ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
PRINTED BOARD AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение в основном относится к полимерным покрытиям, и, более конкретно, к галогенуглеводородному полимерному покрытию для электрических устройств.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многие электрические устройства включают электрические компоненты, которые припаяны к платам с печатной схемой (PCBs). Металлические поверхности на электрических компонентах и печатных платах (PCB) часто окисляются или корродируют до того, как их припаяют друг к другу. Окисление или коррозия металлических поверхностей могут помешать формированию прочных паяных соединений или могут сократить срок службы таких соединений. В результате электрические устройства могут оказаться дефектными или не смогут функционировать настолько долго, насколько желательно.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В некоторых вариантах исполнения печатная плата (PCB) включает подложку, включающую изоляционный материал. PCB дополнительно включает многочисленные электропроводные печатные дорожки, присоединенные по меньшей мере к одной поверхности подложки. PCB дополнительно включает покрытие, осажденное по меньшей мере на одну поверхность подложки. Покрытие может покрывать по меньшей мере часть из многочисленных электропроводных печатных дорожек, и может включать по меньшей мере один галогенуглеводородный полимер. PCB может дополнительно включать по меньшей мере один электропроводный провод, который соединен проводным соединением по меньшей мере с одной электропроводной печатной дорожкой, причем проводное соединение формируют через покрытие без предварительного удаления покрытия так, что проводное соединение примыкает к покрытию.
В других вариантах исполнения PCB включает подложку, включающую изоляционный материал. PCB дополнительно включает многочисленные электропроводные печатные дорожки, присоединенные по меньшей мере к одной поверхности подложки. PCB дополнительно включает многослойное покрытие, осажденное по меньшей мере на одну поверхность подложки. Многослойное покрытие (i) покрывает по меньшей мере часть из многочисленных электропроводных печатных дорожек, и (ii) включает по меньшей мере один слой, сформированный из галогенуглеводородного полимера. PCB дополнительно включает по меньшей мере один электрический компонент, соединенный паяным соединением по меньшей мере с одной электропроводной печатной дорожкой, причем паяное соединение припаивают через многослойное покрытие так, что паяное соединение примыкает к многослойному покрытию.
В других дополнительных вариантах исполнения устройство включает подложку, включающую изоляционный материал. Устройство дополнительно включает первый контакт, присоединенный по меньшей мере к одной поверхности подложки. Устройство дополнительно включает покрытие, осажденное по меньшей мере на одну поверхность первого контакта. Покрытие может включать по меньшей мере один галогенуглеводородный полимер так, что первый контакт может действовать для проведения электрического сигнала через покрытие ко второму контакту без удаления покрытия.
Один или более вариантов исполнения могут включать печатную плату, на которой должно быть сделано паяное соединение. Поверхность указанной печатной платы может иметь многослойное покрытие, включающее один или более полимеров. Полимеры могут быть выбраны из галогенуглеводородных полимеров и негалогенуглеводородных полимеров. Толщина многослойного покрытия может составлять от 1 нм до 10 мкм.
Один или более вариантов исполнения могут включать печатную плату, на которой должно быть сделано паяное соединение. Поверхность указанной печатной платы может иметь многослойное покрытие, включающее один или более полимеров. Согласно определенным вариантам исполнения, между указанным покрытием и электропроводными печатными дорожками на указанной печатной плате может не быть или по существу не быть припоя.
Один или более вариантов исполнения могут включать печатную плату, на которой должно быть сделано паяное соединение. Поверхность указанной печатной платы может иметь многослойное покрытие, включающее один или более полимеров. Многослойное покрытие может включать один или более слоев из различных полимеров.
Один или более вариантов исполнения могут включать печатную плату, на которой должно быть сделано паяное соединение. Поверхность указанной печатной платы может иметь многослойное покрытие, включающее один или более полимеров. Многослойное покрытие может включать слои из различных полимеров с постепенно изменяющимися свойствами.
Один или более вариантов исполнения могут включать печатную плату, на которой должно быть сделано паяное соединение. Поверхность указанной печатной платы может иметь многослойное покрытие, включающее один или более полимеров. Многослойное покрытие может включать два или более слоев.
Один или более вариантов исполнения могут включать печатную плату, на которой должно быть сделано паяное соединение. Поверхность указанной печатной платы может иметь многослойное покрытие, включающее один или более полимеров. Первый слой, который может находиться в контакте с поверхностью печатной платы, может включать негалогенуглеводородный полимер.
Один или более вариантов исполнения могут включать печатную плату, на которой должно быть сделано паяное соединение. Поверхность указанной печатной платы может иметь многослойное покрытие, включающее один или более полимеров. В некоторых вариантах исполнения на поверхности печатной платы может не быть или по существу может не быть слоя галогенида металла.
В некоторых вариантах исполнения способ получения соединения с печатной платой, имеющей многослойное покрытие, включает этапы, на которых наносят припой и, необязательно, флюс, на печатную плату при такой температуре и в течение такого времени, что припой соединяется с металлом, и композиция локально диспергируется и/или абсорбируется и/или испаряется. Согласно определенным вариантам исполнения, один или более факторов выбирают так, что (а) имеет место хорошее течение припоя, (b) припой покрывает подложку (типично электропроводную печатную дорожку или металлизированную контактную площадку) на печатной плате, и (с) образуется прочное паяное соединение. Один или более факторов могут включать (а) характеристики подложки, (b) характеристики покрытия, (с) характеристики припоя/флюса, (d) профиль пайки (в том числе время и температуру), и (е) способ контроля течения припоя вокруг соединения.
Один или более вариантов исполнения могут включать способ модифицирования характеристик смачивания покрытия, включающего один или более галогенуглеводородных полимеров на печатной плате, с помощью плазменного травления, плазменной активации, плазменной полимеризации и нанесения покрытия, и/или химического травления на жидкостной основе.
Один или более вариантов исполнения могут включать способ модифицирования характеристик смачивания многослойного покрытия путем плазменного травления, плазменной активации, плазменной полимеризации и нанесения покрытия, и/или химического травления на жидкостной основе.
В некоторых вариантах исполнения печатная плата включает подложку и электропроводные печатные дорожки. Поверхности указанной печатной платы могут быть полностью или по существу инкапсулированы либо (а) покрытием из композиции, включающей один или более галогенуглеводородных полимеров, либо (b) многослойным покрытием, включающим один или более полимеров, выбранных из галогенуглеводородных полимеров и негалогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 1 нм до 10 мкм. Согласно определенным вариантам исполнения, подложка включает материал, который абсорбирует воду или химические вещества на основе растворителей. В некоторых вариантах исполнения подложка включает склеенные эпоксидной смолой стеклоткани, склеенную синтетической смолой бумагу, склеенную фенольной смолой хлопковую бумагу, хлопковую бумагу, эпоксидную смолу, бумагу, картон, текстильные ткани или натуральные или синтетические материалы на основе древесины.
В некоторых вариантах исполнения способ получения печатной платы включает этапы, на которых: (а) готовят печатную плату, имеющую поверхность, открытую к окружающей среде, (b) очищают поверхность в камере плазменной обработки с использованием газов, таких как водород, аргон или азот, и (с) наносят на поверхность покрытие толщиной от 1 нм до 10 мкм из композиции, включающей галогенуглеводородный полимер, путем осаждения методом плазменного распыления, причем указанное покрытие необязательно следует трехмерной конфигурации печатной платы.
В некоторых вариантах исполнения способ получения печатной платы включает этапы, на которых: (а) готовят печатную плату, имеющую поверхность, открытую к окружающей среде, (b) очищают поверхность в камере плазменной обработки с использованием газов, таких как водород, аргон или азот, (с) наносят на поверхность многослойное покрытие толщиной от 1 нм до 10 мкм, включающее один или более полимеров, путем осаждения методом плазменного распыления. Полимеры могут быть выбраны из галогенуглеводородных полимеров и негалогенуглеводородных полимеров. Многослойное покрытие необязательно может следовать трехмерной конфигурации печатной платы.
Один или более вариантов исполнения могут включать применение композиции, включающей галогенуглеводородный полимер в качестве огнезащитного покрытия для печатной платы.
В некоторых вариантах исполнения, в способе получения соединения между проводом и подложкой может быть использована технология проводного монтажа. Провод и/или подложка могут быть покрыты композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров с толщиной от 1 нм до 2 мкм. В некоторых вариантах исполнения способ монтажа проводников представляет собой шариковую/клиновую термокомпрессионную микросварку проводных выводов. В других вариантах исполнения способ монтажа проводников представляет собой микросварку проводных выводов внахлестку типа «клин-клин». Согласно определенным вариантам исполнения, провод включает золото, алюминий, серебро, медь, никель или железо. В некоторых вариантах исполнения подложка включает медь, золото, серебро, алюминий, олово, электропроводные полимеры или электропроводные краски.
В некоторых вариантах исполнения, в способе получения соединения между проводом и подложкой может быть использована технология проводного монтажа. В некоторых вариантах исполнения только провод покрывают композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 1 нм до 2 мкм. В других вариантах исполнения только на подложку наносят покрытие из композиции, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 1 нм до 2 мкм.
В некоторых вариантах исполнения, в способе получения соединения между проводом и подложкой может быть использована технология проводного монтажа. Провод и/или подложка могут быть покрыты композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 10 нм до 100 нм.
В некоторых вариантах исполнения, в способе получения соединения между проводом и подложкой может быть использована технология проводного монтажа. Провод и/или подложка могут быть покрыты композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров. В некоторых вариантах исполнения галогенуглеводородный полимер является фторуглеводородным.
В некоторых вариантах исполнения, в способе получения соединения между проводом и подложкой может быть использована технология проводного монтажа. Провод и/или подложка могут быть покрыты композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров. В некоторых вариантах исполнения покрытие из галогенуглеводородного полимера остается неповрежденным после проводного монтажа, за исключением области, где формируют соединение. Согласно определенным вариантам исполнения, покрытие из галогенуглеводородного полимера удаляют и/или диспергируют действием процесса проводного монтажа, без удаления покрытия в отдельном этапе предварительной обработки. В некоторых вариантах исполнения, после формирования соединения наносят дополнительное покрытие, включающее один или более галогенуглеводородных полимеров.
В некоторых вариантах исполнения галогенуглеводородный полимер может быть использован для предотвращения окисления и/или коррозии провода и/или подложки перед формированием соединения между проводом и подложкой способом проводного монтажа. Согласно определенным вариантам исполнения, галогенуглеводородный полимер может быть использован для обеспечения возможности сформировать соединение между проводом и подложкой в неинертной атмосфере с использованием способа проводного монтажа.
В некоторых вариантах исполнения устройство включает один или более контактов. По меньшей мере один из указанных контактов может быть покрыт композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 1 нм до 2 мкм.
В некоторых вариантах исполнения устройство включает верхний контакт и нижний контакт. Устройство может быть скомпоновано так, что верхний контакт и нижний контакт способны приходить в электрический контакт друг с другом. Верхний и/или нижний контакты могут быть покрыты композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 1 нм до 2 мкм. В некоторых вариантах исполнения верхний и нижний контакты включают нержавеющую сталь, серебро, углерод, никель, золото, олово, или их сплавы. В некоторых вариантах исполнения устройство представляет собой клавиатуру.
В некоторых вариантах исполнения сенсорное устройство включает один или более сенсорных элементов, и каждый сенсорный элемент содержит контакт. Контакты могут быть покрыты композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 1 нм до 2 мкм. В некоторых вариантах исполнения один или более сенсорных элементов представляют собой электроды. В некоторых вариантах исполнения контакты включают углерод, электропроводные краски, и/или эпоксидную смолу с серебряным наполнителем.
В некоторых вариантах исполнения устройство содержит один или более контактов. По меньшей мере один из указанных контактов может быть покрыт композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 10 нм до 100 нм.
В некоторых вариантах исполнения устройство содержит один или более контактов. По меньшей мере один из указанных контактов может быть покрыт композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров. В некоторых вариантах исполнения электрическая проводимость покрытия по z-оси является более высокой, чем электрическая проводимость покрытия по х-оси и y-оси. В некоторых вариантах исполнения покрытие из галогенуглеводородного полимера обеспечивает защиту от условий окружающей среды. В некоторых вариантах исполнения электрическое сопротивление покрытия может быть оптимизировано для иных вариантов применения.
В некоторых вариантах исполнения устройство содержит один или более контактов. По меньшей мере один из указанных контактов может быть покрыт композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров. Способ получения устройства может включать этап, на котором покрытие из галогенуглеводородного полимера осаждают методом плазменного распыления. В некоторых вариантах исполнения галогенуглеводородный полимер является фторуглеводородным.
В некоторых вариантах исполнения сенсорный элемент содержит контакт. Контакт может быть покрыт композицией, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 1 нм до 2 мкм.
Один или более вариантов исполнения могут включать способ защиты одного или более из верхнего и нижнего контактов в устройстве. Устройство может быть скомпоновано так, что указанные верхний и нижний контакты способны приходить в электрический контакт друг с другом. Способ может включать этап, на котором на контакты наносят покрытие из композиции, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 1 нм до 2 мкм. В некоторых вариантах исполнения покрытие наносят перед изготовлением устройства.
Один или более вариантов исполнения могут включать способ защиты одного или более контактов в сенсорном устройстве. Способ может включать нанесение на контактные площадки покрытия из композиции, которая включает один или более галогенуглеводородных полимеров, с толщиной от 1 нм до 2 мкм. В некоторых вариантах исполнения покрытие наносят до изготовления устройства. В некоторых вариантах исполнения способ нанесения представляет собой осаждение методом плазменного распыления.
В некоторых вариантах исполнения галогенуглеводородный полимер может быть использован для нанесения покрытия на поверхность или поверхности контактов в устройстве, включающем верхний контакт и нижний контакт. Устройство может быть скомпоновано так, что указанные верхний и нижний контакты способны приходить в электрический контакт друг с другом. В некоторых вариантах исполнения галогенуглеводородный полимер может быть применен для нанесения покрытия на поверхность или поверхности контакта в сенсорном устройстве, включающем один или более сенсорных элементов.
Нанесение покрытия на печатную плату (PCB) или другое устройство может обеспечивать ряд преимуществ. Различные варианты исполнения могут не иметь таких преимуществ, или иметь некоторые или все из этих преимуществ. Одно преимущество состоит в том, что покрытие может предохранять электропроводные печатные дорожки на PCB от окисления. PCB часто хранят в течение некоторого периода времени перед тем, как припаивать электрические компоненты на PCB. Если PCB является непокрытой, электропроводные печатные дорожки на PCB могут окисляться во время хранения. Оксидный слой на электропроводной печатной дорожке может препятствовать или затруднять припаивание электрического компонента к электропроводной печатной дорожке. Нанесением покрытия на PCB перед хранением изготовитель может предохранить электропроводные печатные дорожки на PCB от окисления. Благодаря предотвращению окисления покрытие может обеспечивать возможность сформировать прочные паяные соединения на PCB.
Еще одно преимущество заключается в том, что покрытие может обеспечивать возможность припаивания электрического компонента через покрытие без предварительного удаления покрытия. Покрытие может включать один или более галогенуглеводородных полимеров. В некоторых вариантах исполнения теплота, припой и/или флюс, нанесенные во время процесса пайки, могут избирательно изменять покрытие на отдельной области печатной платы (PCB), где должно быть сформировано паяное соединение. В некоторых вариантах исполнения процесс пайки может удалять покрытие только в области паяного соединения. Соответственно этому, как только сформировано паяное соединение, покрытие может распространиться (например, примыкать) вплоть до паяного соединения. В результате для изготовителя может оказаться ненужным протравливание или иным образом удаление покрытия перед процессом пайки. Благодаря устранению необходимости в отдельном травлении или этапе удаления покрытие может сделать процесс сборки печатной платы (PCB) более простым, менее дорогостоящим и/или отнимающим меньше времени.
Еще одно преимущество состоит в том, что покрытие может предотвращать коррозию печатной платы (PCB). Покрытие может создавать барьер между PCB и коррозионно-агрессивными газами и/или жидкостями. В некоторых вариантах исполнения покрытие может препятствовать проникновению жидкостей и/или влаги к подложке и/или электропроводным печатным дорожкам на PCB. Покрытие может препятствовать образованию дендритов, которые обусловливают короткие замыкания и/или утечки между контактами.
Еще одно преимущество заключается в том, что покрытие может проявлять электрическую проводимость вдоль оси, перпендикулярной плоскости покрытой поверхности («z-оси»), в то же время действуя как изолятор вдоль осей, параллельных покрытой поверхности. Соответственно этому, покрытие может быть нанесено на электропроводный контакт без препятствования способности такого контакта передавать электрический сигнал на встречный контакт. Таким образом, в некоторых вариантах исполнения покрытие может защищать контакты от окисления и/или коррозии без ухудшения электрической проводимости контактов.
Другие преимущества будут без труда понятны квалифицированному специалисту в этой области технологии из описания и прилагаемой патентной формулы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для более полного понимания настоящего изобретения и дополнительных признаков и преимуществ теперь будет представлено нижеследующее описание, приведенное в сочетании с сопроводительными чертежами, в которых:
ФИГУРЫ 1А-С иллюстрируют печатную плату (PCB), согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРА 2 иллюстрирует осаждение покрытия на PCB, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРЫ 3А-В иллюстрируют припаивание электрического компонента к электропроводным печатным дорожкам на PCB, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРА 4 иллюстрирует PCB, включающую многослойное покрытие, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРА 5 иллюстрирует PCB, включающую многослойное покрытие, селективно нанесенное на отдельные области PCB, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРЫ 6А-В иллюстрируют клавиатуру, включающую контакты, на которые нанесено покрытие, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРА 7 представляет график, иллюстрирующий электрическую проводимость по z-оси примерных покрытий, имеющих различные толщины, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРА 8 иллюстрирует измерительное устройство, включающее сенсор, имеющий покрытые контакты, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРА 9 иллюстрирует проводное соединение, которое сформировано через покрытие, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРА 10А иллюстрирует полученное с использованием микроскопа изображение шариковых термокомпрессионных микросварных соединений, сформированных между непокрытыми проводами и покрытой контактной поверхностью, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРА 10В иллюстрирует полученное с использованием микроскопа изображение поперечного сечения шарикового термокомпрессионного микросварного соединения между непокрытым проводом и покрытой контактной поверхностью, согласно определенным вариантам исполнения;
ФИГУРА 11А иллюстрирует полученное с использованием микроскопа изображение соединений, образованных термокомпрессионной микросваркой клиновым инструментом, между непокрытым проводом и покрытой контактной поверхностью;
ФИГУРА 11В иллюстрирует полученное с использованием микроскопа изображение поперечного сечения соединения, образованного термокомпрессионной микросваркой клиновым инструментом, между покрытым проводом и покрытой контактной поверхностью; и
ФИГУРА 12 иллюстрирует PCB, имеющую шариковое термокомпрессионное микросварное соединение и соединение, образованное термокомпрессионной микросваркой клиновым инструментом, согласно определенным вариантам исполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ФИГУРА 1А иллюстрирует печатную плату (PCB) 10, согласно определенным вариантам исполнения. PCB 10 может механически поддерживать и/или электрически соединять один или более электрических компонентов 12, связанных с электрической цепью. PCB 10 может включать подложку 14, одну или более электропроводных печатных дорожек 16, покрытие 18 и один или более электрических компонентов 12.
Подложка 14 в PCB 10 может включать одну или более плат, которые механически поддерживают элементы цепи. Например, электропроводные печатные дорожки 16 и/или электрические компоненты 12 могут быть закреплены по меньшей мере на одной поверхности подложки 14. Подложка 14 может включать любой подходящий изоляционный материал, который предохраняет подложку 14 от короткого замыкания в цепи на PCB 10. В некоторых вариантах исполнения подложка 14 в PCB 10 включает эпоксидный многослойный материал, склеенную синтетической смолой бумагу, склеенную эпоксидной смолой стеклоткань (ERBGH), композитный эпоксидный материал (CEM), склеенную фенольной смолой хлопковую бумагу, и/или любой другой пригодный тип и/или комбинацию изоляционного материала. Согласно определенным вариантам исполнения, подложка 14 включает бумагу, картон, натуральные и/или синтетические материалы на основе древесины, и/или прочие пригодные текстильные ткани. В некоторых вариантах исполнения подложка 14 включает огнезащитный материал, например, такой как Flame Retardant 2 (FR-2) и/или Flame Retardant 4 (FR-4). Подложка 14 в PCB 10 может включать единичный слой изоляционного материала или множество слоев из одинаковых или различных изоляционных материалов, с электропроводными печатными дорожками 16 на любом слое или без таковых.
Одна или более электропроводных печатных дорожек 16 могут быть закреплены по меньшей мере на одной поверхности подложки 14. Электропроводная печатная дорожка 16 в основном может действовать для проведения электрических сигналов между двумя или более компонентами электрической цепи на PCB 10. Таким образом, электропроводная печатная дорожка 16 может функционировать как проводник сигнала и/или провод для проведения сигналов. В некоторых вариантах исполнения электропроводные печатные дорожки 16 включают области, называемые как контактные площадки. Контактная площадка электропроводной печатной дорожки 16 может быть скомпонована для поддержания электрического компонента 12 и/или соединения с ним. Электропроводная печатная дорожка 16 может включать любой подходящий электропроводный материал, например, такой как золото, вольфрам, медь, серебро, алюминий и/или олово. В некоторых вариантах исполнения электропроводная печатная дорожка 16 может включать один или более электропроводных полимеров и/или электропроводных красок.
Электропроводная печатная дорожка 16 может быть сформирована на подложке 14 печатной платы (PCB) 10 с использованием любого пригодного способа. В некоторых вариантах исполнения электропроводная печатная дорожка 16 может быть сформирована на подложке 14 с использованием «субтрактивной» технологии. Например, слой металла (например, медная фольга, алюминиевая фольга и т.д.) может быть соединен с поверхностью подложки 14, и затем нежелательные части металлического слоя могут быть удалены, оставляя желательные электропроводные печатные дорожки 16. Нежелательные части металлического слоя могут быть удалены с подложки 14 химическим травлением, фототравлением, фрезерованием и/или любым подходящим способом. В других вариантах исполнения электропроводные печатные дорожки 16 могут быть сформированы на подложке 14 с использованием «аддитивной» технологии, например, такой как электролитическое осаждение, осаждение с использованием обратного фотошаблона и/или любого способа осаждения с контролируемой геометрической картиной.
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено поверх одной или более электропроводных печатных дорожек 16 на подложке 14 печатной платы (PCB) 10. Покрытие 18 может защищать электропроводные печатные дорожки 16 от окисления, коррозии и/или других вредных воздействий окружающей среды (например, набухания, обусловленного жидкостями и/или влагой). В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 осаждают поверх электропроводных печатных дорожек 16 на подложке 14 до припаивания электрических компонентов 12 к электропроводным печатным дорожкам 16 на PCB 10. Таким образом, на поверхности раздела 20 между покрытием 18 и электропроводными печатными дорожками 16 на PCB 10 может не быть или по существу может не быть припоя. Покрытие 18 может обеспечивать возможность избирательного припаивания электрических компонентов 12 через покрытие 18 к электропроводным печатным дорожкам 16 без предварительного удаления покрытия 18. В дополнение, или альтернативно, покрытие 18 может обеспечивать возможность проводного монтажа проводов через покрытие 18 для соединения с электропроводными печатными дорожками 16 без предварительного удаления покрытия 18. В дополнение, или альтернативно, покрытие 18 может проявлять низкое электрическое сопротивление и/или импеданс вдоль z-оси 22 (то есть, оси, перпендикулярной поверхности PCB 10, на которой закреплены электропроводные печатные дорожки 16) так, что электрический сигнал и/или электрический ток могут проходить через покрытие 18 между электропроводной печатной дорожкой 16 и электрическим компонентом 12 на PCB 10. В этом контексте термин «электрический ток» может иметь отношение к течению электрического заряда, и термин «сигнал» может относиться к переменному во времени и/или варьирующему в пространстве количеству электричества (например, напряжению, силе тока или напряженности поля, модуляции которых представляют закодированную информацию). Сигнал может быть сигналом любого типа, например, такого как сигнал, индуцированный полем, или сигнал, индуцированный током.
Покрытие 18 может включать любой подходящий материал, который защищает электропроводные печатные дорожки 16 от окисления и/или коррозии. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 включает один или более галогенуглеводородных полимерных материалов. Термин «полимер» может иметь отношение к полимерам, образованным in-situ из одного и/или нескольких мономеров, линейным, разветвленным, привитым и/или сшитым сополимерам, олигомерам, мультиполимерам, мультимономерным полимерам, полимерным смесям, компаундам и/или сплавам полимеров, привитым сополимерам и/или взаимопроникающим сетчатым полимерным структурам (IPNs).
Термин «галогенуглеводородный полимер» может иметь отношение к полимерам с линейными или разветвленными цепями или с циклической углеродной структурой, с нулевым количеством, одним, двумя или тремя атомами галогенов, связанными с каждым атомом углерода в структуре. Атомы галогенов в галогенуглеводородном полимере могут представлять собой фтор, хлор, бром и/или иод. Предпочтительно, галогенуглеводородный полимер представляет собой фторуглеводородный полимер, хлоруглеводородный полимер или фторхлоруглеводородный полимер, в котором нуль, один, два или три атома фтора или хлора связаны с каждым атомом углерода в цепи. В некоторых вариантах исполнения цепь может быть сопряженной или высокосопряженной, или иметь протяженные сопряженные цепи, циклы и/или разветвления.
Атомы галогенов в галогенуглеводородном полимере в покрытии 18 могли бы быть одинаковыми атомами галогенов (например, фтора), или представлять собой комбинацию атомов галогенов (например, фтора и хлора). Термин «галогенуглеводородный полимер», как здесь используемый, может включать полимеры, которые включают одну или более ненасыщенных групп, таких как двойные и/или тройные углерод-углеродные связи, и/или полимеры, которые включают один или более гетероатомов (атомов, которые не являются углеродом, водородом или галогеном), например, такие как азот, сера и/или кислород. Предпочтительно, галогенуглеводородный полимер в покрытии 18 включает менее пяти процентов гетероатомов в качестве доли от общего числа атомов в полимере. Галогенуглеводородный полимер может иметь любую подходящую молекулярную массу. Молекулярная масса галогенуглеводородного полимера может быть выбрана согласно желательной функциональности покрытия 18. В предпочтительном варианте исполнения молекулярная масса галогенуглеводородного полимера в покрытии 18 составляет более 500 атомных единиц массы (amu). Цепи галогенуглеводородного полимера в покрытии 18 могут быть линейными или разветвленными. В некоторых вариантах исполнения между полимерными цепями в покрытии 18 имеет место сшивание.
Примеры предпочтительных галогенуглеводородных полимеров включают:
Политетрафторэтилен (PTFE), материал типа PTFE, фторированные углеводороды, хлорированные-фторированные углеводороды, галогенированные углеводороды и галогенуглеводороды, а также сополимеры, олигомеры, мультиполимеры, мультимономерные полимеры, полимерные смеси, взаимопроникающие сетчатые полимерные структуры (IPNs), компаунды, сплавы, полимеры с разветвленными цепями, привитые сополимеры и сшитые варианты этих материалов. В предпочтительном варианте исполнения галогенуглеводородный полимер в покрытии 18 представляет собой материал типа политетрафторэтилена (PTFE), и, в частности, модифицированный или немодифицированный политетрафторэтилен (PTFE).
Полихлортрифторэтилен (PCTFE) и сополимеры, олигомеры, мультиполимеры, мультимономерные полимеры, полимерные смеси, взаимопроникающие сетчатые полимерные структуры (IPNs), компаунды, сплавы, полимеры с разветвленными цепями, привитые сополимеры и сшитые варианты этих материалов.
Этиленовый сополимер полихлортрифторэтилена (EPCTFE) и сополимеры, олигомеры, мультиполимеры, мультимономерные полимеры, полимерные смеси, взаимопроникающие сетчатые полимерные структуры (IPNs), компаунды, сплавы, полимеры с разветвленными цепями, привитые сополимеры и сшитые варианты этих материалов.
Сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE); сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена (FEP); сополимер тетрафторэтилена и перфторвинилового простого эфира (PFA); полимер винилиденфторида (PVDF); сополимер тетрафторэтилена, гексафторпропилена и винилиденфторида (THV); сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена (PVDFHFP); сополимер тетрафторэтилена и перфторметилвинилового простого эфира (MFA); сополимер этилена, тетрафторэтилена и гексафторпропилена (EFEP); сополимер гексафторпропилена, тетрафторэтилена и этилена (HTE); сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена; и/или другие фторполимеры, в том числе сополимеры, олигомеры, мультиполимеры, мультимономерные полимеры, полимерные смеси, взаимопроникающие сетчатые полимерные структуры (IPNs), компаунды, сплавы, полимеры с разветвленными цепями, привитые сополимеры и сшитые варианты этих материалов.
Покрытие 18 на PCB 10 может включать единичный слой или множество слоев галогенуглеводородных полимеров. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 включает по меньшей мере один слой галогенуглеводородных полимеров и по меньшей мере один слой галогенида металла (например, фторида металла) на электропроводной поверхности. Покрытие 18 может иметь любую подходящую толщину 24. В некоторых вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может составлять от одного нанометра (нм) до десяти микрометров (мкм). В других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может быть от одного нм до двух мкм. В еще других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может варьировать от одного нм до пятисот нм. В других дополнительных вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может быть от трех нм до пятисот нм. В еще других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может варьировать от десяти нм до пятисот нм. В еще других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может составлять от десяти нм до двухсот пятидесяти нм. В других дополнительных вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может быть от десяти нм до тридцати нм. В еще других вариантах исполнения покрытие 18 представляет собой монослой из галогенуглеводородного полимера (имеющего толщину 24 в несколько ангстрем (Е)). В предпочтительном варианте исполнения толщина 24 покрытия 18 составляет от десяти нм до ста нм в различных градиентах, причем предпочтительной является толщина 24 в сто нм. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено на подложке 14 и электропроводных печатных дорожках 16 так, что открытая поверхность покрытия 18 является по существу плоской (как иллюстрировано в ФИГУРЕ 1А). В других вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено на подложке 14 и электропроводных печатных дорожках 16 так, что открытая поверхность покрытия 18 не является плоской, но вместо этого соответствует трехмерной конфигурации поверхности подложки 14 и электропроводных печатных дорожек 16 (как иллюстрировано в ФИГУРЕ 1В).
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено на электропроводных печатных дорожках 16 и/или подложке 14 в виде непрерывной пленки. Согласно определенным вариантам исполнения, непрерывная пленка может по существу не содержать пор, например, таких как полости, трещины, отверстия и/или дефекты. В некоторых вариантах исполнения пористость покрытия 18 может быть конфигурирована для обеспечения желательной проницаемости покрытия 18. Например, изменение пористости покрытия 18 может повышать или снижать проницаемость покрытия 18 в отношении жидкостей, химических веществ, газов и/или припоя. Изменение пористости покрытия 18 может представлять собой физическое, химическое и/или структурное изменение полимера(ов) в покрытии 18. В некоторых вариантах исполнения изменение поверхностной энергии покрытия 18 может изменять проницаемость покрытия 18 в отношении жидкостей, химических веществ, газов и/или припоя. Проницаемость покрытия 18 можно повышать или снижать путем регулирования соотношения между поверхностной энергией покрытия 18 и поверхностной энергией проникающих жидкости и/или газа. Регулирование проницаемости покрытия 18 в отношении воды и/или других растворителей может быть в особенности желательным для печатных плат (PCB) 10, которые подвергаются воздействию жидкостных сред (например, условий влажной окружающей среды) и/или растворителей (например, во время процесса очистки в ходе изготовления PCB 10). В некоторых вариантах исполнения пористость покрытия 18 может быть отрегулирована так, что покрытие 18 является селективно проницаемым для конкретного(ных) материала(ов), но не для другого(гих) материала(лов). Например, покрытие 18 может быть по существу непроницаемым для воды, в то же время будучи проницаемым для других жидкостей.
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может включать множество слоев с тонким обращенным наружу слоем (например, верхним слоем), который по существу не содержит пор. Таким образом, обращенный наружу слой покрытия 18 может быть по существу непроницаемым для газов, влаги и/или жидкостей. В таких вариантах исполнения скрытый(тые) слой(слои) покрытия 18 (например, слой(слои) между электропроводными печатными дорожками 16 и обращенным наружу слоем покрытия 18) может(гут) включать поры, которые позволяют скрытому(тым) слою(ям) проводить электрический ток и/или сигнал.
Согласно определенным вариантам исполнения, покрытие 18 может проявлять свойство самовосстановления. В некоторых вариантах исполнения это свойство самовосстановления может представлять собой механическую характеристику, которая позволяет покрытию 18 перемещаться и/или сжиматься в ответ на физическую нагрузку, и затем, когда нагрузка уменьшается, возвращаться к своей исходной структуре и/или форме. В других вариантах исполнения это свойство самовосстановления может обеспечивать возможность электрического самовосстановления покрытия 18. Когда физическую и/или электрическую силу прилагают к отдельной области покрытой подложки 14, покрытие 18 на отдельной области подложки 14 может сжиматься и/или иным образом изменяться. Когда физическую и/или электрическую силу уменьшают, покрытие 18 на отдельной области может «залечиваться» и/или иным образом возобновляться для покрывания отдельной области подложки 14.
Покрытие 18 может проявлять относительно низкую проницаемость для газов, тем самым создавая значительный барьер для проникновения газов и препятствуя газовой коррозии и/или окислению электропроводных печатных дорожек 16 через покрытие 18. В некоторых вариантах исполнения электрические компоненты 12 могут быть избирательно припаяны через покрытие 18 без предварительного удаления покрытия 18. Паяные соединения 26, созданные припаиванием через покрытие 18, могут быть прочными по сравнению с паяными соединениями 26, связанными с другими доступными в настоящее время способами обработки поверхности. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть скомпоновано для противостояния многократным циклам нагревания. Покрытие 18 может проявлять химическую устойчивость к коррозионно-агрессивным газам, жидкостям и/или растворам солей, например, таким как загрязнения окружающей среды. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может проявлять низкую поверхностную энергию и/или «смачиваемость». Материалы в покрытии 18 и/или способ осаждения покрытия 18 могут быть конфигурированы для регулирования относительной смачиваемости покрытия 18. Покрытие 18 может представлять собой стабильный инертный материал при нормальных для устройства температурах (например, при температуре в пределах условий применения PCB 10). Покрытие 18 может проявлять хорошие механические свойства, например, такие как сопротивление истиранию и/или адгезия к материалам PCB. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может проявлять повышенную электростатическую защиту. Покрытие 18 может иметь относительную низкую проницаемость для жидкостей и солевых растворов, тем самым предохраняя от жидкостной коррозии через покрытие 18. Согласно определенным вариантам исполнения, покрытие 18 может в основном быть более полезным в плане взаимодействия с окружающей средой сравнительно с существующими технологиями обработки поверхности.
Покрытие 18 на PCB 10 может быть непрерывным, по существу непрерывным или прерывистым в пределах одной или более поверхностей PCB 10. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 является непрерывным или по существу непрерывным в пределах поверхностей, предназначенных для пайки, и непропаянных поверхностей между ними или смежных с таковыми. Согласно определенным вариантам исполнения, покрытие 18 является непрерывным или по существу непрерывным в пределах по существу всех открытых и/или уязвимых поверхностей PCB 10. В то время как для защиты PCB 10 от вредных воздействий окружающей среды может быть предпочтительным по существу непрерывное покрытие 18, для других целей может быть предпочтительным прерывистое покрытие 18.
В некоторых вариантах исполнения PCB 10 включает один или более электрических компонентов 12, которые прикреплены через покрытие 18 к электропроводным печатным дорожкам 16 на подложке 14. Электрический компонент 12 может представлять собой любой подходящий элемент электрической цепи на PCB 10. Например, электрический компонент 12 может представлять собой резистор, транзистор, диод, усилитель, осциллятор и/или любой пригодный элемент. В некоторых вариантах исполнения электрический компонент 12 включает один или более выводов, конфигурированных для закрепления на части электропроводной печатной дорожки 16 на подложке 14 печатной платы (PCB) 10. На PCB 10 может быть закреплено любое подходящее число и/или комбинация электрических компонентов 12.
Электрические компоненты 12 могут быть прикреплены к электропроводным печатным дорожкам 16 на подложке 14 с использованием любого подходящего способа. В некоторых вариантах исполнения электрический компонент 12 может быть соединен с электропроводной печатной дорожкой 16 сваркой, лазерной сваркой, ультразвуковой сваркой, и/или применением электропроводных клеевых средств. Согласно определенным вариантам исполнения, электрический компонент 12 может быть припаян через покрытие 18 к электропроводной печатной дорожке 16 на подложке 14 без предварительного удаления покрытия 18. Соединение пайкой между электрическим компонентом 12 и электропроводной печатной дорожкой 16 может быть названо как паяное соединение 26. До формирования паяного соединения 26 покрытие 18 может защищать электропроводные печатные дорожки 16 от окисления и/или коррозии. В некоторых вариантах исполнения, поскольку паяное соединение 26 может быть сформировано через покрытие 18 без предварительного удаления покрытия 18, покрытие 18 может примыкать к паяному соединению 26. Примыкая к паяному соединению 26, покрытие 18 может защищать электропроводные печатные дорожки 16 от окисления и/или коррозии даже после того, как электрические компоненты 12 припаяны к PCB 10.
Паяное соединение 26 между электрическим компонентом 12 и электропроводной печатной дорожкой 16 может быть сформировано с использованием свинцового припоя или бессвинцового припоя. В некоторых вариантах исполнения пайка через покрытие 18 не снижает прочности паяного соединения 26, как могло бы ожидаться. Действительно, в некоторых вариантах исполнения паяное соединение 26, сформированное пайкой через покрытие 18, может быть более прочным, чем паяное соединение на поверхностях с альтернативной поверхностной обработкой. Паяное соединение 26 может быть сформировано любым подходящим способом. В некоторых вариантах исполнения для формирования паяного соединения 26 может быть использован флюс (не показан). В других вариантах исполнения процесс пайки, в котором применяют только теплоту (например, лазерная пайка), мог бы быть применен для селективного формирования паяного соединения 26. В других дополнительных вариантах исполнения паяное соединение 26 может быть образовано способом пайки волной припоя, в котором может быть предусмотрено селективное флюсование.
Как отмечено выше, паяное соединение 26 может быть сформировано через покрытие 18 между электрическим компонентом 12 и электропроводной печатной дорожкой 16. В этом контексте выражение «сформировано через» может иметь отношение к формированию паяного соединения 26 без предварительного удаления покрытия 18 с электропроводной печатной дорожки 16. Таким образом, электропроводная печатная дорожка 16 может быть покрыта покрытием 16, и затем, без первоначального удаления покрытия 18 с электропроводной печатной дорожки 16, один или более электрических компонентов 12 могут быть припаяны к электропроводной печатной дорожке 16. Процесс пайки может избирательно изменять покрытие 18 и может формировать паяное соединение 26 между электрическим компонентом 12 и электропроводной печатной дорожкой 16. Таким образом, выражение «сформированный через» может иметь отношение к формированию паяного соединения 26 без предварительного удаления покрытия 18 с электропроводной печатной дорожки 16.
Как отмечено выше, поскольку паяное соединение 26 может быть сформировано через покрытие 18 без предварительного удаления покрытия 18, покрытие 18 может примыкать к паяному соединению 26. В этом контексте термин «примыкающий» может иметь отношение к одной или более кромкам паяного соединения 26, непосредственно соприкасающимся, по существу соприкасающимся и/или находящимся в значительной близости к одной или более кромкам покрытия 18. Таким образом, паяное соединение 26 может граничить с частью покрытия 18, которое не является избирательно измененным (например, удаленным) в процессе пайки. В некоторых вариантах исполнения паяное соединение 26 может примыкать к покрытию 18 в единичном измерении или в нескольких измерениях. Например, как иллюстрировано в ФИГУРЕ 1А, паяное соединение 26 может примыкать к покрытию в направлении х-оси и/или y-оси, но не в направлении z-оси.
Печатная плата (PCB) 10, включающая покрытие 18, может обеспечивать преимущества перед непокрытыми PCB 10. Покрытие 18 может не обеспечивать, или обеспечивать некоторые или все из следующих преимуществ. Одно преимущество состоит в том, что, в некоторых вариантах исполнения, покрытие 18 может защищать PCB 10 от окисления и/или коррозии во время хранения. Как только на подложке 14 сформированы электропроводные печатные дорожки 16, изготовители могут хранить PCB в течение переменных периодов времени, потенциально вплоть до нескольких месяцев или лет, перед присоединением электрических компонентов 12. Будучи оставленными без покрытия, материалы в электропроводных печатных дорожках 16 (например, медь) могут окисляться на воздухе, обусловливая образование слоя оксида и/или потускнение на электропроводных печатных дорожках 16. Поскольку традиционные PCB 10 не имеют покрытия 18, электропроводные печатные дорожки 16 на традиционных PCB 10 могут окисляться и/или корродировать во время хранения. Чем дольше хранят непокрытые PCB, тем более интенсивное окисление может происходить. Оксидный или коррозионный слой на непокрытых электропроводных печатных дорожках 16 может затруднять формирование прочных паяных соединений 26. В частности, присутствие оксидного или коррозионного слоя на электропроводных печатных дорожках 16 может иметь результатом (i) ослабленные соединения с низкой механической прочностью, (ii) «сухие соединения» («непропайки»), которые проявляют склонность к отказам во время работы устройства, (iii) соединение, которое полностью прерывает электрический контакт, и/или (iv) отказ PCB 10 (например, отказ или разрушение между электропроводными печатными дорожками 16). Напротив, если на PCB 10 нанесено покрытие 18, покрытие 18 может предотвращать окисление и/или коррозию электропроводных печатных дорожек 16 на PCB 10 в течение долговременного хранения (например, месяцев или лет), тем самым обеспечивая возможность формирования прочных паяных соединений 26 на электропроводных печатных дорожках 16 после хранения. В вариантах исполнения, где покрытие 18 наносят на электронные устройства на металлической и/или полимерной основе, покрытие 18, включающее галогенуглеводородные полимеры, может предотвращать набухание проводников и/или устройств.
Еще одно преимущество заключается в том, что, в некоторых вариантах исполнения, покрытие 18, включающее галогенуглеводородные полимеры, может не быть столь дорогостоящим и/или вредным для окружающей среды, как традиционные способы поверхностной обработки. Изготовители наносили металлические покрытия (например, олово, серебро, никель и/или золото) на области, где требовалось бы проведение пайки. Процессы нанесения этих покрытий являются трудоемкими, требуют использования дополнительных металлов и создают экологические проблемы. Эти покрытия и процессы могут быть дорогостоящими и/или сопряженными с риском для здоровья. В некоторых случаях изготовители использовали покрытия, включающие органические соединения, такие как бензимидазолы, и частицы смачиваемых припоем металлов или припоя. Однако эти органические покрытия часто не выдерживают многократных циклов нагревания и проявляют относительно короткий срок годности при хранении перед обработкой. Таким образом, традиционные покрытия, применяемые изготовителями, являются в основном дорогостоящими, занимающими много времени и/или требуют выполнения дополнительных стадий в процессе изготовления. Традиционные способы поверхностной обработки также истощают невозобновляемые ресурсы, такие как драгоценные металлы. В отличие от традиционных покрытий, покрытие 18, включающее галогенуглеводородный полимер, может представлять менее дорогостоящее и/или высокоэффективное покрытие 18, которое предотвращает окисление электропроводных печатных дорожек 16 перед присоединением электрических компонентов 12 путем пайки.
Еще одно преимущество состоит в том, что, в некоторых вариантах исполнения, покрытие 18, включающее галогенуглеводородный полимер, может предотвращать образование дендритов между паяными соединениями 26. Образование дендритов из металлических соединений наблюдалось в промежутках между паяными соединениями 26 на непокрытых PCB 10. Дендриты могут вызывать короткие замыкания и утечки тока между соединительными элементами, приводя к отказу PCB 10. В частности, дендриты могут образовываться, когда влага проникает в непокрытую подложку 14 и/или электропроводную печатную дорожку 16 и образует ионы металлов, которые затем перераспределяются в результате электромиграции в присутствии электромагнитного поля. Дендриты могут представлять собой металлические наросты, которые обусловлены электромиграцией, и формируют папоротникообразные картины вдоль поверхностей. В вариантах исполнения, где покрытие 18 наносят до формирования паяного соединения 26, покрытие может не препятствовать проникновению жидкостей к паяному соединению 26. Однако, в некоторых вариантах исполнения, покрытие 18 может предотвращать проникновение влаги к подложке 14 и/или электропроводным печатным дорожкам 16 на PCB (то есть, туда, где дендриты могут быть склонными образовываться вследствие растворения ионов). Таким образом, покрытие 18 может защищать PCB 10 от образования дендритов (i) предотвращением проникновения влаги к подложке 14 и/или электропроводным печатным дорожкам 16, и/или (ii) созданием физического барьера между проводниками на PCB 10. В дополнение, или альтернативно, поскольку материалы дендритов могут иметь низкую адгезию к покрытию 18, покрытие 18 может сокращать образование дендритов между электропроводными печатными дорожками 16 и/или электрическими компонентами 12 на PCB 10. В дополнение, или альтернативно, покрытие 18 может предотвращать электрическое короткое замыкание между электропроводными печатными дорожками 16, обусловленное присутствием ионных частиц и/или металлов.
Еще одно преимущество заключается в том, что, в некоторых вариантах исполнения, покрытие 18 может защищать окружающую среду от токсичных материалов в PCB 10. Чтобы соответствовать стандартам пожарной безопасности, PCB 10 может включать элементы, сделанные из огнестойких соединений (например, соединений на основе брома, таких как тетрабромбисфенол А (TBBPA)). Однако такие соединения могут быть токсичными, могут создавать трудности для безопасной утилизации и/или могут обусловливать опасности для окружающей среды. Нанесение покрытия 18 на PCB 10 может защитить окружающую среду от таких токсичных материалов. Нанесение покрытия 18 может устранить или значительно сократить необходимость в огнезащитных соединениях в базовом многослойном материале PCB.
ФИГУРА 1А иллюстрирует PCB 10, включающую единичный покровный слой. В других вариантах исполнения PCB 10 может включать множество покровных слоев. Хотя ФИГУРА 1А иллюстрирует два электрических компонента 12, припаянных к электропроводным печатным дорожкам 16 на PCB 10, должно быть понятно, что PCB 10 может включать любое подходящее число и/или комбинацию электрических компонентов 12. Хотя ФИГУРА 1А иллюстрирует покрытие 18, нанесенное на наружную поверхность подложки 14, должно быть понятно, что покрытие 18 может быть нанесено на одну или многие внутренние поверхности подложки 14 и/или других компонентов PCB 10. Кроме того, должно быть понятно, что покрытие 18 может быть нанесено на PCB 10 до и/или после припаивания электрических компонентов 12 к электропроводным печатным дорожкам 16.
Хотя ФИГУРА 1А иллюстрирует электрические компоненты 12, припаянные к электропроводным печатным дорожкам 16, должно быть понятно, что один или более электрических компонентов 12 могут быть прикреплены к электропроводным печатным дорожкам 16 альтернативными способами скрепления, например, такими как проводной монтаж. Кроме того, должно быть понятно, что устройства и компоненты, иллюстрированные в ФИГУРАХ 1-12, не обязательно вычерчены в масштабе.
ФИГУРА 1В иллюстрирует двухстороннюю печатную плату (PCB) 10, на которую нанесено покрытие 18. Двухсторонняя PCB 10 может включать один или более слоев подложки 14. Электропроводные печатные дорожки 16 могут быть закреплены на противоположных сторонах подложки 14. В некоторых вариантах исполнения электропроводные печатные дорожки 16 на противоположных сторонах подложки 14 могут быть коммуникативно связаны посредством одного или более переходных отверстий 27. Переходное отверстие 27 может включать металлизированное отверстие, которое обеспечивает электрическое соединение между электропроводными печатными дорожками 16, закрепленными на различных поверхностях и/или слоях в PCB 10. Переходное отверстие 27 может представлять собой сквозное переходное отверстие (например, переходное отверстие, которое проходит насквозь через PCB), глухое переходное отверстие (например, переходное отверстие, открытое только на одну сторону PCB), скрытое межслойное переходное отверстие (например, переходное отверстие, которое соединяет внутренние слои в PCB без выхода на обе поверхности), и/или переходное отверстие любого подходящего типа. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено на наружных и/или внутренних поверхностях переходного отверстия 27. Например, покрытие 18 может облицовывать боковую стенку переходного отверстия 27, которая проходит по меньшей мере через часть PCB 10. Таким образом, покрытие 18 может защищать переходные отверстия 27 и внутренние слои PCB 10 от коррозии и/или окисления.
ФИГУРА 1С иллюстрирует электрический компонент 12, закрепленный на PCB 10 способом пайки волной припоя, согласно определенным вариантам исполнения. Как разъяснено выше, PCB 10 может включать одно или более переходных отверстий 27 сквозь подложку 14. Перед припаиванием электрических компонентов 12 к PCB 10 покрытие 18 может быть нанесено на подложку 14 так, что один или более покровных слоев покрывают боковые стенки переходного отверстия 27. После осаждения покрытия 18 на подложку 14 электрический компонент 12 может быть позиционирован на первой стороне PCB 10 так, что вывод 29 электрического компонента 12 проходит через переходное отверстие 27. Таким образом, конец вывода 29 может выступать через канал переходного отверстия 27 на вторую сторону (например, на противоположную сторону) PCB 10. В некоторых вариантах исполнения, затем вокруг вывода 29 электрического компонента 12 могут быть нанесены припой и/или флюс с образованием паяного соединения 26. Согласно определенным вариантам исполнения, припой и/или флюс наносят на вторую сторону PCB 10 (например, вокруг конца вывода 29, выступающего из второй стороны PCB 10). Затем припой и/или флюс могут протекать через переходное отверстие 27 с образованием паяного соединения 26 между выводом 29 и боковыми стенками переходного отверстия 27 и/или электропроводными печатными дорожками 16 на поверхности PCB 10. Таким образом, паяное соединение 26 может быть протяженным полностью или частично через переходное отверстие 27. Процесс пайки может изменять покрытие 18 вдоль боковых стенок переходного отверстия 27. Например, в сочетании с формированием паяного соединения 26 процесс пайки может удалять покрытие 18 с боковых стенок переходного отверстия 27. Хотя ФИГУРА 1С иллюстрирует одно переходное отверстие 27 в PCB, должно быть понятно, что PCB может включать любое подходящее число переходных отверстий 27.
ФИГУРА 2 иллюстрирует осаждение покрытия 18 на PCB 10, согласно определенным вариантам исполнения. Покрытие 18 может быть осаждено на PCB 10 для защиты электропроводных печатных дорожек 16 от окисления и/или коррозии. В некоторых вариантах исполнения, как только электропроводные печатные дорожки 16 были сформированы на открытой в окружающую среду поверхности подложки 14, покрытие 18 осаждают поверх электропроводных печатных дорожек 16 на подложку 14. Таким образом, покрытие 18 может быть осаждено на электропроводные печатные дорожки 16 до припаивания любых электрических компонентов 12 к электропроводным печатным дорожкам 16. Соответственно этому, покрытие 18 может быть в прямом контакте с электропроводными печатными дорожками 16 без любого припоя, или по существу любого припоя, между покрытием 18 и электропроводными печатными дорожками 16. Покрытие 18 может быть осаждено на электропроводные печатные дорожки 16 любым подходящим способом. Например, покрытие 18 может быть осаждено с использованием осаждения методом плазменного распыления, химическим осаждением из паровой фазы (CVD), способом молекулярно-пучковой эпитаксии (MBE), стимулированным плазмой химическим осаждением из газовой фазы (PE-CVD), осаждением методом плазменного распыления при высоком давлении/атмосферном давлении, химическим осаждением из паровой фазы методом разложения металлоорганических соединений (MO-CVD), и/или химическим осаждением из газовой фазы, стимулированным лазерным излучением (LE-CVD). В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть нанесено способом осаждения с плазменным распылением, который протекает при низкой температуре. Такой низкотемпературный плазменный процесс может позволить применять покрытие 18 на многих различных типах подложек 14. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено на электропроводных печатных дорожках 16 созданием взаимопроникающих сетчатых полимерных структур (IPNs) и/или поверхностной абсорбцией монослоев (SAMs) полимеров или мономеров с образованием in-situ полимеров и/или полимерных сплавов. В других вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено с использованием способа нанесения жидкого покрытия, например, такого как погружение в жидкость, нанесение покрытия напылением, нанесение покрытия методом центрифугирования, напыление и/или золь-гель-процесс.
Как иллюстрировано в ФИГУРЕ 2, покрытие 18 может быть нанесено на электропроводные печатные дорожки 16 путем осаждения методом плазменного распыления. Осаждение методом плазменного распыления, которое может быть использовано в широком диапазоне вариантов промышленного применения, в общем представляет собой эффективную технологию осаждения тонкопленочных покрытий 18. Осаждение методом плазменного распыления может происходить в реакторе 28, который генерирует газовую плазму, включающую ионы ионизированных газов, электроны, атомы и/или нейтральные частицы. Реактор 28 может включать камеру 30, вакуумную систему 32 и один или более источников 34 энергии. Реактор 28 может представлять собой реактор 28 любого типа, скомпонованный для генерирования газовой плазмы. Источник 34 энергии может быть любым подходящим устройством, конфигурированным для преобразования одного или более газов в газовую плазму. Например, источник 34 энергии может включать нагреватель, радиочастотный (RF) генератор и/или микроволновой генератор.
-3
В некоторых вариантах исполнения, когда электропроводные печатные дорожки 16 сформированы на подложке 14, подложка 14 может быть помещена в камеру 30 реактора 28. Вакуумная система 32 может откачивать камеру 30 до давлений в диапазоне от 10 до 10 мбар (0,1 Па – 1 кПа). Затем реактор 28 может вводить один или более газов в камеру 30, и источник 34 энергии может генерировать и/или направлять электромагнитное излучение в камеру 30 для генерирования стабильной газовой плазмы. Затем реактор 28 может вводить одно или более соединений-прекурсоров 36 (в виде газов и/или жидкостей) в газовую плазму в камере 30. Будучи введенными в газовую плазму, соединения-прекурсоры 36 могут ионизироваться и/или разлагаться с образованием ряда активных частиц в плазме, которые реагируют (например, в процессе полимеризации) на поверхности PCB 10 с формированием тонкого покрытия 18.
Соединения-прекурсоры 36 могут быть выбраны для создания желательных характеристик покрытия. В некоторых вариантах исполнения соединения-прекурсоры 36 представляют собой углеводородные материалы, включающие атомы галогенов. Например, для формирования покрытия 18, включающего галогенуглеводородный полимер, соединения-прекурсоры 36 могут представлять собой перфторалканы, перфторалкены, перфторалкины, фторалканы, фторалкены, фторалкины, фторхлоралканы, фторхлоралкены, фторхлоралкины, и/или любой подходящий фторированный и/или хлорированный органический материал (например, фторуглеводороды, фторуглероды, хлорфторуглеводороды и/или хлорфторуглероды).
В вариантах исполнения, где покрытие 18 осаждают на PCB 10 методом плазменного распыления, природа и состав покрытия 18 может зависеть от одного или более условий, например, таких как (i) выбранная газовая плазма; (ii) конкретное(ные) использованное(ные) соединение(ия)-прекурсор(ры) 36; (iii) количество соединения(ний)-прекурсора(ров) 36 (которое может быть определено комбинацией давления соединения(ний)-прекурсора(ров) 36 и величиной расхода потока); (iv) соотношение соединения(ний)-прекурсора(ров) 36; (v) последовательность введения соединения(ний)-прекурсора(ров) 36; (vi) давление плазмы; (vii) частота возбуждения плазмы; (viii) распределение длительности импульсов во времени; (ix) продолжительность нанесения покрытия; (х) мощность плазмы (включая пиковую и/или усредненную мощность плазмы); (xi) компоновка электродов в камере; (xii) приготовление вводимой PCB 10; и/или (xiii) размер и геометрическая форма камеры 30. Осаждение методом плазменного распыления может быть использовано для нанесения тонких пленок из монослоя (обычно в несколько ангстрем (Е)) до десяти микрон (10 мкм) (предпочтительно до пяти микрон (5 мкм)), в зависимости от вышеуказанных настроек и условий. Вышеназванные факторы можно варьировать в процессе осаждения для формирования однослойного, многослойного, однородного и/или неоднородного покрытия 18. В некоторых вариантах исполнения процесс осаждения методом плазменного распыления может воздействовать только на обращенную наружу сторону (например, поверхность, несущую электропроводные печатные дорожки 16) печатной платы (PCB) 10. Таким образом, технология осаждения методом плазменного распыления может быть полностью совместимой с изготовлением PCB 10, обеспечивая минимальное или вообще никакое повреждение или другие нежелательные воздействия на печатную плату (PCB) 10. В некоторых вариантах исполнения технология осаждения методом плазменного распыления не подвергает PCB 10 воздействию относительно высоких температур, связанных с альтернативными способами поверхностной обработки.
В некоторых вариантах исполнения одно преимущество осаждения методом плазменного распыления может состоять в том, что покрытие 18 осаждают так, что оно достигает всех поверхностей PCB 10. В результате вертикальные поверхности на PCB 10 (например, поверхности, доступные только через отверстия в PCB 10) и/или нависающие структуры на PCB 10 могут быть покрыты покрытием 18. Следовательно, покрытие 18 может защищать PCB 10 от окисления и/или коррозии вдоль всех сторон, кромок, точек и/или областей, на которых электропроводные печатные дорожки 16 контактируют с подложкой 14 в PCB 10. В некоторых вариантах исполнения процесс осаждения методом плазменного распыления не лимитируется ограничениями поверхностного натяжения, которое детерминирует «мокрые» химические способы, используемые в других процессах поверхностной обработки. Таким образом, покрытие может быть нанесено в более мелкие переходные отверстия и/или другие полости.
4
2
6
4
4
2
6
3
6
3
8
В некоторых вариантах исполнения в реакторе 28 может быть использована активная плазма для выполнения in-situ очистки обращенной(ных) наружу поверхности(тей) PCB 10 перед проведением осаждения методом плазменного распыления. В таких вариантах исполнения, перед введением соединений-прекурсоров 36 в камеру 30 для этапа осаждения методом плазменного распыления, реактор 28 может вводить активную газовую плазму в ту же камеру 30 для очистки подложки 14 и/или электропроводных печатных дорожек 16 на PCB 10. Активная газовая плазма может быть основана на стабильном газе, например, таком как благородный газ, газообразный углеводород и/или газообразный галогенированный углеводород. В некоторых вариантах исполнения активная газовая плазма может быть основана на водороде, кислороде, азоте, аргоне, метане, этане, тетрафторметане (CF), гексафторэтане (CF), тетрахлорметане (CCl), других фторированных или хлорированных углеводородах, и/или их смеси. Согласно определенным вариантам исполнения, PCB 10 может быть очищена в камере 30 таким же материалом, каковой осаждают на PCB 10. Например, фторированный или хлорированный углеводород, например, такой как тетрафторметан (CF), гексафторэтан (CF), гексафторпропилен (CF) и/или октафторпропан (CF), может быть применен как для очистки поверхности(тей) PCB 10, так и для осаждения слоя из галогенуглеводородного полимера и/или слоя галогенида металла (например, фторида металла, хлорида металла и т.д.) на подложку 14.
В некоторых вариантах исполнения, где слой покрытия 18, включающий галоген или материал на основе галогенида, наносят непосредственно на электропроводную печатную дорожку 16 на PCB 10, очень тонкий слой (например, пять нм или меньше) из галогенида металла может сформироваться на открытой поверхности электропроводной печатной дорожки 16. В некоторых вариантах исполнения галогенид металла представляет собой фторид металла, например, такой как фторид меди или его производное. Слой галогенида металла может быть прочным, может быть инертным, и/или может предотвращать образование на электропроводных печатных дорожках 16 оксидных слоев и/или потускнений, которые могли бы препятствовать эффективной пайке.
Однако при некоторых обстоятельствах слой галогенида металла на PCB 10 может быть нежелательным, если он, например, обусловливает образование интерметаллических соединений, которые являются чувствительными к специфическим условиям окружающей среды со склонностью к снижению прочности. В таких случаях осаждение первого покровного слоя, включающего негалогенуглеводородный материал (например, полиэтилен и/или полипропилен) на PCB 10 может предотвращать образование слоя галогенида металла, когда осаждают второй покровный слой, включающий галогенуглеводородный полимер.
Хотя ФИГУРА 2 иллюстрирует единичную PCB 10 в камере 30 в реакторе 28, должно быть понятно, что любое число печатных плат (PCB) 10 может быть одновременно размещено в камере 30 и снабжено покрытием 18. Хотя ФИГУРА 2 иллюстрирует формирование покрытия 18 на PCB 10 путем осаждения методом плазменного распыления, должно быть понятно, что покрытие 18 может быть осаждено на PCB 10 с использованием любого подходящего способа.
Как разъяснено выше, как только покрытие 18 осаждают поверх электропроводных печатных дорожек 16 на подложке 14, электрические компоненты 12 могут быть прикреплены к электропроводным печатным дорожкам 16 через покрытие 18. Электрические компоненты 12 могут быть прикреплены к электропроводным печатным дорожкам 16 с использованием любого подходящего способа, например, такого как пайка, проводной монтаж, электростатическое связывание и/или связывание силами Ван-дер-Ваальса. В некоторых вариантах исполнения электрические компоненты 12 могут быть соединены с электропроводными печатными дорожками 16 с использованием клеевого средства на покрытии 18 (тем самым с применением электрической проводимости покрытия 18 по z-оси).
ФИГУРЫ 3А-В иллюстрируют припаивание электрического компонента 12 к электропроводной печатной дорожке 16 на PCB 10, согласно определенным вариантам исполнения. Как иллюстрировано в ФИГУРЕ 3А, электрический компонент 12 может быть припаян через покрытие 18 без первоначального удаления покрытия 18 с электропроводной печатной дорожки 16. Процесс пайки может включать подведение теплоты и нанесение припоя 38 к отдельной области на PCB 10, где должно быть сформировано паяное соединение 26. Теплота может быть подведена к припою 38 с использованием любого подходящего источника теплоты, например, такого как паяльник 40. В некоторых вариантах исполнения процесс пайки может также включать нанесение флюса 42 на отдельную область PCB 10. Теплота, флюс 42 и/или припой 38 могут избирательно изменять покрытие 18 на отдельной области PCB 10. В некоторых вариантах исполнения изменение покрытия 18 может иметь отношение к удалению покрытия 18 с отдельной области на PCB 10. Покрытие 18 может быть удалено нанесением припоя 38 и, необязательно, флюса 42, на PCB 10 при температуре и в течение времени так, что припой 38 связывается с электропроводной печатной дорожкой 16, и покрытие 18 локально диспергируется, поглощается, испаряется, растворяется и/или разрушается. В некоторых вариантах исполнения изменение покрытия 18 может включать изменение структуры, пористости и/или поверхностной энергии покрытия 18. Например, флюсование может изменять поверхностную энергию пор в покрытии 18, что может изменять смачиваемость покрытия 18 так, что припой 38 может протекать через поры в покрытии 18 к электропроводной печатной дорожке 16. Таким образом, в этом примере, паяное соединение 26 может формировать электрическое соединение через покрытие между электрическим компонентом 12 и электропроводной печатной дорожкой 16. В качестве еще одного примера, процесс пайки может избирательно изменять покрытие 18 путем образования полостей (например, трещин), и/или обусловливая распространение полостей в отдельной области покрытия 18, где наносят припой 38 и/или флюс 42. Предпочтительно, один или более факторов конфигурируют так, что процесс пайки обеспечивает хорошее течение припоя, покрывает часть электропроводной печатной дорожки 16 на подложке 14 припоем 38, и/или формирует прочное паяное соединение 26. Эти факторы могут включать: (i) характеристики подложки 14, (ii) характеристики покрытия 18, (iii) характеристики припоя/флюса, (iv) профиль пайки (в том числе продолжительность и температуру), (v) способ диспергирования покрытия 18, и (vi) способ регулирования течения припоя вокруг паяного соединения 26.
В некоторых вариантах исполнения только действие флюса 42 и температура во взаимодействии с галогенуглеводородными полимерами в покрытии 18 могут изменять покрытие 18 локально на отдельной области PCB 10, на которую наносят флюс 42. Согласно определенным вариантам исполнения, изменение покрытия 18 на отдельной области PCB 10 может включать удаление покрытия 18 с отдельной области на PCB 10. Припой 38 и/или флюс 42 могут быть нагреты до любой подходящей температуры в зависимости, по меньшей мере отчасти, от состава припоя 38. В некоторых вариантах исполнения припой 38 и/или флюс 42 нагревают до температур между 200°С и 300°С. Согласно определенным вариантам исполнения, припой 38 и/или флюс 42 нагревают до температур между 240°С и 280°С. В предпочтительном варианте исполнения, с использованием бессвинцового припоя 38, припой 38 и/или флюс 42 нагревают до температуры приблизительно 260°С.
Действие флюса 42 и/или температуры может локально диспергировать, абсорбировать, испарять, растворять и/или разлагать покрытие 18, включающее галогенуглеводородный полимер. Таким образом, покрытие 18 может быть изменено (например, удалено с) только на отдельной области PCB 10, где наносят припой 38 и/или флюс 42. Как иллюстрировано в ФИГУРЕ 3В, покрытие 18 может оставаться присоединенным к поверхности PCB 10 вплоть до самого создания паяного соединения 26. Примыкая к паяному соединению 26, покрытие 18 может обеспечивать защиту электропроводных печатных дорожек 16 на PCB 10 от условий окружающей среды до самого формирования паяного соединения 26.
Согласно определенным вариантам исполнения, может быть достигнут баланс между временем, необходимым для изменения покрытия 18, температурой, нужной для изменения покрытия 18, и/или кислотностью или агрессивностью флюса 42. Так, могут быть достаточными более мягкие флюсы 42, если используются более высокие температуры, и наоборот. В некоторых вариантах исполнения слой галогенида металла (например, фторида меди) может находиться между электропроводной печатной дорожкой 16 и слоем галогенуглеводорода в покрытии 18. Слой галогенида металла может проявлять свойство самофлюсования, когда к отдельной области на PCB 10 подводят теплоту. Такое свойство самофлюсования может способствовать процессу пайки. В некоторых вариантах исполнения слой галогенида металла и/или разложение галогенуглеводородных полимеров в покрытии 18 могут выделять фтор и/или фтороводород (HF) для инициирования флюсования (самофлюсования) во время процесса пайки. Благодаря такому свойству самофлюсования, если во время процесса пайки используют достаточно высокую температуру, паяное соединение 26 может быть сформировано без применения любого флюса 42.
Для формирования паяного соединения 26 может быть использован любой подходящий припой 38. В некоторых вариантах исполнения припой 38 может представлять собой легкоплавкий металлический сплав, имеющий температуру плавления в диапазоне от 90°С до 450°С. В некоторых вариантах исполнения припой 38 представляет собой свинцово-оловянный припой 38, например, такой как сплав 60/40 Sn/Pb или 63/37 Sn/Pb. В других вариантах исполнения припой 38 представляет собой бессвинцовый припой 38, например, такой как сплав, включающий олово, медь, серебро, висмут, индий, цинк и/или сурьму. Примеры бессвинцового припоя 38 включают SnCu0.7, SnAg3.5Cu0.7, и SnAg3.0Cu0.5. В некоторых вариантах исполнения припой 38 может включать порошковый металл, который суспендирован во флюсе 42. Смесь порошкового металла и флюса 42 может быть названа как паяльная паста.
.
В вариантах исполнения с использованием флюса 42 для формирования паяного соединения 26 может быть применен любой пригодный флюс 42. В некоторых вариантах исполнения флюс 42 может представлять собой мягкий флюс 42, например, такой как “no-clean” (“неагрессивный») флюс (например, канифольный флюс), который не требует проведения последующей этапы очистки PCB 10. В других вариантах исполнения флюс 42 может представлять собой органический флюс 42, например, такой как органическая кислота (например, молочная кислота, акриловая кислота и т.д.), органическая соль (например, хлорид диметиламмония (DMAHCl)), и/или органический амин (например, мочевина). В еще других вариантах исполнения флюс 42 может представлять собой полимерно-канифольный флюс 42, например, такой как синтетическая смола или натуральная канифоль. В других дополнительных вариантах исполнения флюс 42 может представлять собой неорганический флюс 42, например, такой как неорганическая соль (например, хлорид цинка, хлорид натрия, хлорид калия, фторид натрия и т.д.), и/или неорганическая кислота (например, соляная кислота, азотная кислота и т.д.). В еще других вариантах исполнения флюс 42 может быть не содержащим галогенов флюсом, безостаточным флюсом и/или флюсом с низким содержанием твердых веществ. В дополнение, или альтернативно, могут быть использованы промышленные флюсы 42, например, такие как флюсы 42, применяемые для общей пайки, пайки твердым припоем, сварки, очистки или травления металлической поверхности. Примером такого промышленного флюса 42 является бура. Выбор флюса 42 может зависеть от природы покрытия 18, в особенности конкретной толщины 24 и состава покрытия 18. Для более толстого покрытия 18 с более высоким электрическим сопротивлением может потребоваться применение более агрессивного флюса 42. В дополнение, или альтернативно, выбор флюса 42 может зависеть от характеристик смачивания материалов в покрытии 18. Композиция, которая включает активный ингредиент или ингредиенты флюса 42, и которая селективно изменяет покрытие 18 на PCB 10 (например, избирательно удаляет покрытие 18), может быть использована вместо флюса 42.
Как разъяснено выше, покрытие 18 позволяет формировать хорошие паяные соединения 26 на электропроводных печатных дорожках 16 на PCB 10. Для достижения хорошего качества прочных паяных соединений 26 на PCB 10 можно контролировать один или более факторов. Эти факторы могут включать: (i) характеристики смачивания и/или поверхностной энергии покрытой подложки 14 и/или PCB 10; (ii) шероховатость поверхности покрытой подложки 14 и/или PCB 10; (iii) шероховатость поверхности электропроводных печатных дорожек 16 на подложке 14; (iv) состав припоя 38 и/или паяльной пасты (включающей активные реагенты и/или растворители); (v) температурный профиль процесса пайки, который может включать оптимизированные температурные профили и времена пребывания для повышения эффективности смачивания припоя 38, паяльной пасты и/или активных компонентов; (vi) размер и/или геометрическую форму электропроводных печатных дорожек 16 на покрытой подложке 14; и/или (vii) размер частиц компонентов, присутствующих в припое 38 и/или паяльной пасте. В некоторых вариантах исполнения прочность и/или качество паяного соединения 26 могут быть повышены с помощью предварительной обработки, чистоты и/или подготовки поверхности электропроводных печатных дорожек 16 на подложке 14. Электропроводные печатные дорожки 16 могут быть очищены путем поверхностной обработки плазмой газового разряда, серной кислотой и/или пероксидом водорода и/или способом обработки травильным средством на основе персульфата. Согласно определенным вариантам исполнения, размер отверстий и/или толщина трафарета для нанесения паяльной пасты могут быть подобраны для регулирования количества, местоположения, смачивания и/или распределения паяльной пасты, выложенной на электропроводные печатные дорожки 16 на покрытой подложке 14.
В некоторых вариантах исполнения качество и/или прочность паяного соединения 26 могут быть повышены согласованием вязкости и величины поверхностного натяжения паяльной пасты в зависимости от температуры для (i) регулирования смачивания и течения паяльной пасты на электропроводных печатных дорожках 16 и/или (ii) контроля капиллярного действия, обусловленного электронными компонентами, на электропроводные печатные дорожки 16. Это капиллярное действие может проявлять тенденцию к смещению паяльной пасты с места ее желательного размещения, в особенности если используют пайку при комплексно-смешанной сборке типов “Fine Pitch” («мелкий шаг») и/или “Ball Grid Array (BGA)” («с шариковыми выводами на нижней плоскости корпуса»). Согласно определенным вариантам исполнения, качество и/или прочность паяного соединения 26 могут быть повышены регулированием состава, химической стабильности и/или толщины 24 покрытия 18 так, чтобы паяльная паста избирательно изменяла покрытие 18 на отдельной области на поверхности подложки 14. В некоторых вариантах исполнения качество и/или прочность паяного соединения 26 могут быть повышены регулированием химического взаимодействия активного компонента в паяльной пасте с галогенуглеводородными полимерами в покрытии 18 для облегчения избирательного изменения (например, селективного удаления) покрытия 18. Количество и/или состав активных компонентов в паяльной пасте могут быть оптимизированы для облегчения этого взаимодействия.
Хотя ФИГУРЫ 3А-В иллюстрируют процесс пайки, в котором используют припой 38, теплоту и флюс 42 для формирования паяного соединения 26, должно быть понятно, что паяное соединение 26 может быть сформировано через покрытие 18 с использованием припоя 38 и теплоты без какого-либо флюса 42. Хотя ФИГУРЫ 3А-В иллюстрируют паяное соединение 26, сформированное через однослойное покрытие 18, должно быть понятно, что паяное соединение 26 может быть создано через многослойное покрытие 18.
ФИГУРА 4 иллюстрирует печатную плату (PCB) 10, включающую многослойное покрытие 18, согласно определенным вариантам исполнения. Термин «многослойный» может иметь отношение к покрытию 18, которое включает два или более различающихся слоев и/или слоев 44 с поэтапным изменением свойств полимеров. Там, где многослойное покрытие 18 включает различные слои 44, каждый слой может включать отдельную химическую композицию. Там, где многослойное покрытие 18 включает слои 44 с поэтапным изменением свойств, индивидуальные слои 44 могут формировать область промежуточного состава между отдельными слоями 44. Материал(лы) в области промежуточного состава может(гут) иметь варьирующие молекулярную массу, химический состав, структуру, геометрическую форму, пористость, и/или другие свойства. Так, многослойное покрытие 18 может включать множество различных слоев 44 из полимеров, и/или может включать множество слоев 44 из полимеров с постепенно изменяющимися свойствами.
В некоторых вариантах исполнения многослойное покрытие 18 может включать первый слой 44а, включающий полимер первого типа, и второй слой 44b, включающий полимер второго типа. В других вариантах исполнения первый слой 44а и второй слой 44b многослойного покрытия 18 могут включать полимеры, которые имеют сходный химический состав, но различные структуры, различные степени сопряжения, и/или различные веса. В некоторых вариантах исполнения отдельный слой 44 в многослойном покрытии 18 может включать единичный тип галогенуглеводородного полимера. В других вариантах исполнения отдельный слой 44 в многослойном покрытии 18 может включать смесь галогенуглеводородных полимеров различных типов. Согласно определенным вариантам исполнения, каждый слой 44 в многослойном покрытии 18 может включать полимер(ры) с одинаковыми или различными составами. В некоторых вариантах исполнения каждый слой 44 включает сходные соединения-прекурсоры 36, которые подвергают различной обработке для формирования каждого слоя 44. Это может иметь результатом то, что каждый слой 44 имеет различные полимеры, различные полимерные сетчатые структуры, различные молекулярные массы, различные размеры, различные физические структуры и/или различия в других свойствах. В других вариантах исполнения каждый слой 44 включает различные соединения-прекурсоры 36, которые могут обусловливать то, что каждый слой включает различные материалы и/или характеристики материалов.
Многослойное покрытие 18 на PCB 10 может включать любое подходящее число слоев 44. В некоторых вариантах исполнения многослойное покрытие 18 включает от двух до пяти слоев 44. В других вариантах исполнения многослойное покрытие 18 включает от двух до четырех слоев 44. В предпочтительном варианте исполнения многослойное покрытие 18 включает два или три слоя 44. В вариантах исполнения, где покрытие 18 включает три или более слоев 44, многослойное покрытие 18 может быть скомпоновано так, что два или более слоев 44, которые не являются смежными между собой, включают один и тот же полимер. Для некоторых вариантов применения число слоев 44 в многослойном покрытии 18 может быть выбрано для усиления противоотражательных и/или диэлектрических характеристик многослойного покрытия 18. В таких вариантах исполнения многослойное покрытие 18 может включать большее число слоев 44 (например, четыре или больше) с регулируемыми толщиной и/или геометрической формой каждого слоя 44. В таких вариантах исполнения отдельный слой 44 в многослойном покрытии 18 может быть хиральным так, что отдельный слой 44 является упорядоченным на основании ориентации и/или химической структуры.
Многослойное покрытие 18 на PCB 10 может иметь любую подходящую толщину 24. Например, многослойное покрытие 18 может иметь общую толщину 24 от одного нм до десяти мкм, от одного нм до пятисот нм, от трех нм до пятисот нм, от десяти нм до пятисот нм, от десяти нм до двухсот пятидесяти нм, или от десяти нм до тридцати нм. В предпочтительном варианте исполнения многослойное покрытие 18 на PCB 10 имеет общую толщину 24 от десяти нм до ста нм, причем предпочтительная толщина 24 составляет сто нм.
Соответствующие слои 44 внутри многослойного покрытия 18 могут иметь любую подходящую толщину. В некоторых вариантах исполнения соотношение толщин каждого слоя 44 может варьировать для достижения различных свойств покрытия 18. В некоторых вариантах исполнения каждый слой 44 внутри покрытия 18 на PCB 10 может быть равной или приблизительно равной толщины. В других вариантах исполнения один слой 44 может быть толще, чем другой(гие) слой(слои) 44, так что многослойное покрытие 18 проявляет общие свойства, которые корректируют для обеспечения объединенной функциональности, обеспеченной вкладом каждого слоя 44 внутри покрытия 18. Согласно определенным вариантам исполнения, толщина отдельного слоя 44 может составлять от шестидесяти до девяноста процентов от общей толщины 24 многослойного покрытия 18, и объединенная толщина остального(ных) слоя(ев) 44 может составлять от десяти до сорока процентов общей толщины 24 многослойного покрытия 18.
В вариантах исполнения, где покрытие 18 включает множество слоев 44 с постепенно изменяющимися свойствами, пропорции соответствующих полимеров в слоях 44 с постепенно изменяющимися свойствами могут варьировать для создания различных свойств общего покрытия 18. Там, где покрытие 18 включает множество слоев 44 с постепенно изменяющимися свойствами, смежные слои 44 могут быть сплавлены друг с другом так, что между смежными слоями 44 присутствуют полимеры с промежуточным химическим составом. В дополнение, или альтернативно, многослойное покрытие 18 может включать один или более полимерных слоев 44, смежных со слоем 44 из галогенида металла (например, фторида металла). Согласно определенным вариантам исполнения, доля каждого полимера в ступенчато изменяющемся многослойном покрытии 18 может быть равной. В других вариантах исполнения покрытия 18, включающего ступенчато изменяющиеся слои 44 из различных полимеров, покрытие 18 может включать больше конкретного полимера, чем другого(гих) полимера(ров), так, что многослойное покрытие 18 более отчетливо проявляет свойства этого конкретного полимера. В таких вариантах исполнения конкретный полимер может составлять от шестидесяти до девяноста процентов покрытия 18 так, что на остальной(ные) полимер(ры) приходятся от десяти до сорока процентов покрытия 18. Как отмечено выше, в некоторых вариантах исполнения поверхность раздела между слоями 44 может быть четко определенной, и в других вариантах исполнения поверхность раздела между слоями 44 может быть постепенно изменчивой.
Согласно определенным вариантам исполнения, первый слой 44а многослойного покрытия 18 (то есть, отдельный слой 44, примыкающий к подложке 14 и/или к электропроводным печатным дорожкам 16) является непрерывным или по существу непрерывным. В таких вариантах исполнения никакая или по существу никакая часть второго слоя 44b не может приходить в контакт с подложкой 14 и/или электропроводными печатными дорожками 16 на PCB 10. Один или более слоев 44 многослойного покрытия 18 могут быть осаждены на подложке 14 и/или электропроводных печатных дорожках 16 до припаивания любых электрических компонентов 12 к электропроводным печатным дорожкам 16 на подложке 14. Соответственно этому, между одним или более слоями 44 многослойного покрытия 18 и электропроводными печатными дорожками 16 может не быть припоя 38, или по существу может не быть припоя 38.
Как разъяснено выше, электрические компоненты 12 могут быть присоединены к электропроводным печатным дорожкам 16 разнообразными способами, например, такими как пайка и/или проводной монтаж. В некоторых вариантах исполнения по меньшей мере один слой 44 многослойного покрытия 18 может быть оптимизирован для проводного монтажа, и еще один слой многослойного покрытия 18 может быть оптимизирован для пайки. Например, первый слой 44, который оптимизирован для проводного монтажа, может быть сначала осажден на электропроводные печатные дорожки 16. Затем может быть проведен процесс проводного монтажа для соединения по меньшей мере одного электрического компонента 12 с электропроводной печатной дорожкой 16. Затем поверх PCB 10 может быть осажден второй слой 44 многослойного покрытия 18. Второй слой 44 может быть оптимизирован для пайки. Затем через многослойное покрытие 18 к электропроводной печатной дорожке 16 может быть припаян еще один электрический компонент 12. Альтернативно, вышеуказанные этапы могли бы быть проведены в обратном порядке так, что мог бы быть осажден отдельный слой 44, который оптимизирован для пайки, затем могла бы быть выполнена пайка, затем мог бы быть осажден отдельный слой 44, который оптимизирован для проводного монтажа, и затем мог бы быть выполнен проводной монтаж.
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 включает по меньшей мере один слой 44, включающий углеводородный полимер с низким содержанием галогенов. Углеводородный полимер с низким содержанием галогенов может представлять собой любой подходящий полимер, имеющий меньшее, чем пороговое количество атомов галогенов. Например, углеводородный полимер с низким содержанием галогенов может иметь отношение к полимеру, имеющему процентное содержание атомов галогенов (по массе) на уровне ниже допускающего конфигурирование (например, менее двух процентов по массе, менее 0,5 процента по массе и/или любое подходящее процентное содержание).
Согласно определенным вариантам исполнения, покрытие 18 включает по меньшей мере один слой 44, включающий галогенуглеводородный полимер, и еще один слой 44, включающий негалогенуглеводородный полимер. В некоторых вариантах исполнения негалогенуглеводородный полимер может представлять собой любой подходящий полимер, который не включает атомы галогенов. Негалогенуглеводородный полимер может иметь линейную или разветвленную цепь или циклическую углеродную структуру. В некоторых вариантах исполнения может иметь место сшивание между цепями негалогенуглеводородного полимера. Негалогенуглеводородный полимер может включать одну или более ненасыщенных групп, например, таких как двойные и/или тройные углерод-углеродные связи. В некоторых вариантах исполнения негалогенуглеводородный полимер включает один или более гетероатомов (то есть, атомов, которые не являются углеродом, водородом или галогеном), например, такие как азот, сера, кремний и/или кислород. Согласно определенным вариантам исполнения, молекулярная масса негалогенуглеводородного полимера составляет более пятисот атомных единиц массы (amu). Негалогенуглеводородный полимер может представлять собой полимер, который может быть осажден методом плазменного распыления.
Отдельный слой 44 покрытия 18 может включать любой(бые) подходящий(щие) негалогенуглеводородный(ные) полимер(ры). Например, отдельный слой 44 может включать полиалкен, сложный полиэфир, винильный полимер, фенольную смолу, и/или полиангидрид. В предпочтительном варианте исполнения отдельный слой 44 включает полиалкен, например, такой как полиэтилен и/или полипропилен.
В некоторых вариантах исполнения PCB 10 может включать покрытие 18, включающее (i) первый слой 44а из негалогенуглеводородного полимера, который осаждают непосредственно на подложку 14 и/или электропроводные печатные дорожки 16, и (ii) второй слой 44b из галогенуглеводородного полимера, который осаждают на первый слой 44а. Такие варианты исполнения могут быть преимущественными, где слой 44 из галогенида металла на электропроводных печатных дорожках 16 нежелателен. В частности, осаждение первого слоя 44а из негалогенуглеводородного полимера непосредственно на электропроводные печатные дорожки 16 может предотвращать образование слоя 44 из галогенида металла на электропроводных печатных дорожках 16. В некоторых вариантах исполнения слой 44 из галогенида металла может быть нежелательным, если он приводит, например, к образованию интерметаллических соединений, которые чувствительны к специфическим условиям окружающей среды с тенденцией к снижению прочности. В таких вариантах исполнения первый слой 44а, включающий негалогенуглеводородный полимер, может служить в качестве барьера между электропроводными печатными дорожками 16 и вторым слоем 44b, включающим галогенуглеводородный полимер. Таким образом, формирование первого слоя 44а, включающего негалогенуглеводородный полимер, может предотвращать образование слоя 44 из галогенида металла во время последующего осаждения слоя 44, включающего галогенуглеводородный полимер.
В других вариантах исполнения слой галогенида металла может быть желательным. В таких вариантах исполнения покрытие 18 может включать (i) первый слой 44а из галогенида металла, который формируют непосредственно на подложке 14 и/или электропроводных печатных дорожках 16, и (ii) второй слой 44b из галогенуглеводородного полимера, который осаждают на первый слой 44а.
Хотя один или более из вышеописанных вариантов исполнения включают первый слой 44а из негалогенуглеводородного полимера и второй слой 44b из галогенуглеводородного полимера, должно быть понятно, что, в других вариантах исполнения, все, некоторые или ни один из слоев 44 многослойного покрытия 18 могут включать галогенуглеводородный полимер. Кроме того, должно быть понятно, что все, некоторые или ни один из слоев 44 многослойного покрытия 18 могут включать негалогенуглеводородный полимер.
Многослойное покрытие 18 на PCB 10 может быть скомпоновано для исполнения разнообразных и/или соответствующих техническим условиям заказчика функций. В некоторых вариантах исполнения слои 44 многослойного покрытия 18 могут быть скомпонованы для оптимизации электрической проводимости, устойчивости к окислению, защиты от условий окружающей среды, стоимости, устойчивости к поглощению влаги, предотвращения образования дендритов, огнестойкости и/или других оптических, электрических, физических и/или химических свойств многослойного покрытия 18. Например, относительно толстое покрытие 18, которое является высокофторированным, может быть желательным для обеспечения хорошей защиты от условий окружающей среды в определенных вариантах исполнения, тогда как в других вариантах исполнения может быть предпочтительным относительно тонкое покрытие 18, включающее меньше галогенов. Как описано выше в отношении ФИГУР 3А-В, электрические компоненты 12 могут быть припаяны через многослойное покрытие 18 к электропроводным печатным дорожкам 16 без предварительного удаления многослойного покрытия 18.
Согласно определенным вариантам исполнения, многослойное покрытие 18 на PCB 10 включает первый слой 44а, включающий галогенуглеводородный полимер первого типа, и второй слой 44b, включающий галогенуглеводородный полимер второго типа. В некоторых вариантах исполнения многослойное покрытие 18 включает отдельный слой 44 из материала типа политетрафторэтилена (PTFE), и еще один слой 44 из материала типа полихлортрифторэтилена (PCTFE). Слой 44 из PCTFE может быть осажден непосредственно на подложку 14 и/или электропроводные печатные дорожки 16, и слой 44 из PTFE может быть осажден на слой 44 из PCTFE. В таких вариантах исполнения слой 44 из PCTFE может предотвращать окисление электропроводных печатных дорожек 16, и слой 44 из PTFE может обеспечивать защиту PCB 10 от условий окружающей среды. В других вариантах исполнения слой 44 из PTFE может быть осажден непосредственно на подложку 14 и/или электропроводные печатные дорожки 16, и слой 44 из PCTFE может быть осажден на слой 44 из PTFE. Этим может быть обеспечена возможность того, что физические и/или химические свойства наружной поверхности PCB 10 будут определяться слоем 44 из PCTFE.
Хотя ФИГУРА 4 иллюстрирует многослойное покрытие 18, имеющее различающиеся слои, должно быть понятно, что многослойное покрытие 18 может иметь слои с постепенно изменяющимися свойствами. Хотя выше описаны слой 44 из PTFE и слой 44 из PCTFE многослойного покрытия 18, должно быть понятно, что многослойное покрытие 18 может включать любые подходящие типы и/или комбинации материалов. В некоторых вариантах исполнения материал(лы) в многослойном покрытии 18 может(гут) не быть материалами типа PTFE и/или PCTFE.
ФИГУРА 5 иллюстрирует PCB 10, включающую многослойное покрытие 18, селективно нанесенное на отдельные области на PCB 10, согласно определенным вариантам исполнения. Как иллюстрировано, отдельные области на PCB 10 могут быть покрыты 18 однослойным покрытием 18, и другие области на PCB 10 могут быть покрыты многослойным покрытием 18. Таким образом, различные области PCB 10 могут быть покрыты различными полимерами, или их смесями, для достижения различных характеристик в различных областях. Например, в первой области на PCB 10 может быть желательным иметь многослойное покрытие 18, которое проявляет пьезоэлектрические и/или электрорезистивные свойства, тогда как во второй области на PCB 10 может быть желательным иметь однослойное покрытие 18, которое проявляет электроизоляционные свойства. В этом примере можно нанести на первую область PCB 10 многослойное покрытие 18, имеющее первый слой 44а, включающий полимер из винилиденфторида (PVDF), и второй слой 44b, включающий еще один галогенуглеводородный полимер. Слой 44 из PVDF может усиливать пьезоэлектрические, электрорезистивные и/или электрострикционные свойства покрытия 18 в первой области на PCB 10. В этом примере можно нанести на вторую область PCB 10 однослойное покрытие 18, включающее галогенуглеводородный полимер или негалогенуглеводородный полимер, который проявляет более выраженные изоляционные характеристики, чем PVDF. Таким образом, отдельные области на PCB 10 могут быть покрыты однослойным покрытием 18, и другие области на PCB 10 могут быть покрыты многослойным покрытием 18.
Хотя вышеприведенные примеры иллюстрируют покрытие 18, включающее PVDF, должно быть понятно, что любые подходящие полимеры могут быть использованы в любом однослойном и/или многослойном покрытии 18.
Многослойное покрытие 18 может быть нанесено на PCB 10 с использованием любого пригодного способа. Например, многослойное покрытие 18 может быть осаждено с использованием осаждения методом плазменного распыления, химическим осаждением из паровой фазы (CVD), способом молекулярно-пучковой эпитаксии (MBE), стимулированным плазмой химическим осаждением из газовой фазы (PE-CVD), осаждением методом плазменного распыления при высоком давлении/атмосферном давлении, химическим осаждением из паровой фазы методом разложения металлоорганических соединений (MO-CVD), и/или химическим осаждением из газовой фазы, стимулированным лазерным излучением (LE-CVD). В некоторых вариантах исполнения многослойное покрытие 18 может быть осаждено созданием взаимопроникающих сетчатых полимерных структур (IPNs) и/или поверхностной абсорбцией монослоев (SAMs) полимеров или мономеров с образованием in-situ полимеров и/или полимерных сплавов. В других вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено с использованием способа нанесения жидкого покрытия, например, такого как погружение в жидкость, нанесение покрытия набрызгиванием, нанесение покрытия методом центрифугирования, напыление и/или золь-гель-процесс. В вариантах исполнения, включающих многослойные покрытия 18, каждый слой 44 может быть сформирован с использованием одинаковых или различных способов.
В некоторых вариантах исполнения многослойное покрытие 18 наносят на PCB 10 с использованием осаждения методом плазменного распыления, описанного выше в отношении ФИГУРЫ 2. В таких вариантах исполнения, как только на подложке 14 сформированы электропроводные печатные дорожки 16, подложка 14 может быть помещена в камеру 30 реактора 28. Реактор 28 может вводить газы (например, водород, аргон и/или азот) в камеру 30 для очистки подложки 14. Затем реактор 28 может вводить одно или более соединений-прекурсоров 36 в камеру 30 для формирования многослойного покрытия 18 на подложке 14 путем осаждения методом плазменного распыления. В некоторых вариантах исполнения многослойное покрытие 18 может следовать трехмерной форме подложки 14 и/или электропроводных печатных дорожек 16 на PCB 10.
Многослойное покрытие 18 (включающее либо различающиеся, либо поэтапно изменяющиеся слои 44) может быть осаждено на подложку 14 путем вариации состава соединений-прекурсоров 36, вводимых в камеру 30. В некоторых вариантах исполнения для генерирования газовой смеси в камере 30 могут быть использованы одно или более соединений-прекурсоров 36. Смесь соединений-прекурсоров 36 может быть составлена для формирования поэтапно изменяющихся слоев 44 покрытия 18 на подложке 14. В других вариантах исполнения различающиеся слои 44 покрытия 18 могут быть осаждены на подложке 14 переменой соединений-прекурсоров 36 и модифицированием условий в камере 30. Состав многослойного покрытия 18 можно регулировать вариацией одного или более из следующих факторов: (i) выбор газовой плазмы; (ii) используемое(мые) конкретное(ные) соединение(ия)-прекурсор(ры) 36; (iii) количество соединения(ний)-прекурсора(ров) 36 (которое определяется комбинацией давления соединения(ний)-прекурсора(ров) 36 и величиной расхода потока); (iv) соотношение соединения(ний)-прекурсора(ров) 36; (v) последовательность введения соединения(ний)-прекурсора(ров) 36; (vi) давление плазмы; (vii) частота возбуждения плазмы; (viii) распределение длительности импульсов во времени; (ix) продолжительность нанесения покрытия; (х) мощность плазмы (включая пиковую и/или усредненную мощность плазмы); (xi) компоновка электродов в камере; (xii) приготовление вводимой PCB 10; и/или (xiii) размер и геометрическая форма камеры 30. Покрытие 18, осажденное методом плазменного распыления, может полностью, или по существу полностью, инкапсулировать все поверхности PCB 10. В результате покрытие 18 может прекращать или сокращать поглощение воды и «увлажнение» PCB 10. Этим может быть значительно уменьшено любое коррозионное воздействие изнутри подложки 14 и/или из-под электропроводных печатных дорожек 16 или из мест рядом с ними. Это может быть в особенности преимущественным для печатных плат (PCB) 10 на эпоксидной основе и PCB 10 из бумаги/картона, которые могут быть склонными к поглощению воды, водных кислот и/или коррозионно-агрессивных материалов, и которые могут быть чувствительны к коррозии в результате таких in-situ механизмов.
Осаждение методом плазменного распыления может быть использовано для осаждения слоя(ев) 44 из галогенуглеводородных полимеров и/или слоя(ев) 44 из негалогенуглеводородных полимеров. Соединения-прекурсоры 36 для галогенуглеводородных полимеров описаны выше в отношении ФИГУРЫ 2. Что касается негалогенуглеводородных полимеров, соединения-прекурсоры 36 могут представлять собой углеводородные материалы, которые выбраны для создания покрытия 18 с желательными свойствами. Будучи введенными в газовую плазму, конкретные соединения-прекурсоры 36 могут ионизироваться/разлагаться с образованием ряда активных частиц, которые будут реагировать на поверхности PCB 10 (например, в процессе полимеризации) с образованием тонкого слоя 44 негалогенуглеводородного полимера. Для формирования слоя 44 из негалогенуглеводородного полимера могут быть применены любые пригодные соединения-прекурсоры 36. Примерами соединений-прекурсоров 36 для осаждения слоя 44 из негалогенуглеводородного полимера являются алканы, алкены и алкины.
Как разъяснено выше, PCB 10 может быть покрыта сложными трехмерными покрытиями 18. Такие покрытия 18 могут включать единичный слой 44 поверх отдельных областей на PCB 10, и множество слоев 44 поверх других областей PCB 10. Для формирования таких покрытий 18 могут быть использованы любые подходящие способы. В некоторых вариантах исполнения один или более слоев 44 покрытия 18 могут быть осаждены только на отдельных областях PCB 10. Например, один или более слоев 44 покрытия 18 могут быть избирательно осаждены (i) с применением маски на поверхности PCB 10 для осаждения покрытия 18 только на немаскированные области, (ii) с использованием технологий плазменного фотостимулированного осаждения (например, стимулированного лазерным или ультрафиолетовым излучением), и/или (iii) с использованием химического осаждения из паровой фазы методом разложения металлоорганических соединений (MOCVD) такого типа соединений-прекурсоров 36, например, как алкилметаллические и/или карбонильные прекурсоры. В других вариантах исполнения покрытия 18 могут быть сформированы с использованием одного или более субтрактивных способов.
4
Согласно определенным вариантам исполнения, процесс осаждения может быть организован для модифицирования характеристик смачивания покрытия 18 на PCB 10. Смачивание может иметь отношение к (i) смачиванию поверхности покрытой PCB 10 такими жидкостями, как вода, (ii) смачиванию покрытия 18 припоем 38 и/или флюсом 42 во время процесса пайки, и/или (iii) смачиванию электропроводных печатных дорожек 16 припоем 38 после того, как покрытие 18 было изменено (например, локально удалено). Характеристики смачивания покрытия 18 могут быть модифицированы любым подходящим способом. Например, характеристики смачивания покрытия 18 могут быть модифицированы плазменным травлением с использованием реакционноспособных видов газовой плазмы, например, такой как из тетрафторида углерода (CF). В качестве еще одного примера, характеристики смачивания покрытия 18 могут быть модифицированы плазменной активацией с использованием видов газовой плазмы, выбранных для обеспечения желательной активации поверхности, например, таких как виды газовой плазмы, основанные на водороде, кислороде, аргоне, азоте и/или комбинациях таких газов. В качестве еще одного дополнительного примера, характеристики смачивания покрытия 18 могут быть модифицированы плазменной полимеризацией и/или с использованием вариантов и/или смесей галогенуглеводородов (например, фторуглеводородов, хлоруглеводородов и т.д.), и/или негалогенуглеводородов (например, полиэтилена, полипропилена и т.д.). В качестве еще одного дополнительного примера, характеристики смачивания покрытия 18 могут быть модифицированы химическим травлением на жидкостной основе, которое может изменять активацию поверхности и/или шероховатость поверхности покрытия 18, с использованием, например, сильных кислот (например, серной кислоты, азотной кислоты и т.д.), и/или окислителей (например, пероксида водорода). В некоторых вариантах исполнения характеристики смачивания покрытия 18 могут быть отрегулированы в пространственном отношении для создания различных областей на PCB 10, имеющих различные характеристики смачивания. Область (на поверхности PCB 10), которая имеет усиленные характеристики смачивания, может избирательно контролировать направление, в котором жидкость течет по PCB 10. Таким образом, такая область может действовать как «канал» для направления жидкости, протекающей к областям, где жидкость не будет вызывать повреждения.
В некоторых вариантах исполнения некоторые или все поверхности PCB 10 могут быть полностью или по существу инкапсулированы покрытием 18. Это может защитить PCB 10 и/или предотвратить поглощение воды и/или «увлажнение» PCB 10. В дополнение, или альтернативно, это может уменьшить любое коррозионное воздействие изнутри подложки 14 или из-под электропроводных печатных дорожек 16 или из мест рядом с ними. Таким образом, покрытие 18 может защищать PCB 10, имеющую подложку 14 на эпоксидной основе и/или на бумажной основе и/или картонной основе, которая в противном случае поглощала бы жидкости (например, воду, водные кислоты и коррозионно-агрессивные материалы), и которая в иных обстоятельствах была бы чувствительна к коррозии.
PCB 10, включающая покрытие 18, может обеспечивать преимущества перед непокрытыми PCB 10. Представленное покрытие 18 может предоставлять некоторые или все из следующих преимуществ, или ни одно из них. Одно преимущество состоит в том, что, в некоторых вариантах исполнения, покрытие 18 может обеспечивать печатной плате (PCB) 10 возможность работать в суровых и/или коррозионно-агрессивных условиях окружающей среды. Традиционные PCB 10 в общем были неспособны надежно функционировать в таких условиях окружающей среды. Электропроводные печатные дорожки 16 на непокрытых PCB 10 могут корродировать, что может иметь результатом гораздо более короткий срок службы устройства, чем ожидалось бы в нормальных обстоятельствах. Это может происходить, например, когда непокрытую PCB 10 используют в очень влажных средах, в особенности, где микроскопические капельки воды, включающие растворенные газы, такие как диоксид серы, сероводород, диоксид азота, хлороводород, хлор, озон и/или водяные пары, образуют коррозионно-агрессивный раствор. Это может вести к образованию тонкой пленки или коррозионному отложению между электропроводными печатными дорожками 16 на непокрытой PCB 10, что может вызывать короткое замыкание. В некоторых случаях изготовители наносили конформные покрытия из полимера на PCB 10 после припаивания электрических компонентов 12 к PCB 10. Однако такие конформные покрытия в основном являются дорогостоящими. Нанесение таких конформных покрытий может потребовать проведения дополнительного этапа в процессе изготовления после того, как электрические компоненты 12 были припаяны к PCB 10. Такие конформные покрытия также могут потребовать выполнения еще одной этапы для удаления конформного покрытия, когда нужно переделывать поврежденную или отказавшую PCB 10, или когда необходимо протестировать PCB 10 для выяснения ее работоспособности или разрешения проблемы. В отличие от таких конформных покрытий, покрытие 18, включающее галогенуглеводородный полимер, может представлять более дешевое и/или более эффективное решение для защиты PCB 10 в суровых и/или коррозионно-агрессивных условиях окружающей среды. В некоторых вариантах исполнения один или более слоев 44 покрытия 18 могут быть нанесены подобно конформному покрытию на PCB 10 после присоединения (например, припаивания, проводного монтажа и т.д.) электрических компонентов 12 к электропроводным печатным дорожкам 16. Таким образом, покрытие 18 может быть нанесено на смонтированную печатную плату (PCB) 10 с установленными компонентами в качестве конформного покрытия 18, чем обеспечивается одно или более описываемых здесь преимуществ (например, устойчивость к окислению/коррозии, пригодность к пайке через покрытие, пригодность к проводному монтажу, электропроводность вдоль z-оси и т.д.).
Еще одно преимущество заключается в том, что, в некоторых вариантах исполнения, покрытие 18 может предохранять подложку 14, электропроводные печатные дорожки 16 и/или прочие элементы PCB 10 от поглощения воды и/или растворителей. Элементы традиционных PCB 10 могут включать материалы, которые поглощают воду и/или растворители (в том числе водные, органические, неорганические и/или смешанные растворители) в жидкой, парообразной и/или газообразной форме. Например, подложки 14, включающие ткани (например, склеенные эпоксидной смолой стеклоткани), бумагу (например, склеенную синтетической смолой бумагу, хлопковую бумагу, склеенную фенольной смолой хлопковую бумагу, эпоксидную смолу, бумагу, картон и т.д.), текстильные ткани и/или материалы на основе древесины (натуральные и/или синтетические), могут поглощать воду и/или химические вещества на основе растворителей. В качестве еще одного примера, электропроводные печатные дорожки 16, включающие металлы, электропроводные полимеры и/или напечатанные электропроводные краски, могут абсорбировать воду и/или химические вещества на основе растворителей. В качестве еще одного дополнительного примера, PCB 10 может включать магнитные структуры, напечатанные магнитные краски и/или прочие элементы, которые могут поглощать воду и/или химические вещества на основе растворителей. Так, PCB 10 может включать пористые и/или гидрофильные структуры, имеющие естественную склонность к воде и/или растворителям, что может вызывать изменения этих структур. (Склонность материала к взаимодействию с водой и/или растворителями в жидкостной фазе или в результате конденсации из газовой фазы может включать твердые растворители). Когда элементы PCB 10 абсорбируют воду и/или растворители, могут возникать одна или более проблем. Эти проблемы могут включать: (i) повышенные механические напряжения во время циклов термической обработки вследствие различий в коэффициентах теплового расширения; (ii) изменение адгезионных характеристик элементов PCB; (iii) изменения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь элементов PCB; (iv) набухание конструкции, делающее некоторые материалы непригодными для плакирования из-за полостей и/или для применения в некоторых условиях высокой влажности, в особенности, где используют высокие напряжения; (v) коррозию электропроводных печатных дорожек 16 на или вокруг поверхности раздела между электропроводными печатными дорожками 16 и подложкой 14; (vi) утрату механической прочности; (vii) разупорядочивание материала в PCB 10 в присутствии воды; и/или (viii) электролиз в присутствии наложенного электрического поля, ведущий к коррозии и/или разрушению PCB 10.
Еще одно преимущество может быть реализовано там, где электропроводные печатные дорожки 16 включают электропроводную полимерную краску. Краски из электропроводных полимеров могут иметь склонность к поглощению жидкостей и/или влаги, которая может приводить к набуханию, изменению электрических характеристик и/или ухудшению работоспособности электрической цепи. В дополнение, или альтернативно, печатные активные устройства (например, как используемые в пластиковой электронике) могут поглощать воду и/или химические вещества на основе растворителей, что может изменять эксплуатационные характеристики и/или свойства печатных активных устройств. Нанесение покрытия 18 на печатные активные устройства и/или электропроводные печатные дорожки 16, включающие электропроводные полимерные краски, может предотвращать абсорбцию воды.
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть скомпоновано для создания электрической проводимости вдоль оси, перпендикулярной плоскости покрытой поверхности («z-оси» 22), в то же время действующим как изолятор вдоль осей, параллельных покрытой поверхности («х-ось» 46 и «y-ось» 48). Соответственно этому, покрытие 18 может быть нанесено на электропроводный контакт 50 без ущерба способности такого контакта 50 пропускать электрический сигнал и/или проводить электрический ток ко встречному контакту 50. Таким образом, в некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может защищать контакты 50 от окисления и/или коррозии без ухудшения электрической проводимости контактов 50.
ФИГУРЫ 6А-В иллюстрируют клавиатуру 52, включающую контакты 50, которые покрыты покрытием 18, согласно определенным вариантам исполнения. Клавиатура 52 может представлять собой устройство ввода, включающее множество клавиш 54. При нажатии клавиши 54 пользователь может побуждать клавиатуру 52 к передаче электрического сигнала. Клавиатура 52 может представлять собой устройство ввода любого пригодного типа, которое включает клавиши 54. Например, клавиатура 52 может представлять собой кнопочную клавиатуру 52 типа “dome-switch”, мембранную клавиатуру 52 и/или любую подходящую клавиатуру 52.
Клавиатура 52 может включать множество клавиш 54. В некоторых вариантах исполнения каждая клавиша 54 включает открытую поверхность 56, которая видна пользователю, и скрытую поверхность 58, которую в основном пользователь не видит. Электропроводный контакт 50 может быть присоединен к скрытой поверхности 58 каждой клавиши 54 в клавиатуре 52. В некоторых вариантах исполнения клавиатура 52 включает PCB 10, имеющую множество электропроводных контактов 50. Каждый контакт 50 на PCB 10 может соответствовать одной или более клавишам 54 клавиатуры 52. Так, когда пользователь нажимает конкретную клавишу 54, контакт 50, присоединенный к клавише 54, может соприкасаться с соответствующим контактом 50, присоединенным к PCB 10, тем самым обеспечивая возможность прохождения электрического сигнала (например, замыканием разомкнутой цепи).
Клавиатура 52 может включать клавиши 54 любого подходящего типа. Примеры клавиш 54 включают металлические клавиши 54 со способом подключения “snap dome”, клавиши 54 с пружинным возвратом, и кнопки из силиконового каучука, имеющие одну или более углеродных вставок. В некоторых вариантах исполнения клавиша 54 может составлять участок площади мембранной клавиатуры 52. Мембранная клавиатура 52 может включать два слоя мембраны (например, пластиковые или полимерные подложки), которые обычно разделены воздушным промежутком. Внутренние поверхности двух мембран могут включать гибкие контакты 50, например, такие как электропроводные краски (например, серебряная краска), электропроводные клеи и/или электропроводные адгезивы. Нажатие клавиши 54 мембранной клавиатуры 52 может вызывать соприкосновение контактов 50 на двух мембранах, приводя к передаче сигнала. Должно быть понятно, что клавиатура 52 может включать клавиши 52 любого подходящего типа и/или в любой комбинации.
Контакт 50 в клавиатуре 52 может представлять собой любое пригодное электропроводное устройство для соединения и/или замыкания электрической цепи. Контакт 50 может включать электрод, соединитель, штырек, контактную площадку и/или любое подходящее электропроводное устройство. Контакт 50 может включать любой подходящий электропроводный материал. Например, контакты 50 могут включать один или более металлов, например, таких как нержавеющая сталь, никель, олово, медь, алюминий, золото, серебро, и/или любой подходящий сплав их. В некоторых вариантах исполнения контакты 50 могут включать электропроводные краски, эпоксидную смолу с серебряным наполнителем, электропроводные пластики и/или неметаллические электропроводные материалы, например, такие как углерод и/или графит. Таким образом, контакты 50 могут включать электропроводные материалы любого пригодного типа и/или в любом сочетании.
В некоторых вариантах исполнения один или более контактов 50 в клавиатуре 52 могут быть покрыты покрытием 18. Как разъяснено выше, покрытие 18 может быть скомпоновано имеющим электрическую проводимость по направлению z-оси, но действующим как изолятор в направлениях х-оси и y-оси. Другими словами, покрытие 18 может проявлять высокие импеданс и/или электрическое сопротивление по направлениям х-оси и y-оси, но низкие импеданс и/или электрическое сопротивление в направлении z-оси. Это свойство может позволять контакту 50, покрытому покрытием 18, проводить электрический сигнал и/или электрический ток через покрытие 18 к встречному контакту 50.
Покрытие 18 на контакте 50 в клавиатуре 52 может иметь любую подходящую толщину 24. В некоторых вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 на контакте 50 составляет от одного нм до двух мкм. В других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может быть от одного нм до пятисот нм. В еще других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может варьировать от трех нм до пятисот нм. В других дополнительных вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может составлять от десяти нм до пятисот нм. В других дополнительных вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может быть от десяти нм до двухсот пятидесяти нм. В еще других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может варьировать от десяти нм до тридцати нм. В других дополнительных вариантах исполнения покрытие 18 представляет собой монослой из галогенуглеводородного полимера (имеющий толщину 24 в несколько ангстрем (Е)). В предпочтительном варианте исполнения толщина 24 покрытия 18 варьирует от десяти нм до ста нм в различных градиентах, причем предпочтительно толщина 24 составляет сто нм.
В некоторых вариантах исполнения оптимальная толщина 24 покрытия 18 может зависеть от свойств покрытия, которые являются желательными. Например, если требуется очень высокая устойчивость к условиям окружающей среды (например, высокие коррозионная стойкость и сопротивление истиранию), может быть предпочтительным более толстое покрытие 18. В некоторых вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 может быть оптимизирована в плане различных толщин 24 на различных участках устройства, в зависимости от того, по каким характеристикам предусмотрена оптимизация (например, защита от условий окружающей среды в отношении электрической проводимости по z-оси). Покрытие 18 может быть оптимизировано для соответствия таким условиям, как избежание растрескивания при изгибании; сведение к минимуму износа покрытия 18 и/или износа, обусловленного покрытием 18; для защиты от воздействия внешних условий; для физической защиты более мягкого нижележащего материала; для регулирования электрического сопротивления при подстройке цепи; для стабильности контрольных измерений сенсоров/электродов; и/или для корректирования поверхностной энергии, рассеяния заряда и/или блюминга («растекания заряда»).
Как отмечено выше, контакт 50, покрытый покрытием 18, может проводить электрический сигнал и/или электрический ток через покрытие 18 ко встречному контакту 50. В этом контексте фраза «проводит через» может иметь отношение к проведению электрического сигнала и/или электрического тока по меньшей мере между двумя или более контактами 50 без удаления покрытия 18. Так, покрытие 18 может быть осаждено по меньшей мере между двумя встречными контактами 50, и затем сигнал и/или электрический ток может проходить между встречными контактами 50 без удаления покрытия 18. Способность проводить сигнал и/или электрический ток через покрытие 18 может быть обусловлена, по меньшей мере отчасти, низким импедансом и/или электрическим сопротивлением покрытия 18 в направлении z-оси. Таким образом, выражение «проводит через» может относиться к проведению электрического сигнала и/или электрического тока между двумя или более контактами 50 без удаления покрытия 18.
Электрическая проводимость покрытия 18 может быть измерена любым подходящим способом. В некоторых вариантах исполнения электрическая проводимость покрытия 18 может быть измерена определением электрического сопротивления покрытия 18. Такое измерение может быть проведено припаиванием электропроводных проводов к контактам 50 и соединительных проводов к омметру 60. Контакты 50 могут быть приведены в соприкосновение между собой с предварительно заданным усилием 62 (например, приведены в электрический контакт). Как иллюстрировано в ФИГУРЕ 6В, омметр 60 затем может измерить электрическое сопротивление через покрытие 18 между соответствующими контактами 50. В качестве контрольного значения, может быть определено электрическое сопротивление самих контактов 50 путем измерения электрического сопротивления между непокрытыми контактами 50. Согласно определенным вариантам исполнения, покрытие 18 может проявлять электрическое сопротивление вдоль z-оси в диапазоне от нуля до десяти килоОм (кOм). В предпочтительном варианте исполнения покрытие 18 может проявлять электрическое сопротивление по z-оси в диапазоне от нуля до одного Ома (Ом).
ФИГУРА 7 представляет график 64, иллюстрирующий электрическое сопротивление по z-оси примерных покрытий 18, имеющих различные толщины 24, согласно определенным вариантам исполнения. Метрические показатели, иллюстрированные в графике 64, представляют собой примерные значения электрического сопротивления по z-оси для примерных покрытий 18. Однако должно быть понятно, что покрытия, связанные с различными материалами, конструкциями, способами осаждения и/или прочими факторами, могут проявлять различные величины электрической проводимости по z-оси. Хотя график 64 иллюстрирует электрическое сопротивление по z-оси в отношении толщины 24, должно быть понятно, что на электрическую проводимость по z-оси покрытия 18 могут влиять другие переменные параметры (например, материалы, конструкция, способ осаждения и т.д.).
В иллюстрированном примере электрическое сопротивление по z-оси примерного покрытия 18 на клавиатуре 52 измеряли с использованием омметра 60, как иллюстрировано в ФИГУРЕ 6В. Контакты 50 в этом примере были покрыты материалом типа PTFE. В качестве одного из контактов 50 использовали металлическую клавишу 54 типа “snap-dome”. Электрические провода припаивали к контактам 50 и соединяли с омметром 60. К одному контакту 50 прилагали предварительно заданное усилие 62 (приблизительно пять Ньютон-метров), обеспечивая соприкосновение контакта 50 с соответствующим контактом 50. Затем омметром 60 измеряли электрическое сопротивление между соприкасающимися контактами 50. Предварительно заданное усилие 62 прилагали при использовании плакированных дорожек, полученных методом иммерсионного золочения (ENIG), и варьировали усилие 62 до тех пор, пока не было достигнуто стабильное измерение электрического сопротивления. Измерение повторяли для покрытий 18 с различными толщинами 24. Полученные показания прибора корректировали для учета (i) того факта, что на измеряемом маршруте присутствовали две толщины 24 покрытия 18 (то есть, одна толщина 24 для каждого контакта 50), и (ii) электрического сопротивления конкретных контактов 50 без покрытия 18. Электрическое сопротивление контактов 50 определяли с использованием непокрытой PCB 10 в качестве контроля.
Результаты этих измерений иллюстрированы в графике 64 в ФИГУРЕ 7 и в нижеприведенной таблице. График 64 в ФИГУРЕ 7 включает первую ось 66, которая соответствует электрическому сопротивлению покрытия 18, и вторую ось 68, которая соответствует толщине 24 покрытия 18. Измеренные величины электрического сопротивления иллюстрированы как точки 70 в графике 64.
Толщина покрытия (нм)
Электрическое сопротивление покрытия (Ом)
30
0,0704
40
0,1677
50
0,2095
75
0,4105
200
1,2775
Хотя вышеприведенный пример иллюстрирует электрическое сопротивление отдельного покрытия 18, включающего материал типа PTFE, должно быть понятно, что покрытие 18 может включать любой подходящий тип и/или комбинацию галогенуглеводородных полимеров. Хотя вышеприведенный пример иллюстрирует электрическое сопротивление отдельного покрытия 18, имеющее конкретные толщины 24, должно быть понятно, что покрытие 18 может быть скомпоновано имеющим любую пригодную толщину 24.
В общем, контакты 50 в устройстве могут быть покрыты покрытием 18 до или после сборки устройства. В предпочтительном варианте исполнения контакты 50 покрывают покрытием 18 перед сборкой устройства. Покрытие 18 может быть нанесено на одну, некоторые или все из поверхностей контакта 50. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть нанесено на одну или более поверхности устройства (например, клавиатуры 52). Покрытие 18 может быть нанесено на поверхности контакта 50 и/или устройства, которые будут открыты в окружающую среду, например, такие как поверхности, которые действуют как участки электрического контакта между двумя или более частями электрической цепи. Нанесение покрытия 18 на поверхности устройства в дополнение к поверхностям контакта 50 может (i) улучшить защиту устройства от коррозии и/или окисления, и/или (ii) предотвратить появление возможностей порчи контактных участков в устройстве.
Покрытие 18 может быть осаждено на контакты 50 любым подходящим способом. Например, покрытие 18 может быть осаждено с использованием химического осаждения из паровой фазы (CVD), способом молекулярно-пучковой эпитаксии (MBE), стимулированным плазмой химическим осаждением из газовой фазы (PE-CVD), осаждением методом плазменного распыления при высоком давлении/атмосферном давлении, химическим осаждением из паровой фазы методом разложения металлоорганических соединений (MO-CVD), и/или химическим осаждением из газовой фазы, стимулированным лазерным излучением (LE-CVD). В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено на контакты 50 созданием взаимопроникающих сетчатых полимерных структур (IPNs) и/или поверхностной абсорбцией монослоев (SAMs) полимеров или мономеров с образованием in-situ полимеров и/или полимерных сплавов. В других вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено с использованием способа нанесения жидкого покрытия, например, такого как погружение в жидкость, нанесение покрытия набрызгиванием, нанесение покрытия методом центрифугирования, напыление и/или золь-гель-процесс.
Согласно определенным вариантам исполнения, покрытие 18 может быть осаждено на контакты 50 с использованием осаждения методом плазменного распыления, как описано выше в отношении ФИГУРЫ 2. Так, контакты 50 могут быть помещены в камеру 30 в реакторе 28. Затем реактор 28 может вводить газы (например, водород, аргон и/или азот) в камеру 30 для очистки контактов 50. Затем в одну или более стадий реактор 28 может вводить одно или более соединений-прекурсоров 36 в камеру 30 для формирования однослойного или многослойного покрытия 18 на контактах 50 путем осаждения методом плазменного распыления. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может следовать трехмерной форме контакта 50. Предпочтительный способ осаждения покрытия 18 на контактах 50 может зависеть от конкретной толщины 24 покрытия 18, которая является желательной. Способы нанесения жидкостного покрытия могут быть предпочтительными для более толстых покрытий 18, тогда как осаждение методом плазменного распыления может оказаться предпочтительно для более тонких покрытий 18.
Способ, применяемый для осаждения покрытия 18 на контакты 50, может быть скомпонован для регулирования электрической проводимости по z-оси покрытия 18. В некоторых вариантах исполнения электрическую проводимость по z-оси можно регулировать одним или более из следующих факторов:
Состав галогенуглеводородного материала в покрытии 18, который может предусматривать комбинирование различных галогенуглеводородных материалов и регулирование постепенного изменения свойств между слоями 44 из различных материалов.
Соотношения «атомы галогенов/гетероатомы/атомы углерода» в галогенуглеводородном материале в покрытии 18.
Доля углерода в галогенуглеводородном покровном материале.
Степень сопряжения в галогенуглеводородном покровном материале.
Средняя молекулярная масса галогенуглеводородного покровного материала.
Степень разветвленности и сшивания в галогенуглеводородном покровном материале.
Молекулярно-массовое распределение молекул в галогенуглеводородном покровном материале.
Плотность галогенуглеводородного покровного материала.
Присутствие в галогенуглеводородном покровном материале дополнительных легирующих агентов.
Присутствие в галогенуглеводородном покровном материале ионных солевых, ионных и/или ковалентных компонентов.
Присутствие в галогенуглеводородном покровном материале органических/полимерных и неорганических соединений, включающих переходные металлы, в том числе комплексные катионы и анионы.
Присутствие в галогенуглеводородном покровном материале соединений и/или элементов, имеющих переменные состояния окисления.
Присутствие в галогенуглеводородном покровном материале химических соединений, имеющих делокализованный характер.
Присутствие в галогенуглеводородном покровном материале окклюдированных («включенных») компонентов.
Когда покрытие 18 осаждают методом плазменного распыления, регулирование условий плазмы (например, мощности, давления газа, компоновки электродов).
Толщина галогенуглеводородного покровного материала (например, более толстые покрытия 18 могут проявлять повышенное электрическое сопротивление, чем более тонкие покрытия 18 из того же материала).
Ориентация покрытия 18.
Непрерывность покрытия 18 (например, пористость и/или трехмерная структура).
Хотя в вышеприведенных примерах описана клавиатура 52, покрытие 18 может быть нанесено на контакты 50 в устройстве любого типа. Например, покрытие 18 может быть нанесено на контакты 50 в аварийных выключателях, переключателях системы тревожной сигнализации, патронах плавких предохранителей, клавиатурах 52 на мобильных телефонах, сенсорных экранах, аккумуляторах, выводах батарей гальванических элементов, полупроводниковых интегральных схемах, смарт-картах, сенсорах, тест-чипах, эластомерных соединителях (например, монтажных устройствах «Zebra Strip”), электрических соединителях (например, розеточных гнездах и штекерных разъемах), оконечных устройствах, опрессованных соединителях, монтажных соединителях обжимом без пайки, и/или скользящих контактах 50, например, таких как контакты, используемые в чипах, смарт-картах, механизмах опознавания жетонов и/или считывания маркеров.
ФИГУРА 8 иллюстрирует измерительное устройство 72, включающее сенсор 74, имеющий покрытые контакты 50, согласно определенным вариантам исполнения. Сенсор 74 может представлять собой сенсор 74 любого подходящего типа. В некоторых вариантах исполнения сенсор 74 представляет собой сенсор 74 одноразового употребления, который измеряет анализируемые компоненты, например, такие как токсичные газы, глюкозу, химические соединения в составе физиологических текучих сред, и/или прочие химические соединения. Сенсор 74 может включать мембрану 76, один или более электродов 78, один или более контактов 50 и подложку 80 сенсора. Мембрана 76 может состоять из любого подходящего материала, который фильтрует текучую среду для возможности проникновения анализируемых веществ к электродам 78. В некоторых вариантах исполнения мембрана 76 может быть биосовместимой мембраной. Таким образом, анализируемые вещества могут диффундировать через мембрану 76 и реагировать на поверхности раздела «электролит-катализатор», в результате чего может возникать электрический ток.
Электроды 78 в сенсоре 74 могут включать катализатор и/или другой материал, подобранный для взаимодействия с анализируемыми веществами. Например, электрод 78 может представлять собой ферментный электрод, включающий глюкозоксидазу и/или дегидрогеназу. Взаимодействие анализируемых веществ с электродом 78 может генерировать сигнал, который является электрическим или может быть преобразован в электрический сигнал. Один или более контактов 50 в сенсоре 74 могут передавать электрический сигнал на основной блок 82 измерительного устройства 72. В некоторых вариантах исполнения контакты 50 на электродах 78 находятся в электрическом контакте с основным блоком 82 измерительного устройства 72 так, что образуется электрическая цепь с основным блоком 82 измерительного устройства 72. В некоторых вариантах исполнения общий заряд, пропускаемый через контакты 50, может быть пропорциональным количеству анализируемых веществ в текучей среде, которые прореагировали с ферментом на электроде. Измерительное устройство 72 может быть скомпоновано и/или откалибровано для измерения сигнала от контактов 50 и для вывода показаний о присутствии и/или концентрации анализируемых веществ.
Электроды 78 могут быть закреплены на подложке 80 сенсора и/или напечатаны на ней. В некоторых вариантах исполнения сенсор 74 может включать источник питания, соединенный с электродами 78. Сенсор 74 может быть конфигурирован для детектирования анализируемых веществ в газообразном и/или жидком состоянии.
Контакты 50 в сенсоре 74 могут включать любой пригодный материал. В некоторых вариантах исполнения контакты 50 включают мягкий контактный материал, например, такой как углерод, электропроводные краски и/или эпоксидную смолу с серебряным наполнителем. В некоторых вариантах исполнения контакт 50 в сенсоре 74 может создавать электрическое соединение с еще одним контактом 50 в основном блоке 82 измерительного устройства 72, тем самым формируя электрическую цепь между сенсором 74 и основным блоком 82 измерительного устройства 72. Контакты 50 могут быть покрыты покрытием 18 с любой подходящей толщиной 24 (например, от одного нм до двух мкм). Один или более контактов 50 в сенсоре 74 могут быть непокрытыми.
В некоторых вариантах исполнения основной блок 82 измерительного устройства пригоден для повторного применения, тогда как сенсор 74 является одноразовым (например, только для однократного употребления). В других вариантах исполнения сенсор 74 может быть сенсором 74 многоразового применения или иным образом скомпонованным для длительного срока службы. Соединение между основным блоком 82 измерительного устройства и сенсором 74, через контакты 50, может быть воспроизводимым, и/или может создавать постоянное или по существу постоянное электрическое сопротивление. Как отмечено выше, контакты 50 могут включать мягкий контактный материал, например, такой как углерод, электропроводные краски и/или эпоксидную смолу с серебряным наполнителем. Без покрытия 18 частицы из этих мягких материалов могли бы отделяться от контактов 50 и накапливаться на компонентах внутри основного блока 82 измерительного устройства 72. Однако нанесением покрытия 18 на контакты 50 можно предотвратить отделение этих мягких материалов от контактов 50 и накапливание на компонентах в основном блоке 82 измерительного устройства 72.
Хотя вышеприведенные примеры описывают нанесение покрытия 18 на контакты 50 сенсора 74 для регистрации анализируемых веществ, должно быть понятно, что покрытие 18 может быть нанесено на контакты 50 или другие компоненты сенсора 74 любого типа или другого подходящего устройства. Например, покрытие 18 может быть нанесено на любое подходящее устройство или систему, где мягкие (например, углеродные) контактные площадки используют для исполнения многократных электрических соединений. В таких системах такой же сенсор 74 может быть использован многократно, или такое же устройство может быть применено повторно с одноразовыми сенсорами 74.
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 на контакте 50 устройства может включать очень тонкой слой (например, пять нм или менее) из галогенида металла (предпочтительно фторида металла) непосредственно на поверхности контакта 50. В некоторых вариантах исполнения слой галогенида металла может представлять собой монослой, по существу монослой или несколько монослоев. В других вариантах исполнения слой галогенида металла может включать зону из слоев галогенида металла на поверхности контакта 50. Слой галогенида металла на контакте 50 может быть прочным, может быть инертным, и/или может предотвращать образование на контакте 50 оксидных слоев и/или других потускнений, которые могут препятствовать эффективному электрическому контакту или последующей обработке.
В вариантах исполнения, где покрытие 18 наносят осаждением методом плазменного распыления, слой галогенида металла может формироваться на контакте 50, когда активные частицы в газовой плазме реагируют с металлической поверхностью контакта 50. В некоторых вариантах исполнения слой галогенида металла может быть усилен с использованием более высокой концентрации частиц фтора. Слой из покрытия 18, включающий галогенуглеводородный полимер, затем может быть осажден на слой галогенида металла и/или в комбинации с ним. Слой галогенида металла и слой из галогенуглеводородных полимеров могут быть раздельными, в осевом направлении или пространственно. Альтернативно, в покрытии 18 на контакте 50 может быть постепенный переход от галогенида металла к галогенуглеводородному полимеру. В некоторых вариантах исполнения слой галогенида металла может защищать контакт 50 от окисления, тогда как слой из галогенуглеводородных полимеров (i) может обеспечивать защиту от таких условий окружающей среды, как коррозионно-агрессивные газы и/или жидкости, и/или (ii) может создавать защиту от окисления. Если же слой из галогенуглеводородных полимеров в покрытии 18 со временем будет изношен в результате механического истирания, нижележащий слой галогенида металла может предотвращать развитие окисления, тем самым обеспечивая контакту 50 возможность продолжать создание электрического соединения.
В некоторых вариантах исполнения свойства поверхности покрытия 18 могут быть конфигурированы для обеспечения возможности связывания компонентов с поверхностью покрытия 18. Например, покрытие 18 может быть скомпоновано для создания адгезии между поверхностью покрытия 18 и электрическими компонентами 12. В некоторых вариантах исполнения отжиг и/или термические характеристики покрытия 18 могут быть организованы так, что с покрытого устройства могут быть избирательно удалены один или более слоев 44 покрытия 18.
Нанесение покрытия 18 на контакты 50 может обеспечивать преимущества перед традиционными устройствами. Покрытие 18 может создавать никакое, некоторые или все из следующих преимуществ. Одно преимущество состоит в том, что покрытие 18 может продлевать срок службы контактов 50 защитой их от повреждения воздействиями внешней среды и/или коррозии. Некоторые устройства обычно используют в условиях с очень высокой влажностью. В таких условиях окружающей среды микроскопические капельки воды, включающие растворенные газы (например, диоксид серы, сероводород, диоксид азота, хлороводород, хлор, озон и/или водяные пары), могут образовывать коррозионно-агрессивный раствор. Такие капельки влаги могут формировать тонкую пленку или коррозионное отложение на контактах 50 в устройстве. Такая коррозия может разрушать контакты 50 и сокращать срок их службы. Традиционные покровные материалы, например, такие как традиционные полимеры или пластики, обычно являются изоляторами и поэтому оказываются непригодными для покрытия контактов 50. Однако покрытие 18, включающее галогенуглеводородные полимеры, может проявлять электропроводность в направлении z-оси. Соответственно этому, покрытие 18 может не уменьшать способность контактов 50 получать и/или передавать сигналы. В дополнение или альтернативно, там, где контакты 50 покрыты покрытием 18, контакты 50 могут быть защищены от коррозии.
Еще одно преимущество заключается в том, что покрытие 18 может сохранять целостность поверхности контактов 50. Как разъяснено выше, коррозия и/или окисление контактов 50 может сокращать и/или ухудшать способность контактов 50 обеспечивать электрическое соединение между собой. Эта проблема может возникать там, где коррозия и/или окисление вызывают образование изолирующего слоя на поверхности контактов 50, и/или физическое изменение поверхности контактов 50, которое мешает контактам 50 создавать хороший электрический контакт друг с другом. Например, эта проблема может возникать, где непокрытый контакт 50 представляет собой аварийный выключатель или соединитель для системы аварийной сигнализации. Такие системы часто остаются неактивными в течение длительных периодов времени, но должны правильно действовать, когда это потребуется. Непокрытые контакты 50 могут становиться разомкнутыми, где коррозия формирует изолирующий барьер между встречными контактами 50, например, такими как патроны плавких предохранителей и выводы батарей гальванических элементов. Однако там, где контакты 50 покрыты покрытием 18, контакты 50 могут быть защищены от коррозии и/или окисления. Таким образом, покрытие 18 может сохранять целостность поверхности контактов 50.
Еще одно преимущество состоит в том, что покрытие 18 может защищать контакты 50 от коррозии. В устройствах, включающих непокрытые контакты 50, коррозия может препятствовать перемещению контактов 50, которые сконструированы подвижными. В некоторых случаях коррозия может изменять электрическое сопротивление/работоспособность электрической цепи и/или разрушать сменные элементы устройства. Однако там, где контакты 50 покрыты покрытием 18, контакты 50 могут быть защищены от коррозии, тем самым продлевая срок службы устройства, включающего контакты 50.
Как разъяснено выше, электрический компонент 12 может быть присоединен к PCB 10 припаиванием через покрытие 18 (без предварительного удаления покрытия 18) для формирования паяного соединения 26 между электрическим компонентом 12 и электропроводной печатной дорожкой 16 на PCB 10. В других вариантах исполнения электрический компонент 12 может быть присоединен к покрытой PCB 10 с помощью проводного монтажа электрического компонента 12 на электропроводной печатной дорожке 16 PCB 10.
ФИГУРА 9 иллюстрирует проводное соединение 84, которое сформировано через покрытие 18, согласно определенным вариантам исполнения. Проводное соединение 84 может быть сформировано между проводом 86 и любой подходящей поверхностью. В некоторых вариантах исполнения проводное соединение 84 может быть сформировано между проводом 86 и поверхностью электрического компонента 12, электропроводной печатной дорожки 16 и/или элемента электрической цепи. Поверхность, на которой формируют проводное соединение 84, может быть названа как контактная поверхность 88. В иллюстрированном варианте исполнения как провод 86, так и контактная поверхность 88 покрыты покрытием 18. В других вариантах исполнения провод 86 может быть покрытым, и контактная поверхность 88 может быть непокрытой. В других дополнительных вариантах исполнения провод 86 может быть непокрытым, и контактная поверхность 88 может быть покрытой. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 наносят только на участки провода 86 и/или контактной поверхности 88, где должно быть сформировано проводное соединение 84. В других вариантах исполнения покрытие 18 наносят на весь или по существу весь провод 86 и/или всю или по существу всю контактную поверхность 88.
Термин «проводной монтаж» в общем имеет отношение к способу соединения электрических компонентов 12 и/или элементов электрической цепи в отсутствие припоя 38 и/или флюса 42. В некоторых вариантах исполнения проводной монтаж может быть использован для создания электрического соединения между двумя или более компонентами с использованием электропроводного провода 86. Проводной монтаж может быть применен для получения системы соединений между интегральной микросхемой в форме бескорпусного кристалла и рамкой с внешними выводами внутри интегральной схемы. В дополнение, или альтернативно, проводной монтаж может быть использован для создания внутренних соединений между бескорпусным кристаллом и PCB 10.
Проводное соединение 84 может быть сформировано на контактной поверхности 88 с использованием провода 86 и установки 90 для микросварки проводных выводов. Проводное соединение 84 может быть сформировано с использованием провода 86 любого пригодного типа. Термин «провод» может иметь отношение к одной или более удлиненным жилам электропроводного материала. В некоторых вариантах исполнения провод 86 может проводить электрический ток, передавать электрический сигнал и/или нести механическую нагрузку. В некоторых вариантах исполнения провод включает штырек, жилу, электрический проводник и/или ножку электрического компонента 12.
Провод 86 может включать любой подходящий материал. В некоторых вариантах исполнения провод 86 включает один или более электропроводных материалов, например, таких как общеупотребительные металлы, драгоценные/редкие металлы, электропроводные полимеры и/или электропроводные неметаллические материалы. В предпочтительном варианте исполнения провод 86 включает золото, алюминий, медь и/или серебро. В других вариантах исполнения провод 86 включает никель, палладий, платину, родий, иридий, олово, свинец, германий, сурьму, висмут, индий, галлий, кобальт, железо, марганец, хром, ванадий, титан, скандий, цирконий, молибден, вольфрам, другие переходные металлы и/или прочие пригодные материалы. Провод 86 может включать любой подходящий металлический сплав и/или комбинацию электропроводных материалов. В некоторых вариантах исполнения, провода 86, включающие металлы (в том числе сплавы), которые легко окисляются и/или тускнеют, могут иметь особенные преимущества от покрытия 18. Нанесение покрытия 18 на провода 86 может продлевать срок годности при хранении и/или срок надежной службы при работе устройств, включающих провода 86.
Провод 86 может иметь поперечное сечение, которое является круглым, прямоугольным или любой другой пригодной формы. В некоторых вариантах исполнения провод 86, имеющий прямоугольное поперечное сечение, называется как лента. В вариантах исполнения, где провод 86 имеет круглое поперечное сечение, провод 86 может иметь диаметр 92 в диапазоне от пяти мкм до одного мм. В других вариантах исполнения провод 86 имеет диаметр 92 в диапазоне от десяти мкм до двухсот мкм. В предпочтительном варианте исполнения провод 86 имеет диаметр в диапазоне от пятнадцати мкм до семидесяти пяти мкм. В вариантах исполнения, где провод 86 имеет прямоугольное поперечное сечение, боковая сторона провода 86 может иметь размер в диапазоне от пяти мкм до одного мм. В других вариантах исполнения боковая сторона прямоугольного провода 86 может иметь размер в диапазоне от десяти мкм до двухсот мкм. В предпочтительном варианте исполнения боковая сторона прямоугольного провода 86 может иметь размер в диапазоне от двадцати мкм до семидесяти пяти мкм. Провода 86 различных типов могут потребовать применения различного оборудования для проводного монтажа и/или различных параметров.
Установка 90 для микросварки проводных выводов в основном может работать для формирования проводного соединения 84 между проводом 86 и контактной поверхностью 88. Установка 90 для микросварки проводных выводов может представлять собой устройство любого подходящего типа, в котором используют теплоту и/или давление для образования соединений между проводами 86 и контактными поверхностями 88. Установка 90 для микросварки проводных выводов может представлять собой установку 90 для микросварки проводных выводов внахлестку типа «клин-клин», установку 90 для микросварки проводных выводов типа «шарик-клин», переключаемую трехрежимную установку 90 для микросварки проводных выводов, установку 90 для ультразвуковой микросварки изолированных проводных выводов, высокочастотную установку 90 для микросварки проводных выводов, установку 90 для микросварки проводных выводов с манипулятором, и автоматическую установку 90 для микросварки проводных выводов, и/или установку 90 для микросварки проводных выводов любого подходящего типа. В некоторых вариантах исполнения установка 90 для микросварки проводных выводов включает иглообразный инструмент (называемый капилляром), через который продевают провод 86. Установка 90 для микросварки проводных выводов может позиционировать конец провода 86 на контактной поверхности 88 для формирования либо шарикового термокомпрессионного микросварного соединения 84а, либо клинового термокомпрессионного микросварного соединения 84b. Термины «шарик» и «клин» в общем имеют отношение к геометрической форме провода 86 в точке, где создано соединение. В этих двух способах проводного монтажа – шариковой термокомпрессионной микросварке и термокомпрессионной микросварке клиновым инструментом – могут использоваться различные комбинации теплоты, давления и/или ультразвуковой энергии для выполнения сварки на одном или обоих концах провода 86.
В некоторых вариантах исполнения установка 90 для микросварки проводных выводов формирует шариковое термокомпрессионное микросварное соединение 84а подведением высоковольтного электрического заряда к проводу 86, который может расплавить провод 86 на кончике капилляра установки 90 для микросварки проводных выводов. На кончике провода 86 может формироваться шарик благодаря поверхностному натяжению расплавленного металла. До, во время или после затвердевания шарика установка 90 для микросварки проводных выводов может привести капилляр в движение, заставляя конец провода 86 прижаться к контактной поверхности 88. Затем установка 90 для микросварки проводных выводов может подвести теплоту, приложить давление и/или подать ультразвуковую энергию для создания сварного соединения между концом провода 86 и контактной поверхностью 88. Таким образом, установка 90 для микросварки проводных выводов может формировать шариковое термокомпрессионное микросварное соединение 84а. ФИГУРА 10А иллюстрирует полученное с помощью микроскопа изображение шариковых термокомпрессионных микросварных соединений 84а между непокрытыми проводами 86 и покрытой контактной поверхностью 88, согласно определенным вариантам исполнения. Провода 86 и контактная поверхность 88 могут включать электропроводные материалы любого пригодного типа и/или в любой подходящей комбинации. В иллюстрированном варианте исполнения провод 86 включает золото, и контактная поверхность 88 включает медь. Контактная поверхность 88 может быть подвергнута предварительной обработке перед нанесением на контактную поверхность 88 покрытия 18. В иллюстрированном примере контактную поверхность 88 предварительно обрабатывали раствором на жидкостной основе из серной кислоты и пероксида водорода. После высушивания примерную контактную поверхность 88 затем обработали водородной плазмой, после которой на контактную поверхность 88 осадили покрытие 18. В иллюстрированном примере шариковое термокомпрессионное микросварное соединение 84а между проводом 86 и контактной поверхностью 88, сформировали после того, как покрытие 18 было осаждено на контактную поверхность 88. Хотя вышеприведенный пример иллюстрирует контактную поверхность 88, которая была подвергнута предварительной обработке конкретным раствором и водородной плазмой, должно быть понятно, что перед нанесением покрытия 18 может быть использована любая подходящая поверхностная обработка. Кроме того, должно быть понятно, что, в некоторых вариантах исполнения, перед нанесением покрытия 18 никакая поверхностная обработка контактной поверхности 88 может не проводиться.
ФИГУРА 10В иллюстрирует полученное с помощью микроскопа изображение поперечного сечения шарикового термокомпрессионного микросварного соединения 84а между непокрытой проволокой 86 и покрытой контактной поверхностью 88, согласно определенным вариантам исполнения. Провода 86 и контактная поверхность 88 могут включать электропроводные материалы любых подходящих типа и/или комбинации. В иллюстрированном варианте исполнения провод 86 включает золото, и контактная поверхность 88 включает медь. Контактная поверхность 88 может быть подвергнута предварительной обработке перед нанесением на контактную поверхность 88 покрытия 18. В иллюстрированном примере контактную поверхность предварительно обработали раствором на жидкостной основе из серной кислоты и пероксида водорода. После высушивания на примерную контактную поверхность 88 осадили покрытие 18. Затем покрытую контактную поверхность 88 в этом примере дополнительно обработали водородной плазмой. В этом примере методом шариковой термокомпрессии затем сформировали соединение 84а между проводом 86 и контактной поверхностью 88.
Хотя вышеприведенный пример иллюстрирует контактную поверхность 88, которая была предварительно обработана конкретным раствором и дополнительно обработана водородной плазмой, должно быть понятно, что контактная поверхность 88 может быть подвергнута любой предварительной обработке и/или дополнительной обработке. Кроме того, должно быть понятно, что, в некоторых вариантах исполнения, никакая поверхностная обработка контактной поверхности 88 может не проводиться перед нанесением покрытия 18.
В некоторых вариантах исполнения установка 90 для микросварки проводных выводов методом термокомпрессии клиновым инструментом формирует соединение 84b между проводом 86 и контактной поверхностью 88. Установка 90 для микросварки проводных выводов может образовывать клиновое термокомпрессионное микросварное соединение 84b путем раздавливания провода 86 на контактной поверхности 88. После формирования клинового термокомпрессионного микросварного соединения 84b установка 90 для микросварки проводных выводов может обрезать провод 86. ФИГУРА 11А иллюстрирует полученное с помощью микроскопа изображение клиновых термокомпрессионных микросварных соединений 84b между непокрытыми проводами 86 и покрытой контактной поверхностью 88, согласно определенным вариантам исполнения. ФИГУРА 11В иллюстрирует полученное с помощью микроскопа изображение поперечного сечения соединения 84b, образованного методом термокомпрессии клиновым инструментом между покрытым проводом 86 и покрытой контактной поверхностью 88.
Установка 90 для микросварки проводных выводов может быть настроена для формирования шарикового термокомпрессионного микросварного соединения 84а на одном конце провода 86 и для образования клинового термокомпрессионного микросварного соединения 84b на другом конце провода 86. Этот процесс может быть назван как термокомпрессионная микросварка проводных выводов типа «шарик-клин». ФИГУРА 12 иллюстрирует PCB 10, имеющую шариковое термокомпрессионное микросварное соединение 84а, и соединение 84b методом термокомпрессии клиновым инструментом, согласно определенным вариантам исполнения. В некоторых вариантах исполнения установка 90 для микросварки проводных выводов может сначала формировать шариковое термокомпрессионное микросварное соединение 84а между контактной поверхностью 88 и расплавленным сферическим шариком на конце провода 86. Шариковое термокомпрессионное микросварное соединение 84а может быть сформировано с использованием тепловой и/или ультразвуковой энергии. Затем установка 90 для микросварки проводных выводов может использовать провод 86 для формирования петли с желательной высотой и формой. Когда петля достигает желательного положения для образования второго соединения, установка 90 для микросварки проводных выводов может формировать клиновое термокомпрессионное микросварное соединение 84b между проводом 86 и контактной поверхностью 88. После формирования клинового термокомпрессионного микросварного соединения 84b установка 90 для микросварки проводных выводов может обрезать провод 86, оставляя свободный конец, который может быть сформирован в сферический шарик, который может быть использован для образования следующего проводного соединения 84.
В некоторых вариантах исполнения установка 90 для микросварки проводных выводов может быть настроена для образования клиновых термокомпрессионных микросварных соединений 84b на обоих концах провода 86. Этот способ может быть назван как термокомпрессионная микросварка проводных выводов типа «клин-клин». Клиновое термокомпрессионное микросварное соединение может основываться на комбинации ультразвуковой энергии и энергии фрикционного взаимодействия. Клиновое термокомпрессионное микросварное соединение 84b может быть сформировано с участием или без участия дополнительной тепловой энергии, подводимой нагреванием провода 86. В некоторых вариантах исполнения клиновое термокомпрессионное микросварное соединение 84b может быть предпочтительным для соединения проводов 86 с электропроводными печатными дорожками 16 на PCB 10.
В общем, хорошее проводное соединение 84 может быть создано с использованием провода 86 и контактной поверхности 88, которые не содержат или по существу не содержат загрязнений, например, таких как продукты окисления. Традиционно достижение хороших проводных соединений 84 с использованием медного провода 86 было затруднительным, поскольку медь легко окисляется при нормальных атмосферных условиях. Слои оксида меди на поверхности провода 86 и/или контактной поверхности 88 могут сделать образование проводных соединений 84 затруднительным. В дополнение, повышенные температуры, необходимые для проводного монтажа, могут вести к усиленному окислению. В результате изготовители либо избегали применения провода 86, который легко окисляется (например, медной проволоки), либо нуждались в использовании инертных атмосфер для предотвращения окисления. В некоторых случаях изготовители пытались очищать медные провода 86 непосредственно перед проводным монтажом для удаления образовавшегося оксида меди и/или других потускнений с поверхности медных проводов 86. Очистка медных проводов 86 и/или использование инертных атмосфер обусловливали усложнение и удорожание процесса проводного монтажа. В результате некоторые типы проводов 86 (например, медную проволоку) в проволочном монтаже обычно не применяли.
Нанесение покрытия 18 на провод 86 и/или контактную поверхность 88 может сократить некоторые, все или никакие из вышеназванных проблем. В некоторых вариантах исполнения нанесение покрытия 18, включающего галогенуглеводородный полимер, на провод 86 и/или контактную поверхность 88, может защитить провод 86 и/или контактную поверхность 88 от окисления и/или коррозии. Так, покрытие 18 может предотвращать образование оксидных и/или коррозионных слоев, которые затрудняли бы соединение провода 86 с контактной поверхностью 88. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть скомпоновано так, что проводные соединения 84 могут быть сформированы через покрытие 18 без предварительного удаления покрытия 18 с провода 86 и/или контактной поверхности 88. Предотвращением окисления и/или обеспечением возможности формирования проводных соединений 84 через покрытие 18, покрытие 18 может снизить стоимость и/или трудность способа проводного монтажа.
В некоторых вариантах исполнения как провод 86, так и контактная поверхность 88 покрыты покрытием 18. Покрытие 18 на проводе 86 может быть идентичным или по существу идентичным покрытию 18 на контактной поверхности 88. Альтернативно, покрытие 18 на проводе 86 может включать галогенуглеводородные полимеры, отличные от таковых в покрытии 18 на контактной поверхности 88. В других вариантах исполнения провод 86 является непокрытым, и контактная поверхность 88 является покрытой покрытием 18. В еще других вариантах исполнения провод 86 покрыт покрытием 18, и контактная поверхность 88 непокрыта. Покрытие 18 на проводе 86 и/или контактной поверхности 88 могут быть непрерывными, по существу непрерывными или прерывистыми. Непрерывное или по существу непрерывное покрытие 18 может быть предпочтительным для высоких уровней защиты от вредного воздействия условий окружающей среды. Прерывистое покрытие 18 может быть предпочтительным для других целей.
Покрытие 18 на проводе 86 и/или контактной поверхности 88 может иметь любую подходящую толщину. В некоторых вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 составляет от одного нм до двух мкм. В других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 варьирует от одного нм до пятисот нм. В еще других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 составляет от трех нм до пятисот нм. В других дополнительных вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 варьирует от десяти нм до пятисот нм. В других дополнительных вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 составляет от десяти нм до двухсот пятидесяти нм. В еще других вариантах исполнения толщина 24 покрытия 18 варьирует от десяти нм до тридцати нм. В других дополнительных вариантах исполнения покрытие 18 представляет собой монослой из галогенуглеводородного полимера (например, имеющий толщину 24 в несколько ангстрем (Е)). В предпочтительном варианте исполнения толщина 24 покрытия 18 варьирует от десяти нм до ста нм в различных градиентах, причем предпочтительно толщина 24 составляет сто нм. Покрытие 18 на проводе 86 и/или контактной поверхности 88 может представлять собой однослойное покрытие 18 или многослойное покрытие 18.
Оптимальная толщина 24 покрытия 18 может зависеть от конкретных свойств, которые являются желательными для провода 86 и/или контактной поверхности 88 после формирования проводного соединения 84. Например, если желателен высокий уровень устойчивости к коррозии, сопротивления истиранию и/или стойкости к воздействию окружающей среды, может быть желательным более толстое покрытие 18. Таким образом, толщина 24 покрытия 18 может быть подобрана и/или оптимизирована соответственно конкретным требованиям, предъявляемым к устройству.
Как разъяснено выше, покрытие 18 может быть скомпоновано так, что установка 90 для микросварки проводных выводов может формировать проводное соединение 84 через покрытие 18. Другими словами, установка 90 для микросварки проводных выводов может работать для соединения провода 86 с контактной поверхностью 88 без предварительного удаления покрытия 18 с провода 86 и/или контактной поверхности 88. Таким образом, процесс проводного монтажа может избирательно изменять покрытие 18 в области проводного соединения 84. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 избирательно удаляют с провода 86 и/или контактной поверхности 88 в ходе проводного монтажа только в локальной области проводного соединения 84 так, что покрытие 18 остается нетронутым вплотную к проводному соединению 84. Таким образом, покрытие 18 может примыкать к проводному соединению 84 после формирования проводного соединения 84. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 остается неповрежденным на проводе 86 и/или контактной поверхности 88 везде, кроме места, где образовано проводное соединение 84. Поскольку покрытие 18 может оставаться неповрежденным непосредственно рядом с проводным соединением 84, покрытие 18 может защищать провод 86, контактную поверхность 88 и/или остальное устройство от окисления, коррозии и/или воздействия условий окружающей среды после формирования проводного соединения 84. Таким образом, покрытие 18 может обеспечивать долговременную стабильность и защиту устройства.
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 на проводе 86 и/или контактной поверхности 88 смещают в результате проведения и/или исполнения клиновой термокомпрессионной микросварки и/или шариковой термокомпрессионной микросварки. В этих способах соединения энергия может быть эффективно направлена на область проводного соединения 84. Эта энергия может облегчать смещение покрытия 18 на контактной поверхности 88 и/или проводе 86 и обеспечивать возможность формирования проводного соединения 84. Как разъяснено выше, клиновая термокомпрессионная микросварка может основываться на комбинации ультразвуковой энергии и энергии фрикционного взаимодействия, с участием или без участия дополнительной тепловой энергии, подводимой нагреванием провода 86. Напротив, шариковая термокомпрессионная микросварка может представлять собой по существу термоакустический процесс. Для обоих способов клиновой термокомпрессионной микросварки и шариковой термокомпрессионной микросварки покрытие 18 может быть смещено селективно в области образования проводного соединения 84 при фрикционном и/или тепловом воздействии. В результате покрытие 18 может быть смещено как в виде твердого материала, так и вследствие фазового превращения и/или испарения.
Проводные соединения 84, которые сформированы через покрытие 18 между проводами 86 и/или контактными поверхностями 88, могут проявлять хорошую прочность связывания. В некоторых вариантах исполнения проводное соединение 84 является достаточно прочным, чтобы любое разрушение происходило бы в проводе 86 скорее, нежели возникало бы в месте формирования поверхности раздела между проводным соединением 84 и контактной поверхностью 88. Так, прочность соединения может быть большей, меньшей или равной прочности, определяющей разрушение провода 86. В вариантах исполнения, где провод 86 имеет диаметр 92 в двадцать пять мкм, для разрушения проводного соединения 84 может потребоваться усилие от пяти граммов до двенадцати граммов. В вариантах исполнения, где провод 86 имеет диаметр 92 в двадцать пять мкм, для разрушения проводного соединения 84 может потребоваться усилие от семи граммов до двенадцати граммов. Прочность проводного соединения 84 может быть повышена очисткой провода 86 и/или контактной поверхности 88 перед нанесением покрытия 18. В некоторых вариантах исполнения провод 86 и/или контактная поверхность 88 могут быть обработаны газовой плазмой для достижения «суперчистой» поверхности. Активация и очистка провода 86 и/или контактной поверхности 88 газовой плазмой могут обеспечить более прочные проводные соединения 84.
В некоторых вариантах исполнения прочность проводного соединения 84 может быть измерена с использованием устройства для испытания прочности на отрыв. Измерения могут быть повторены для покрытий 18 с различными толщинами 24 на контактной поверхности 88 и для различных типов проводов 86. В одном примере для формирования проводных соединений 84 использовали установку 90 для клиновой микросварки проводных выводов Kullicke & Soffe 4523. В этом примере в установке 90 для микросварки проводных выводов производили следующие настройки: (i) “First Bond” («Первое соединение») устанавливали на положения “Power 2.20”, “Time 4.0”, ”Force 3.0=60 g”; “Second Bond” («Второе соединение») устанавливали на положения “Power 2.20”, “Time 3.0”, ”Force 3.0=60 g”; (iii) настройка электронного блока на интервал “Long Time”. В этом примере установка 90 для микросварки проводных выводов формировала проводные соединения 84 между проводами 86, перечисленными ниже в таблице, и медной контактной поверхностью 88, которая была покрыта покрытием 18, включающим галогенуглеводородные полимеры. Перед нанесением покрытия 18 медную контактную поверхность 88 подвергли предварительной обработке жидким раствором серной кислоты/пероксида водорода.
После того, как в этом примере были сформированы проводные соединения 84, для измерения прочности проводных соединений 84 использовали прибор Kullicke & Soffe ВТ22 для испытания прочности на отрыв. Измерения из этого примера перечислены в нижеследующей таблице:
Материал провода (диаметр в мкм)
Номинальная толщина покрытия (нм)
Средняя прочность соединения (г)
Золото (25 мкм)
~50
5,60
Золото (25 мкм)
~80
8,46
Алюминий (25 мкм)
~30
7,65
Алюминий (25 мкм)
~50
10,87
Алюминий (25 мкм)
~80
7,00
Медь (25 мкм)
~60
8,60
Медь (25 мкм)
~40
6,65
В этом примере золотые и алюминиевые провода 86 были непокрытыми, и медные провода 86 были покрыты покрытием 18, включающим галогенуглеводородные полимеры. Перед нанесением покрытия 18 медные провода 86 были предварительно обработаны в течение приблизительно двух минут с использованием водородной плазмы. В каждом из испытаний прочности на отрыв в этом примере наблюдалось, что точка итогового разрушения скорее обусловливалась разрывом провода 86, нежели местом проводного соединения 84. Таким образом, в этом примере, прочности соединения в таблице реально представляют нижний предел средних величин прочности соединений.
Хотя вышеприведенный пример иллюстрирует прочности сцепления для проводных соединений 84 между конкретными типами проводов 86 и контактных поверхностей 88, должно быть понятно, что проводное соединение 84 может быть сформировано между проводом 86 любого подходящего типа и контактной поверхностью 88 любого пригодного типа. Хотя вышеприведенный пример иллюстрирует конкретный тип установки 90 для микросварки проводных выводов, должно быть понятно, что для формирования проводных соединений 84 может быть использована установка 90 для микросварки проводных выводов любого подходящего типа. Хотя вышеприведенный пример иллюстрирует конкретные толщины 24 покрытия 18 на контактной поверхности 88, должно быть понятно, что покрытие 18 на контактной поверхности 88 и/или проводе 86 может иметь любую пригодную толщину 24.
В некоторых вариантах исполнения модифицирование поверхностной шероховатости провода 86, контактной поверхности 88 и/или покрытия 18 может повышать прочность проводного соединения 84. Провод 86, контактная поверхность 88 и/или покрытие 18 могут быть скомпонованы имеющими одинаковую или различную шероховатость поверхности для оптимизации проводных соединений 84 для различных вариантов применения. В некоторых вариантах исполнения шероховатость поверхности провода 86 и/или контактной поверхности 88 могут быть модифицированы до нанесения покрытия 18. В некоторых вариантах исполнения поверхностная шероховатость покрытия 18 может быть модифицирована после того, как оно нанесено на провод 86 и/или контактную поверхность 88.
Поверхностная шероховатость провода 86, контактной поверхности 88 и/или покрытия 18 может быть отрегулирована в макромасштабе (например, равной или большей одного мкм) и/или в микромасштабе (например, меньшей одного мкм). Модифицирование поверхностной шероховатости и/или плоскостности провода 86 и/или контактной поверхности 88 может реально модифицировать площадь контакта между проводом 86 и/или контактной поверхностью 86 и их фрикционные характеристики во время проведения процесса проводного монтажа. Эти типы модификаций могут обеспечить возможность эффективного подведения энергии к области проводного соединения 84 во время процесса проводного монтажа. Эти модификации могут обеспечить образование прочных проводных соединений 84 между проводом 86 и/или контактной поверхностью 88.
Поверхностная шероховатость, фрикционные характеристики и/или характеристики поверхностной энергии провода 86, контактной поверхности 88 и/или покрытия 18 могут быть модифицированы любым пригодным способом, например, таким как обработка газовой плазмой, жидкостное кислотное травление, механическая обработка и/или выбор соединений-прекурсоров 36 для осаждения покрытия 18 (например, хлора).
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 не удаляют с провода 86 и/или контактной поверхности 88 перед проведением процесса проводного монтажа. В других вариантах исполнения покрытие 18 может быть селективно удалено с провода 86 и/или контактной поверхности 88 перед выполнением проводного монтажа. В еще других вариантах исполнения, до проведения проводного монтажа, покрытие 18 может быть удалено с провода 86 полностью, и/или со всей площади контактной поверхности 88. В вариантах исполнения, где по меньшей мере часть покрытия 18 удаляют перед процессом проводного монтажа, покрытие 18 может быть удалено избирательно или с общей площади путем нагревания контактной поверхности 88, лазерной абляции, плазменной обработки и/или жидкостным химическим травлением. В таких вариантах исполнения покрытие 18 может быть смещено после формирования проводного соединения 84. В других вариантах исполнения покрытие 18 может быть нанесено после проводного монтажа, либо на чистую контактную поверхность 88, либо на предварительно покрытую контактную поверхность 88. Такая стадия могла бы быть предусмотрена, например, где требуется долговременная стабильность с возможностью последующей обработки или переделки на более позднем этапе. В некоторых вариантах исполнения, как только сформировано проводное соединение 84, контактную поверхность 88 и/или проводное соединение 84 дополнительно защищают нанесением дополнительного покровного слоя покрытия 18.
Покрытие 18 может быть нанесено на провод 86 и/или контактную поверхность 88 с использованием любого подходящего способа. Например, покрытие 18 может быть осаждено с использованием химического осаждения из паровой фазы (CVD), способом молекулярно-пучковой эпитаксии (MBE), стимулированным плазмой химическим осаждением из газовой фазы (PE-CVD), осаждением методом плазменного распыления при высоком давлении/атмосферном давлении, химическим осаждением из паровой фазы методом разложения металлоорганических соединений (MO-CVD), и/или химическим осаждением из газовой фазы, стимулированным лазерным излучением (LE-CVD). В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть нанесено созданием взаимопроникающих сетчатых полимерных структур (IPNs) и/или поверхностной абсорбцией монослоев (SAMs) полимеров или мономеров с образованием in-situ полимеров и/или полимерных сплавов. В других вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено с использованием способа нанесения жидкого покрытия, например, такого как погружение в жидкость, нанесение покрытия набрызгиванием, нанесение покрытия методом центрифугирования, напыление и/или золь-гель-процесс. В некоторых вариантах исполнения провод 86 и/или контактная поверхность 88 могут быть покрыты покрытием 18 вскоре после изготовления, чтобы предотвратить окисление.
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может быть осаждено на провод 86 и/или контактную поверхность 88 осаждением методом плазменного распыления, как описано выше в отношении ФИГУРЫ 2. В таких вариантах исполнения провод 86 и/или контактная поверхность могут быть помещены в камеру 30, и реактор 28 может вводить газы (например, водород, аргон и/или азот) в камеру 30 для очистки провода 86 и/или контактной поверхности 88. Затем реактор 28 может вводить одно или более соединений-прекурсоров 36 в камеру 30 для формирования однослойного покрытия 18 или многослойного покрытия 18 на проводе 86 и/или контактной поверхности 88. В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может инкапсулировать провод 86 и/или контактную поверхность 88 и/или следовать их трехмерной форме.
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 на проводе 86 и/или контактной поверхности 88 может включать очень тонкий слой (например, пять нм или менее) галогенида металла (предпочтительно фторида металла) в непосредственном контакте с поверхностью провода 86 и/или контактной поверхности 88. Тонкий слой галогенида металла может включать минимальное количество галогенуглеводородного материала (например, менее одного процента по весу, менее пяти процентов по весу и т.д.). В некоторых вариантах исполнения слой галогенида металла может представлять собой монослой, по существу монослой или несколько монослоев. В других вариантах исполнения слой галогенида металла может включать зону из слоев галогенида металла на поверхности провода 86 и/или контактной поверхности 88. Слой галогенида металла может быть прочным, может быть инертным, и/или может предотвращать образование на проводе 86 и/или контактной поверхности 88 оксидных слоев и/или потускнений, которые могут препятствовать эффективному проводному монтажу.
В вариантах исполнения, где покрытие 18 наносят осаждением методом плазменного распыления, слой галогенида металла может формироваться на проводе 86 и/или контактной поверхности 88, когда активные частицы в газовой плазме реагируют с металлической поверхностью. В некоторых вариантах исполнения слой галогенида металла может быть усилен с использованием более высокой концентрации частиц фтора. Слой из покрытия 18, включающий галогенуглеводородный полимер, затем может быть осажден на слой галогенида металла и/или в комбинации с ним. Слой галогенида металла и слой из галогенуглеводородных полимеров могут быть раздельными, в осевом направлении или пространственно. Альтернативно, в покрытии 18 может быть постепенный переход от галогенида металла к галогенуглеводородному полимеру. В некоторых вариантах исполнения слой галогенида металла может защищать провод 86 и/или контактную поверхность 88 от окисления, тогда как слой из галогенуглеводородных полимеров (i) может обеспечивать защиту от таких условий окружающей среды, как коррозионно-агрессивные газы и/или жидкости, и/или (ii) может создавать защиту от окисления. Если же слой из галогенуглеводородных полимеров в покрытии 18 со временем будет изношен в результате механического истирания, нижележащий слой галогенида металла может предотвращать развитие окисления, тем самым защищая устройство и продлевая срок его службы.
В некоторых вариантах исполнения покрытие 18 может обеспечивать возможность соединения провода 86 и/или контактной поверхности 88 в неинертной атмосфере без окисления. Термин «неинертная атмосфера» имеет отношение к атмосфере, включающей газы (например, кислород), которые обычно окисляли бы и/или разъедали непокрытые провода 86 и/или контактные поверхности 88. Как разъяснено выше, инертные атмосферы традиционно использовались для формирования проводных соединений с использованием непокрытых медных проводов 86. Инертные атмосферы типично включали инертные газы, например, такие как азот и/или аргон. Поскольку покрытие 18 может защищать провод 86 и/или контактную поверхность 88 от окисления и/или коррозии, покрытие 18 может обеспечивать возможность формирования проводного соединения 84 в неинертной атмосфере с минимальной или никакой опасностью окисления. Таким образом, покрытие 18 может сокращать стоимость и/или повышать эффективность процесса проводного монтажа. Однако должно быть понятно, что покрытие 18 может быть использовано на проводах 86 и/или контактных поверхностях 88 независимо от того, формируют ли проводное соединение 84 в инертной или неинертной атмосфере.
Хотя настоящее изобретение было описано в нескольких вариантах исполнения, квалифицированным специалистом в этой области технологии могут быть предложены многочисленные изменения и модификации, и предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие изменения и модификации как попадающие в пределы области настоящей прилагаемой патентной формулы.