军用印制电路组件气相沉积促进工艺技术

中航工业西安航空计算技术研究所 喻少英 张 烜 刘 鑫

聚对二甲苯(parylene)材料在20世纪60年代中期由美国联碳公司开发、应用。它由独特的气相沉积工艺制备，具有优良的物理、机械、电性能[1]，70年代就被美国军用标准认定为电子电路优质保护材料，是一种高度晶度的热塑性高分子材料[2-3]。苯环上取代基有卤素、烷基、芳基、氰基、硝基等数十种，到目前为止Parylene家族已形成一系列性质相近的多种型号[4-5]。其中，以卤素取代基的稳定性较好，3种主要的型号为N型(无取代基)、C型(1氯取代基)和D型(2氯取代基)。ParyleneN是一种很好的介电材料，具有非常低的介质耗电常数、高绝缘强度以及不随频率变化的绝缘常数，所有Parylene中穿透能力最高的一种。ParyleneD具有更高的耐热能力。ParyleneC将良好的电性能、物理性能结合在一起，并且对于潮湿和其他腐蚀性气体具有低渗透性，除了可以提供真正的无针孔涂覆隔离外，ParyleneC是涂覆重要电路板的首选材料，具有高的绝缘性、热稳定性、耐溶剂性、无热应力、膜超薄、均匀、透明、无针孔，并且在元器件的底部及狭窄的缝隙均能涂覆到。由于它的这些优点，用来做电子线路板的保护材料，将提高电子设备工作的可靠性和性能的稳定性。但聚对二甲苯是化学惰性的材料，它与基底材之间的湿润性比较差，即附着力差，为解决这个问题，一般采用对基体表面进行偶联剂处理和等离子处理等方法。目前，国外使用的主要牌号为sailine A174的硅烷偶联剂，国内主要使用的牌号为KH560、SC-70等。并且Wu等研究认为，一端含有乙烯基或苯胺基，另一端含有甲氧基的硅烷偶联剂对Parylene附着力的提高效果很好[6-7]。因此，本文着重对真空涂覆促进工艺进行全面研究，以提高Parylene涂层与基板的附着力，并找出最佳的促进工艺及工艺参数。

1 试验部分

1.1 试验项目

(1) 选择不同的促进剂进行对比试验。

(2) 找出最佳促进浓度、促进时间。

(3) 找出电路板ParyleneC涂层耐三防性能的最佳厚度范围。

(4) 测试ParyleneC涂层耐溶剂性能。(5) 测试ParyleneC涂层耐高、低温性。(6) 测试ParyleneC涂层的附着力。

1.2 试验要求

(1) 在最佳促进工艺下，ParyleneC涂层的附着力≤2级。

(2) 温度试验按GJB150.5-86《军用设备环境使用方法、温度冲击试验》执行。

(3) 湿热试验按GJB150.9-86《军用设备环境试验方法、湿热试验》执行。

(4) 霉菌试验按GJB150.10-86《军用设备环境试验方法、霉菌试验》执行。

(5) 盐雾试验按GJB150.11-86《军用设备环境试验方法、盐雾试验》执行。

1.3 试验设备

PDS-2060真空涂覆设备；MP30不导电覆盖厚度测量仪；PSL-4G型超低温恒温恒湿箱；MJ-010霉菌试验箱；CDTC1300 盐雾试验箱；CST320T温度冲击箱。

2 结果与讨论

2.1 不同促进剂试验对比

分别选择了3种促进剂，牌号为770、SC-70、A-174，溶液为异丙醇和水(表1)。

表1 几种促进剂附着力试验数据

由表1附着力可知，SC-70和A-174均满足要求，其中A-174附着力好，但由于进口A-174价格昂贵，比国产SC-70价格要高出10倍。因此，选择SC-70更理想，从工艺上着手提高附着力。

2.2 最佳促进时间和促进液浓度的确定

(1) 根据附着力测试，对促进工艺时间进行筛选(表2)。

表2 相同浓度、不同促进工艺时间附着力试验数据

漂洗时间对附着力影响很大，漂洗时间不易太长，故选择漂洗时间为5s。不进行晾晒，附着力为3级，效果不好，因此促进工艺时间必须由浸+晾+漂3部组成，缺一不可。

(2) 固定促进工艺时间，对促进液浓度进行筛选(表3)。

表3 相同促进工艺时间、不同浓度附着力试验数据

由表3可知，浓度由1%增加至2%，附着力没有区别，故浓度控制在1%以内，选择0.5%和1%两组浓度。

(3) 固定促进液浓度(0.5%、1%)和漂洗时间(5s)对浸时间和晾时间进行筛选(表4)。

表4 SC-70和A-174不同促进时间附着力试验数据

从表4结果可知，编号1、2、3晾置时间不同(5min、15min、30min)，附着力全部为1级，说明晾置时间不同影响不大。从编号4、6看，浓度由0.5%增加到1%，附着力随之增加。故综合以上分析最佳工艺浓度为1%，促进工艺时间(浸+晾+漂)为5min+5min+5s。

2.3 电路板ParylengC涂层耐三防性能的最佳厚度范围

依据MIL-46058C标准，ParylengC涂层厚度：12.7～50.8μm,丙烯酸和聚氨酯涂层厚度： 25.4～76.2μm通常丙烯酸和聚氨酯的使用厚度在50～70μm,之间，在满足三防性能的前提下，厚度愈薄愈好，因此初步设置了13μm和23μm,两个厚度进行湿热试验、霉菌试验和盐雾试验(表 5、6、7)。

从表 5、6、7可知，涂层厚度大于 13μm，霉菌试验为0级，说明Parylene涂层的防霉性很好，盐雾试验无明显变化。而湿热试验经SC-70促进，13μm厚度的模块上仍有少量气泡，而未经促进的模块表面有大面积气泡，不合格。为此，选择15～25μm厚度进行湿热试验，试验结果全部合格。此时，厚度增加后，气泡明显减少，气泡的形成与很多因数有关，但当浓度为1%时，在最佳促进工艺条件下，厚度≥15μm，无气泡形成，故印制电路组件最佳耐三防性能的厚度为15～25μm。

2.4 Parylene涂层耐溶剂性能测试

进行耐介质试验，浸泡介质为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、自来水，常温、常压、24h和3个月条件下，满足技术指标要求。可见，ParyleneC材料耐溶剂性很强，几乎不溶于所有的已知溶液。

表5 两种厚度霉菌试验结果

表6 两种厚度湿热试验结果

表7 两种厚度盐雾试验结果

2.5 ParyleneC涂层耐高低温冲击性测试

进行ParyleneC涂层高、低温冲击试验，试样为普通阳极化模块、硬质阳极化模块、导电氧化铝片、有阻焊环氧印制板、无阻焊环氧印制板、LY12硬铝，按GJB150.5-86《军用设备环境试验方法、温度冲击试验》执行。技术指标要求为： (1)保护层除局部边棱处外，无起泡、开裂或脱落； (2)允许保护层光泽颜色减退，但不应有严重起皱、结皮等现象。采用CST320-2T温度冲击箱，高温(70℃)、低温(-55℃)、转换时间不大于 5min、循环3次，SC-70和A-174促进、ParyleneC真空沉积、不同膜厚(15μm、17μm、19μm)、促进浓度1% 条件下，经高低温冲击试验后，样件全部合格。试验由中航工业西安航空计算技术研究所二室例行试验室承制。

经温度试验考核，ParyleneC涂层的耐高、低温性很好，热稳定性很高，满足技术指标要求。

2.6 ParyleneC涂层附着力和柔韧性测试

表8 几种材料的附着力和柔韧性试验结果

对常用三防材料S31-11 、H01-1、1B31进行了附着力和柔韧性测试对比试验，见表8。

从表8可知，经促进后的 ParyleneC涂层的附着力达到1级，柔韧性达到R0.5mm，均优于其他三防涂层。

3 结论

(1) 各项试验表明，选择的促进工艺参数合理(浓度为1%，时间为5min+5min+5s，达到了设计要求。

(2) 选择的促进剂经最佳促进工艺后，附着力达到1级，且经湿热、盐雾、霉菌、温度、介质试验考核后，全部达到技术指标要求，满足军用印制电路组件三防技术要求。

[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，Fix G L，Judge J S. Process for forming polymeric paraxylyene coatings and films possessing improved oxidation resistance：US，4176209[P]. 1979-11-27.

[6] 仝晓刚. Parylene高频电路防护研究进展.电子工艺技术，2011，32(9)：274-276.

[7] 张立新，周元林，王恩泽，等.新型涂层Parylene薄膜表面改性研究进展 .材料导报，2008，22(10)：112-113.