CN107652858A - 一种器件的后处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种器件的后处理方法，用于在器件上形成防护层，其包括步骤：S10、将所述器件在真空环境下进行偶联反应，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层；S20、在所述器件的表面上形成聚合物涂层。本发明的后处理方法具有如下优点：处理后的几乎不影响器件尺寸，能较好地保留器件原有性能，并且成本低、工艺简单、防护可靠、安全、以及具有较高的疲劳强度等。

Description

一种器件的后处理方法
技术领域
本发明涉及器件的表面防护技术领域，具体涉及一种器件的后处理方法。
背景技术
在医疗、工业等应用领域中，需要对器件进行表面防护，如通过后处理的方式使器件具有防水、防腐蚀等特性。例如，在医疗领域中常见的植入式器件，其工作环境为生物体内，需要做防水、防腐蚀处理。又例如，在各行各业中大量使用的传感器或执行器，如果其工作环境为水中、腐蚀性液体中、或潮湿环境中，则需要对其做防水、防腐蚀处理。又例如，使用范围遍及各行各业的电子元器件，为防止水汽或水分侵入而损坏内部电路，也需要进行专门的防水处理。再例如，化工设备中的零部件，在工作过程中不可避免地会接触到化学物质，而为了避免受到这些化学物质的腐蚀，也需要对相应的表面进行防腐蚀处理。再例如，船舶设备中的零部件，工作过程中有可能直接浸泡在水中，因而对防水、防腐蚀也有着很高的要求。
现有技术中，对各种器件进行以表面防护为目的的后处理方法主要包括采用盖板密封的后处理封装方法和采用涂层包覆的后处理封装方法两种。例如，对于植入式器件、传感器、执行器或电子元器件来说，现有技术中主要是采用盖板密封的后处理封装方法对其进行防护，即选用金属、陶瓷和玻璃等作为盖板直接将带有可动结构的器件封装在盖板壳内，并在封装壳内填充硅油等传导介质的方式对其进行传导和防护，其特点为具有较好的气密性和可靠性。然而，采用盖板密封的后处理封装方法一方面会导致产品的外形尺寸明显增大，另一方面还会因为硅油等传导介质无法精确地传导而影响传感器、执行器等具有可动结构的器件的灵敏度、或者影响电子元器件等的散热性能。现有技术中也有采用涂层包覆的后处理封装方法对器件进行防护的做法，也即，在器件的表面设置金属或非金属涂层，如合金涂层、油漆层、塑料层、橡胶层、沥青层、防锈油层、以及其他聚合物涂层等。然而，在长时间接触水或其他腐蚀性液体的情况下，这些涂层常常会出现局部甚至全面破损，失去防护能力，从而导致产品的损坏。
此外，采用涂层包覆的后处理封装方法此前并未成功地运用于植入式器件、传感器、执行器或电子元器件的表面防护，主要原因之一在于，涂层与器件表面的粘接力较弱，在长时间接触水或其他腐蚀性液体的情况下，容易出现涂层的破损剥落问题。以聚合物涂层为例，尽管在设置涂层之前先进行偶联反应能解决涂层粘接力较弱的问题，然而，现有技术的偶联反应工艺需要将器件浸泡在偶联剂水溶液中，这对于尚未进行防水处理的器件而言，是存在很大的风险的，容易导致器件的损坏或腐蚀。
发明内容
基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种器件的后处理方法，能够在器件的表面上形成牢固的防护涂层，使得器件在处理后可以直接投入使用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种器件的后处理方法，用于在器件上形成防护层，其包括步骤：
S10、将所述器件在真空环境下进行偶联反应，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层；
S20、在所述器件的表面上形成聚合物涂层。
优选地，步骤S10中，
将所述器件与不含水的偶联剂一同置于真空状态下的沉积腔中，使所述偶联剂因负压而气化，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层；
或者，将不含水的偶联剂施加到所述器件的表面上，之后将所述器件置于真空状态下的沉积腔中，使所述偶联剂因负压而气化，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层。
优选地，将不含水的偶联剂以喷涂(优选为超声雾化法喷涂)、滴注、蘸涂或浸泡的方式施加到所述器件的表面上。
优选地，步骤S10中，所述沉积腔中的气压为0-100Torr，温度为0-100℃；
和/或，步骤S10中，在所述器件的表面上形成的偶联剂分子的自限分子层的厚度小于1微米。
优选地，步骤S10中，采用的偶联剂包括硅烷偶联剂、有机铬络合偶联剂、钛酸酯偶联剂和/或铝酸化合偶联剂。
优选地，步骤S20中，将所述器件置于真空沉积室中，将聚合物原料裂解成气态单体，使所述气态单体进入所述真空沉积室，并在所述器件的表面沉积并聚合形成聚合物涂层。
优选地，步骤S20中，所述真空沉积室内的气压为0-100Torr，温度为0-100℃；
和/或，步骤S20中，所述聚合物涂层的厚度为微米级或纳米级。
优选地，步骤S20中，将聚合物原料裂解成气态单体的步骤为：
先将固态的聚合物原料加热升华成气态聚合物，然后通过高温裂解使所述气态聚合物裂解成气态单体。
优选地，步骤S20中，加热升华的条件为：气压为0-100Torr，温度为50-300℃；和/或，高温裂解的条件为：气压为0-100Torr，温度为300-900℃。
优选地，所述聚合物原料为聚对二甲苯二聚体、聚酰亚胺、聚脲、聚酰胺、聚酰亚胺-酰胺、聚氨酯、聚硫脲、聚酯、和/或聚乙二醇。
优选地，所述器件包括植入式器件、传感器、执行器、电子元器件、化工设备零部件、航空航天零部件、核电零部件、或船舶设备零部件。
优选地，所述器件为具有可动结构的器件，优选为机械量传感器，更优选为压力传感器、加速度传感器、流量传感器、陀螺仪、麦克风、静电执行器、磁执行器、电热执行器、微泵、或压电执行器，进一步优选为植入式眼压传感器、植入式血压传感器、植入式颅内压传感器、植入式膀胱压传感器、植入式肠管压力传感器、植入式胸壁压力传感器、或植入式义齿压力传感器。
本发明的后处理方法中，无需采用含水的偶联剂(也即偶联剂水溶液)进行偶联反应，使得器件能够在不含水的偶联剂的干燥环境中完成偶联反应，免除了器件在形成防护涂层的过程中因接触水而可能造成的腐蚀或损坏问题；偶联反应在器件表面形成的自限分子层，能够改善聚合物涂层在器件表面上的牢固度和致密度，使得该聚合物涂层可用作防护层，既能达到防水、防腐蚀的功效，又具有高的疲劳强度和可靠性。同时，该防护层还具有尺寸小、结构轻薄的特点，几乎不影响器件的工作性能。经本发明的后处理方法处理后的器件可以直接投入使用，不必再进行其他后处理过程。
另外，作为器件的后处理工艺，本发明的工艺方法对于器件封装前的加工工艺流程以及其余的封装步骤几乎没有影响，不需要改变器件原有的结构和/或制造工艺，因而适用范围广，推广容易。
附图说明
以下将参照附图对根据本发明的器件的后处理方法的优选实施方式进行描述。图中：
图1为根据本发明的一种优选实施方式的器件后处理方法的流程图；
图2为本发明所涉及的一种示例性的具有可动结构的器件的结构示意图；
图3为图2的器件处于工作状态时的结构示意图；
图4为图2的器件在偶联反应后的结构示意图；
图5为图4中A区域的局部放大示意图；
图6为图2的器件在完成后处理之后的结构示意图；
图7为图6中B区域的局部放大示意图。
具体实施方式
本发明的主要目的是提供一种器件的后处理方法，其中，器件泛指各行各业中所使用到的元器件，特别是有防水、防腐蚀要求的工业化产品，包括医疗器件、工业器件等，相应的器件经过该后处理方法处理后，能够在器件的表面上形成防护层，该防护层与器件的表面结合紧密，不易破损和失效。特别地，对于具有可动结构的器件(如机械量传感器、执行器等)而言，该防护层还几乎不会影响器件的工作性能，比如灵敏度、响应时间等。
许多具有可动结构的器件，如机械量传感器、执行器等，在医疗、工业、航空航天等领域有重要的作用。现有技术中，这类器件在投入工作前，一般会对其进行封装，以获得防水、防腐蚀等能力。这类器件在实际工作时，其可动结构一般会受到循环载荷的作用，容易产生疲劳失效，因而对于其封装材料的疲劳强度有较高的要求。除此之外，封装材料在对器件提供良好的防护作用的同时，应当尽量不妨碍传感器、执行器等的运动等功能。例如，对于在水、腐蚀性液体或潮湿环境中工作的传感器、执行器而言，其封装材料既要满足防水、防腐蚀要求，又应当具有轻薄结构，从而几乎不影响器件的工作性能。
带封装材料的可动结构在循环载荷的情况下工作时，会带动封装材料一起运动，所以封装材料也要受到循环载荷工作几万次甚至几百万次，也会承受较高的疲劳强度而容易产生疲劳失效，因此这种带有可动结构的器件的封装难度更大，并对封装材料的粘附力和可靠性提出了更高的要求。除此之外，封装材料对于器件应当有良好的防护作用，且几乎不影响传感器与执行器等的运动等功能。
对于前述具有可动结构的器件而言，目前防水、防腐蚀的封装方法多种多样。以传感器、执行器为例，在现有技术中，可在器件制作之前和器件制作中对传感器、执行器采用加保护塞、密封圈、密封胶、防水胶条、防水膜等防水密封的方法，但还存在以下几方面问题：(1)需要考虑这种防水封装处理方法对前后工艺的影响，既加大了产品整体工艺的难度，又限制了这种防水封装处理方法的应用范围；(2)这种防水封装处理后的带有可动结构的器件上的保护塞、密封圈、防水膜会逐渐老化，不方便更换，从而导致防水失效；(3)这种防水封装处理较大地增加了带有可动结构的器件的厚度和重量，难以满足微小尺度的带有可动结构的器件的封装。
近年来，后处理工艺的迅速发展为这种带有可动结构的器件的封装保护提供了新的思路和实现途径。主要可以分为采用盖板密封的后处理封装方法和采用涂层包覆的后处理封装方法。
在现有技术中，主要采用盖板密封的后处理封装方法对这种带有可动结构的器件进行后处理封装防护，即选用金属、陶瓷和玻璃等作为盖板直接将带有可动结构的器件封装在盖板壳内，并在封装壳内填充硅油等传导介质的方式对其进行传导和防护，其特点为具有较好的气密性和可靠性。然而，采用盖板密封的后处理封装方法一方面会因为硅油等传导介质无法精确地传导而影响传感器、执行器等带有可动结构的器件的工作性能，比如迟滞性、非线性、重复性、灵敏度、响应时间等，另一方面会导致产品的外形尺寸增大。此外，盖板密封的后处理封装方法还存在工艺复杂和成本高的缺点。
近几年也出现了采用涂层包覆对器件进行防护的后处理封装方法，即在器件的表面设置超薄的金属或非金属涂层，如合金涂层、油漆层、塑料层、橡胶层、沥青层、防锈油层、以及一些聚合物涂层如聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚脲、聚酰胺、聚酰亚胺-酰胺、聚氨酯、聚硫脲、聚酯、聚乙二醇等。这种防护方法几乎不影响器件尺寸，又能相对较好地保留器件本身性能。然而这些涂层材料覆盖可动结构后，工作时也会跟随器件遭受循环载荷的影响，在液体等环境中更容易发生疲劳磨损，从而导致产品的失效。
为了解决防水性聚合物涂层(例如聚对二甲苯涂层)粘接力较弱的问题，现有技术主要通过偶联反应在器件的表面涂覆偶联剂(例如硅烷偶联剂A-174)，其原理为偶联剂含有两种不同化学官能团，一端能与无机材料(如玻璃纤维、硅酸盐、金属及其氧化物)表面的羟基反应生成共价键；另一端能与树脂生成共价键，从而使两种性质差别很大的材料结合起来，起到提高复合材料性能的作用。
现有的偶联反应的操作过程为：
1.水解反应(配偶联剂水溶液)：将异丙醇、去离子水、偶联剂(如硅烷偶联剂A-174)按体积比进行混合，搅拌后静置；
2.浸泡偶联剂水溶液：将待处理的器件放入偶联剂水溶液中浸泡一定的时间；
3.干燥处理：取出后做干燥处理。
正因为现有的偶联反应操作无法摆脱对偶联剂水溶液(也即含水的偶联剂)的依赖，器件必须在偶联剂水溶液中进行浸泡足够的时间，这导致现有技术中所用的偶联反应工序本身也会腐蚀带有可动结构器件的表面，并存在器件短路的风险。因为将器件浸泡于偶联剂水溶液的过程中，器件表面需要防水防腐蚀的结构，如导电层、电极等，会在偶联剂水溶液中形成微电池，从而加速腐蚀，导致器件短路或者断路。因此，以涂层包覆为主要手段的后处理封装方法迄今也未能有效运用于传感器、执行器等具有可动结构的器件的表面防护。
由此可见，本领域中亟需一种疲劳强度高、能充分保护器件且几乎不影响器件工作性能的封装处理工艺，该工艺与采用盖板密封的后处理封装方法相比几乎不影响可动结构的灵活程度，与现有技术中所用的涂层工艺相比又有更好的防护效果与可靠性。为此，本发明提供了一种器件的后处理方法，用于在所述器件上形成防护层。
作为举例，该元器件的示意性结构如图2-3所示，其包括基座30、固定于基座30上的硅杯20和附着于硅杯20上的电极层10。当然，元器件还可以具有其他任何合适的结构。作为示例，该元器件具有可动结构(例如上表面，即硅杯20的底部和电极层10)，在外力作用下，该元器件的可动结构会发生变形(例如上表面的弯曲变形)，如图3所示。
如图1所示，本发明的后处理方法包括步骤：
S10、将器件在真空环境下进行偶联反应，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层40，处理后的器件结构如图4-5所示；
S20、在所述器件的表面上形成聚合物涂层50，处理后的器件结构如图6-7所示。
本发明的后处理方法中，无需采用含水的偶联剂(即偶联剂水溶液)进行偶联反应，使得器件能够在不含水的偶联剂的干燥环境中完成偶联反应，免除了器件在形成防护涂层的过程中因接触水而可能造成的腐蚀或损坏问题；偶联反应在器件表面形成的自限分子层，能够改善聚合物涂层在器件表面上的牢固度和致密度，使得该聚合物涂层可用作防护层，既能达到防水、防腐蚀的功效，又具有高的疲劳强度和可靠性。同时，该防护层还具有尺寸小、结构轻薄的特点，几乎不会影响器件的工作性能。
另外，作为器件的后处理工艺，本发明的工艺方法对于器件封装前的加工工艺流程以及其余的封装步骤几乎没有影响，不需要改变器件原有的结构和/或制造工艺，因而适用范围广，推广容易。
本发明的后处理方法可以用于任何有防护要求的器件的防护处理。然而，由于其形成的防护层具有防护结构轻薄、疲劳强度高等优点，使得该后处理方法尤其适合于对具有可动结构的器件的防护。如图2-3所示，具有可动结构的器件在工作过程中，其可动结构会发生变形或移位，从而产生疲劳载荷，通过本发明的后处理方法得到的防护层能够在长期的疲劳载荷下保持高的可靠性，同时几乎不影响可动结构的灵活程度。
优选地，步骤S10中，将所述器件与不含水的偶联剂(例如硅烷偶联剂A-174)一同置于真空状态下的沉积腔中，使所述偶联剂因负压而气化，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层40，如图4-5所示。
或者，步骤S10中，将不含水的偶联剂(例如A-174)施加(优选以喷涂(优选为超声雾化法喷涂)、滴注、蘸涂或浸泡的方式施加)到所述器件的表面，之后将所述器件置于真空状态下的沉积腔中，使所述偶联剂因负压而气化，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层。
其中，不含水的偶联剂例如可以是纯偶联剂，也可以是含有其他成分(如其他溶剂或杂质)的偶联剂，只要不含水即可。
以A-174为例，A-174硅烷偶联剂分子能够与器件表面的基材形成牢固的化学键，有利于改善聚合物涂层(例如聚对二甲苯保护层)的机械性能和表面粘合能力，从而使得聚合物涂层在器件表面上附着地更加牢固、更加致密。
优选地，所述沉积腔中的气压为0-100Torr，温度为0-100℃；例如，沉积腔中的气压可以为0.1Torr，温度可以为室温，如25℃。
优选地，步骤S10中，在所述器件的表面上形成的偶联剂分子的自限分子层的厚度小于1微米，优选可小于1纳米。
步骤S10中，采用的偶联剂可以是任何合适的类型，只要其能在负压作用下气化即可。优选地，采用的偶联剂包括硅烷偶联剂(优选为三氯乙烯基硅烷、三乙氧基乙烯基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧硅烷、和/或三氯丙烯基硅烷等)、有机铬络合偶联剂(优选为甲基丙烯酰铬络合物等)、钛酸酯偶联剂(优选为钛酸四丁酯、三异硬脂酰基钛酸异丙酯、三钛酸异丙酯、和/或二异硬酯酰基酞酸乙酯等)和/或铝酸化合偶联剂四大类。
相比之下，现有技术中所用的偶联反应步骤通常为：
1)配偶联剂水溶液：将异丙醇、去离子水和偶联剂(优选A-174)按体积比100:100:1进行混合，搅拌30秒后，静置2小时；
2)浸泡偶联剂水溶液：将待处理的器件放入偶联剂水溶液中浸泡10～30分钟；
3)干燥处理：将器件从水溶液中取出后在空气中晾干，然后将经过晾干的器件放入异丙醇溶液或无水乙醇中浸泡15～30秒，取出后做干燥处理。
可见，由于现有技术中所用的偶联反应过程必须将未经任何防护处理的器件放入水溶液中浸泡，从而很容易引起需要防水、防腐蚀的器件表面如电极、导电层等的腐蚀或损坏。
优选地，步骤S20中，将所述器件置于真空沉积室中，将聚合物原料(优选为聚对二甲苯二聚体)裂解成气态单体(如对二甲苯单体)，使所述气态单体进入所述真空沉积室，并在所述器件的表面沉积并聚合形成聚合物涂层50。
优选地，所述真空沉积室内的气压为0-100Torr，温度为0-100℃；例如，真空沉积室内的气压可以为0.1Torr，温度可以为室温，如25℃。
优选地，所述聚合物涂层50的厚度为微米级或纳米级。
优选地，步骤S20中，将聚合物原料裂解成气态单体的步骤为：
先将固态的聚合物原料(如固态的聚对二甲苯二聚体)加热升华成气态聚合物(如气态的聚对二甲苯二聚体)，然后通过高温裂解使所述气态聚合物裂解成气态单体。
优选地，步骤S20中，加热升华的条件为：气压为0-100Torr，温度为50-300℃；进一步优选地：气压为1Torr，温度为175℃。
优选地，步骤S20中，高温裂解的条件为：气压为0-100Torr，温度为300-900℃；进一步优选地：气压为0.5Torr，温度为680℃。
以下再详细描述本发明的后处理方法的几种具体的优选的实施例的操作过程。
实施例一：
对具有可动结构的器件(如压力传感器或压电泵)进行防水、防腐蚀后处理，其步骤如下：
1.真空环境下的偶联反应：将预先做过清洁的具有可动结构的器件和不含水的纯硅烷偶联剂A-174一同置于真空状态下的沉积腔中，在25℃、0.1Torr的环境下，沉积腔中的硅烷偶联剂A-174因为负压(远低于大气压760Torr)而气化，器件表面上会形成一层小于1.0nm的自限分子层(即A-174硅烷分子)；
2.加热升华：在蒸发腔内，将固态原料聚对二甲苯二聚体在175℃、1Torr下加热升华；
3.高温裂解：将步骤2中升华得到的气态二聚体进入裂解腔，在680℃、0.5Torr下裂解成为对二甲苯的单体；
4.聚对二甲苯沉积：将步骤1中处理后的器件置于室温的真空沉积室(25℃、0.1Torr)中，并使步骤3中得到的对二甲苯的气态单体进入该真空沉积室中，在偶联反应处理后的器件的表面上沉积并聚合成微米纳米级聚对二甲苯薄膜(即聚对二甲苯保护层)。
由于A-174硅烷分子与基材形成牢固的化学键，有利于改善聚对二甲苯保护层的机械性能和表面粘合能力，从而使得聚对二甲苯保护层在具有可动结构的器件表面上附着地更加牢固、更加致密。
实施例二：
对具有可动结构的器件(如压力传感器或压电泵)进行防水、防腐蚀后处理，其步骤如下：
1.真空环境下的偶联反应：对具有可动结构的器件进行清洁处理后，将不含水的纯硅烷偶联剂A-174喷涂(如超声雾化法)在该器件的表面上，之后将其置于真空状态下的沉积腔中，在25℃、0.1Torr的环境下，器件表面上的硅烷偶联剂A-174因为负压(远低于大气压760Torr)而气化，使器件表面上形成一层小于1.0nm的自限分子层(即A-174硅烷分子)；
2.加热升华：在蒸发腔内，将固态原料聚对二甲苯二聚体在175℃、1Torr下加热升华；
3.高温裂解：将步骤2中升华得到的气态二聚体进入裂解腔，在680℃、0.5Torr下裂解成为对二甲苯的单体；
4.聚对二甲苯沉积：将步骤1中处理后的器件置于室温的真空沉积室(25℃、0.1Torr)中，并使步骤3中得到的对二甲苯的气态单体进入该真空沉积室中，在偶联反应处理后的器件的表面上沉积并聚合成微米纳米级聚对二甲苯薄膜(即聚对二甲苯保护层)。
由于A-174硅烷分子与基材形成牢固的化学键，有利于改善聚对二甲苯保护层的机械性能和表面粘合能力，从而使得聚对二甲苯保护层在具有可动结构的器件表面上附着地更加牢固、更加致密。
实施例三：
对具有可动结构的器件(如压力传感器或压电泵)进行防水、防腐蚀后处理，其步骤如下：
1.真空环境下的偶联反应：对具有可动结构的器件进行清洁处理后，将不含水的纯硅烷偶联剂A-174滴注在该器件的表面上，之后将其置于真空状态下的沉积腔中，在25℃、0.1Torr的环境下，器件表面上的硅烷偶联剂A-174因为负压(远低于大气压760Torr)而气化，使器件表面上形成一层小于1.0nm的自限分子层(即A-174硅烷分子)；
2.加热升华：在蒸发腔内，将固态原料聚对二甲苯二聚体在175℃、1Torr下加热升华；
3.高温裂解：将步骤2中升华得到的气态二聚体进入裂解腔，在680℃、0.5Torr下裂解成为对二甲苯的单体；
4.聚对二甲苯沉积：将步骤1中处理后的器件置于室温的真空沉积室(25℃、0.1Torr)中，并使步骤3中得到的对二甲苯的气态单体进入该真空沉积室中，在偶联反应处理后的器件的表面上沉积并聚合成微米纳米级聚对二甲苯薄膜(即聚对二甲苯保护层)。
由于A-174硅烷分子与基材形成牢固的化学键，有利于改善聚对二甲苯保护层的机械性能和表面粘合能力，从而使得聚对二甲苯保护层在具有可动结构的器件表面上附着地更加牢固、更加致密。
实施例四：
对具有可动结构的器件(如压力传感器或压电泵)进行防水、防腐蚀后处理，其步骤如下：
1.真空环境下的偶联反应：对具有可动结构的器件进行清洁处理后，将不含水的纯硅烷偶联剂A-174蘸涂在该器件的表面上，之后将其置于真空状态下的沉积腔中，在25℃、0.1Torr的环境下，器件表面上的硅烷偶联剂A-174因为负压(远低于大气压760Torr)而气化，使器件表面上形成一层小于1.0nm的自限分子层(即A-174硅烷分子)；
2.加热升华：在蒸发腔内，将固态原料聚对二甲苯二聚体在175℃、1Torr下加热升华；
3.高温裂解：将步骤2中升华得到的气态二聚体进入裂解腔，在680℃、0.5Torr下裂解成为对二甲苯的单体；
4.聚对二甲苯沉积：将步骤1中处理后的器件置于室温的真空沉积室(25℃、0.1Torr)中，并使步骤3中得到的对二甲苯的气态单体进入该真空沉积室中，在偶联反应处理后的器件的表面上沉积并聚合成微米纳米级聚对二甲苯薄膜(即聚对二甲苯保护层)。
由于A-174硅烷分子与基材形成牢固的化学键，有利于改善聚对二甲苯保护层的机械性能和表面粘合能力，从而使得聚对二甲苯保护层在具有可动结构的器件表面上附着地更加牢固、更加致密。
实施例五：
对具有可动结构的器件(如压力传感器或压电泵)进行防水、防腐蚀后处理，其步骤如下：
1.真空环境下的偶联反应：对具有可动结构的器件进行清洁处理后，将器件直接浸泡在不含水的纯硅烷偶联剂A-174中，使器件的表面上附着有硅烷偶联剂A-174，之后将其置于真空状态下的沉积腔中，在25℃、0.1Torr的环境下，器件表面上的硅烷偶联剂A-174因为负压(远低于大气压760Torr)而气化，使器件表面上形成一层小于1.0nm的自限分子层(即A-174硅烷分子)；
2.加热升华：在蒸发腔内，将固态原料聚对二甲苯二聚体在175℃、1Torr下加热升华；
3.高温裂解：将步骤2中升华得到的气态二聚体进入裂解腔，在680℃、0.5Torr下裂解成为对二甲苯的单体；
4.聚对二甲苯沉积：将步骤1中处理后的器件置于室温的真空沉积室(25℃、0.1Torr)中，并使步骤3中得到的对二甲苯的气态单体进入该真空沉积室中，在偶联反应处理后的器件的表面上沉积并聚合成微米纳米级聚对二甲苯薄膜(即聚对二甲苯保护层)。
由于A-174硅烷分子与基材形成牢固的化学键，有利于改善聚对二甲苯保护层的机械性能和表面粘合能力，从而使得聚对二甲苯保护层在具有可动结构的器件表面上附着地更加牢固、更加致密。
实施例六：
对具有可动结构的器件(如压力传感器或压电泵)进行防水、防腐蚀后处理，其步骤如下：
1.真空环境下的偶联反应：将预先做过清洁的具有可动结构的器件和不含水的纯有机铬络合偶联剂甲基丙烯酰铬络合物一同置于真空状态下的沉积腔中，在25℃、0.1Torr的环境下，沉积腔中的有机铬络合偶联剂甲基丙烯酰铬络合物因为负压(远低于大气压760Torr)而气化，器件表面上会形成一层小于1.0nm的自限分子层(即有机铬络合偶联剂甲基丙烯酰铬络合物分子)；
2.加热升华：在蒸发腔内，将固态原料聚对二甲苯二聚体在175℃、1Torr下加热升华；
3.高温裂解：将步骤2中升华得到的气态二聚体进入裂解腔，在680℃、0.5Torr下裂解成为对二甲苯的单体；
4.聚对二甲苯沉积：将步骤1中处理后的器件置于室温的真空沉积室(25℃、0.1Torr)中，并使步骤3中得到的对二甲苯的气态单体进入该真空沉积室中，在偶联反应处理后的器件的表面上沉积并聚合成微米纳米级聚对二甲苯薄膜(即聚对二甲苯保护层)。
由于有机铬络合偶联剂甲基丙烯酰铬络合物分子与基材形成牢固的化学键，有利于改善聚对二甲苯保护层的机械性能和表面粘合能力，从而使得聚对二甲苯保护层在具有可动结构的器件表面上附着地更加牢固、更加致密。
实施例七：
对具有可动结构的器件(如压力传感器或压电泵)进行防水、防腐蚀后处理，其步骤如下：
1.真空环境下的偶联反应：将预先做过清洁的具有可动结构的器件和不含水的纯钛酸酯偶联剂钛酸四丁酯一同置于真空状态下的沉积腔中，在25℃、0.1Torr的环境下，沉积腔中的钛酸酯偶联剂钛酸四丁酯因为负压(远低于大气压760Torr)而气化，器件表面上会形成一层小于1.0nm的自限分子层(即钛酸酯偶联剂钛酸四丁酯分子)；
2.加热升华：在蒸发腔内，将固态原料聚对二甲苯二聚体在175℃、1Torr下加热升华；
3.高温裂解：将步骤2中升华得到的气态二聚体进入裂解腔，在680℃、0.5Torr下裂解成为对二甲苯的单体；
4.聚对二甲苯沉积：将步骤1中处理后的器件置于室温的真空沉积室(25℃、0.1Torr)中，并使步骤3中得到的对二甲苯的气态单体进入该真空沉积室中，在偶联反应处理后的器件的表面上沉积并聚合成微米纳米级聚对二甲苯薄膜(即聚对二甲苯保护层)。
由于钛酸酯偶联剂钛酸四丁酯分子与基材形成牢固的化学键，有利于改善聚对二甲苯保护层的机械性能和表面粘合能力，从而使得聚对二甲苯保护层在具有可动结构的器件表面上附着地更加牢固、更加致密。
实施例八：
对具有可动结构的器件(如压力传感器或压电泵)进行防水、防腐蚀后处理，其步骤如下：
1.真空环境下的偶联反应：将预先做过清洁的具有可动结构的器件和不含水的纯铝酸化合偶联剂铝酸锆一同置于真空状态下的沉积腔中，在25℃、0.1Torr的环境下，沉积腔中的铝酸化合偶联剂铝酸锆因为负压(远低于大气压760Torr)而气化，器件表面上会形成一层小于1.0nm的自限分子层(即铝酸化合偶联剂铝酸锆分子)；
2.加热升华：在蒸发腔内，将固态原料聚对二甲苯二聚体在175℃、1Torr下加热升华；
3.高温裂解：将步骤2中升华得到的气态二聚体进入裂解腔，在680℃、0.5Torr下裂解成为对二甲苯的单体；
4.聚对二甲苯沉积：将步骤1中处理后的器件置于室温的真空沉积室(25℃、0.1Torr)中，并使步骤3中得到的对二甲苯的气态单体进入该真空沉积室中，在偶联反应处理后的器件的表面上沉积并聚合成微米纳米级聚对二甲苯薄膜(即聚对二甲苯保护层)。
由于铝酸化合偶联剂铝酸锆与基材形成牢固的化学键，有利于改善聚对二甲苯保护层的机械性能和表面粘合能力，从而使得聚对二甲苯保护层在具有可动结构的器件表面上附着地更加牢固、更加致密。
容易理解的是，上述各个实施例中，步骤1可以在步骤2之前进行，也可以与步骤2或步骤3同步进行，也可以在步骤2或步骤3之后进行，对于本发明的工艺方法的实现没有影响。
另外，步骤1中所用的沉积腔和步骤4中所用的沉积室可以是同一设备，也可以是不同的设备。
相比之下，现有技术中所用的、无偶联反应的沉积工艺中，由于没有通过偶联反应等处理工艺增加粘附性，只能在对聚对二甲苯二聚体原料进行加热升华和高温裂解后，将预先做过清洁的具有可动结构的器件置于沉积腔中，在0～60℃、0～100Torr(优选室温25℃、0.1Torr)的环境下，在器件的表面上以气相沉积的方式包覆一层防水性聚合物涂层(即聚对二甲苯保护层)。然而，沉积得到的防水性聚合物涂层和其它材料(如基材)之间的粘接力较差，所以在器件长时间接触水或其他腐蚀性液体的情况下，防水性聚合物涂层常常会出现局部甚至全面破损，失去防护能力，从而导致具有可动结构的器件的损坏。
尽管本发明的优选实施方式中采用的聚合物为聚对二甲苯，容易理解的是，本发明的后处理方法不限于采用聚对二甲苯，而是可以采用任何其他合适的聚合物，只要其能够在合适的条件下分解为气态单体即可。例如，可以采用的聚合物还包括聚酰亚胺(Polyimide)、聚脲(Polyurea)、聚酰胺(Polyamide)(如尼龙66)、聚酰亚胺-酰胺(Polyimide–amide)、聚氨酯(Polyurethane)、聚硫脲(Polythiurea)、聚酯(Polyester)、或聚乙二醇(PEG)等，以及上述所有聚合物(包括聚对二甲苯)中的两种以上的混合物。
优选地，本发明的后处理方法可以用于各种器件(包括植入式器件、传感器、执行器、电子元器件、化工设备零部件、航空航天零部件、核电零部件、或船舶设备零部件)的表面防护处理。
特别优选地，本发明的后处理方法可以用于具有可动结构的器件(优选为机械量传感器，更优选为压力传感器、加速度传感器、流量传感器、陀螺仪、麦克风、静电执行器、磁执行器、电热执行器、微泵、或压电执行器，进一步优选为植入式压力传感器，如植入式眼压传感器、植入式血压传感器、植入式颅内压传感器、植入式膀胱压传感器、植入式肠管压力传感器、植入式胸壁压力传感器、或植入式义齿压力传感器)的表面防护处理。
综上，本发明提出的一种后处理方法主要采用涂层包覆的方式对器件进行防护，以聚对二甲苯涂层为例，结合新型的、无需采用偶联剂水溶液浸泡器件的偶联方法，适用于包含可动结构的器件的后处理，保证了该种后处理方法获得的封装形式具有较高的疲劳强度、较好的防护作用且几乎不影响器件可动结构性能的发挥，能够在充分保护器件的同时几乎不影响器件的迟滞性、非线性、重复性、灵敏度、响应时间等工作性能，并且该工艺对于器件的种类、指标、结构材质和前期工艺没有限制和要求，只需在器件常规流程后进行该项后处理工艺进行防水性封装，便可以广泛使用于器件成品中，解决带有可动结构的器件的防水抗腐蚀封装问题。
相比于采用盖板密封的后处理封装方法，本发明的后处理工艺具有处理后几乎不影响器件尺寸(仅增加微米纳米级厚度的防护层)、几乎不影响具有可动结构的器件的性能和制造工艺、成本低、工艺简单、防护可靠等一系列优点。相比于现有技术中所用的涂层防护方法，本发明的后处理工艺具有工艺简单、不腐蚀或损坏器件、可靠性高等优点。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种器件的后处理方法，用于在器件上形成防护层，其特征在于，包括步骤：
S10、将所述器件在真空环境下进行偶联反应，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层；
S20、在所述器件的表面上形成聚合物涂层。
2.根据权利要求1所述的后处理方法，其特征在于，步骤S10中，
将所述器件与不含水的偶联剂一同置于真空状态下的沉积腔中，使所述偶联剂因负压而气化，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层；
或者，将不含水的偶联剂施加到所述器件的表面上，之后将所述器件置于真空状态下的沉积腔中，使所述偶联剂因负压而气化，在所述器件的表面上形成偶联剂分子的自限分子层；
优选地，将不含水的偶联剂以喷涂(优选为超声雾化法喷涂)、滴注、蘸涂或浸泡的方式施加到所述器件的表面上。
3.根据权利要求2所述的后处理方法，其特征在于，步骤S10中，所述沉积腔中的气压为0-100Torr，温度为0-100℃；
和/或，步骤S10中，在所述器件的表面上形成的偶联剂分子的自限分子层的厚度小于1微米。
4.根据权利要求1-3之一所述的后处理方法，其特征在于，步骤S10中，采用的偶联剂包括硅烷偶联剂、有机铬络合偶联剂、钛酸酯偶联剂和/或铝酸化合偶联剂。
5.根据权利要求1-4之一所述的后处理方法，其特征在于，步骤S20中，将所述器件置于真空沉积室中，将聚合物原料裂解成气态单体，使所述气态单体进入所述真空沉积室，并在所述器件的表面沉积并聚合形成聚合物涂层。
6.根据权利要求5所述的后处理方法，其特征在于，步骤S20中，所述真空沉积室内的气压为0-100Torr，温度为0-100℃；
和/或，步骤S20中，所述聚合物涂层的厚度为微米级或纳米级。
7.根据权利要求5所述的后处理方法，其特征在于，步骤S20中，将聚合物原料裂解成气态单体的步骤为：
先将固态的聚合物原料加热升华成气态聚合物，然后通过高温裂解使所述气态聚合物裂解成气态单体。
优选地，步骤S20中，加热升华的条件为：气压为0-100Torr，温度为50-300℃；和/或，高温裂解的条件为：气压为0-100Torr，温度为300-900℃。
8.根据权利要求5-7之一所述的后处理方法，其特征在于，所述聚合物原料为聚对二甲苯二聚体、聚酰亚胺、聚脲、聚酰胺、聚酰亚胺-酰胺、聚氨酯、聚硫脲、聚酯、和/或聚乙二醇。
9.根据权利要求1-8之一所述的后处理方法，其特征在于，所述器件包括植入式器件、传感器、执行器、电子元器件、化工设备零部件、航空航天零部件、核电零部件、或船舶设备零部件。
10.根据权利要求1-8之一所述的后处理方法，其特征在于，所述器件为具有可动结构的器件，优选为机械量传感器，更优选为压力传感器、加速度传感器、流量传感器、陀螺仪、麦克风、静电执行器、磁执行器、电热执行器、微泵、或压电执行器，进一步优选为植入式眼压传感器、植入式血压传感器、植入式颅内压传感器、植入式膀胱压传感器、植入式肠管压力传感器、植入式胸壁压力传感器、或植入式义齿压力传感器。
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