氣相沉積電路涂層的特殊電氣絕緣性能

電子元件和電路組件的共形涂層必須滿足電絕緣和環境防護要求。不斷小型化的電子產品對絕緣涂層的性能提出了更高的要求，部分原因是涂層機械體積與電路功能之間的關系。絕緣性涂層最重要的特點是涂覆的完整性和均勻性，以及它在物理、電氣、機械、屏蔽方面的性能。

本篇描述了真空沉積聚對二甲苯（Parylene）共形涂層，它是一種絕緣材料，其性能可以滿足電路組件的涂層需要。聚對二甲苯是熱塑性聚合物家族中的成員，它們能通過稀薄的氣體附著在表面，而不是通過傳統的噴涂或浸涂工藝來涂敷。

這些透明的聚合物實際上是高結晶和線性的，具有優異的介電和屏蔽性能，以及化學惰性，而且致密無針孔。聚對二甲苯在基材上形成薄薄的一層厚度均勻的涂層——不同的是，液體涂層可能會聚集在內角上或夾在元件之間。正因為如此，傳統涂敷會隨著溫度變化產生機械應力。

根據粘度、工作溫度及所選應用方法的不同，液體共形涂層的厚度公差能夠調整在± 50%范圍內。Parylene在基材上的厚度，與真空沉積停留時間以及真空涂敷用的汽化原材料量有關。這種高分子薄膜最終的厚度能夠被控制在±10%精度范圍內。

Parylene一般一次涂敷的厚度從0.1微米~75微米不等，涂敷速度可達到每小時5微米。當一層的厚度為12.7微米以上時，涂敷材料能滿足MIL-I-46058中規定的涂層防護和電氣絕緣標準要求。

沉積過程

通過氣相聚合，Parylene真空沉積在真空容器內被涂敷的基材上。它作為一種共形涂層能夠涂到所有暴露的表面、拐角和裂縫里。因為Parylene不是液體，所以在涂敷過程中它不會聚集、橋接或形成彎月面。

Parylenes在大約0.1托（圖1）真空條件下形成。在這些條件下，在沉積室內氣體分子的平均自由程只有0.1厘米。這樣，待封裝物體的每一面都會受到氣態單體不規則的撞擊，形成高度共形的涂層。在沉積過程中沒有液相，且基材的溫度接近環境溫度。

圖1——Parylene真空沉積過程

在物體涂敷Parylene前，應去除油和雜質使粘附牢靠。有些器件上需要使用膠帶或硅橡膠材料作保護，以防止聚合物涂層涂到器件上的電接點或不能涂敷的區域。有些小物體可以采用有效的滾動方法涂敷Parylene，工件架一般用于在沉積過程中支撐需要涂敷的物件。

聚對二甲苯

Parylene聚合物通常有三種形式：ParyleneC，ParyleneN及ParyleneD。它們各自有不同的性能，以滿足不同的絕緣要求。

例如，Parylene N有特殊的高介電強度和不因頻率而改變的介電常數。由于其在單體狀態下有很高的分子活性，Parylene N的穿透力最強，適合于涂敷深凹處或盲孔。

Parylene N擁有很低的介質損耗因子和介電常數，是可直接在射頻電場中使用的一種理想的高頻應用涂層。與液體涂層不同，Parylene沉積過程不會夾雜空氣，也就不會產生高頻電暈問題。

Parylene C在苯環上有一個氯原子，這樣它的電氣性能和物理性能就發生了一些改變，包括對濕氣和腐蝕性氣體的低滲透性。Parylene C的沉積速度比Parylene N快，導致它沉積時的裂縫滲透能力比Parylene N差。

Parylene D在苯環上有兩個氯原子，它的熱穩定性最高，相比較于ParylenesC和 N，在高溫下它的物理與電氣性能更好。

Parylene突出的整體電氣性能非常適合于電氣和電子行業。它的介電常數和電介質損耗低，且不會受到濕氣的影響。由于聚合物的純度高，吸濕率低，不含鐵雜質，因而體積電阻率高。

三種Parylene的電氣性能見表1，屏蔽性能見表2，機械性能見表3。

表1-Parylene電氣性能

表2-Parylene屏蔽性能

表3-Parylene機械性能

Parylene的高表面電阻率是由于它有疏水性和低表面張力而形成的。使用更加廣泛的Parylene C和 N的電氣性能（體積電阻率，介質損耗因子和介電常數）與溫度的關系見圖4。

圖4—不同溫度下Parylene C和 N的電氣性能

圖5顯示了一個實驗結果：獨立的Parylene薄膜長時間暴露在升高的溫度下，其拉伸強度的變化。從這個數據可以看出10年內如果將Parylenes N、C和D分別放在60、80和100C條件下暴露在空氣中，它們的物理性能不會顯著損失。

圖5—Parylenes N、C和D受溫度影響后的有效使用壽命。失效=拉伸強度降低50%。

與傳統液體共形涂層不同的是，因為用一致的方法，且對基材尺寸僅有極小變化，使 Parylene的涂敷具有一致性，有可重復性和可預見性。無催化的汽化工藝保證了涂層不含雜質。Parylene的用量小，無針孔的屏蔽性能等，這些特點以及它每單位厚度的絕緣性能，都說明它能夠滿足精密的基材對電絕緣的要求。  

由于Parylene的固化會在沉積時自動產生，基材不會受到固化作用、溶劑或升溫的影響，也不需要檢驗確認完全固化是否已經完成。Parylene真空沉積涂層的工藝使它具有了精確的質量控制方法如同Statistical Process Control.（統計工藝控制方法）一樣。