|
Технология влагозащиты и электроизоляции
изделий РЭА полипараксилиленом
В современном производстве РЭА и вычислительной техники специального назначения важная роль в обеспечении надежности их работы при воздействии различных климатических факторов принадлежит методам влагозащиты. Для электронных модулей до III поколения РЭА включительно существующие лаковые материалы
на основе эпоксидных, уретановых и силиконовых связующих в основном соответствовали требованиям обеспечения влагозащиты. Однако с появлением современной высокоинтегрированной элементной базы области применения традиционных лаков резко сократились, вплоть до полного отказа от их применения.
Увеличение насыщенности радиоэлементами, в том числе бескорпусными, применение безвыводных пассивных и активных компонентов, высокоомных ИЭТ, особенно чувствительных к токам утечки, новых миниатюрных мощных ИС с большим количеством выводов, монтируемых на печатные платы с шагом меньше 0,625 мм,
а также использование миниатюрных многоконтактных соединений приводит к необходимости использовать новые принципы влагозащиты изделий, эксплуатируемых в особо жестких условиях воздействия факторов
окружающей среды.
Рис. 1
Уникальным способом обеспечения надежной защиты электронных устройств различного назначения является технология нанесения полимерных покрытий из газовой фазы в вакууме. Покрытия, получаемые вакуумным осаждением, имеют существенное отличие по структуре и свойствам от покрытий, получаемых из жидких сред, и реализуют свои защитные свойства при толщине 8–12 мкм.
Основными их преимуществами являются высокие электроизоляционные свойства, низкая газо- и влагопроницаемость, возможность формирования покрытия при нормальных температурах, однородность покрытия по толщине на изделиях очень сложной конфигурации, отсутствие токсичности.
Наиболее хорошо изученными и нашедшими широкое промышленное применение являются полипараксилиленовые покрытия (ППКП), получаемые вакуумпиролитической полимеризацией из цикло-ди-n-ксилиленов, химические формулы которых приведены на рис. 1.
Для защиты изделий с электронными компонентами такое покрытие под общим названием «Парилен» (в трех модификациях N, C, — рис. 1) впервые применила фирма Union Carbide (США). Парилен и в настоящее время широко используется в передовых западных технологиях авиакосмической, военной и промышленной техники, в изделиях радио- и электротехнического назначения. Покрытие соответствует требованиям стандарта США MIL-i-46058C. Ведущей зарубежной компанией в области синтеза ППКП и конструирования установок для их нанесения является фирма NOVA TPAN Corp. (США) с ее многочисленными филиалами в разных странах мира.
ППКП наносятся на специальных вакуумных установках (рис. 2).
Покрытие толщиной 5–10 мкм не содержит точечных отверстий и благодаря низкой паро- и газопроницаемости характеризуется исключительно высокой влагостойкостью и устойчивостью к проникновению коррозирующих жидкостей и газов. Кроме того, толщина наносимого слоя получается равномерной, исключается образование натеков, оголение острых кромок, непокрытых мест, например под элементами сложных электронных схем, в узких каналах (рис. 1).
В отличие от лаковых покрытий, когда для обеспечения требуемых защитных свойств покрытие осуществляется методом многократного нанесения материала толщиной 50–80 мкм, при использовании ППКП эквивалентное по защитным свойствам покрытие наносится за одну операцию. Важной особенностью ППКП является отсутствие внутренних напряжений, так как осаждение идет из газовой фазы, минуя жидкую.
В настоящее время в России освоено производство исходных продуктов ди-пара-ксилилена (ТУ6-14-50-96) и ди-хлор-ди-пара-ксилилена (ТУ6-14-88-96). Данные материалы введены в отраслевые стандарты: ОСТ В 107.460007.008-2000 «Аппаратура радиоэлектронная. Сборочно-монтажное производство. Покрытия на основе параксилилена и хлорпараксилилена», ОСТ107.9.4003-96 «Покрытия лакокрасочные. Технические требования к технологии нанесения», РД107.9.4002-96 «Покрытия лакокрасочные. Номенклатура, свойства, область применения» и в ОСТ5.9221 «Покрытия лакокрасочные. Выбор покрытий. Технические требования».
Рис. 2
Влагозащита электронных модулей бортовых, корабельных и наземных радиоэлектронных комплексов, а также транспортных средств, работающих в условиях повышенной влажности, с использованием указанных материалов соответствует требованиям групп эксплуатации 2.1–2.5 ГОСТ РВ 20.57.306-98.
Стоимость 1 дм2 покрываемой поверхности составляет от 0,5 до 3 $ и зависит от размеров изделий, их конструктивного исполнения, необходимой толщины покрытия и от количества одновременно покрываемых изделий.
Кроме того, для каждого конкретного применения решаются вопросы, связанные с очисткой поверхности от ионных и жировых загрязнений, специальной подготовкой поверхности (аппретирование), защитой мест, не подлежащих покрытию, технологией ремонта изделий.
При решении вопроса о целесообразности применения ППКП в каждом конкретном случае исходят из условий эксплуатации изделия, конструктивно-технологического исполнения, экономических показателей, требований к чистоте и экологии процесса.
Весьма целесообразно применение ППКП в электронных модулях с высокой плотностью монтажа, в том числе БИС, ГИС и т. п.
Перспективно также применение ППКП для создания дополнительной защиты изделий микроэлектронной техники и резистивно-пленочных элементов, герметизированных в металлические или металлокерамические корпуса. В этом случае обеспечивается защита непосредственно каждого элемента конструкции, в том числе ИС, полупроводниковых приборов, резисторов и т. д., что в 3–5 раз повышает влагоустойчивость изделия в целом, а в ряде случаев может быть исключена общая герметизация изделия в корпусе, составляющая до 30 % от общей трудоемкости и стоимости изделия.
В табл. 1 приведены свойства полипараксилиленов. Покрытия характеризуются исключительно низкой влагопроницаемостью, высокими диэлектрическими свойствами, термостабильностью, хорошими физико-механическими свойствами.
На наших предприятиях в основном применяются полипараксилиленовые покрытия, в то время как в западных технологиях (~80 %) — полихлорпараксилилен. Последний имеет более высокие технико-экономические показатели процесса (уменьшение времени нанесения покрытия до 2–3 часов и не требует охлаждения камеры осаждения). В то же время для получения полипараксилиленового покрытия толщиной 10–15 мкм необходимо 4–5 часов с применением охлаждения. Это связано с различными критическими температурами «конденсации» паров мономеров при формировании покрытия, которые составляют 30 °C и 70 °C соответственно. Полихлорпараксилиленовые покрытия более прозрачны, эластичны и имеют более высокие значения термостабильности, а также значительно более низкую газопроницаемость (N, O2, H2S, CO2, SO2, Cl), однако уступают ППКП по электрической прочности примерно в 2 раза.
Несмотря на достаточно низкую диэлектрическую проницаемость применяемых ППКП (2,65 — для незамещенного полимера, 3,1 — для монохлорзамещенного полимера и 2,82 — для дихлорзамещенного полимера), их термическая стабильность ограничена 150–200 °C, что не позволяет использовать такие покрытия, например, в микроэлектронике в качестве межслойной изоляции для полупроводниковых приборов (чипов). В настоящее время основным материалом для этой цели является SiO2, характеризующийся, однако, наряду с высокими термическими свойствами, весьма высокой диэлектрической постоянной (= 4,0). Его замена на другие материалы с существенно более низкими значениями (2,0–2,4) позволит значительно повысить частотный диапазон чипов.
Одним из наиболее привлекательных материалов в этом плане является поли-j, j, j', j'-тетрафтор-п-ксилилен, имеющий диэлектрическую постоянную 2,35 и термостабильность более 450 °C. Что немаловажно, технология нанесения его на поверхность аналогична применяемым для производства чипов вакуумным твердотельным технологиям.
Некоторые характеристики пленок поли-j, j, j', j'-тетрафтор-п-ксилилена приведены в табл. 2.
Работы по получению поли-j, j, j', j'-тетрафтор-п-ксилилена, изучению его свойств и практическому применению активно начали проводиться только в последние годы как за рубежом, так и в России (ГНЦ РФ НИФХИ им. Л. Я. Карпова, г. Москва). В настоящее время большой интерес к этому новому уникальному полимерному материалу проявляют ведущие западные микроэлектронные фирмы: Texas Instruments, IBM, Eastman Kodak Company и др. На Западе этот полимер известен также под торговой маркой Parylene AF-4 (Разработчик — Specialty Coating Systems, США).
Благодаря уникальному сочетанию свойств и преимуществу метода полимер используется в самых различных областях: оптика, химия, медицина, фармакология, библиотеки, архивы, музеи и т. д., что позволяет говорить о большом будущем применения этого материала.
Валентина Ширшова
laser@rusavia.spb.ru
|
