等離子體聚合與電子產(chǎn)品

本文討論等離子體涂料的涂敷工藝和使用的設(shè)備。這種類型的涂料在電子組件中的應(yīng)用和在高頻射頻組件中的應(yīng)用，本文還根據(jù)等離子體涂層的測試效果，說明這種類型的涂層對組件提供的珍愛作用。

外觀涂料是用來珍愛電子組件和電子產(chǎn)品，防止它們因為接觸的環(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， 涂布時要把那些不許可有涂料的部位遮住，必要許多時間 而且費用不菲。因為缺少簡單、價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珍愛他們的產(chǎn)品。

如今已經(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單的工藝，只有一道工序，可以用來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，這個工藝也可能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、耗費時間的工序.

弁言

外觀涂料的作用是珍愛電子組件，防止環(huán)境對它們造成損害。涂敷這些涂料時，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。對于 噴涂、針涂和浸漬這些方法，可以使用主動化的機(jī)器人 來進(jìn)行，更好地進(jìn)行控制。所有這些方法可能很費時間， 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。固化工序占涂敷工藝的很多時間，在涂料 干燥時，可能會產(chǎn)生令人不興奮的氣味和可能有害的溶 剤。我們必要一種新的涂敷方法，它能夠涂敷很薄的保 護(hù)涂料，涂料可以在各種環(huán)境下起到所必要的珍愛作用， 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⑴。自1960年以來，對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方 法涂布。在在等離子體條件下涂布的固態(tài)材料通常稱為等離子體聚合物，但它們都是獨一無ニ的聚合物，它們 與傳統(tǒng)聚合物不同之處是，等離子體聚合物沒有重復(fù)結(jié) 構(gòu)，這種重復(fù)結(jié)構(gòu)通常確定一個聚合物鏈。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，在一個比較簡 單的一個工序中，等離子體聚合物會形成很薄的膜，沒有針孔。這個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)的直鏈聚四氟こ烯 (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€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不會出現(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 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、電極布局、射頻（RF)頻率和功率、 原來氣體的壓カ和流量。

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簡單 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。然后把原來的材料以氣體情勢引入等離子體 室。這個原來的材料在正常大氣條件下是氣體，如一些碳 氫化合物、氟碳、胺氣，或者是已經(jīng)變化為氣體的液體。 這個從液體向氣體的變化可以通過對液體的高蒸氣壓頂部 空間進(jìn)行簡單的抽真空方法達(dá)到，作為載體的氣體通過液 體，然后把這些原來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，對蒸氣壓特別很是低的液態(tài)材料通過 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 件下運行時，工作氣體淀積在樣品外觀上，形成涂層，可以調(diào)整淀積的時間來控制涂層的厚度，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。不必對樣品進(jìn)行進(jìn)一步的干燥或固化。這個過程如圖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。這些材料包括簡單的碳?xì)浠衔铩⑤^復(fù)雜的碳 氫化合物，如丙烯酸酯和こ烯基單體，氟聚合物和其他的含鹵碳?xì)浠衔铮约肮杌鶚渲推渌璨牧稀?/span>

表1列出已經(jīng)用作外觀涂層的材料，它們的特點， 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，或者使用橢圓率測量儀或反射計進(jìn)行光學(xué)測量。

圖4 是用Dektak外觀顯微光波干涉儀測量的兩個等離子體聚 合物涂層的厚度。在這個例子中，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，對微切片檢查涂層的涂敷狀態(tài)。圖5是PCB組件上的焊盤外觀有一層很薄的外觀涂層。可以看到薄涂 層是沿著焊盤邊緣的金屬輪廓覆蓋的，然后繼承沿PCB 的外觀覆蓋焊盤的阻焊模。圖像中的亮度和對比度已被修正和加強(qiáng)，以凸起薄膜的存在。在這個例子中，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 蓋金屬焊盤和相鄰的阻焊膜。請詳細(xì)在焊盤和阻焊膜結(jié)合 部之間的復(fù)雜輪廓，涂層覆蓋得很流暢，這一點十分緊張。 涂層順著各種材料的隆起鋪開，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。這個圖像表現(xiàn)了一個涂 層，這個涂層在厚度和密度上相稱均勻，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，沒有缺陷。等離子體淀積外觀涂層的耐腐蝕性前面已經(jīng)說明，對于PCB，等離子體淀積的氟聚合 物可作為電路板的珍愛涂層。已經(jīng)看到，當(dāng)PCB暴露 在嚴(yán)格的環(huán)境中時，這些涂層可以有用地防止氧化和腐蝕。 已經(jīng)證實等離子體淀積的含氟聚合物涂層對防止高硫環(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)證實氟聚合物能夠防止浸銀 外觀層的蠕變腐蝕。

圖8表現(xiàn)浸銀外觀層

電子電路的顯 微圖像，其中一個電子電路沒有涂層，一個電子電路有使 用等離子體聚合淀積的涂層，兩個電路都在暴露高硫、高 濕環(huán)境七天。沒有涂層的樣品表現(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緊張的特征是，當(dāng)電路在工作 時，它珍愛電子組件中的電路，不會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冷凝環(huán)境下，或者，假如有很少的水不測地流到電路的 外觀，就會出現(xiàn)潮氣與腐蝕性的情況。在這種情況下，沒 有效外觀涂層珍愛的電子組件可能經(jīng)常發(fā)生災(zāi)禍性的故 障。造成故障的一個機(jī)制是電子組件的外觀生長晶枝。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，加在整個電路上的電壓會促使 晶枝生長。當(dāng)電路暴露在自來水下時，電路加上電壓，就可以 看到潮濕環(huán)境對生長晶枝的影響。自來水中有充足的鹽， 能夠形成電化學(xué)電池，導(dǎo)致電路上的兩個電極之間生長 晶枝。在這個實驗中，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，而第二組樣本沒有涂層。 實驗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水中，就可 以進(jìn)行觀察。

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

圖10 表現(xiàn)浸人自來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，沒有缺陷。

結(jié)論

等離子體鍍膜是一個特別很是有吸弓I力的珍愛電子產(chǎn)品 的涂敷方法。淀積工藝自己特別很是簡單，可以對樣品進(jìn)行非 常細(xì)微的處理或制各，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，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)。因為等離子體聚合淀積方法容易應(yīng)用、低成本，可以在越來越多的產(chǎn)品上涂敷外觀 涂層，我們預(yù)計，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。

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