電子封裝、PCB電路板三防保護的革新--parylene鍍膜聚對二甲苯在混合電路中應(yīng)用技術(shù)
本課題來源于國家航空科研基金預先研究項目，西安微電子技術(shù)研究所技術(shù)創(chuàng)新項目，本論文主要針對當前混合電路存在亟待解決的防潮防護問題，提出并實現(xiàn)了一 種采用新型材料-聚對二甲苯的解決方案。 論文首先從介紹混合電路在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用需求出發(fā)，分析了薄厚膜混合電路的可靠性問題。在此基礎(chǔ)上，針對電路組裝的密封問題，提出用聚對二甲苯解決防 潮防護問題的方案。論文對聚對二甲苯的性質(zhì)、應(yīng)用情況及工藝特點進行系統(tǒng)分析，對材料的應(yīng)用目標和工藝兼容性進行深入討論，對鍵合絲熱脹系數(shù)的匹配性進行 驗證，對涂覆工藝中的各種保護措施進行了詳細闡述對比。通過選擇不同類型的樣品，分組進行了材料涂覆試驗。并按照國軍標要求對涂覆的樣品進行一系列可靠性 考核試驗，對試驗測試結(jié)果進行了分析總結(jié)。 考核試驗結(jié)果表明該材料可以應(yīng)用于混合電路，可以解決當前混合電路工藝中的防潮防護問題.     當今軍事電子設(shè)備的發(fā)展趨勢是體積小、功率大、集成化高,并且可靠性要求高,為保證其能在惡劣的環(huán)境下正常工作,采取必要的防護手段顯得非常重要。 軍事電子裝備中高頻零部件的防護一直是一個難點,高頻部件要求防護涂層不影響或者少影響其在微波范圍的工作性能,而現(xiàn)有的環(huán)氧、聚氨酯、丙烯酸酯、有機硅 等敷形涂層對其微波性能影響都比較大。
Parylene是一種新型敷形涂層材料,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,它能涂敷到各種形 狀的表面,包括尖銳的棱邊,裂縫和內(nèi)表面,該涂層號稱“無孔不入”可深入裂縫里和內(nèi)表面。這種真空狀態(tài)下室溫沉積制備的0.1-100微米薄膜涂層，厚度 均勻、致密無針孔、透明無應(yīng)力、不含助劑、不損傷工件、有優(yōu)異的電絕緣性和防護性，是當代最有效的防潮、防霉（零級）、防腐、防鹽霧涂層材料。
一：印制電路板的腐蝕主要原因
         大氣腐蝕：
在沿海崎嶇高溫，高濕，高鹽霧的嚴酷環(huán)境下，大氣中的有害離子加速了腐蝕進程，是引起腐蝕的主要原因。
        縫隙腐蝕
在印制制版上 裝配元器件，其余印刷版之間有一定的縫隙存在。如果縫隙的寬度足以使水，化鈉等電解質(zhì)溶液進入并保存在內(nèi)，則可引起元器件下印制線之間的腐蝕，造成短路或開路。
l         電解腐蝕
組件裝配在印制板上，在組件下面有兩條正負級的印制線，在潮氣作用下，使帶正極的印制線受到腐蝕，帶負極的印制線沉積，引起印制線間漏導增加，短路甚至擊穿。
除上述幾種原因外，還有應(yīng)力，霉菌，有機氣氛均可引起印制電路板產(chǎn)生腐蝕。
二：印制電路板的防護工藝措施
印制電路板為了達到防腐蝕的目的，目前對于工作在室內(nèi)等良好環(huán)境下的印制電路板，一般采用涂覆三防涂料進行保護。但對于工作在艦船艙外的電路板，或者機載 設(shè)備中工作在高電壓力下的印制導線及低氣壓下的印制電路組件，為了防潮濕，霉菌，鹽霧對電路的腐蝕，有效避免導線之間爬電，擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，僅僅是涂覆三 防漆進行保護是遠遠不夠的。
         印制電路板的防護選擇
  現(xiàn)有的環(huán)氧、聚氨酯、丙烯酸酯、有機硅等敷形涂層等，普通的印制電路板可采用上述涂覆涂料進行防護，但其敷形涂層對其微波性能影響都比較大。
而對于高頻，中頻印制電路板，為防止三防涂料的涂覆可能引起其電路參數(shù)和特性改變，一般建議使用新的涂覆材料 Parylene涂層。

三：Parylene性質(zhì)：
Parylene涂層逐漸形成一種均衡的、共形的薄膜，均勻覆蓋暴露在外的基底表層的邊角。Parylene的沉積不會產(chǎn)生液相或氣相的副產(chǎn)品，無需溶劑及其他受環(huán)保要求所限制的材料。
Parylene聚合物通常有三個品種：聚對二甲苯（Parylene N）、聚氯代對二甲苯（ Parylene C）和聚二氯代對二甲苯（Parylene D）。它們各自有不同的特點和優(yōu)點。他們主要的不同有沉積速度、使用溫度和介質(zhì)損耗因子。Parylene聚合物是一種化學惰性好又具有良好生物相容性的 高純涂層材料，已經(jīng)經(jīng)過美國FDA認可，已廣泛使用與各種醫(yī)療器材和包材上。
Parylene的其他性質(zhì)還包括：
•Parylene具有實用的絕緣和屏障特性，同時具有極端的化學惰性，不受針孔的困擾。它能防有機溶劑、防無機試劑且防酸。由于Parylene在整個過程中的任何階段都不會呈現(xiàn)液態(tài)，因而它不會聚集、橋接或者因為虹吸作用而產(chǎn)生液面彎曲。
•由于自身很薄，Parylene的機械減震和負載特性極小。這種材料可以涂抹在許多種基底的表面。這些基底包括玻璃、金屬、紙張、樹脂、塑料、陶瓷、鐵氧體，甚至人造橡膠以及粉末狀與顆粒狀物質(zhì)等。
•Parylene的靜態(tài)和動態(tài)摩擦系數(shù)在0.25~0.33之間，其干膜的光滑程度對涂層材料的某些應(yīng)用來說是一個重要的屬性。 

四：Parylene材料涂覆工藝
真空覆膜工藝技術(shù)的要求是：要選擇使用專門的真空涂覆設(shè)備，確保設(shè)備性能符合工藝要求。
Parylene沉積過程為第一步在約150℃溫度下將固態(tài)原料對二甲苯進行蒸發(fā)，第二步是在680℃溫度下將兩個側(cè)鏈碳碳鏈裂解生成穩(wěn)定的活性單體，最 后活性單體進入室溫狀態(tài)下的沉積室進行聚合沉積，瞬間吸附在基體上聚合成為聚對二甲苯薄膜。剩余的氣體經(jīng)冷阱捕集，以避免沉積物進入真空泵。

五：Parylene材料的應(yīng)用：
Parylene能在0.2μm厚時無針孔，5μm厚時耐1000V以上直流擊穿電壓，同時又是摩擦系數(shù)很低的一種自潤滑材料，化學惰性和阻隔性能優(yōu)異。因此，在微電子機械系統(tǒng)中，Parylene除了作電介質(zhì)材料外，還用作微型傳動機構(gòu)和微型閥門的結(jié)構(gòu)材料和防護材料。
Parylene應(yīng)用：目前，從普通領(lǐng)域到不為人知的領(lǐng)域，Parylene都有應(yīng)用，其所涵蓋的應(yīng)用市場從太空深處的飛行器、汽車發(fā)動機一直到心臟調(diào)搏 器、軍事電子產(chǎn)品等?？梢灶A見，得益于自動化沉積設(shè)備的出現(xiàn)，不同技術(shù)領(lǐng)域?qū)@種聚合物的日益熟悉，以及涂敷效率的不斷改進等等，Parylene的應(yīng)用 廣度將進一步得到拓寬。以下是目前幾種有代表性的應(yīng)用：
電子傳感器。通過使用Parylene涂層，人們無需在精細的傳感器表面進行物理性加載就可達到環(huán)保要求。
測量器件。多用途遙控測量電路的消耗據(jù)報告稱正在不斷增加，這些電路必須確保能在要求的環(huán)境條件下運轉(zhuǎn)，而Parylene涂層能對潮濕、溶劑和其他污染物的侵蝕起到長效保護作用。
航天應(yīng)用。利用Palylene的一些獨特性質(zhì)實現(xiàn)空間強化，防止由于極端溫度變化導致的濃縮，限制氣體排出等。
軍事電子應(yīng)用。在航空通訊和航海設(shè)備的電路上應(yīng)用Palylene涂層電路，可以滿足與宇航應(yīng)用情形相類似的要求。
電子門禁系統(tǒng)。為了保護旅館的安全而安裝的電子門禁系統(tǒng)的電路就可以應(yīng)用Palylene膜，從而免受冷凝與腐蝕作用的破壞，這一點在沿海地區(qū)尤為重要。
醫(yī)療設(shè)備。在應(yīng)用于外科手術(shù)的醫(yī)療設(shè)備上有選擇性地涂敷Parylene，可以提高設(shè)備的光滑度及可選擇的電絕緣性。這種涂層也能起到保護和潤滑皮下注射用針頭的作用，還可以在可移植的器件和修復手術(shù)用部件的表層產(chǎn)生一種非排斥性生物屏障。
硅鍵盤。許多系統(tǒng)都采用硅膠鍵盤輸入數(shù)據(jù)，Palylene涂層經(jīng)常被涂覆于硅膠鍵盤的表面，用來保護鍵盤上的印刻數(shù)字和圖形免受手指上的油脂或其他東西的污染。
鐵氧體磁芯。在鐵氧體磁芯表層涂敷Parylene是出于以下目的：這種涂層可以為磁芯提供電介質(zhì)的絕緣，避免電損耗，而對實際體積的大小不會有實質(zhì)性改變；它還可以通過去除灰塵和污染來加固鐵氧體和模壓金屬部件的表面。
未來發(fā)展。美國專利局的紀錄顯示，2002年有267項被授予的專利提到了Parylene的某種應(yīng)用。這些應(yīng)用包括圖像制作設(shè)備，半導體加工制造，可移 植壓力傳感器，消毒藥涂敷設(shè)備和微流體控制裝置的制造等。Parylene將繼續(xù)挖掘產(chǎn)品的潛力，利用它的獨特屬性來解決一些特殊的問題。其未來的應(yīng)用包 括：
微電子機械系統(tǒng)（MEMS），這是當前較受矚目的工業(yè)技術(shù)之一，它的特色在于微小設(shè)備可以通過集成電路制造業(yè)的設(shè)計和生產(chǎn)方法來制造。MEMS的精微部件 用以把一些機械部件合并，如齒輪、控制桿、螺絲、閥門、微型發(fā)動機和微型泵等。Parylene已經(jīng)通過一種MEMST工藝成功應(yīng)用于微流體控制器件，在 這種器件中通過的流體會和器件本身的組成材料不相容，因而Parylene成為流體的保護屏障。另外，Parylene可以制成某些機械部件，用在這種微 小系統(tǒng)的泵和閥門中。最后，在MEMS器件的加工和封裝工藝中，
Parylene也被認為可以充當預期的釋放層。
光纖。精密光纖連接器制造商正在評測Parylene用作潮氣屏障的效果。透明的Parylene的光學特性，以及在極薄狀態(tài)下有效的屬性，使這種薄膜在光纖的擴展應(yīng)用中極具發(fā)展?jié)摿Α?nbsp;
六.真空鍍膜認證種類:
1.美國軍規(guī)MIL-I-46058C材料認證
2.美國太空總署(NASA)材料認證.
3.USP XXII無毒測試.
4.SGS無毒測試 
5.UL9V-0認證