摘  要:

介紹了雷達在嚴酷的環境條件下“三防”的重要性,列舉了聚合物Parylene的特點,闡述了Parylene涂覆所采取的氣相沉積原理和制備工藝。對Parylene涂層的性能與環氧涂層、有機硅涂層、聚氨酯涂層的性能進行了對比分析和探討;并針對雷達的微波組件、數字電路組件、高功率組件等電子設備,分析了Parylene涂層應用優勢。

關鍵詞:

雷達;派拉倫;聚氨酯;三防涂層

0　引　言

雷達電子設備的使用環境是非常嚴酷的,各種自然環境條件和平臺環境條件相對于民用電子設備來說,工作環境的溫度劇變大、氣壓低、鹽蝕嚴重且電子設備的發展趨勢是體積小、功率大、集成化高、可靠性和環境適應性要求高。為保證能在惡劣的環境下正常工作,不影響到雷達整機的使用壽命和可靠性,對于雷達電子設備來說,有效的三防處理是保證雷達電子設備可靠性和提高使用壽命的必要手段。現有“三防技術”中,常用的聚氨酯、丙烯酸酯、環氧樹脂、有機硅等涂層對雷達電子設備的微波電路性能有一定影響,且對較高頻率影響尤為明顯。隨著三防技術的發展,一種新型聚合物Parylene涂層材料,可以很好地解決上述問題,使得它在雷達電子設備上具有良好的應用潛力。

1　Parylene介紹

“Parylene”譯名“派拉倫”,是20 世紀60 年代中期美國Union Carbide公司開發應用的一種新型覆形涂層材料[ 1 ] ,它是一種對二甲苯的聚合物。Parylene

涂層用獨特的真空氣相沉積工藝制備,由活性小分子在基材表面“生長”出完全敷形的聚合物薄膜涂層,它能涂覆到各種形狀的表面,包括尖銳的棱邊、裂縫里和

內表面。這種室溫沉積的0. 1 μm ～100 μm 薄膜涂層,厚度均勻、致密無針孔、透明無應力、不含助劑、不損傷工件、有優異的電絕緣性和防護性。精細的尺寸和優異的性能相結合,使Parylene在要求高性能和高可靠性的現代高新技術產品中得到了越來越多的應用。

2　Parylene與傳統涂層性能對比以及涂覆的工藝

Parylene涂層的涂覆采取的是氣相沉積原理,其過程類似于真空金屬鍍膜,真空沉積過程是在0. 1 torr左右的壓力下進行的,對二甲苯的聚合物在真空狀態

中受熱后從固態轉變為氣態,又在工件表面由氣態轉變為固態沉積下來,吸附在被涂覆物體上,并進行聚合過程,如圖1所示[ 2 ] 。在被涂覆物體的表面形成一層均勻、致密的保護層,得到所謂真正的敷形特性的涂覆,如圖2所示。Parylene真空鍍膜的整個過程操作簡單,只需要簡單的監控。

下面表1給出Parylene涂層的主要性能及與其他材料涂層的比較。

表1　Parylene涂層的主要性能及與其他涂層的比較

　從表1可以看出, Parylene具有相對較低的介電常數和介質損耗因數,可在較薄的涂層厚度下達到較高的防護效果,且涂層均勻性好,如果應用于微波組件

的防護,可有效減少涂覆材料對其性能的影響和傳輸過程中造成的附加功率損耗。另外,從導熱性、吸水性來看, Parylene具有較好的防潮、導熱效果;利用涂覆工藝原理,涂層厚度具有良好的一致性,厚度差可控制在3μm以內,這是其他材料很難達到的。

3　Parylene優點

(1)完全的封裝。氣相沉積使Parylene涂覆達到液態涂覆所難以達到的表面并且不會在相鄰的表面之間形成橋接。

(2)無應力應用。在室溫下Parylene的聚合過程不需要溶劑或其他添加劑,而這些物質都會產生漏氣以及在易損表面產生不同的應力。

(3)化學純凈性和惰性。因為Parylene沉積過程是瞬間完成在涂覆時不需要凝結時間, Parylene涂層沒有凝結結晶殘留,因此特別純凈并具有化學惰性。

(4)一致性。Parylene涂層是由凝結的活性單體在現面生長成高聚物形成的,分子之間緊密相連,這種獨特的過程使其具有非常好的一致性、均勻性并且不會產生針孔和缺陷。

(5)有用的特性。Parylene所表現的有用特性包括干膜潤滑性、粒子的穩定性、疏水性、生物相容性、化學不可溶性、對水解剝蝕的不敏感性、熱穩定性、低滲

透性和高絕緣性。這種涂層可以通過幾種方法除去以利于修復所覆蓋的基片例如昂貴的電路,被修復的電路可以重新用Parylene涂覆。

(6)過程控制。由于Parylene涂層是在基片表面向外生長的,高聚物可以被控制在100 nm到幾十個納米,這種性能,同Parylene的低滲透物性一起,可以做到用最少的涂覆量得到最需要的保護。

4　雷達中的應用探討

雷達電子設備主要由微波組件、數字電路組件、高功率組件等組成,通過一定的裝配和互聯關系而實現一定的功能。由于雷達電子設備所處的環境惡劣,因

此關鍵部位三防尤為重要。

4. 1　Parylene在雷達微波組件上的應用

雷達電子設備的常規三防處理是采用液態涂料涂覆,高頻微波組件一般不涂覆或者采用密封的方法,對于在盒體內的微波電路板采用密封方法,既可以起到防護作用,也起到電磁屏蔽的作用。但是工藝比較復雜,對于大功率的電路來說,由于元器件的發熱不能及時散出,會出現較嚴重的熱故障。微波組件三防工藝

不足之處:

(1) 涂覆材料對微波性能的影響大并會造成的附加功率損耗;

(2) 微波器件由于涂覆過厚的防護材料而導致特性畸變,同時增加設備重量,減少了熱擴散能量。

相比之下,而采取Parylene涂覆來作為微波器件的三防處理手段,可以起到很好的作用,這是因為,Parylene涂層不僅有優異的介電性能、低的介質損耗和高的介電強度,同時具有優異的尺寸穩定性和低溫性能。所以在微波組件上應用Parylene涂層的三防效果,明顯優于液態涂料涂覆效果。

根據了解到的情況,美軍標M IL2I246058C293 規定所使用的5大類材料中就有用真空氣相沉積的方法聚合的超薄Parylene系列防護涂層。經過試驗研究,涂層厚度在15 μm左右, Parylene防護的微波電路的頻率4 GHz～6 GHz[ 4 ] 。

4. 2　Parylene在雷達數字電路組件上的應用

隨著雷達裝備技術的發展,數字電路組件也日益向小型化和高密度方向發展,由于大量使用高密度AMO、BGA表面貼裝器件,所以數字電路組件三防措施也是非常重要。目前,雷達數字電路組件三防主要使用聚氨酯、環氧樹脂等液體防護涂料。通過噴涂、刷涂,然后再烘干固化的工藝,在數字電路組件表面形成防護涂層。這類三防處理與Parylene三防處理相比,在數字電路組件上表現差異如下:

(1) 在基材表面由于此類液體涂料的粘度和表面張力等原因,涂層厚度不均勻,在棱、角等處涂層較薄;而Parylene涂覆通過氣相沉積原理能夠在基材表面形成厚度一致的薄膜,且涂層厚度可以控制很薄,能對印制電路組件的表面提供非常可靠的防護;

(2) 當元器件之間、元器件與基板之間僅有很小間距時,液體涂料會因涂層流淌不到而形成氣隙,也容易與外界物質反應,形成腐蝕;而Parylene完全的封裝性、化學純凈性和惰性,解決了這類問題,它通過氣相沉積使Parylene涂覆液態涂層所難以達到的表面;不會在相鄰的表面之間形成橋接;另外,涂層沒有凝結結晶殘留,特別純凈并具有化學惰性起到了很好保護作用;

(3) 聚氨酯涂層固化、烘干后會因溶劑或小分子助劑的揮發,產生收縮應力或在涂層中形成微小針孔;這些傳統涂層的介電強度一般也在2000 V /25μm以下,因此必須要經一次或多次涂覆,用較厚的涂層才能實現較可靠的防護;但Parylene涂覆利用氣相沉積原理一次成型,在室溫下Parylene的聚合過程不需要溶劑或其他添加劑,所以不會產生漏氣和表面產生不同的應力且介電強度是聚氨酯的3倍以上。

通過以上對比可以看出,在雷達使用環境條件下,使用Parylene材料對雷達數字電路組件進行三防處理,能夠更好的滿足雷達電子設備的三防要求。

4. 3　Parylene在雷達高功率組件上的應用

雷達的高功率組件是電阻電容密集度非常高的地方,通過Parylene三防處理,可以很好解決防霉、導熱、水汽滲透等問題。與其他涂層相比, Parylene防護的電路電阻幾乎不下降,而且水汽滲透低、導熱性好、防霉效果強,還有利于組件工作熱量的消散。它作為防護涂層能使電阻、電容、電路具有更高的可靠性,因此,在雷達高功率組件上Parylene涂層與其他涂料比較更顯示出其優異的防護優勢。

5　結束語

Parylene由于其優異的性能,將逐漸成為軍用、航空高密集度小型化產品防護處理的一種趨勢。在嚴酷環境條件下, Parylene防護處理可使雷達器件抗惡劣環境的(濕熱、霉菌、鹽霧)能力以及可靠性大大提高,相信將來Parylene將更多地應用各個領域中。從另一個角度看,雷達電子設備的“三防”性能已成為系統整機重要的技術指標之一。單純的工藝技術實施是一方面,更重要是突破傳統“三防技術”的范疇,把“三防”理念向電路、結構、工藝設計和綜合性的技術管理等方面擴展,更加注重“三防設計”,而并非單純的在產品完成后進行“三防防護”。

參考文獻

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