气相沉积电路涂层的特殊电气绝缘性能.doc

气相沉积电路涂层的特殊电气绝缘性能 作者：Richard Quade 特殊涂敷服务公司 SCS Parylene涂敷服务 印第安纳州 印第安纳波利斯市电子元件和电路组件的共形涂层必须满足电绝缘和环境防护要求。不断小型化的电子产品对绝缘涂层的性能提出了更高的要求，部分原因是涂层机械体积与电路功能之间的关系。绝缘性涂层最重要的特点是涂覆的完整性和均匀性，以及它在物理、电气、机械、屏蔽方面的性能。 本篇描述了真空沉积聚对二甲苯（Parylene）共形涂层，它是一种绝缘材料，其性能可以满足电路组件的涂层需要。聚对二甲苯是热塑性聚合物家族中的成员，它们能通过稀薄的气体附着在表面，而不是通过传统的喷涂或浸涂工艺来涂敷。 这些透明的聚合物实际上是高结晶和线性的，具有优异的介电和屏蔽性能，以及化学惰性，而且致密无针孔。聚对二甲苯在基材上形成薄薄的一层厚度均匀的涂层不同的是，液体涂层可能会聚集在内角上或夹在元件之间。正因为如此，传统涂敷会随着温度变化产生机械应力。根据粘度、工作温度及所选应用方法的不同，液体共形涂层的厚度公差能够调整在 50%范围内。Parylene在基材上的厚度，与真空沉积停留时间以及真空涂敷用的汽化原材料量有关。这种高分子薄膜最终的厚度能够被控制在10%精度范围内。Parylene一般一次涂敷的厚度从0.1微米75微米不等，涂敷速度可达到每小时5微米。当一层的厚度为12.7微米以上时，涂敷材料能满足MIL-I-46058中规定的涂层防护和电气绝缘标准要求。沉积过程通过气相聚合，Parylene真空沉积 在真空容器内被涂敷的基材上。它作为一种共形涂层能够涂到所有暴露的表面、拐角和裂缝里。因为Parylene不是液体，所以在涂敷过程中它不会聚集、桥接或形成弯月面。Parylenes在大约0.1托（图1）真空条件下形成。在这些条件下，在沉积室内气体分子的平均自由程只有0.1厘米。这样，待封装物体的每一面都会受到气态单体不规则的撞击，形成高度共形的涂层。在沉积过程中没有液相，且基材的温度接近环境温度。图1Parylene真空沉积过程在物体涂敷Parylene前，应去除油和杂质使粘附牢靠。有些器件上需要使用胶带或硅橡胶材料作保护，以防止聚合物涂层涂到器件上的电接点或不能涂敷的区域。有些小物体可以采用有效的滚动方法涂敷Parylene，工件架一般用于在沉积过程中支撑需要涂敷的物件。聚对二甲苯Parylene聚合物通常有三种形式：ParyleneC，ParyleneN及ParyleneD。它们各自有不同的性能，以满足不同的绝缘要求。例如，Parylene N有特殊的高介电强度和不因频率而改变的介电常数。由于其在单体状态下有很高的分子活性，Parylene N的穿透力最强，适合于涂敷深凹处或盲孔。 Parylene N拥有很低的介质损耗因子和介电常数，是可直接在射频电场中使用的一种理想的高频应用涂层。与液体涂层不同，Parylene沉积过程不会夹杂空气，也就不会产生高频电晕问题。 Parylene C在苯环上有一个氯原子，这样它的电气性能和物理性能就发生了一些改变，包括对湿气和腐蚀性气体的低渗透性。Parylene C的沉积速度比Parylene N快，导致它沉积时的裂缝渗透能力比Parylene N差。Parylene D在苯环上有两个氯原子，它的热稳定性最高，相比较于Parylenes C 和 N，在高温下它的物理与电气性能更好。Parylene突出的整体电气性能非常适合于电气和电子行业。它的介电常数和电介质损耗低，且不会受到湿气的影响。由于聚合物的纯度高，吸湿率低，不含铁杂质，因而体积电阻率高。三种Parylene的电气性能见表1，屏蔽性能见表2，机械性能见表3。表1-Parylene电气性能表2-Parylene屏蔽性能表3-Parylene机械性能Parylene的高表面电阻率是由于它有疏水性和低表面张力而形成的。使用更加广泛的Parylene C 和 N的电气性能（体积电阻率，介质损耗因子和介电常数）与温度的关系见图4。图4不同温度下Parylene C 和 N的电气性能图5显示了一个实验结果：独立的Parylene薄膜长时间暴露在升高的温度下，其拉伸强度的变化。从这个数据可以看出10年内如果将Parylenes N、C和D分别放在60、80和100 C条件下暴露在空气中，它们的物理性能不会显著损失。图5Parylenes N、C和D受温度影响后的有效使用寿命。失效=拉伸强度降低50%。与传统液体共形涂层不同的是，因为用一致的方法，且对基材尺寸仅有极小变化，使 Parylene的涂敷具有一致性，有可重复性和可预见性。无催化的汽化工艺保证了涂层不含杂质。Parylene的用量小，无针孔的屏蔽性能等，这些特点以及它每单位厚度的绝缘性能，都说明它能够满足精密的基材对电绝缘的要求。 由于Parylene的固化会在沉积时自动产生，基材不会受到