CN109686802A - 一种电子元器件和模组的封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电子元器件和模组的封装工艺，包括以下步骤：(1)将干净的电子元器件或模组放入真空室中，在包含有机硅化合物的气体存在的条件下，对电子元器件或模组进行等离子体处理；(2)通过热裂解或光裂解的方法，使对环芳烷或其卤代物分解成双自由基前体，将双自由基前体引入真空室中，制备聚对二甲苯薄膜，并使该薄膜涂覆在电子元器件或模组的表面上。本发明的封半工艺所用的步骤简单，设备紧凑，粘合增进效果明显，量产稳定性高；当处理完后敷上聚对二甲苯薄膜，使得电子元器件和模组有很好的密封性、防水性、耐腐蚀性等，由此使得电子元器件和模组的使用寿命延长。
Description
技术领域
本发明涉及电子材料技术领域，尤其涉及一种电子元器件和模组的表面保护涂层的制备工艺，具体涉及一种电子元器件和模组表面的聚对二甲苯涂层的制备。
背景技术
聚对二甲苯(Poly-p-xylene)，商品名帕里纶(Parylene)，是通过化学气相沉积制备的具有聚二甲撑苯撑结构的聚合物薄膜的统称，它有极其优良的电绝缘性、耐热性、耐候性、气体与水蒸气阻隔性能和防腐蚀性能，是极为有效的防潮湿、防霉菌、防盐雾材料以及高频部件防护涂层材料，主要有Parylene N(聚对二甲苯)、Parylene C(聚一氯对二甲苯)、Parylene D(聚二氯对二甲苯)、Parylene F(聚对二二氟甲苯)等。它可制成极薄的无针孔的薄膜或涂层，它可用于任何形状的表面涂覆，包括尖锐的棱角、隙缝内部与极细微的孔洞中，在产品的任何部位沉积的膜厚非常均匀，且不产生死角。它常被用作电子元器件的电绝缘介质、保护性涂料和包封材料等。
由于制备电子元器件和模组的材料多变，直接沉积聚对二甲苯薄膜到电子元器件和模组上，聚对二甲苯薄膜很可能附着不良而导致脱落、分层、从而导致防水性能、耐候性和防腐蚀性变差。
美国专利6270872“Parylene Coated Devices with Adhesive”公开了通过使用压敏粘合剂或非压敏粘合剂来增加聚对二甲苯薄膜对底材的粘合，以延长聚对二甲苯薄膜在底材上的保持时间。
美国专利申请20160096193“Parylene Deposition Process”公开了一种沉积聚对二甲苯薄膜的方法。该方法包含把第一前体引入到处理室中，用紫外线将第一前体光解成第二前体，然后将第二前体引入到处理室的第二区和第三区中。在处理室的第三区中，底材暴露于在第二前体的氛围中，以促进聚对二甲苯薄膜在底材上的沉积。该方法的新颖之处在于用了紫外线来使对环芳烷光分解成对二甲苯类的前体，而常规的方法是用热分解的方法，而热分解方法需要使用到约600℃的高温。用光分解的方法不涉及到增进聚对二甲苯薄膜对底材的粘合。
申请号为201410541559.5的中国专利文献“增强聚对二甲苯薄膜与金属层粘附性的方法”，公开了以聚对二甲苯薄膜为底材，采用氧反应离子刻蚀工艺将聚对二甲苯薄膜的表面制备成绒毛状纳米结构，然后在该结构上沉积一层金属。此方法主要是通过物理结构来增加聚对二甲苯薄膜和金属层之间的粘附性。
通过在聚对二甲苯沉积之前，将物件用钛酸酯、硅烷偶联剂等物质进行预处理，可以增加聚对二甲苯对物件的粘合。用钛酸酯或硅烷偶联剂等物质进行预处理时，通常要将这些物质溶解于醇溶剂中、溶解于水中或溶解于醇-水之中。这种采用溶液处理电子元器件或模组的方法，可称之为湿法处理。例如，申请号为200910055086.7的中国专利文献“一种在LED芯片表面镀制聚对二甲基苯薄膜的方法”公开了将LED芯片先用浓度为0.5～1％的硅烷偶联剂的醇与水的溶液处理，然后再沉积聚对二甲苯薄膜的方法。申请号为201210566595.8的中国专利文献“PPTC元件表面聚对二甲苯涂层制备预处理工艺”公开了一种PPTC元件表面聚对二甲苯涂层制备预处理工艺，该专利的活化预处理是在包含有氧气和氩气的混合气体条件下，对PPTC表面进行5min-30min的等离子体清洗活化处理，然后用羧基、烷氧基、磺酸基或者磷基钛酸酯水溶液中浸泡数分钟。最后真空烘箱中烘干，完成预处理作业。在活化预处理之后，再后敷上聚对二甲苯薄膜。
可是，一些电子元器件和模组不能与有导电性的液体直接接触，也不能容忍采用浸泡法时水或液体蒸发后有离子残留。为此，美国专利申请20090263641“Method andApparatus to Coat Objects with Parylene”公开了一种将偶联剂蒸发以涂在物件的表面的方法。但在这种方法中，很难控制物件表面所沉积的偶联剂的多少，有偶联剂在物件表面某些地方淤积的风险。申请号为97181002.8的中国专利文献“聚对二甲苯涂层的制备方法”公开了一种聚对二甲苯聚合物层的制备方法，该方法包括在基片的表面沉积一层聚对二甲苯，然后用脉冲等离子体处理该层；沉积步骤与处理步骤也可同时进行，处理步骤也可在沉积步骤之后进行，以制得一种多层结构。聚对二甲苯聚合物层可具有较少的杂质含量。采用这种工艺可增加聚对二甲苯聚合物层对基片的粘附性。申请号为200720099722.2的中国专利文献“一种用于有机电致发光器件封装的多功能成膜系统”公开了一种有机电致发光器件的多功能成膜系统。该系统把射频等离子体聚合装置和聚对二甲苯热解聚合成膜系统制造在一起。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效增加聚对二甲苯与电子元器件或模组之间附着力的封装工艺。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种电子元器件和模组的封装工艺，，包括以下步骤：
(1)将干净的电子元器件或模组放入真空室中，在包含有机硅化合物的气体存在的条件下，对电子元器件或模组进行等离子体处理；
(2)通过热裂解或光裂解的方法，使对环芳烷或其卤代物分解成双自由基前体，将双自由基前体引入真空室中，制备聚对二甲苯薄膜，并使该薄膜涂覆在电子元器件或模组的表面上。
进一步的，在实施步骤(1)之前，可用各种清洗、洁净方法(如静电除尘、等郭子清洗、或溶剂清洗)将电子元器件或模组表面变得洁净。
更进一步的，在实施步骤(1)或步骤(2)之前，可用治具、保护膜或可剥离涂层，将电子元器件或模组上不需要涂覆聚对二甲苯薄膜的部位保护起来，等步骤(2)完成之后，再除去治具、保护膜或可剥离涂层。
有机硅具有许多优异的性能，诸如耐高低温、耐氧、耐光和耐气候老化等，是典型的半无机半有机材料，兼具无机高分子和有机高分子材料的特点。另一方面，制备电子元器件和模组的材料多变，所用的材料包括塑料、橡胶、涂料、陶瓷、玻璃、金属、单晶硅和多晶硅等有机和无机材料。我们在沉积聚对二甲苯薄膜前用有机硅化合物的等离子体对电子元器件或模组进行预处理，结果发现，不管电子元器件或模组的表面是什么材质，该预处理都有增加聚对二甲苯薄膜与电子元器件或模组之间粘合的效果。
优选的，步骤(1)中所述的有机硅化合物包括含有甲基、乙基、丙基苯基、乙烯基、丙烯基、烯丙基或卤代烃基的有机硅化合物。
更优选的，本发明所述的有机硅化合物为：
(1)有机硅化合物二甲基硅烷、四甲基硅烷、六甲基二甲硅醚；
(2)有机硅单体二甲基二氯硅烷、苯基氯硅烷、三甲基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基三氯硅烷；
(3)有机硅中间体六甲基二硅氧烷(MM)、六甲基环三硅氧烷(D3)、八甲基环四硅氧烷(D4)、二甲基环硅氧烷混合物(DMC)、四甲基四乙烯基环四硅氧烷(V4)、乙烯基混合环体(VMC)；
(4)碳羟基硅油(HPMS)、乙烯基硅油(VSO)、二甲基硅油(DMSO)，
(5)硅烷偶联剂，或
(6)以上化合物的混合物
最优选的，含有硅烷偶联剂或四甲基四乙烯基环四硅氧烷(V4)的气体产生的等离子体用于电子元器件或模组在沉积聚对二甲苯之前的预处理。
进一步的，在等离子体处理后和聚对二甲苯薄膜沉积之前还包括使空气或者其它气体进入真空室中，使真空室为常压或正压；具体的，在本发明中，电子元器件和模组在同一真空室内，首先在包含有机硅化合物的气体的条件下，对电子元器件或模组进行等离子体处理，接着将聚对二甲苯薄膜，沉积在电子元器件和模组上。在等离子体处理后和聚对二甲苯薄膜沉积之前，空气或其它其它或进入真空室中，使真空室为常压或正压，这时候真空室容易打开，可在聚对二甲苯薄膜沉积之前把等离子体电极板取出。
当然，也可在不同的真空室中，分别实现前述的步骤(1)和步骤(2)；可使这两个步骤在同一个真空室中完成的设备，比较紧凑，占地面积少。
常用的有机硅化合物是液态的，优选的，步骤(1)中，需通过雾化器或气化器将有机硅化合物雾化或气化，然后，雾化或气化的有机硅化合物被送至真空室中，或者雾化或气化的有机硅化合物和空气、氧气、氮气、氢气、氩气、水蒸气、氨气、二氧化碳气体一起被送至真空室中，在真空条件下进行等离子处理真空室中的电子元器件或模组。
优选的，被引入到真空室中的气体，含有重量百分比为2.5-75％的有机硅化合物；在产生等离子体的气体中引入少量的有机硅化合物，就可以显著提高聚对二甲苯薄膜对基材的附着力。
优选的，所述的聚对二甲苯薄膜是N型、C型、D型或F型的。
优选的，制备聚对二甲苯薄膜所用的自由基前体是对二亚甲基苯环状二聚体、对二亚甲基苯环状二聚体的卤代物或它们的化合物。
优选的，制备聚对二甲苯薄膜时，通过加热的方式、或通过紫外线辐射的方式或同时通过加热和紫外线辐照的方式，使环芳烃裂解为活性中间体对二亚甲基苯类物质，然后将气态活性中间体引入至温度低于200℃、气压低于100Pa的真空室中，使气态活性中间体沉积在电子元器件和模组，形成与电子元器件和模组粘结牢固的聚对二甲苯薄膜；在沉积聚对二甲苯薄膜之初(即在沉积时间30min之内)，可在真空室内开启紫外线灯。
本发明封装工艺的使用范围广，几乎所用的电子元器件和模组都可采用本发明中所提供的工艺。例如，电子元器件电阻、电容器、电位器、电子管、散热器、连接器、半导体分立器件、电声器件、激光器件、电子显示器件、光电器件、传感器、电源、开关、微特电机、电子变压器、继电器、印制电路板、集成电路、芯片、汽车钥匙，所述的模组包括LED模组、背光模组、内存模组、摄像头模组、汽车电子模组等均可采用本发明中所提供的工艺，用聚对二甲苯薄膜来加以保护。各种模组如LED模组、太阳能电池背光模组、内存模组、摄像头模组和汽车电子模组等同样可采用本发明中所提供的工艺，用聚对二甲苯薄膜来加以保护。
本发明提供的电子元器件和模组的表面保护涂层的制备工艺，操作简单，适用范围较广，设备紧凑，生产成本低，量产稳定性高。在整个过程中，可避免电子元器件或模组与含有离子、固体物质或高沸点液体的溶液直接接触，有效防止了离子、固体物质或高沸点液体在电子元器件或模组上的淤积。同时，由本发明涂覆了聚对二甲苯的电子元器件或模组，由于聚对二甲苯与电子元器件或模组的粘合良好，聚对二甲苯薄膜不易脱落和分层，使得电子元器件和模组的防水性、耐候性、耐腐蚀效果好，可以较好、较长期的保护电子元器件或模组。从而，采用本发明所提供的工艺而受到保护的电子元器件或模组应用到的电池、计算机、电机、照相机、摄像头、汽车、手机，由于电子元器件或模组更安全、更稳定，从而可有效延长整个系统的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
太阳能电池需在大气环境中经受长时间的考验，太阳能电池各部件应有良好的防水性、耐候性、耐腐蚀性。为了确保太阳能电池背光模组具有长期稳定的性能，将其用本发明的工艺进行处理。
步骤(1)：含有机硅气体的等离子体处理工艺
将太阳能电池背光模组用静电风枪除尘，放入真空室中的两个等离子体极板之间的挂具上，关闭真空室，开始抽真空，将真空室内的气压从正常大气压抽低至2Pa左右，旋转挂具，打开氩气的阀门，通入氩气，待气压升至5Pa时，打开溅射开关调节电流，使真空室内起辉，然后迅速调节气压和电流，使气压到达45Pa，发生等离子体的功率到达50W，此阶段为等离子体预处理。等离子预处理的作用是进一步清洁太阳能电池背光模组的表面，等离子体预处理的时间约60s。等离子体预处理后，打开气化器的阀门，使得气化器里产生的气体和氩气一起进入真空室，使得真空室的气压到达50Pa。气化器里被气化的物质是四甲基四乙烯基环四硅氧烷(V4)。开始计算等离子体处理时间，等离子体处理30s后，同时关掉进入真空室的气体和等离子体发生器。真空室继续保持真空状态。
步骤(2)：聚对二甲苯薄膜涂覆工艺
在气压约为133Pa(1torr)的真空条件下，在150℃左右将对二甲苯的环状二聚体固态粉末状加热升华为气态环状二聚体。在温度为650-700℃，气压为小于133Pa(如70Pa)的真空条件下，将气态的对二甲苯的二聚体，裂解为活性中间体对二亚甲苯基。将气态活性中间体引入温度较低(如室温)、气压为13.3Pa的真空室，让活性中间体吸附、沉积在太阳能电池背光模组的表面上，聚合形成线性高分子材料(即聚对二甲苯薄膜)，这个过程时长为3h，沉积在太阳能电池背光模组上的聚对二甲苯薄膜厚度约为3μm。
经过上述步骤(1)和步骤(2)，所制得的是样品A。
作为对照，将用静电风枪除尘后的太阳能电池背光模组直接进行第二步骤—聚对二甲苯薄膜涂覆工艺，所制得的是样品B。
作为对照，按照第一步骤，将用静电风枪除尘后的太阳能电池背光模组放入真空室中，在气压为45Pa、发生等离子体的概率为50W的条件下，用等离子体预处理60s后，直接进入第二步骤，所制得的是样品C。
参照标准《GBT9286-1998色漆和清漆漆膜的划痕实验》将样品A、样品B和样品C进行百格测试，可以看出，在太阳能电池背光模组表面的任何部位，样品A中聚对二甲苯薄膜的附着力都很好，测试结果在3B-5B之间(划格区内实际破损均小于15％)。而在样品B和样品C中，聚对二甲苯薄膜的附着力较差，百格测试结果早0B-1B之间(划格区内脱落面积均在35％以上)。
实施例2
将电子变压器的PIN针用橡胶制的治具(橡胶套)保护起来，以便涂覆聚对二甲苯薄膜。如实施例1进行第一步骤。第一步骤完成时，让空气进入真空室，把真空室打开。打开真空室后，把等离子体电极板取出。然后如实施例1进行第二步骤。完成后，去掉橡胶套，即得到由聚对二甲苯薄膜良好包覆的电子变压器。这种电子变压器有很好的防水性和耐腐蚀性。
实施例3
汽车钥匙的外部材料包括金属部分和聚合物部分。将汽车钥匙的金属部分用橡胶套保护起来。如实施例1完成第一步骤。让空气进入以打开真空室。在实施第二步骤时，可在在裂解区开启紫外线灯，也可在真空室内开启紫外线灯。在裂解区开紫外线灯的作用是帮助环芳烷的裂解。在真空室开启紫外线灯的作用是为了增加钥匙聚合物表面的自由基的浓度。在第二步骤进行到15分钟后，关掉紫外线灯。如此得到的用聚对二甲苯涂覆的钥匙，其中的聚对二甲苯薄膜对聚合物基材的附着力良好，不易脱落和分层。
实施例4
以摄像头模组为待涂覆聚对二甲苯的基材，如实施例1或2，所不同的，只是第一步骤和第二步骤分别在两个不同的真空室中实施。
实施例5
选用不同的聚对二甲苯的前体，用上述类似的方法，可分别制得N型、C型、D型或F型等的聚对二甲苯薄膜。例如，选用氯代二环体作为聚对二甲苯薄膜的前体，重复实施例1到4，就得到C型聚对二甲苯薄膜包覆的电子元器件或模组。
综上所述，本发明提供的电子元器件和模组的表面保护涂层的制备工艺，操作简单，适用范围较广，设备紧凑，生产成本低，量产稳定性高。在整个过程中，可避免电子元器件或模组与含有离子、固体物质或高沸点液体的溶液直接接触，有效防止了离子、固体物质或高沸点液体在电子元器件或模组上的淤积。同时，由本发明涂覆了聚对二甲苯的电子元器件或模组，由于聚对二甲苯与电子元器件或模组的粘合良好，聚对二甲苯薄膜不易脱落和分层，使得电子元器件和模组的防水性、耐候性、耐腐蚀效果好，可以较好、较长期的保护电子元器件或模组。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将干净的电子元器件或模组放入真空室中，在包含有机硅化合物的气体存在的条件下，对电子元器件或模组进行等离子体处理；
(2)通过热裂解或光裂解的方法，使对环芳烷或其卤代物分解成双自由基前体，将双自由基前体引入真空室中，制备聚对二甲苯薄膜，并使该薄膜涂覆在电子元器件或模组的表面上。
2.根据权利要求1所述的一种电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于：步骤(1)中所述的有机硅化合物包括含有甲基、乙基、丙基苯基、乙烯基、丙烯基、烯丙基或卤代烃基的有机硅化合物。
3.根据权利要求2所述的一种电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于：所述的有机硅化合物为二甲基硅烷、四甲基硅烷、六甲基二甲硅醚、二甲基二氯硅烷、苯基氯硅烷、三甲基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基三氯硅烷、六甲基二硅氧烷(MM)、六甲基环三硅氧烷(D3)、八甲基环四硅氧烷(D4)、二甲基环硅氧烷混合物(DMC)、四甲基四乙烯基环四硅氧烷(V4)、乙烯基混合环体(VMC)、碳羟基硅油(HPMS)、乙烯基硅油(VSO)、二甲基硅油(DMSO)、硅烷偶联剂中的一种或者两种以上化合物的混合物。
4.根据权利要求1所述的电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于：在等离子体处理后和聚对二甲苯薄膜沉积之前还包括使空气或者其它气体进入真空室中，使真空室为常压或正压。
5.根据权利要求1或4所述的电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于：步骤(1)中，通过雾化器或气化器将有机硅化合物雾化或气化，然后，雾化或气化的有机硅化合物被送至真空室中，或者雾化或气化的有机硅化合物和空气、氧气、氮气、氢气、氩气、水蒸气、氨气、二氧化碳气体一起被送至真空室中，在真空条件下进行等离子处理真空室中的电子元器件或模组。
6.根据权利要求5所述的电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于：被引入到真空室中的气体，含有重量百分比为2.5-75％的有机硅化合物。
7.根据权利要求1所述的电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于：所述的聚对二甲苯薄膜是N型、C型、D型或F型的。
8.根据权利要求1所述的电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于：制备聚对二甲苯薄膜所用的自由基前体是对二亚甲基苯环状二聚体、对二亚甲基苯环状二聚体的卤代物或它们的化合物。
9.根据权利要求1所述的电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于：制备聚对二甲苯薄膜时，通过加热的方式、或通过紫外线辐射的方式或同时通过加热和紫外线辐照的方式，使环芳烃裂解为活性中间体对二亚甲基苯类物质，然后将气态活性中间体引入至温度低于200℃、气压低于100Pa的真空室中，使气态活性中间体沉积在电子元器件和模组，形成与电子元器件和模组粘结牢固的聚对二甲苯薄膜；在沉积时可在真空室内开启紫外线灯。
10.根据权利要求1所述的电子元器件和模组的封装工艺，其特征在于，所述的电子元器件包括电阻、电容器、电位器、电子管、散热器、连接器、半导体分立器件、电声器件、激光器件、电子显示器件、光电器件、传感器、电源、开关、微特电机、电子变压器、继电器、印制电路板、集成电路、芯片、汽车钥匙，所述的模组包括LED模组、背光模组、内存模组、摄像头模组、汽车电子模组。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111945897A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-17 | 北京中房国建地下防水工程顾问有限公司 | 一种墙体预埋件防水构造及其施工方法 |
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