等离子体聚合与电子产品

本文讨论等离子体涂料的涂敷工艺和使用的设备。这种类型的涂料在电子组件中的应用和在高频射频组件中的应用，本文还根据等离子体涂层的测试效果，说明这种类型的涂层对组件提供的珍爱作用。

外观涂料是用来珍爱电子组件和电子产品，防止它们因为接触的环境而损坏，并且延伸寿命，进步可靠性。外观涂料是特别配制的漆，可以用刷子、喷涂、浸渍、 或者选择性涂敷的方法涂敷上去，每每必须涂布几种材料， 涂布时要把那些不许可有涂料的部位遮住，必要许多时间 而且费用不菲。因为缺少简单、价廉而有用的方法为电子 器件涂敷外观涂料，很多制造商不能用外观涂料来珍爱他们的产品。

如今已经研制出一种新型外观涂敷方法，它使用低 功率等离子体室镀上一层超薄的聚合物。可以使用这种方 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。等离子体镀膜是一种简单的工艺，只有一道工序，可以用来涂敷薄而均匀的薄膜，是真正的外观涂敷工艺，它不必要固化，不必要使用任何溶剤。在一些情况下，这个工艺也可能不必要把连接端和连接器遮住，去掉了外观工艺中必要人工操作、耗费时间的工序.

弁言

外观涂料的作用是珍爱电子组件，防止环境对它们造成损害。涂敷这些涂料时，涂料通常是液态的，使用手工方法涂敷，例如用刷子、喷涂或浸渍的方法。对于 喷涂、针涂和浸渍这些方法，可以使用主动化的机器人 来进行，更好地进行控制。所有这些方法可能很费时间， 而且必要大量劳力，一样平常要求在组件的敏感部位，例如 连接器和射频（RF)元件，在涂敷之前要把它们遮住， 防止液态的外观涂料进人和接触这些部位。在涂敷外观 涂料后，一样平常都必须让外观涂料固化。通常的做法是，使用紫外光固化，或者加热固化，或者以某种方式把两者結合起来。固化工序占涂敷工艺的很多时间，在涂料 干燥时，可能会产生令人不兴奋的气味和可能有害的溶 剤。我们必要一种新的涂敷方法，它能够涂敷很薄的保 护涂料，涂料可以在各种环境下起到所必要的珍爱作用， 又不必要那些不需要的工序。等离子体聚正当就是如许的涂敷方法。

等离子体聚正当

等离子体聚正当是在等离子体条件的影响下形成聚 合材料⑴。自1960年以来，对等离子体条件下的固态涂 料的涂布进行了充分的研究，有许多材料可以用这个方 法涂布。在在等离子体条件下涂布的固态材料通常称为等离子体聚合物，但它们都是独一无ニ的聚合物，它们 与传统聚合物不同之处是，等离子体聚合物没有重复结 构，这种重复结构通常确定一个聚合物链。另外，等离子体聚合物材料每每是高度交叉链接的，不溶于任何化 学溶剤。等离子体聚合物的好处之一是，在一个比较简 单的一个工序中，等离子体聚合物会形成很薄的膜，没有针孔。这个性子是等离子体聚合物可以作为电子器件 的外观涂料的关键性子。

图1是传统的直链聚四氟こ烯 (PTFE)聚合物的化学结构和使用等离子体淀积技术形成 的含氟聚合物的化学结构。使用等离子体淀积镀膜技术 形成的含氟聚合物由混合的碳-氟(C-F)键和碳-碳(C-C) 键构成，是高度交叉链接的，而PTFE材料只包含CF2 单元的重复链接。等离子体聚正当的另一个紧张性子是，暴露在活跃 的等离子体气体的所有外观上，涂料以等离子系统统镀膜 的方式形成特别很是均匀的外观涂层。这意味着，等离子系统 统很容易在元件的角和边缘上涂布，而传统的液态材料涂 布方法可能会产生题目，由于液态涂料很容易从这些尖锐 的边缘流掉。等离子体聚合物很容易和涂布的基板粘合， 涂层在高温或低温时不会出现脱层的题目。

等离子体聚正当的机理及设备

等离子体聚正当的机理特别很是复杂。在等离子系统统 中发生的高能电离，把体系中工作气体电离成离子、自由电子、自由基和中性的碎片，所有这些碎片与体系中原来 气体的化学性子，以及等离子体镀膜体系的很多参数有关， 这些参数如腔室设计、电极布局、射频（RF)频率和功率、 原来气体的压カ和流量。

涂敷工艺的例子

等离子体聚正当中使用的涂敷工艺通常是一个简单 的一歩到位工艺。样品用适当的导轨送进等离子体室，让 所有的紧张外观暴露在活跃的等离子气体中。然后，根据 详细的工艺，对等离子体室抽真空，把真空度降落到几十 到几百毫托。然后把原来的材料以气体情势引入等离子体 室。这个原来的材料在正常大气条件下是气体，如一些碳 氢化合物、氟碳、胺气，或者是已经变化为气体的液体。 这个从液体向气体的变化可以通过对液体的高蒸气压顶部 空间进行简单的抽真空方法达到，作为载体的气体通过液 体，然后把这些原来是饱和的载体气体引入等离子体室， 或者，用更复杂的方法，对蒸气压特别很是低的液态材料通过 雾化工艺直接喷射液体。一旦流入等离子室的工作气体已经稳固，开启射频 发生器，工作气体被电离成气态等离子体。在适当的条 件下运行时，工作气体淀积在样品外观上，形成涂层，可以调整淀积的时间来控制涂层的厚度，等离子体聚合 涂敷工艺许可进行这种调整。达到所必要的涂敷厚度后， 射频发生器关闭，把工作气体从等离子体室消灭出去。 然后等离子体室回到大气压，从体系中移出涂上涂层的样品。不必对样品进行进一步的干燥或固化。这个过程如图3所示。

等离子体淀积外观涂层

如上所述，等离子体聚合工艺能够淀积范围广泛的 各种材料。这些材料包括简单的碳氢化合物、较复杂的碳 氢化合物，如丙烯酸酯和こ烯基单体，氟聚合物和其他的含卤碳氢化合物，以及硅基树脂和其他含硅材料。

表1列出已经用作外观涂层的材料，它们的特点， 以及关键的特征。

等离子体聚合物涂层的厚度可以从几十纳米到几个微米，详细的厚度取决于涂敷工艺的必要。可以使用物理 技术测量涂层厚度，如外观显微光波干涉仪或原子力显微 镜，或者使用椭圆率测量仪或反射计进行光学测量。

图4 是用Dektak外观显微光波干涉仪测量的两个等离子体聚 合物涂层的厚度。在这个例子中，涂层的厚度大致是300 纳米和600纳米。可以使用高分辨率光学显微镜和扫描电子显微镜 (SEM)得到等离子体淀积形成的外观涂层的图像。对于 使用等离子体聚合工艺涂布外观涂层的电子组件，在涂布 后任意切片，对微切片检查涂层的涂敷状态。图5是PCB组件上的焊盘外观有一层很薄的外观涂层。可以看到薄涂 层是沿着焊盘边缘的金属轮廓覆盖的，然后继承沿PCB 的外观覆盖焊盘的阻焊模。图像中的亮度和对比度已被修正和加強，以凸起薄膜的存在。在这个例子中，涂层的厚度约为1.5微米。

图6是高分辨率扫描电子显微照片，涂层均匀地覆 盖金属焊盘和相邻的阻焊膜。请详细在焊盘和阻焊膜结合 部之间的复杂轮廓，涂层覆盖得很流畅，这一点十分紧张。 涂层顺着各种材料的隆起铺开，甚至填满焊锡上微小的凹 隙。

图7中的SEM显微照片表现样品外观切片的細微形 态，在这部分的涂层已经被去棹。这个图像表现了一个涂 层，这个涂层在厚度和密度上相称均匀，是从样品的外观 渐渐均匀形成的。所有被检查的样品，涂层是延续的，没有缺陷。等离子体淀积外观涂层的耐腐蚀性前面已经说明，对于PCB，等离子体淀积的氟聚合 物可作为电路板的珍爱涂层。已经看到，当PCB暴露 在严格的环境中时，这些涂层可以有用地防止氧化和腐蚀。 已经证实等离子体淀积的含氟聚合物涂层对防止高硫环境 引起的腐蚀分外有用。众所周知，浸银外观层很容易受蠕 变腐蚀的影响，如今甚至已经证实氟聚合物能够防止浸银 外观层的蠕变腐蚀。

图8表现浸银外观层

电子电路的显 微图像，其中一个电子电路没有涂层，一个电子电路有使 用等离子体聚合淀积的涂层，两个电路都在暴露高硫、高 湿环境七天。没有涂层的样品表现有紧张的蠕变腐蚀，而 有等离子体涂层的样品看上去像是新的。很多外观涂层的一个紧张的特征是，当电路在工作 时，它珍爱电子组件中的电路，不会暴露在潮气与腐蚀性 的环境。当产品是置于高湿度环境中，假如样品暴露在一个冷凝环境下，或者，假如有很少的水不测地流到电路的 外观，就会出现潮气与腐蚀性的情况。在这种情况下，没 有效外观涂层珍爱的电子组件可能经常发生灾祸性的故 障。造成故障的一个机制是电子组件的外观生长晶枝。这 些晶枝是导电的金属盐。这些金属盐是由水和腐蚀性元素 在组件外观上共同形成的，加在整个电路上的电压会促使 晶枝生长。当电路暴露在自来水下时，电路加上电压，就可以 看到潮湿环境对生长晶枝的影响。自来水中有充足的盐， 能够形成电化学电池，导致电路上的两个电极之间生长 晶枝。在这个实验中，第一组样品使用等离子体聚合涂 上一层厚度1微米的外观涂层，而第二组样本没有涂层。 实验中的两组样品都使用裸铜外观和浸银外观。把样品接到电压源上，在显微镜下把样品浸人自来水中，就可 以进行观察。

图9是第一组样品中没有涂层珍爱的铜电路和有等 离子体淀积外观涂层珍爱的铜电路的低倍和高倍放大图 像。没有涂层样品的图像清楚地表现电极之间生长的晶枝， 而有等离子体涂层样品的图像表现电路没有缺陷。

图10 表现浸人自来水中的裸浸银外观和有等离子体淀积外观涂 层的浸银外观加上电压后的低倍和高倍放大图像。没有涂 层的裸银样品表现电极之间存在晶枝，而有等离子体涂层 的样品，没有缺陷。

结论

等离子体镀膜是一个特别很是有吸弓I力的珍爱电子产品 的涂敷方法。淀积工艺自己特别很是简单，可以对样品进行非 常細微的处理或制各，在一些情况下，在涂敷之前甚至不 必要把连接端和连接器遮住。能够进行等离子体聚合的涂 敷材料的范围令人惊专，由于几乎任何可以以气相存在的 材料都可以用等离子体聚正当。因为等离子体聚合淀积方法容易应用、低成本，可以在越来越多的产品上涂敷外观 涂层，我们预计，电子产品等离子体聚合工艺将进步新一代电子器件的可靠性。

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