一個(gè)電子電路有使 用等離子體聚合淀積的涂層，兩個(gè)電路都在暴露高硫、高濕環(huán)境七天。沒(méi)有涂層的樣品表現(xiàn)有緊張的蠕變腐蝕，而有等離子體涂層的樣品看上去像是新的。很多外觀涂層的一個(gè)緊張的特征是，當(dāng)電路在工作時(shí)，它珍愛(ài)電子組件中的電路，不會(huì)暴露在潮氣與腐蝕性的環(huán)境。當(dāng)產(chǎn)品是置于高濕度環(huán)境中，假如樣品暴露在一個(gè)冷凝環(huán)境下，或者假如有很少的水不測(cè)地流到電路的外觀，就會(huì)出現(xiàn)潮氣與腐蝕性的情況。在這種情況下，沒(méi)有效外觀涂層珍愛(ài)的電子組件可能經(jīng)常發(fā)生災(zāi)禍性的故障。造成故障的一個(gè)機(jī)制是電子組件的外觀生長(zhǎng)晶枝。這些晶枝是導(dǎo)電的金屬鹽。這些金屬鹽是由水和腐蝕性元素在組件外觀上共同形成的，加在整個(gè)電路上的電壓會(huì)促使晶枝生長(zhǎng)。當(dāng)電路暴露在自來(lái)水下時(shí)，電路加上電壓，就可以看到潮濕環(huán)境對(duì)生長(zhǎng)晶枝的影響。自來(lái)水中有充足的鹽，能夠形成電化學(xué)電池，導(dǎo)致電路上的兩個(gè)電極之間生長(zhǎng)晶枝。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，第一組樣品使用等離子體聚合涂上一層厚度1微米的外觀涂層，而第二組樣本沒(méi)有涂層。實(shí)驗(yàn)中的兩組樣品都使用裸銅外觀和浸銀外觀。把樣品接到電壓源上，在顯微鏡下把樣品浸人自來(lái)水中，就可以進(jìn)行觀察。

圖9是第一組樣品中沒(méi)有涂層珍愛(ài)的銅電路和有等離子體淀積外觀涂層珍愛(ài)的銅電路的低倍和高倍放大圖像。沒(méi)有涂層樣品的圖像清楚地表現(xiàn)電極之間生長(zhǎng)的晶枝，而有等離子體涂層樣品的圖像表現(xiàn)電路沒(méi)有缺陷。

圖10 表現(xiàn)浸人自來(lái)水中的裸浸銀外觀和有等離子體淀積外觀涂層的浸銀外觀加上電壓后的低倍和高倍放大圖像。沒(méi)有涂層的裸銀樣品表現(xiàn)電極之間存在晶枝，而有等離子體涂層的樣品，沒(méi)有缺陷。

結(jié)論

   等離子體鍍膜是一個(gè)特別很是有吸引力的珍愛(ài)電子產(chǎn)品的涂敷方法。淀積工藝自己特別很是簡(jiǎn)單，可以對(duì)樣品進(jìn)行特別很是細(xì)微的處理制程，在一些情況下，在涂敷之前甚至不必要把連接端和連接器遮住。能夠進(jìn)行等離子體聚合的涂敷材料的范圍令人驚專(zhuān)，由于幾乎任何可以以氣相存在的材料都可以用等離子體聚正當(dāng)。因?yàn)榈入x子體聚合淀積方法容易應(yīng)用、低成本，可以在越來(lái)越多的產(chǎn)品上涂敷外觀涂層，我們預(yù)計(jì)，電子產(chǎn)品等離子體聚合工藝將進(jìn)步新一代電子器件的可靠性。

參考文獻(xiàn)

1 . Yasuda, Hk ‘Plasma Polymerization, Academic Press Inc.: Orlando, Florida,1985.

2 . N. Morosoff, “An Introduction to Plasma Polymerization,”

3 . Plasma Deposition, Treatment, and Etching of Polymers.

4 . H. Biederman, “Plasma Polymer Films, Imperial College Press, London, 2004.

5 . von Werne, T. Ph.D., Brooks, A., and Woollard, S., “Latest Developments inSurface Finishing of PCBs Using Plasma Deposition,” SMTA International Proceedings,2010.

6 . von Werne, T. Ph.D., Brooks, A., and Woollard, S., “Inhibition of CreepCorrosion using Plasma Deposited Fluoropolymer Coating, SMTA InternationalProceedings, 2011.