通過低壓等離子體工藝施加保形納米涂層的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及通過低壓等離子體工藝施加的保形納米涂層。本發(fā)明專利技術(shù)還涉及在三維結(jié)構(gòu)、特別是包含導(dǎo)電和非導(dǎo)電元件的三維結(jié)構(gòu)上形成這樣的保形納米涂層的方法。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及在三維結(jié)構(gòu)上保形地施加納米涂層的低壓等離子體工藝。本專利技術(shù)還涉及這樣的保形涂層在由不同材料制作的三維納米結(jié)構(gòu)上的施加，特別是在包含導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件的三維結(jié)構(gòu)上的施加。
技術(shù)介紹
大部分電子器件主要為導(dǎo)電材料和電絕緣材料的三維結(jié)構(gòu)。這樣的電子器件不僅包括設(shè)備，而且包括組件、裸和組裝的印刷電路板(PCB)以及諸如集成電路和晶體管的單個部件。這樣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電部分通常由諸如銅、鋁、銀或金的金屬或?qū)щ娋酆衔锘虬雽?dǎo)體材料組成。這些結(jié)構(gòu)的非導(dǎo)電部分或絕緣體通常由具有或者沒有玻璃纖維加固的諸如聚酰亞胺、聚四氟乙烯、硅樹脂或聚酰胺的聚合物或紙基材料組成。該結(jié)構(gòu)或組件中的絕緣體也可包括諸如玻璃的陶瓷材料。在電子器件的生命周期中，它們經(jīng)受各種形式的污染。某些材料 的導(dǎo)電性可能被大氣腐蝕而降低，并且污染可能導(dǎo)致導(dǎo)電通道建立在相鄰的軌跡或?qū)w之間，樹枝狀結(jié)晶(dendrite)是該機構(gòu)的示例。電子器件不斷增加地用在惡劣和污染環(huán)境中，增加了采用保形涂層保護其不受到污染。這樣的保形涂層通常為非導(dǎo)電的。傳統(tǒng)的保形涂層已經(jīng)用于組裝的電路板和組裝的單元，但是它們也可用在裸電路板上以在焊接前防止銅焊盤氧化，并且在組裝工藝后提供一定程度的保護使其免受污染。對保形涂層的最低要求是它應(yīng)在器件和環(huán)境之間提供有效的屏障，并且它應(yīng)電絕緣。保形涂層應(yīng)防止物理污染，例如，其會導(dǎo)致跨過結(jié)構(gòu)或裝置的非導(dǎo)電部分的導(dǎo)電生長，而會導(dǎo)致短路。這樣污染的示例是樹枝狀結(jié)晶和“錫觸須(tin whisker)”，樹枝狀結(jié)晶在一定條件下生長跨過表面，“錫觸須”可生長通過部件導(dǎo)線之間的空氣。涂層還必須保證金屬不在空氣中被氧化或者在其它環(huán)境氣體中不被腐蝕。該涂層應(yīng)防止在電子裝置的生命周期期間產(chǎn)生這樣的問題。由于環(huán)境變得越具有挑戰(zhàn)性，對保形涂層的要求變得越強烈。涂層必須經(jīng)受住高濕度、高溫度和包括灰塵、鹽、酸、溶劑等的高污染。傳統(tǒng)的保形涂層是基于硅樹脂(例如，JP60047024)、環(huán)氧樹脂(例如，EP0187595)、丙烯酸(例如，EP0492828)或聚氨酯(例如，CAl 144293)的聚合物，并且典型地為幾十至幾百Pm厚。它們通常通過噴涂或浸潰該器件而施加。在涂層施加前，至關(guān)重要的是該器件首先被干燥和徹底清洗。在施加涂層后，通常具有另外的干燥工藝。因此，生產(chǎn)工藝具有幾個不同的步驟，需要大量的能量和化學(xué)品，并且因此對環(huán)境的破壞很大。傳統(tǒng)的涂層施加到復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)是不容易的且甚至可能是不可能的，尤其是這些結(jié)構(gòu)的規(guī)模變得日益小型化。很多傳統(tǒng)的涂層是脆弱的，這使得它們不適合于柔性結(jié)構(gòu)。對于很多傳統(tǒng)涂層，進一步的問題發(fā)生在器件經(jīng)受重復(fù)的熱循環(huán)時，由于有限的粘附性以及膨脹特性的差別，涂層可能變得與器件分開。很多傳統(tǒng)的涂層不能穿過它們進行焊接，從而必須在執(zhí)行修理或改進之前去除涂層。已經(jīng)開發(fā)了聚對二甲苯涂層來提供這些局限性的局部解決方案(例如，US6389690)。這些涂層在真空下施加，并且因此更適合于施加到復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)工藝是復(fù)雜的，因為采用必須升華從而開始的固體前體，然后高溫分解必須在氣相的有用單體形成前執(zhí)行。聚對二甲苯涂層薄于傳統(tǒng)的保形涂層，典型地小于I至幾十微米。不同的預(yù)處理對涂層到包括組件和子組件的三維結(jié)構(gòu)的所有部件的適當粘附性是必要的，并且保證該粘附性在產(chǎn)品的壽命內(nèi)得到保持。與很多傳統(tǒng)的保形涂層一樣，聚對二甲苯涂層必須在執(zhí)行修理前去除。這樣的聚對二甲苯涂層是不易去除的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)采用等離子體聚合，其是這樣的工藝薄聚合物膜沉積在與已經(jīng)產(chǎn)生在腔室中的有機單體等離子體接觸的任何的表面上。根據(jù)沉積條件，也稱為等離子體參數(shù)，例如，功率、壓力、溫度、流量等，膜的特性可適合于器件應(yīng)用的要求。在本專利技術(shù)中，通過低壓等離子體工藝施加納米保形涂層。典型的層厚度在5和500nm之間，優(yōu)選在25和250nm之間，因此遠薄于現(xiàn)有保形涂層技術(shù)中的任何一個。因此，該涂層非常適合于復(fù)雜且小的結(jié)構(gòu)，甚至在最小拐角上也提供均勻的涂層。 等離子體聚合工藝發(fā)生在真空等離子體室中，其中控制工藝的參數(shù)包括功率、壓力、溫度、單體的類型、流量、等離子體發(fā)生器的頻率和工藝時間。用于等離子體的發(fā)生器的頻率可在kHz、MHz和GHz的范圍內(nèi)，并且它可為脈沖的或連續(xù)的。也可改變電極的數(shù)量和布置。進行等離子體聚合工藝時的壓力典型地在10和IOOOmTorr之間。執(zhí)行該工藝直到實現(xiàn)所希望的涂層厚度。所采用的功率很大程度上取決于所采用的單體，但是可典型地變化在5和5000W之間，并且可連續(xù)地或脈沖地施加。在脈沖功率模式中，脈沖的重復(fù)頻率典型地在IHz和IOOkHz之間，占空比(mark space ratio)典型地在O. 05和50%之間。施加功率的方法主要取決于所用的單體。如果分子較大和/或較不穩(wěn)定，則它容易被高功率分解，但是這導(dǎo)致很差的涂層。在此情況下，采用低功率操作和/或通過施加脈沖功率可很好地實現(xiàn)良好質(zhì)量的涂層，脈沖功率的頻率為10至IOOkHz，占空比在O. 05%和1%之間。來自等離子體形成氣體的可聚合粒子沉積在表面上以形成涂層。用作開始材料的單體以氣體形式引入等離子體中，其已經(jīng)通過輝光放電(glow discharge)引發(fā)。輝光放電中產(chǎn)生的受激電子離子化單體分子。單體分子分離產(chǎn)生自由電子、離子、受激分子和基團。基團吸收、濃縮且聚合在基板上。電子和離子交聯(lián)或產(chǎn)生化學(xué)鍵(chemical bond)，而且材料已經(jīng)沉積在基板的表面上。自由基團的產(chǎn)生優(yōu)選通過采用等離子體聚合工藝中所用的單體氣體而實現(xiàn)。本專利技術(shù)中采用的前體優(yōu)選為氣體，并且因此可易于引入等離子體室中。作為選擇，在大氣壓或減小壓力下可采用液體或固體前體，并且通過簡單加熱而蒸發(fā)，加熱溫度典型地為不超過200° C。與聚對二甲苯涂層工藝相比其自身顯示出非常簡單。對于上述電子裝置上的保形納米涂層，可采用不同范圍的前體。這些前體應(yīng)優(yōu)選包含鹵素和/或磷和/或氮和/或硅樹脂，例如-從前體CF4、C2F6' C3F6' C3F8' C4F8' C3F6C5F12' C6F14 的一種或多種和 / 或其它飽和或非飽和氫氟碳化合物(CxFy)獲得的單體，-從丙烯酸鹽(例如，C13H17O7F2X甲基丙烯酸鹽(例如，C14H9F17O2)或其混合物獲得的單體，-從磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯或其它磷酸衍生物的一種或多種前體獲得的單體，-從前體乙胺、三乙胺、丙烯胺或丙烯腈的一種或多種獲得的單體，或者-從硅氧烷、硅烷或其混合物獲得的單體。等離子體聚合工藝實際上優(yōu)選采用相同的電極設(shè)置且可能在相同的工藝參數(shù)內(nèi)通過一個或多個等離子體工藝執(zhí)行。為了獲得保形涂層和結(jié)構(gòu)或組件內(nèi)的所有部分和材料之間的良好粘附性，并且在所完成產(chǎn)品的整個壽命期間保持粘附性，有必要結(jié)構(gòu)或組件的所有構(gòu)成部分和材料被清潔 和/或必要時被蝕刻。清潔意味著去除表面上的有機污染。蝕刻意味著材料自身被去除和/或變粗糙。可以要求蝕刻以促使一定材料上的良好粘附性。低壓等離子體工藝對此特別適合，因為反應(yīng)氣體能夠滲透通過整個三維結(jié)構(gòu)，與受到表面張力限制的液體基保形涂層不同。該工藝還是干燥的，并且為操作者提供較安全的環(huán)境。與傳統(tǒng)的保形涂層方法相比，低壓等離子體工藝總體上對環(huán)境更加有利。根據(jù)所選擇的氣體或氣體本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：F賴蓋恩，A范蘭德赫姆，P馬騰斯，
申請(專利權(quán))人：歐洲等離子公司，
類型：
國別省市：