中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所 喻少英 張 烜 劉 鑫

聚對(duì)二甲苯(parylene)材料在20世紀(jì)60年代中期由美國(guó)聯(lián)碳公司開(kāi)發(fā)、應(yīng)用。它由獨(dú)特的氣相沉積工藝制備，具有優(yōu)良的物理、機(jī)械、電性能[1]，70年代就被美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定為電子電路優(yōu)質(zhì)保護(hù)材料，是一種高度晶度的熱塑性高分子材料[2-3]。苯環(huán)上取代基有鹵素、烷基、芳基、氰基、硝基等數(shù)十種，到目前為止Parylene家族已形成一系列性質(zhì)相近的多種型號(hào)[4-5]。其中，以鹵素取代基的穩(wěn)定性較好，3種主要的型號(hào)為N型(無(wú)取代基)、C型(1氯取代基)和D型(2氯取代基)。ParyleneN是一種很好的介電材料，具有非常低的介質(zhì)耗電常數(shù)、高絕緣強(qiáng)度以及不隨頻率變化的絕緣常數(shù)，所有Parylene中穿透能力最高的一種。ParyleneD具有更高的耐熱能力。ParyleneC將良好的電性能、物理性能結(jié)合在一起，并且對(duì)于潮濕和其他腐蝕性氣體具有低滲透性，除了可以提供真正的無(wú)針孔涂覆隔離外，ParyleneC是涂覆重要電路板的首選材料，具有高的絕緣性、熱穩(wěn)定性、耐溶劑性、無(wú)熱應(yīng)力、膜超薄、均勻、透明、無(wú)針孔，并且在元器件的底部及狹窄的縫隙均能涂覆到。由于它的這些優(yōu)點(diǎn)，用來(lái)做電子線(xiàn)路板的保護(hù)材料，將提高電子設(shè)備工作的可靠性和性能的穩(wěn)定性。但聚對(duì)二甲苯是化學(xué)惰性的材料，它與基底材之間的濕潤(rùn)性比較差，即附著力差，為解決這個(gè)問(wèn)題，一般采用對(duì)基體表面進(jìn)行偶聯(lián)劑處理和等離子處理等方法。目前，國(guó)外使用的主要牌號(hào)為sailine A174的硅烷偶聯(lián)劑，國(guó)內(nèi)主要使用的牌號(hào)為KH560、SC-70等。并且Wu等研究認(rèn)為，一端含有乙烯基或苯胺基，另一端含有甲氧基的硅烷偶聯(lián)劑對(duì)Parylene附著力的提高效果很好[6-7]。因此，本文著重對(duì)真空涂覆促進(jìn)工藝進(jìn)行全面研究，以提高Parylene涂層與基板的附著力，并找出最佳的促進(jìn)工藝及工藝參數(shù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

(1) 選擇不同的促進(jìn)劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

(2) 找出最佳促進(jìn)濃度、促進(jìn)時(shí)間。

(3) 找出電路板ParyleneC涂層耐三防性能的最佳厚度范圍。

(4) 測(cè)試ParyleneC涂層耐溶劑性能。(5) 測(cè)試ParyleneC涂層耐高、低溫性。(6) 測(cè)試ParyleneC涂層的附著力。

1.2 試驗(yàn)要求

(1) 在最佳促進(jìn)工藝下，ParyleneC涂層的附著力≤2級(jí)。

(2) 溫度試驗(yàn)按GJB150.5-86《軍用設(shè)備環(huán)境使用方法、溫度沖擊試驗(yàn)》執(zhí)行。

(3) 濕熱試驗(yàn)按GJB150.9-86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法、濕熱試驗(yàn)》執(zhí)行。

(4) 霉菌試驗(yàn)按GJB150.10-86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法、霉菌試驗(yàn)》執(zhí)行。

(5) 鹽霧試驗(yàn)按GJB150.11-86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法、鹽霧試驗(yàn)》執(zhí)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

PDS-2060真空涂覆設(shè)備；MP30不導(dǎo)電覆蓋厚度測(cè)量?jī)x；PSL-4G型超低溫恒溫恒濕箱；MJ-010霉菌試驗(yàn)箱；CDTC1300 鹽霧試驗(yàn)箱；CST320T溫度沖擊箱。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同促進(jìn)劑試驗(yàn)對(duì)比

分別選擇了3種促進(jìn)劑，牌號(hào)為770、SC-70、A-174，溶液為異丙醇和水(表1)。

表1 幾種促進(jìn)劑附著力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1附著力可知，SC-70和A-174均滿(mǎn)足要求，其中A-174附著力好，但由于進(jìn)口A-174價(jià)格昂貴，比國(guó)產(chǎn)SC-70價(jià)格要高出10倍。因此，選擇SC-70更理想，從工藝上著手提高附著力。

2.2 最佳促進(jìn)時(shí)間和促進(jìn)液濃度的確定

(1) 根據(jù)附著力測(cè)試，對(duì)促進(jìn)工藝時(shí)間進(jìn)行篩選(表2)。

表2 相同濃度、不同促進(jìn)工藝時(shí)間附著力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

漂洗時(shí)間對(duì)附著力影響很大，漂洗時(shí)間不易太長(zhǎng)，故選擇漂洗時(shí)間為5s。不進(jìn)行晾曬，附著力為3級(jí)，效果不好，因此促進(jìn)工藝時(shí)間必須由浸+晾+漂3部組成，缺一不可。

(2) 固定促進(jìn)工藝時(shí)間，對(duì)促進(jìn)液濃度進(jìn)行篩選(表3)。

表3 相同促進(jìn)工藝時(shí)間、不同濃度附著力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表3可知，濃度由1%增加至2%，附著力沒(méi)有區(qū)別，故濃度控制在1%以?xún)?nèi)，選擇0.5%和1%兩組濃度。

(3) 固定促進(jìn)液濃度(0.5%、1%)和漂洗時(shí)間(5s)對(duì)浸時(shí)間和晾時(shí)間進(jìn)行篩選(表4)。

表4 SC-70和A-174不同促進(jìn)時(shí)間附著力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表4結(jié)果可知，編號(hào)1、2、3晾置時(shí)間不同(5min、15min、30min)，附著力全部為1級(jí)，說(shuō)明晾置時(shí)間不同影響不大。從編號(hào)4、6看，濃度由0.5%增加到1%，附著力隨之增加。故綜合以上分析最佳工藝濃度為1%，促進(jìn)工藝時(shí)間(浸+晾+漂)為5min+5min+5s。

2.3 電路板ParylengC涂層耐三防性能的最佳厚度范圍

依據(jù)MIL-46058C標(biāo)準(zhǔn)，ParylengC涂層厚度：12.7～50.8μm,丙烯酸和聚氨酯涂層厚度： 25.4～76.2μm通常丙烯酸和聚氨酯的使用厚度在50～70μm,之間，在滿(mǎn)足三防性能的前提下，厚度愈薄愈好，因此初步設(shè)置了13μm和23μm,兩個(gè)厚度進(jìn)行濕熱試驗(yàn)、霉菌試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)(表 5、6、7)。

從表 5、6、7可知，涂層厚度大于 13μm，霉菌試驗(yàn)為0級(jí)，說(shuō)明Parylene涂層的防霉性很好，鹽霧試驗(yàn)無(wú)明顯變化。而濕熱試驗(yàn)經(jīng)SC-70促進(jìn)，13μm厚度的模塊上仍有少量氣泡，而未經(jīng)促進(jìn)的模塊表面有大面積氣泡，不合格。為此，選擇15～25μm厚度進(jìn)行濕熱試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果全部合格。此時(shí)，厚度增加后，氣泡明顯減少，氣泡的形成與很多因數(shù)有關(guān)，但當(dāng)濃度為1%時(shí)，在最佳促進(jìn)工藝條件下，厚度≥15μm，無(wú)氣泡形成，故印制電路組件最佳耐三防性能的厚度為15～25μm。

2.4 Parylene涂層耐溶劑性能測(cè)試

進(jìn)行耐介質(zhì)試驗(yàn)，浸泡介質(zhì)為0.1mol NaOH溶液、0.1mol H2SO4溶液、5% NaCl溶液、二甲苯、丙酮、乙酸乙酯、四氯化碳、汽油、自來(lái)水，常溫、常壓、24h和3個(gè)月條件下，滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求?？梢?jiàn)，ParyleneC材料耐溶劑性很強(qiáng)，幾乎不溶于所有的已知溶液。

表5 兩種厚度霉菌試驗(yàn)結(jié)果

表6 兩種厚度濕熱試驗(yàn)結(jié)果

表7 兩種厚度鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

2.5 ParyleneC涂層耐高低溫沖擊性測(cè)試

進(jìn)行ParyleneC涂層高、低溫沖擊試驗(yàn)，試樣為普通陽(yáng)極化模塊、硬質(zhì)陽(yáng)極化模塊、導(dǎo)電氧化鋁片、有阻焊環(huán)氧印制板、無(wú)阻焊環(huán)氧印制板、LY12硬鋁，按GJB150.5-86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法、溫度沖擊試驗(yàn)》執(zhí)行。技術(shù)指標(biāo)要求為： (1)保護(hù)層除局部邊棱處外，無(wú)起泡、開(kāi)裂或脫落； (2)允許保護(hù)層光澤顏色減退，但不應(yīng)有嚴(yán)重起皺、結(jié)皮等現(xiàn)象。采用CST320-2T溫度沖擊箱，高溫(70℃)、低溫(-55℃)、轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于 5min、循環(huán)3次，SC-70和A-174促進(jìn)、ParyleneC真空沉積、不同膜厚(15μm、17μm、19μm)、促進(jìn)濃度1% 條件下，經(jīng)高低溫沖擊試驗(yàn)后，樣件全部合格。試驗(yàn)由中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所二室例行試驗(yàn)室承制。

經(jīng)溫度試驗(yàn)考核，ParyleneC涂層的耐高、低溫性很好，熱穩(wěn)定性很高，滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求。

2.6 ParyleneC涂層附著力和柔韌性測(cè)試

表8 幾種材料的附著力和柔韌性試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)常用三防材料S31-11 、H01-1、1B31進(jìn)行了附著力和柔韌性測(cè)試對(duì)比試驗(yàn)，見(jiàn)表8。

從表8可知，經(jīng)促進(jìn)后的 ParyleneC涂層的附著力達(dá)到1級(jí)，柔韌性達(dá)到R0.5mm，均優(yōu)于其他三防涂層。

3 結(jié)論

(1) 各項(xiàng)試驗(yàn)表明，選擇的促進(jìn)工藝參數(shù)合理(濃度為1%，時(shí)間為5min+5min+5s，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

(2) 選擇的促進(jìn)劑經(jīng)最佳促進(jìn)工藝后，附著力達(dá)到1級(jí)，且經(jīng)濕熱、鹽霧、霉菌、溫度、介質(zhì)試驗(yàn)考核后，全部達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，滿(mǎn)足軍用印制電路組件三防技術(shù)要求。

[1] Meng E, Tal Y C. A parylene MEMS flow sensing array//Proceedingof the 12th International Conference. USA ：Pasadena，2003:686-689.

[2] Beach W F ,Lee C, Bassett D R, et al. Xylene polymers //Proceeding of encyclopedia of polymer science and engineering. New York: Wiley, 1989： 990-993.

[3] William F G, Berkeley H N J. Halogenated dipxylenes:US，3221068[P]. 1965-11-30.

[4] William F G, Berkeley Heights N J. Para xylyene copolymers:US，3288728 [P]. 1996-11-29.

[5] Baker T E，F(xiàn)ix G L，Judge J S. Process for forming polymeric paraxylyene coatings and films possessing improved oxidation resistance：US，4176209[P]. 1979-11-27.

[6] 仝曉剛. Parylene高頻電路防護(hù)研究進(jìn)展.電子工藝技術(shù)，2011，32(9)：274-276.

[7] 張立新，周元林，王恩澤，等.新型涂層Parylene薄膜表面改性研究進(jìn)展 .材料導(dǎo)報(bào)，2008，22(10)：112-113.