CN105050734A - 组合不同类型的耐湿性材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了包括耐湿性涂层在内的保护性涂层以及包含所述保护性涂层的湿气敏感性基材，所述保护性涂层包含两种或更多种不同类型的耐湿性材料。还公开了在不同元件上采用不同类型的耐湿性涂层的湿气敏感性基材。

Description

组合不同类型的耐湿性材料
相关专利申请的交叉引用
本文要求对提交于2013年3月15日的标题为“COATINGSANDMETHODSINCLUDINGDIFFERENTTYPESOFMOISTURERESISTANTMATERIALS”(包括不同类型耐湿性材料的涂层和方法)的美国临时专利申请No.61/786,579以及提交于2013年3月15日的标题为“ELECTRONICDEVICESWITHDIFFERENTTYPESOFCOATINGSONDIFFERENTFEATURES”(在不同特征结构上具有不同类型涂层的电子装置)的美国临时专利申请No.61/786,561的优先权，这些美国临时专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及以组合方式使用不同类型的耐湿性材料。更具体地讲，本公开涉及包含两种或更多种类型的耐湿性材料的保护性涂层，以及包含这种保护性涂层的湿气敏感性基材。本公开还涉及在不同元件上采用不同类型的耐湿性材料的湿气敏感性基材。
发明内容
如本文所用，术语“耐湿”和“耐湿性”是指涂层防止被涂覆的元件或特征结构暴露于湿气的能力。例如，耐湿性涂层可耐受一种或多种类型的湿气的润湿或渗透，或其可以不可渗透一种或多种类型的湿气或基本上不可渗透一种或多种类型的湿气，术语“基本上”是指经过一段很长的时间，一些湿气可能会穿过涂层。为了简便起见，湿气不可渗透的和基本上湿气不可渗透的阻隔件在本文中均被称为“湿气不可渗透的”阻隔件。又如，耐湿性涂层可拒斥一种或多种类型的湿气；例如，其可以是可具有(例如，在结构上(如，荷叶型结构等)，在化学性质上(如，疏水性材料等)等等)被构造为拒斥湿气的外表面的耐湿性涂层。
在一些实施例中，耐湿性涂层可以不可渗透，基本上不可渗透和/或拒斥水、水溶液(例如，盐溶液、酸性溶液、碱性溶液、饮料等)或水蒸气或其他水性物质(例如，潮湿、烟雾、薄雾、潮气等)。使用术语“耐湿”修饰术语“涂层”不应被视为对用以使涂层保护电子装置的一个或多个组件的材料范围的限制。术语“耐湿”和“耐湿性”也可指涂层限制有机液体或蒸气(例如，有机溶剂、其他液体或蒸气形式的有机材料等)、以及可能对基材(例如，湿气敏感性基材等)例如电子装置或其组件造成威胁的多种其他物质或情况的渗透或抵抗其的能力。
在一个方面，本公开涉及保护性涂层。根据本公开的保护性涂层可包含两种或更多种不同类型的耐湿性材料。在一些实施例中，这两种或更多种不同类型的耐湿性材料可包含保护性涂层的可识别的分立部分(例如，子层等)。在其他实施例中，保护性涂层可在两种或更多种不同类型的耐湿性材料之间包含梯度或渐变过渡区。
本文还公开了用于形成这种保护性涂层的方法。该方法可包括分开地限定(例如，沉积等)保护性涂层的各个部分。作为另一种选择，可共沉积两种或更多种类型的耐湿性材料。作为另一种选择，可按顺序重叠方式沉积不同类型的耐湿性材料，这样可得到包含材料梯度或分级的涂层。
根据另一个方面，基材可包含至少一种保护性涂层，该涂层包含两种或更多种不同的耐湿性材料。在其中第一类型的耐湿性包括对湿气的不可渗透性并且第二类型的耐湿性包括斥湿性的实施例中，第二类型的耐湿性可设置在第一类型的耐湿性之上。作为另一种选择，第二类型的耐湿性可被定位为比第一类型的耐湿性更靠近基材，例如电子装置的组件或其他特征结构。
除此之外或作为替代，基材可包括受到由不同类型的耐湿性材料形成的保护性涂层保护的不同元件。在一个具体实施例中，可将斥湿性材料涂覆到一些元件上，同时可将湿气阻隔件施用于其他元件上。
这种耐湿性保护实施例尤其可用于保护先进移动电子装置免于意外地或偶然地暴露于湿气中。一种材料可提供主要类型的耐湿性：湿气不可渗透的涂层或阻隔件，如果湿气进入电子装置的内部，其以阻止湿气接触电子装置内部的至少一些湿气敏感性组件或其他特征结构的方式(例如，以铺满的方式等)，覆盖并密封或基本上密封这些组件或其他特征结构。但是，铺满涂层可能对电子装置的一些组件(例如，麦克风、扬声器、光学元件等)的性能或者甚至操作造成有害影响。但是，这些组件和/或含有这些组件的电子装置可受益于耐湿性(例如，通过阻止湿气进入这类元件的内部，进入含有这类元件的电子装置的内部等)。
由另一种材料提供的次要类型的耐湿性可能不会提供与主要类型的耐湿性相同程度的耐湿性。在任何情况下，提供次要类型的耐湿性的材料可用于涂覆与主要类型的耐湿性不相容但与保护性较弱类型的耐湿性相容的组件或其他特征结构。为组件或其他特征结构提供次要类型的耐湿性将会为这些组件或特征结构赋予对暴露于湿气下的至少一些耐受能力，这是比这些组件或特征结构在缺少对湿气的防护的情况下原本会接受到的更好的保护。次要层的一些实施例可被构造为允许在其中实现电导通；例如，次要层可具有导电性，或者它可能太薄而不能阻止电流从其中通过。在其他实施例中，次要层的厚度(或薄度)可使其易于从导电特征结构(例如，通信端口、触点等)移除以暴露导电特征结构，并因此有利于与暴露的导电特征结构电连接。
在其他多个实施例中，基材可包括工业装置、车辆装置、精密机械装置、医疗装置、科学仪器、衣物等。
湿气敏感性基材例如电子装置的一些组件或特征结构可能没有耐湿性涂层或阻隔件。这些组件或特征结构可包括但不限于，暴露于湿气敏感性基材外部的组件和/或特征结构的表面，以及位于湿气敏感性基材内部的组件和/或特征结构。
本发明所公开的主题的其他方面，以及多个方面的特征及优点对于本领域的普通技术人员而言在考虑本公开和所附权利要求书后将显而易见。
附图说明
在附图中：
图1提供了保护性涂层的一个实施例的剖视图，该保护性涂层包括含有不同材料的两部分并且在这两部分之间具有可识别边界；
图2为保护性涂层的另一个实施例的剖视图，该保护性涂层包含至少两种不同材料的梯度；
图3提供了保护性涂层的又一个实施例的剖视图，该保护性涂层包含一种材料，该材料限定与保护性涂层的至少一个其他部分分立的一部分，以及包含两种或更多种材料之间的梯度的一部分；
图4示出了包含保护性涂层的基材的一个实施例，该保护性涂层包含至少两种不同材料；以及
图5示出了具有被保护性涂层至少部分地覆盖的不同元件的基材的一个实施例，这些保护性涂层包含彼此不同的材料。
具体实施方式
参照图1，示出了保护性涂层10的一个实施例。如图所示，保护性涂层10可包含膜，但是其他构型的保护性结构也在本公开范围内。保护性涂层10包含至少两种不同材料12、14等，并被构造为提供耐湿性。在保护性涂层10中，材料12、14限定保护性涂层10的不同部分，例如图1所示的子层或子涂层。在此实施例中，视觉上可识别的边界13可存在于由两种不同材料12和14限定的分立部分之间。
图2示出了保护性涂层10'的另一个实施例。代替可识别边界13(图1)，保护性涂层10'在两种或更多种材料12和14之间包含过渡区13'或梯度。因此，保护性涂层10'的基底20'可由第一材料12构成或基本上由其构成，保护性涂层10'的外表面22'可由第二材料14构成或基本上由其构成，但它们之间的至少一些区域例如过渡区13包含两种或更多种材料，例如材料12和材料14。
如图3所示，包含限定相应数量的分立部分的一种或多种材料16以及限定具有过渡区13'的部分的两种或更多种材料12和14的保护性涂层10"也在本公开范围内。
保护性涂层10、10'、10"的所述两个或更多个部分可重叠在保护性涂层10、10'、10"的整个范围上或重叠在基本上所有的保护性涂层10、10'、10"上。
在一些实施方案中，保护性涂层10、10'、10"中的每种材料12、14、16可包含耐湿性材料。作为另一种选择，最外层材料14、16可包含可以保护和/或增强下层耐湿性材料12、14的耐湿性的覆盖材料。作为另一种选择，位于保护性涂层10、10'、10"基底上的材料12可增强耐湿性材料14与基材100、100'之间的粘附(分别如图4和图5所示)。任选地，保护性涂层10、10'、10"的一部分(例如，材料12、材料14、材料16等)可为保护性涂层10、10'、10"赋予至少一个所需特征(例如，导热性、电气绝缘、所需纹理、所需表面修饰等)。
在其中保护性涂层10、10'、10"的至少两种材料12、14以及相应部分包含耐湿性材料的一些实施例中，这两种材料12、14可提供相同类型或相似类型的耐湿性。例如，虽然材料12和14都不可渗透水或基本上不可渗透水，但是材料12可具有与材料14不同的水不可渗透性。除了提供相同类型或基本上相同类型的耐湿性，材料12、14中的一者可提供与材料12、14中另一者相比附加类型的耐湿性。例如，材料14可以不可渗透湿气，而材料12可以不可渗透湿气并拒斥湿气。在一个具体实施例中，位于保护性涂层10、10'、10"的基底上的材料12可由帕利灵C(paryleneC)形成，帕利灵C为聚对二甲苯并且其中一些氢已被氯取代，而位于保护性涂层10、10'、10"外部部分的材料14可包含具有一些氟取代基的帕利灵。该实施例中的氟取代基可为保护性涂层10、10'、10"的外部部分赋予增强的斥湿性。
在其中保护性涂层10、10'、10"的至少两种材料12、14以及相应部分包含耐湿性材料的其他实施例中，保护性涂层10、10'、10"的材料12、14可提供彼此不同类型的耐湿性。该保护性涂层10、10'、10"可为基材的大多数湿气敏感性元件或组件提供主要类型的保护，并向不能按需要进行或换句话讲与主要类型的保护不相容的基材的元件或组件提供次要类型的保护。
在一个具体实施例中，主要类型的保护可包括湿气不可渗透的涂层或其他阻隔件材料。该涂层可具有为其赋予所需量的湿气不可渗透性的厚度。湿气不可渗透的材料的具体但非限制性例子包括帕利灵。由该湿气不可渗透材料形成的涂层可具有约1μm(微米)至约25μm的厚度。
该实施例的次要类型的保护可包括拒斥湿气的材料。以举例但不限制的方式，次要涂层可包含超薄(层厚度为约或更小)斥湿性材料，例如美国再版专利RE43,651E中所公开的类型的卤化(例如，氟化等)聚合物，该美国再版专利的全部公开内容据此并入本文，或另一种氟化聚合物，或“含氟聚合物”。任选地，斥湿性可利用膜或包含斥湿性表面特征结构的其他结构(例如，所谓的“荷叶”结构、为表面赋予斥湿性的其他结构等)来实现。
作为上述内容的一个具体但非限制性的例子，参照图1至图3，材料12可包含帕利灵C，而材料14可包含氟化聚合物或“含氟聚合物”。
虽然以上例子均为具体的示例，但湿气不可渗透的材料的多种实施例可用于根据本公开的保护性涂层10、10'、10"中。作为一个非限制性例子，湿气不可渗透的阻隔件中的聚合物可包含未取代或取代的聚对二甲苯，其更常被称为“帕利灵”。当然，可形成湿气不可渗透(例如，不透水等)的膜或结构的任何其他材料可用于形成湿气不可渗透的阻隔件，所述膜或结构将随时间推移在基材的延长和/或重复使用期间粘附到其预期基材(例如，被构造为位于电子装置内部的组件等)，同时不会对基材造成有害影响并且不会干扰基材功能。
可用于根据本公开的保护性涂层10、10'、10"的多种类型的斥湿性材料包括与涂层的其他部分相容并且将粘附到所述其他部分并保持粘附的材料(例如，增粘剂、湿气不可渗透的材料、保护性材料等)。保护性涂层10、10'、10"的该材料的斥湿特征可归因于一种或多种因素，包括但不限于形成涂层的斥湿性部分的材料的化学特性，材料所形成的斥湿性膜或其他斥湿性结构的表面特性(例如，所谓的“荷叶”结构，为表面赋予疏水性和/或斥湿性的其他结构等)，斥湿性部分的材料和/或表面的电负性，或导致斥湿性的任何其他特性。
在一些实施例中，涂层的疏水性或斥湿性部分可包含氟化材料。合适的氟化材料的例子包括氟化帕利灵(例如，帕利灵AF-4等)、其他氟化聚合物(例如聚四氟乙烯(PTFE)(或)等)、美国再版专利RE43,651E所公开类型的卤化(例如，氟化等)聚合物等。涂层的疏水性或斥湿性部分的一些实施例可包含具有粗糙(例如，微结构化、纳米结构化等)表面的疏水性或超疏水性材料。斥湿性纳米粒子也可用作保护性涂层10、10'、10"的材料12、14。
如本文先前所述，保护性涂层10、10'、10"可包含增强保护性涂层10、10'、10"或其部分对基材或对保护性涂层10、10'、10"的另一部分的粘附的材料12。这种增粘材料可根据其粘附到其间存在增粘材料的结构(即，基材与保护性涂层10、10'、10"的基底部分、保护性涂层10、10'、10"的两个部分、在保护性涂层10、10'、10"的外表面上的另一个涂层等)的能力来进行选择。多种材料可用于增强粘附和/或用于多种其他目的中的任一种，包括但不限于陶瓷材料(例如氧化铝(Al2O3)，其也常被称为“矾土”)、氮化硼、或多种其他材料中的任一种。
可用作保护性涂层10、10'、10"的最外侧材料14、16的覆盖材料的一些非限制性例子包括氧化铝、类金刚石碳(例如，纯碳、氢化碳、氟化碳、氮化碳、磷酸化碳等或它们中任何材料的组合)、氮化硅、金属氧化物(例如氧化铪(IV)(HfO2)、氧化钇(Y2O3)或二氧化锆(ZrO2)等)。如本文先前所述，这种材料可硬化或韧化保护性涂层10、10'、10"的表面，覆盖穿过保护性涂层10、10'、10"中的另一种材料12、14(例如，帕利灵、另一种湿气不可渗透的材料等)的通路，或换句话讲增强保护性涂层10、10'、10"的功能性、持久性(例如，硬度、抗冲击性、耐擦伤性、抗磨损性、耐磨性等)等。
现在参见图4和图5，分别示出并描述了包含一个或多个保护性涂层10、10'、10"的基材100、100'的实施例。
图4示出了基材100的一个实施例；例如，具有电子组件120、122、124的印刷电路板110。一种或多种保护性涂层10、10'、10"覆盖基材100的选定区域。在所示出的实施例中，保护性涂层10、10'、10"覆盖组件120和122，以及暴露在组件120与122之间的印刷电路板110的顶侧112的一部分。在一些实施例中，基材100的其他区域，例如位于组件122与组件124之间的印刷电路板110的顶侧112的一部分，以及组件124可保持未涂覆状态，即，在基材100的这些区域上方没有保护性涂层10、10'、10"。此外，可暴露印刷电路板100的周边边缘116和印刷电路板110的背侧114。
在一些实施例中，多个不同类型的保护性涂层可覆盖基材的不同区域。图5示出基材100'，例如电子装置(例如，移动电子装置，如智能手机、平板计算装置、数字媒体播放器等)的组件或子组件。图5中的基材100'包括印刷电路板110，其具有多个组件132、134、136、138。在所示实施例中，包含两种或更多种材料12、14的保护性涂层10、10'、10"(图1至图3)可覆盖基材100'的一些区域，例如组件132和134，以及位于它们之间的印刷电路板110的一部分。由单一材料14组成或基本上由其组成的保护性涂层可涂覆基材100'的另一个组件138，而由另一种单一材料12组成或基本上由其组成的另一个保护性涂层可涂覆另外一个组件136。
在一个更具体的实施例中，材料12可包括湿气不可渗透的材料(例如，帕利灵等)，并且可用于保护湿气敏感性组件132、134、136，这些组件的操作可基本上保持不被该材料12的涂层妨碍。材料14可包括斥湿性材料(例如，含氟聚合物等)，可将其施用于特别覆于湿气敏感性组件132、134上的材料12的区域上方。此外，该材料14可直接施用于将受益于耐湿性但其操作会受到湿气不可渗透的材料12的涂层妨碍的组件138。这类组件的例子包括但必然不限于麦克风、扬声器、光学元件等。当然，基材100'可包括保护性涂层的任何组合；刚刚的公开内容不应被视为对保护性涂层组合方式的限制。
如图4和图5所示，保护性涂层10、10'、10"和/或材料12、14可局限于或基本上局限于电子装置200、200'的内部210、210'内，例如在壳体或电子装置的其他外部组件的内部内的组件。在其他实施例中，保护性涂层10、10'、10"和/或材料12、14可覆盖暴露于电子装置200、200'外侧的至少一些组件。
还公开了用于将一种或多种材料12、14、16和/或保护性涂层10、10'、10"施用于基材100、100'的方法。两种或更多种材料12、14可以在单个工艺中施用。当使用单个工艺来施用不同材料12、14时，材料12、14可以在化学性质上彼此类似。再次参见图1和图2，在保护性涂层10'的例子中，其中基底部分的材料12包含帕利灵C并且外部部分的材料14包含氟化帕利灵，沉积工艺可以使用帕利灵C的前体开始并过渡到氟化帕利灵的前体。开始沉积工艺时，所有前体可包含帕利灵C的前体。如果帕利灵C与氟化帕利灵的前体之间的过渡是急剧过渡，则所得保护性涂层10可类似于图1中所示。如果所述过渡是渐变过渡，则所得保护性涂层10'可类似于图2中所示。在沉积工艺结束时，所有前体可包含氟化帕利灵的前体。
作为另一种选择，该方法可包括两种或更多种不连续工艺，其中将不同材料12、14、16(图1-图3)施用于基材100、100'(图4和图5)。不连续工艺可通过同一设备进行，甚至在同一施用区(例如，沉积室等)中进行，或者可使用单独的仪器(例如，用于包括氟化帕利灵在内的帕利灵的化学气相沉积(CVD)室；用于一些含氟聚合物、用于类金刚石涂层或用于氧化铝的等离子增强型CVD(PECVD)室；用于一些含氟聚合物、用于类金刚石涂层或用于氧化铝的原子层沉积(ALD)室等)进行不连续工艺。
在一些实施例中，涂覆方法还可包括将遮罩施用到基材的选定区域以防止涂层的至少一部分被施用到这些区域。在其中使用不连续工艺形成涂层的不同部分的实施例中，在将至少一种材料12、14、16(图1至图3)施用于基材100、100'(图4和图5)时可存在遮罩，但在将至少一种其他材料12、14、16施用于基材时可不存在遮罩；因此，基材100、100'的一些(遮盖)部分将被比基材的其他(未遮盖)部分更少的涂层部分覆盖。在其他实施例中，当将所有材料12、14、16施用于基材100、100'时遮罩可保持在适当位置。因此，材料12、14、16将不覆盖基材100、100'的这些区域。
虽然上述公开内容提供了多个具体例子，但这些不应被视为限制所附权利要求书中任一项的范围。可想到不脱离权利要求范围的其他实施例。来自不同实施例的特征可组合使用。因此，每个权利要求的范围仅通过其明语以及其元素的可用合法等同物的完整范围进行说明和限制。

Claims (15)

1.一种用于为基材赋予耐湿性的涂层，包括：
基底部分，所述基底部分包括提供第一类型的耐湿性的湿气不可渗透的阻隔件；以及
外部部分，所述外部部分提供另一种类型的保护。
2.根据权利要求1所述的涂层，其中所述基底部分包含聚对二甲苯聚合物。
3.根据权利要求1所述的涂层，其中所述外部部分提供与所述基底部分不同类型的耐湿性。
4.根据权利要求3所述的涂层，其中所述外部部分为斥湿性的。
5.根据权利要求1所述的涂层，其中所述外部部分相对于所述基底部分至少部分地重叠。
6.根据权利要求5所述的涂层，还包括其中所述基底部分和所述外部部分不重叠的区域。
7.根据权利要求5所述的涂层，所述涂层在所述基底部分与所述外部部分之间包含分立边界。
8.根据权利要求5所述的涂层，所述涂层在所述基底层的材料与所述外层的材料之间包含梯度。
9.根据权利要求1所述的涂层，其中所述外部部分被构造为增强所述基底部分的特性。
10.根据权利要求9所述的涂层，其中所述外部部分被构造为硬化所述涂层。
11.根据权利要求1所述的涂层，还包括：
在所述基底部分的与所述外部部分相对的一侧上的增粘剂。
12.一种用于为电子组件赋予耐湿性的方法，包括：
向电子组件的至少一部分施用第一材料，以形成根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的涂层的所述基底部分；以及
向所述电子组件的至少一部分施用第二材料，以形成根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的涂层的所述外部部分。
13.一种电子装置，包括：
限定所述电子装置的内部和外部的壳体；
暴露于所述电子装置的内部的多个电子组件；以及
根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的涂层，所述涂层覆盖所述多个电子组件中至少一些电子组件的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的电子装置，其中所述基底部分和所述外部部分的至少一部分彼此位于不同的组件或特征结构上。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的电子装置，其中所述基底部分被局限于所述电子装置的内部。
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