ИМЕЮЩИЙ ПОКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УЗЕЛ
COATED ELECTRICAL ASSEMBLY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к электрическому узлу с покрытием и к способам изготовления электрического узла с покрытием.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Конформные покрытия в течение многих лет использовали в электронной промышленности для защиты электронных узлов от воздействия окружающей среды во время работы. Конформное покрытие - это тонкий и гибкий слой защитного лака, который повторяет контуры электрического узла, например -печатной платы, и его компонентов.
Существуют 5 классов конформных покрытий согласно определениям Института печатных плат (IPC; Institute of Printed Circuits): AR (акриловые), ER (эпоксидные), SR (силиконовые), UR (уретановые) и XY (параксилиленовые). В целом, принято, что из этих 5 типов параксилиленовые (или париленовые) обеспечивают наилучшую химическую, электрическую и физическую защиту. Этот процесс осаждения является длительным и дорогим, и исходный материал также является дорогим.
Плазменные полимеры/покрытия оказались многообещающими альтернативами стандартным конформным покрытиям. Конформные покрытия, осажденные способами плазменной полимеризации, описаны, например, в публикациях WO 2011/104500 и WO 2013/132250.
Несмотря на эти разработки, сохраняется потребность в дополнительных конформных покрытиях, которые обеспечивали бы по меньшей мере сходные с коммерчески доступными покрытиями уровни химической, электрической и физической защиты, но их можно было бы производить легче и дешевле. Также сохраняется потребность в покрытиях, которые обеспечили бы повышенные уровни защиты от влаги по сравнению с коммерчески доступными покрытиями и позволили бы достичь высоких уровней водонепроницаемой защиты.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что кремнийорганические соединения можно осадить посредством плазменного осаждения с получением многослойных конформных покрытий, которые обеспечивают высокие уровни химической, электрической и физической защиты. Особенно желательными являются превосходные влагозащитные свойства таких покрытий, и потенциально это может обеспечить электрические узлы с покрытием со значительно более высоким уровнем защиты от влаги, чем возможно в настоящее время. Кроме того, авторы настоящего изобретения отрегулировали химию плазмы и преобразовали структуру материала так, что покрытия являются твердыми и имеют превосходную устойчивость к царапинам.
2
2
2
2
3
2
4
Соответственно, настоящее изобретения относится к электрическому узлу, который имеет многослойное конформное покрытие на по меньшей мере одной поверхности электрического узла, причем каждый слой многослойного покрытия можно получить посредством плазменного осаждения смеси-предшественника (прекурсорной смеси), содержащей (а) одно или более кремнийорганических соединений, (b) необязательно - O, NO, NO, Н, NH, N, SiF и/или гексафторпропилен (HFP; от англ.: hexafluoropropylene), и (с) необязательно - Не, Ar и/или Kr.
2
2
2
2
3
2
4
Изобретение также относится к электрическому компоненту, который имеет многослойное конформное покрытие на по меньшей мере одной поверхности электрического компонента, причем каждый слой многослойного покрытия можно получить посредством плазменного осаждения прекурсорной смеси, содержащей (а) одно или более кремнийорганических соединений, (b) необязательно - O, NO, NO, H, NH, N, SiF и/или гексафторпропилен (HFP; от англ.: hexafluoropropylene), и (с) необязательно - Не, Ar и/или Kr.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 демонстрирует пример электрического узла по настоящему изобретению, который имеет многослойное конформное покрытие.
Фиг. с 2 по 4 демонстрируют поперечные сечения через многослойное конформное покрытие согласно Фиг. 1 и изображают структуры предпочтительных покрытий.
Фиг. 5 демонстрирует инфракрасный спектр с преобразованием Фурье (FTIR; от англ.: Fourier transform infrared) покрытия, полученного в Примере 1.
Фиг. 6 демонстрирует FTIR-спектр покрытия, полученного в Примере 2.
Фиг. 7 демонстрирует результаты из Примера 4, в котором гребенчатые структуры были покрыты различными многослойными конформными покрытиями и затем испытаны на электрическое сопротивление после покрытия водой.
СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
x
y
z
a
b
Многослойные конформные покрытия по настоящему изобретению содержат слои, которые можно получить посредством плазменного осаждения кремнийорганических соединений. Кремнийорганическое соединение (или кремнийорганические соединения) можно осаждать в присутствии или в отсутствие химически активных газов и/или химически неактивных газов. Образующиеся осажденные слои имеют общую формулу SiOHCFN, в которой значения х, y, z, а и b зависят от (а) конкретного выбранного кремнийорганического соединения (или кремнийорганических соединений), (b) присутствия или отсутствия химически активного газа и вида этого химически активного газа и (с) присутствия или отсутствия химически неактивного газа и вида этого химически неактивного газа. Например, если в кремнийорганическом соединении (или кремнийорганических соединениях) отсутствуют фтор или азот, и не используют химически активный газ, содержащий фтор или азот, то значения а и b будут равны 0. Как будет более подробно обсуждено ниже, значения х, y, z, а и b можно подобрать посредством выбора соответствующего кремнийорганического соединения (или кремнийорганических соединений) и/или химически активных газов, и соответствующим образом регулировать свойства каждого слоя и покрытия в целом.
x
y
z
a
b
x
y
z
a
b
Во избежание разночтений следует иметь в виду, что каждый слой многослойного покрытия может иметь органический или неорганический характер в зависимости от точного состава прекурсорной смеси, несмотря на органическую природу прекурсорных смесей, используемых для получения этих слоев. В органическом слое с общей формулой SiOHCFN значения у и z будут больше нуля, тогда как в неорганическом слое с общей формулой SiOHCFN значения y и z будут стремиться к нулю. Специалист в данной области техники легко сможет определить органическую природу слоя с использованием стандартных аналитических способов, например - посредством выявления присутствия углерод-водородных и/или углерод-углеродных связей с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. Сходным образом, специалист в данной области техники легко может определить неорганическую природу слоя с использованием стандартных аналитических способов, например - посредством выявления отсутствия углерод-водородных и/или углерод-углеродных связей с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье.
Способ плазменного осаждения
Слои, присутствующие в многослойных конформных покрытиях по настоящему изобретению, можно получить посредством плазменного осаждения, в характерном случае - посредством плазмохимического осаждения из паровой фазы (PECVD; от англ.: plasma enhanced chemical vapour deposition) или стимулированного плазмой физического осаждения из паровой фазы (PEPVD; от англ.: plasma enhanced physical vapour deposition), предпочтительно посредством PECVD, прекурсорной смеси. Этот способ плазменного осаждения в характерном случае осуществляют при пониженном давлении, в характерном случае - от 0,001 мбар до 10 мбар, предпочтительно - от 0,01 мбар до 1 мбар, например - около 0,7 мбар. Реакции осаждения происходят in situ на поверхности электрического узла или на поверхности уже осажденных слоев.
Плазменное осаждение обычно проводят в реакторе, который генерирует плазму, содержащую ионизированные и нейтральные сырьевые газы/предшественники, ионы, электроны, атомы, радикалы и/или другие нейтральные частицы, генерированные плазмой. В характерном случае реактор содержит камеру, вакуумную систему и один или более источников энергии, хотя можно использовать любой подходящий тип реактора, конфигурация которого позволяет генерировать плазму. Источник энергии может включать любое подходящее устройство, конфигурация которого позволяет преобразовывать один или более газов в плазму. Предпочтительно источник энергии содержит нагреватель, генератор радиочастот (RF; от англ.: radio frequency) и/или генератор микроволн.
nd
Плазменное осаждение обеспечивает уникальный класс материалов, которые невозможно получить с использованием других способов. Материалы, полученные посредством плазменного осаждения, имеют в высокой степени разупорядоченную структуру и обычно являются в высокой степени поперечно-сшитыми, содержат случайное ветвление и сохраняют некоторое количество химически активных центров. Эти химические и физические особенности хорошо известны и описаны, например, в публикациях Plasma Polymer Films, Hynek Biederman, Imperial College Press 2004 и Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, 2 Edition, Michael A. Lieberman, Alan J. Lichtenberg, Wiley 2005.
-3
В характерном случае электрический узел помещают в камеру реактора и используют вакуумную систему для откачивания воздуха из камеры до давлений, лежащих в диапазоне от 10 мбар до 10 мбар. Затем в камеру инжектируют один или более газов (при контролируемой объемной скорости), и источник энергии генерирует стабильную газовую плазму. В характерном случае после этого в плазменную фазу в камере вводят одно или более соединений-предшественников (прекурсоров) в форме газов и/или паров. Альтернативно, соединение-предшественник можно ввести вначале, а затем генерировать стабильную газовую плазму. При введении в фазу плазмы соединения-предшественники в характерном случае разлагаются (и/или ионизируются) с образованием в плазме спектра активных частиц (то есть радикалов), которые осаждаются на открытую поверхность электрического узла и формируют на ней слой.
Точная природа и состав осажденного материала в характерном случае зависят от одного или более из следующих условий: (i) выбранного плазмообразующего газа, (ii) конкретного использованного соединения-предшественника (или соединений-предшественников); (iii) количества соединения-предшественника (которое можно определить по комбинации давления соединения-предшественника (или соединений-предшественников), объемной скорости и способа инжекции газа); (iv) содержания соединения-предшественника (или соединений-предшественников); (v) последовательности добавления соединения-предшественника (или соединений-предшественников); (vi) давления плазмы; (vii) частоты источника плазмы; (viii) распределения во времени мощности импульсов и длительности импульсов; (ix) длительности нанесения покрытия; (х) мощности плазмы (включая пиковую и/или среднюю мощность плазмы); (xi) расположения электродов в камере; и/или (хм) подготовки подаваемого электрического узла.
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
В характерном случае частота источника плазмы лежит в диапазоне от 1 кГц до 4 ГГц. В характерном случае плотность мощности плазмы лежит в диапазоне от 0,001 Вт/см до 50 Вт/см, предпочтительно - от 0,01 Вт/см до 0,02 Вт/см, например - примерно 0,0175 Вт/см. В характерном случае массовая скорость потока лежит в диапазоне от 5 см/мин до 1000 см/мин, предпочтительно - от 5 см/мин до 20 см/мин, например - примерно 10 см/мин. В характерном случае рабочее давление лежит в диапазоне от 0,001 мбар до 10 мбар, предпочтительно - от 0,01 мбар до 1 мбар, например - примерно 0,7 мбар. В характерном случае время нанесения покрытия лежит в диапазоне от 10 секунд до более чем 60 минут, например - от 10 секунд до 60 минут.
Плазменную обработку можно легко масштабировать посредством использования плазменной камеры большего размера. Однако, как будет очевидно специалисту в данной области техники, предпочтительные условия будут зависеть от размеров и геометрии плазменной камеры. Соответственно, в зависимости от конкретной используемой плазменной камеры может быть предпочтительным, чтобы специалист в данной области техники модифицировал рабочие условия.
Соединения-предшественники
2
x
y
z
a
b
Многослойные конформные покрытия по настоящему изобретению содержат слои, которые можно получить посредством плазменного осаждения прекурсорной смеси. Прекурсорная смесь содержит одно или более кремнийорганических соединений, и необязательно она дополнительно содержит химически активный газ (например, O) и/или химически неактивный газ (например, Ar). Образующиеся осажденные слои имеют общую формулу SiOHCFN, причем значения х, y, z, а и b зависят от (i) конкретного используемого кремнийорганического соединения (или кремнийорганических соединений), и (ii) от того, присутствует ли химически активный газ или нет, и от вида химически активного газа.
В характерном случае прекурсорная смесь состоит или по существу состоит из одного или более кремнийорганических соединений, необязательного химически активного газа (или газов) и необязательного химически неактивного газа (или газов). В контексте настоящего изобретения термин «по существу состоит» относится к прекурсорной смеси, содержащей компоненты, из которых она по существу состоит, и другие компоненты, при условии, что другие компоненты не оказывают существенного неблагоприятного влияния на важные характеристики полученного слоя, сформированного из прекурсорной смеси. В характерном случае прекурсорная смесь, состоящая по существу из определенных компонентов, будет содержать более или ровно 95 масс. % этих компонентов, предпочтительно - более или ровно 99 масс. % этих компонентов.
3
2
2
2
x
y
z
a
b
Если посредством плазменного осаждения осаждают одно или более кремнийорганических соединений в отсутствие избытка кислорода и азотсодержащего химически активного газа (такого как NH, O, NO или NO), то образующийся слой будет органическим по природе и будет иметь общую формулу SiOHCFN. Значения у и z будут больше 0. Значения х, а и b будут больше 0, если в прекурсорной смеси содержатся О, F или N, либо в качестве части кремнийорганического соединения (или кремнийорганических соединений, либо в качестве химически активного газа.
2
2
2
2
2
x
y
z
a
b
x
y
z
a
b
Если одно или более кремнийорганических соединений осаждают посредством плазменного осаждения в присутствии кислородсодержащего химически активного газа (такого как O, NO или NO), то углеводородные элементы, входящие в состав кремнийорганического предшественника, реагируют с кислородсодержащим химически активным газом с образованием CO и HO. Это усиливает неорганическую природу образующегося слоя. Если присутствует достаточное количество кислородсодержащего газа, то все углеводородные элементы могут быть удалены, так что образующийся слой является по существу неорганическим/керамическим по природе (при этом в общей формуле SiOHCFN y, z, а и b будут иметь пренебрежимо малые значения, стремящиеся к нулю). Содержание водорода можно дополнительно снизить посредством повышения плотности мощности RF излучения и снижения давления плазмы, что соответственно усилит процесс окисления и приведет к получению плотного неорганического слоя (в котором в общей формуле SiOHCFN значение х может достигнуть 2, а y, z, а и b будут иметь пренебрежимо малые значения, стремящиеся к нулю).
В характерном случае прекурсорная смесь содержит одно кремнийорганическое соединение, но при некоторых обстоятельствах может быть желательным использовать два или более различных кремнийорганических соединений, например - два, три или четыре различных кремнийорганических соединения.
В характерном случае кремнийорганическое соединение является органосилоксаном, органосиланом, азотсодержащим кремнийорганическим соединением, таким как силазан или аминосилан, или галогенсодержащим кремнийорганическим соединением, таким как галогенсодержащий органосилан. Кремнийорганическое соединение может быть линейным или циклическим.
Кремнийорганическое соединение может быть соединением формулы (I):
1
6
1
6
2
6
1
6
1
6
1
3
2
4
1
6
1
6
в которой каждый из радикалов с R по R независимо является С-С алкильной группой, С-С алкенильной группой или атомом водорода, при условии, что по меньшей мере один из радикалов с R по R не является атомом водорода. Предпочтительно, каждый из радикалов с R по R независимо является C-C алкильной группой, С-С алкенильной группой или атомом водорода, например - метильной группой, этильной группой, винильной группой, аллильной группой или атомом водорода, при условии, что по меньшей мере один из радикалов с R по R не является атомом водорода. Предпочтительно по меньшей мере два или три, например - четыре, пять или шесть, из радикалов с R по R не являются атомом водорода. Предпочтительные примеры включают гексаметилдисилоксан (HMDSO; от англ.: hexamethyldisiloxane), тетраметилдисилоксан (TMDSO; от англ.: tetramethyldisiloxane), 1,3-дивинилтетраметилдисилоксан (DVTMDSO; от англ.: 1,3-divinyltetramethyldisiloxane) и гексавинилдисилоксан (HVDSO; от англ.: hexavinyldisiloxane). Особо предпочтительными являются гексаметилдисилоксан (HMDSO) и тетраметилдисилоксан (TMDSO), наиболее предпочтительным является гексаметилдисилоксан (HMDSO).
Альтернативно, кремнийорганическое соединение может быть соединением формулы (II):
7
10
1
6
1
6
2
6
2
1-4
1
6
7
10
7
10
1
3
1
3
2
4
2
2-3
2
2
2
2
3
2
7
10
7
10
в которой каждый из радикалов с R по R независимо является C-C алкильной группой, C-C алкоксильной группой, С-С алкенильной группой, атомом водорода или -(CH)NR'R'' группой, в которой R' и R'' независимо являются C-C алкильной группой, при условии, что по меньшей мере один из радикалов с R по R не является атомом водорода. Предпочтительно каждый из радикалов с R по R независимо является С-С алкильной группой, С-С алкоксильной группой, С-С алкенильной группой, атомом водорода или -(CH)NR'R'' группой, в которой R' и R'' независимо являются метильной или этильной группой, например - метильной, этильной, изопропильной, метоксильной, этоксильной, винильной, аллильной группой, атомом водорода или -CHCHCHN(CHCH), при условии, что по меньшей мере один из радикалов с R по R не является атомом водорода. Предпочтительно по меньшей мере два, например - три или четыре, из радикалов с R по R не являются атомами водорода. Предпочтительные примеры включают аллилтриметилсилан, аллилтриметоксисилан (ATMOS; от англ.: allyltrimethylsilane), тетраэтилортосиликат (TEOS; tetraethylorthosilicate), 3-(диэтиламино)пропилтриметоксисилан, триметилсилан (TMS; от англ.: trimethylsilane) и триизопропилсилан (TIPS; от англ.: triisopropylsilane).
Альтернативно, кремнийорганическое соединение может быть циклическим соединением формулы (III):
11
12
1
6
2
6
11
12
11
12
1
3
2
4
11
12
3
3
4
4
в которой n равно 3 или 4, и каждый из радикалов R и R независимо является C-С алкильной группой, С-С алкенильной группой или атомом водорода, при условии, что по меньшей мере один из радикалов R и R не является атомом водорода. Предпочтительно каждый из радикалов R и R независимо является C-С алкильной группой, С-С алкенильной группой или атомом водорода, например - метильной, этильной, винильной, аллильной группой или атомом водорода, при условии, что по меньшей мере один из радикалов R и R не является атомом водорода. Предпочтительные примеры включают тривинил-триметил-циклотрисилоксан (VD), тетравинил-тетраметил-циклотетрасилоксан (VD), тетраметилциклотетрасилоксан (TMCS; от англ.: tetramethylcyclotetrasiloxane) и октаметилциклотетрасилоксан (OMCTS; от англ.: octamethylcyclotetrasiloxane).
Альтернативно, кремнийорганическое соединение может быть соединением формулы (IV):
1
6
1
6
2
6
1
6
1
6
1
3
2
4
1
6
1
6
в которой каждый из радикалов с Х по Х независимо является C-C алкильной группой, С-С алкенильной группой или атомом водорода, при условии, что по меньшей мере один из радикалов с X по Х не является атомом водорода. Предпочтительно каждый из радикалов с Х по Х независимо является С-С алкильной группой, С-С алкенильной группой или атомом водорода, например - метильной, этильной, винильной, аллильной группой или атомом водорода, при условии, что по меньшей мере один из радикалов с Х по Х не является атомом водорода. Предпочтительно по меньшей мере два или три, например - четыре, пять или шесть, из радикалов с Х по Х не являются атомами водорода. Предпочтительным примером является гексаметилдисилазан (HMDSN; от англ.: hexamethyldisilazane).
Альтернативно, кремнийорганическое соединение может быть соединением формулы (V):
7
8
1
6
2
6
7
8
7
8
1
3
2
4
7
8
6
в которой m равно 3 или 4, и каждый из радикалов Х и Х независимо является C-С алкильной группой, С-С алкенильной группой или атомом водорода, при условии, что по меньшей мере один из радикалов Х и Х не является атомом водорода. Предпочтительно каждый из радикалов Х и Х независимо является C-С алкильной группой, C-C алкенильной группой или атомом водорода, например - метильной, этильной, винильной, аллильной группой или атомом водорода, при условии, что по меньшей мере один из радикалов Х и Х не является атомом водорода. Предпочтительным примером является 2,4,6-триметил-2,4,6-тривинилциклотрисилазан.
Альтернативно, кремнийорганическое соединение может быть соединением формулы (VI):
9
10
9
10
1
6
1
3
в которой X и X независимо являются C-C алкильными группами, а равно 0, 1 или 2, b равно 1, 2 или 3, и сумма а и b равна 1, 2 или 3. В характерном случае X и X являются C-C алкильными группами, например - метильными или этильными. Предпочтительными примерами являются диметиламино-триметилсилан (DMATMS; от англ.: dimethylamino-trimethylsilane), бис(диметиламино)диметилсилан (BDMADMS; от англ.: bis(diimethylamino)dimethylsilane) и трис(диметиламино)метилсилан (TDMAMS; от англ.: tris(dimethylamino)methylsilane).
Альтернативно, кремнийорганическое соединение может быть соединением формулы (VII):
1
4
1
8
1
6
1
6
2
6
1
4
1
8
1
4
1
3
1
3
2
4
1
8
1
4
в которой каждый из радикалов с Y по Y независимо является C-C галоалкильной группой, C-C алкильной группой, C-C алкоксильной группой или С-Салкенильной группой или атомом водорода, при условии, что по меньшей мере один из радикалов с Y по Y является С-С галоалкильной группой. Предпочтительно каждый из радикалов с Y по Y независимо является С-С алкильной группой, C-С алкоксильной группой, С-С алкенильной группой или C-C галоалкильной группой, например - метильной, этильной, метоксильной, этоксильной, винильной, аллильной, трифторметильной или 1Н,1Н,2Н,2Н-перфтороктильной группой, при условии, что по меньшей мере один из радикалов с Y по Y является галоалкильной группой. Предпочтительными примерами являются триметил(трифторметил)силан и 1Н,1Н,2Н,2Н-перфтороктилтриэтоксисилан.
3
3
4
4
Предпочтительно кремнийорганическое соединение является гексаметилдисилоксаном (HMDSO), тетраметилдисилоксаном (TMDSO), 1,3-дивинилтетраметилдисилоксаном (DVTMDSO), гексавинилдисилоксаном (HVDSO), аллилтриметилсиланом, аллилтриметоксисиланом (ATMOS), тетраэтилортосиликатом (TEOS), 3-(диэтиламино)пропил-триметоксисиланом, триметилсиланом (TMS), триизопропилсиланом (TiPS), тривинил-триметил-циклотрисилоксаном (VD), тетравинил-тетраметил-циклотетрасилоксаном (VD), тетраметилциклотетрасилоксаном (TMCS), октаметилциклотетрасилоксаном (OMCTS), гексаметилдисилазаном (HMDSN), 2,4,6-триметил-2,4,6-тривинилциклотрисилазаном, диметиламино-триметилсиланом (DMATMS), бис(диметиламино)диметилсиланом (BDMADMS), трис(диметиламино)метилсиланом (TDMAMS), триметил(трифторметил)силаном или 1Н,1Н,2Н,2Н-перфтороктилтриэтоксисиланом. Особо предпочтительными являются гексаметилдисилоксан (HMDSO) и тетраметилдисилоксан (TMDSO), причем наиболее предпочтительным является гексаметилдисилоксан (HMDSO).
1
6
При использовании в контексте настоящего изобретения термин «С-С алкильная группа» относится к линейным или разветвленным углеводородным группам, содержащим от 1 до 6, предпочтительно - от 1 до 3, атомов углерода. Примеры включают метильную, этильную, н-пропильную и и-пропильную, бутильную, пентильную и гексильную группы.
2
6
При использовании в контексте настоящего изобретения термин «С-С алкенильная группа» относится к линейным или разветвленным углеводородным группам, содержащим от 2 до 6, предпочтительно - от 2 до 4, атомов углерода, и двойную углерод-углеродную связь. Предпочтительными примерами являются винильная и аллильная группы.
При использовании в контексте настоящего изобретения галоген в характерном случае является хлором, фтором, бромом или йодом и предпочтительно является хлором, бромом или фтором, особо предпочтительно -фтором.
1
6
1
6
3
3
При использовании в контексте настоящего изобретения термин «С-С галоалкильная группа» относится к C-C алкильной группе, замещенной одним или более атомами галогена. В характерном случае она замещена 1, 2 или 3 атомами галогена. Особо предпочтительными галоалкильными группами являются -CF и -CCl.
1
6
При использовании в контексте настоящего изобретения термин «С-С алкоксильная группа» относится к алкильной группе, которая присоединена к атому кислорода. Предпочтительные примеры включают метоксильную, этоксильную, пропоксильную, изопропоксильную, бутоксильную, изобутоксильную, трет-бутоксильную, пентоксильную и гексоксильную группы.
2
2
2
2
3
2
4
Прекурсорная смесь необязательно дополнительно содержит химически активный газ. Химически активный газ выбран из O, NO, NO, Н, NH, N, SiF и/или гексафторпропилена (HFP). Эти химически активные газы обычно химически вовлечены в механизм плазменного осаждения, и поэтому их можно считать сопредшественниками.
2
2
2
2
2
x
y
z
a
b
O, NO и NO являются кислородсодержащими сопредшественниками, и в характерном случае их добавляют с целью повышения неорганического характера образующегося осажденного слоя. Этот способ обсуждается выше. NO и NO также являются азотсодержащими сопредшественниками, и в характерном случае их добавляют с целью дополнительного повышения содержания азота в образующемся осажденном слое (и, соответственно, увеличивается значение b в общей формуле SiOHCFN).
2
x
y
z
a
b
x
y
z
a
b
2
Н - это сопредшественник-восстановитель, и в характерном случае его добавляют с целью снижения содержания кислорода (и, соответственно, значения х в общей формуле SiOHCFN) в образующемся осажденном слое. В восстановительных условиях углерод и водород также обычно удаляют из образующегося осажденного слоя (и, соответственно, значения у и z в общей формуле SiOHCFN также уменьшаются). Добавление Н в качестве сопредшественника увеличивает уровень перекрестного сшивания в образующемся осажденном слое.
2
x
y
z
a
b
N - это азотсодержащий сопредшественник, и в характерном случае его добавляют с целью повышения содержания азота в образующемся осажденном слое (и, соответственно, увеличивается значение b в общей формуле SiOHCFN).
3
x
y
z
a
b
3
2
3
x
y
z
a
b
3
NH - это также азотсодержащий сопредшественник, и поэтому в характерном случае его добавляют с целью повышения содержания азота в образующемся осажденном слое (и, соответственно, увеличивается значение b в общей формуле SiOHCFN). Однако NH дополнительно обладает восстановительными свойствами. Как и в случае добавления Н, это означает, что при использовании NH в качестве сопредшественника кислород, углерод и водород обычно удаляются из образующегося осажденного слоя (и, соответственно, уменьшаются значения х, y и z в общей формуле SiOHCFN). Добавление NH в качестве сопредшественника увеличивает уровень перекрестного сшивания в образующемся осажденном слое. Структура образующегося слоя сдвигается в сторону структуры нитрида кремния.
4
x
y
z
a
b
SiF и/или гексафторпропилен (HFP) - это фторсодержащие сопредшественники, и в характерном случае их добавляют с целью повышения содержания фтора в образующемся осажденном слое (и, соответственно, увеличивается значение а в общей формуле SiOHCFN).
Специалист в данной области техники легко сможет отрегулировать соотношение химически активного газа и кремнийорганического соединения (или кремнийорганических соединений) при любой используемой плотности мощности для обеспечения желаемой модификации образующегося осажденного слоя.
Прекурсорная смесь необязательно может дополнительно содержать химически неактивный газ. Химически неактивными газами являются Не, Ar или Kr. Химически неактивный газ не участвует химически в механизме плазменного осаждения, но обычно он влияет на физические свойства образующегося материала. Например, добавление Не, Ar или Kr обычно увеличивает плотность образующегося слоя и, соответственно, его твердость. Добавление Не, Ar или Kr также повышает поперечное сшивание образующегося осажденного материала.
Структура и свойства многослойного конформного покрытия
Многослойное конформное покрытие по настоящему изобретению содержит по меньшей мере два слоя. Первый, или самый нижний, слой в многослойном покрытии находится в контакте с поверхностью электрического узла. Последний, или самый верхний, слой в многослойном покрытии находится в контакте с окружающей средой. Если многослойное конформное покрытие содержит более двух слоев, то эти дополнительные слои расположены между первым /самым нижним слоем и последним/ самым верхним слоем.
В характерном случае многослойное покрытие содержит от двух до десяти слоев. Соответственно, многослойное покрытие может иметь два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять или десять слоев. Предпочтительно многослойное покрытие имеет от двух до восьми слоев, например - от двух до шести слоев, или от трех до семи слоев, или от четырех до восьми слоев.
Граница между слоями может быть четкой или с плавным переходом от одного слоя к другому. В многослойном покрытии, которое содержит более двух слоев, каждая граница раздела между слоями может быть четкой или с плавным переходом от одного слоя к другому. Соответственно, все границы раздела могут быть четкими, или все границы раздела могут быть с плавным переходом от одного слоя к другому, или внутри многослойного покрытия могут быть как четкие границы раздела, так и границы с плавным переходом от одного слоя к другому.
Границу раздела между двумя слоями с плавным переходом от одного слоя к другому можно получить посредством постепенного переключения с течением времени во время процесса плазменного осаждения с прекурсорной смеси, необходимой для формирования первого из двух слоев, на прекурсорную смесь, необходимой для формирования второго из двух слоев. Толщину области плавного перехода между двумя слоями можно отрегулировать посредством изменения периода времени, в течение которого осуществляется переключение с первой прекурсорной смеси на вторую прекурсорную смесь. При некоторых условиях предпочтительными могут быть границы раздела с плавным переходом между слоями, поскольку при плавном переходе между слоями обычно повышается сцепление между слоями.
Четкая граница раздела между слоями может быть получена посредством немедленного переключения во время процесса плазменного осаждения с прекурсорной смеси, необходимой для формирования первого из двух слоев, на прекурсорную смесь, необходимую для формирования второго из двух слоев.
Различные слои осаждают посредством изменения прекурсорной смеси и/или условий плазменного осаждения для получения слоев, имеющих желаемые свойства. Свойства каждого отдельного слоя выбирают так, чтобы образующееся многослойное покрытие имело желаемые свойства.
Во избежание разночтений следует отметить, что все слои многослойного покрытия по настоящему изобретению можно получить посредством плазменного осаждения прекурсорных смесей, определенных в данной публикации, которые содержат одно или более кремнийорганических соединений. Соответственно, многослойные покрытия по настоящему изобретению не содержат других слоев, которые не получены из прекурсорных смесей, определенных в данной публикации, например - металлических или металлооксидных слоев.
Характерные свойства первого/самого нижнего слоя
Обычно желательно, чтобы многослойное конформное покрытие обладало хорошим сцеплением как с поверхностью электрического узла, так и между слоями многослойного конформного покрытия. Это желательно для того, чтобы многослойное конформное покрытие было надежным в эксплуатации. Сцепление можно испытать с использованием испытаний, известных специалистам в данной области техники, таких как испытание на отслаивание с помощью липкой ленты или испытание на сцепление способом нанесения царапин.
Поэтому предпочтительно, чтобы первый/самый нижний слой многослойного конформного покрытия, который находится в контакте с поверхностью электрического узла, был сформирован из прекурсорной смеси, которая обеспечивает слой с хорошим сцеплением с поверхностью электрического узла. Необходимый точный состав прекурсорной смеси будет зависеть от конкретной поверхности электрического узла, и специалист в данной области техники сможет соответствующим образом подобрать прекурсорную смесь. Тем не менее, слои, являющиеся органическими по своей природе, обычно лучше сцепляются с поверхностью электрического узла, Слои, которые не содержат или по существу не содержат фтора, также обычно лучше сцепляются с поверхностью электрического узла.
2
2
2
2
2
2
Поэтому в характерном случае первый/самый нижний слой многослойного конформного покрытия является органическим. Слой с органической природой можно получить посредством использования прекурсорной смеси, которая не содержит или по существу не содержит кислородсодержащего химически активного газа (то есть не содержит или по существу не содержит O, NO или NO). Поэтому предпочтительно осаждать первый/самый нижний слой многослойного конформного покрытия с использованием прекурсорной смеси, которая не содержит или по существу не содержит O, NO или NO.
При использовании в контексте настоящего изобретения указание на прекурсорную смесь, которая «по существу не содержит» определенного компонента (или компонентов), относится к прекурсорной смеси, которая может содержать следовые количества определенного компонента (или компонентов), при условии, что определенный компонент (или компоненты) не оказывают существенного влияния на важные характеристики полученного слоя, сформированного из прекурсорной смеси. Поэтому в характерном случае прекурсорная смесь, которая по существу не содержит определенного компонента (или компонентов), содержит менее 5 масс. % определенного компонента (или компонентов), предпочтительно - менее 1 масс. % определенного компонента (или компонентов), наиболее предпочтительно - менее 0,1 масс. % определенного компонента (или компонентов).
4
4
Слой, который не содержит или по существу не содержит фтора, можно получить с использованием прекурсорной смеси, которая не содержит или по существу не содержит фторсодержащего кремнийорганического соединения, или не содержит или по существу не содержит фторсодержащего химически активного газа (то есть не содержит или по существу не содержит SiF или HFP). Поэтому предпочтительно, чтобы первый/самый нижний слой многослойного конформного покрытия осаждали с использованием прекурсорной смеси, которая не содержит или по существу не содержит фторсодержащего кремнийорганического соединения, SiF или HFP.
2
2
2
4
Соответственно, особо предпочтительно, чтобы первый/самый нижний слой многослойного конформного покрытия осаждали с использованием прекурсорной смеси, которая не содержит или по существу не содержит O, NO, NO, фторсодержащего кремнийорганического соединения, SiF или HFP. Полученное покрытие будет органическим по своей природе и не будет содержать фтора, и поэтому оно будет проявлять хорошее сцепление с поверхностью электрического узла.
Также обычно желательно, чтобы первый/самый нижний слой многослойного конформного покрытия был способен абсорбировать остаточную влагу, присутствующую на подложке электрического узла до осаждения покрытия. Затем первый/самый нижний слой будет удерживать остаточную влагу внутри покрытия, за счет чего будут снижены образование центров коррозии и участков эрозии на подложке.
Свойства последнего/самого верхнего слоя
Обычно желательно, чтобы последний/самый верхний слой многослойного покрытия, то есть тот слой, который обращен к окружающей среде, был гидрофобным. Гидрофобность можно определить посредством измерения контактного угла смачивания воды (WCA; от англ.: water contact angle) с использованием стандартных способов. В характерном случае WCA последнего/самого верхнего слоя многослойного покрытия больше 90°, предпочтительно - лежит в диапазоне от 95° до 115°, более предпочтительно - в диапазоне от 100° до 110°.
2
2
2
2
2
2
Гидрофобность слоя можно модифицировать посредством регулирования состава прекурсорной смеси. Например, слой, имеющий органическую природу, обычно бывает гидрофобным. Поэтому в характерном случае последний/самый верхний слой многослойного покрытия является органическим. Слой, имеющий органическую природу, можно получить, например, при использовании прекурсорной смеси, которая не содержит или по существу не содержит кислородсодержащего химически активного газа (то есть не содержит или по существу не содержит O, NO или NO). Как обсуждалось выше, если в прекурсорной смеси присутствует кислородсодержащий газ, то снижаются органический характер и, соответственно, гидрофобность полученного слоя. Поэтому предпочтительно осаждать последний/самый верхний слой многослойного конформного покрытия с использованием прекурсорной смеси, которая не содержит или по существу не содержит O, NO или NO.
4
4
Гидрофобность слоя можно также повысить за счет использования галогенсодержащего кремнийорганического соединения, такого как соединения формулы VII, определенные выше. При использовании такого предшественника полученный слой будет содержать атомы галогена и в целом будет гидрофобным. Атомы галогена также можно внедрить за счет включения SiF или HFP в качестве химически активного газа в прекурсорную смесь, что приведет к включению фтора в полученный слой. Поэтому предпочтительно осаждать последний/самый верхний слой многослойного конформного покрытия с использованием прекурсорной смеси, которая содержит галогенсодержащее кремнийорганическое соединение, SiF и/или HFP.
Также обычно желательно, чтобы последний/самый верхний слой многослойного конформного покрытия имел твердость, равную по меньшей мере 4 ГПа, предпочтительно - по меньшей мере 6 ГПа, более предпочтительно - по меньшей мере 7 ГПа. В характерном случае твердость не превышает 11 ГПа. Твердость можно измерить с использованием способов измерения нанотвердости, известных специалистам в данной области техники. Твердость слоя можно модифицировать посредством изменения состава прекурсорной смеси, например -включив в нее химически неактивный газ, такой как Не, Ar и/или Kr. Это приводит к получению слоя, который является более плотным и поэтому более твердым. Поэтому предпочтительно осаждать последний/самый верхний слой многослойного конформного покрытия с использованием прекурсорной смеси, которая содержит Не, Ar и/или Kr.
Также можно регулировать твердость за счет модификации условий плазменного осаждения. Так, снижение давления, при котором происходит осаждение, обычно приводит к получению слоя, который является более плотным и поэтому более твердым. Повышение мощности RF излучения обычно приводит к получению слоя, который является более плотным и поэтому более твердым. Эти условия и/или состав прекурсорной смеси можно легко отрегулировать с получением твердости, равной по меньшей мере 6 ГПа.
Также обычно желательно, чтобы последний/самый верхний слой многослойного конформного покрытия был олеофобным. Как правило, слой, являющийся гидрофобным, также будет олеофобным. В частности, это имеет место в случае фторсодержащих покрытий. Поэтому, если контактный угол смачивания воды (WCA) последнего/самого верхнего слоя многослойного покрытия превышает 100°, покрытие будет олеофобным. Для повышения свойств олеофобности предпочтителен WCA, превышающий 105°.
С учетом вышеизложенного, особо предпочтительно, чтобы последний/самый верхний слой многослойного конформного покрытия имел (а) WCA, лежащий в диапазоне от 90° до 120°, предпочтительно - от 95° до 115°, более предпочтительно - от 100° до 110°, и (b) твердость, равную по меньшей мере 6 ГПа.
2
2
2
4
В целом, особо предпочтительно осаждать последний/самый верхний слой многослойного конформного покрытия с использованием прекурсорной смеси, которая (а) не содержит или по существу не содержит O, NO или NO, (b) содержит галогенсодержащее кремнийорганическое соединение, SiF и/или HFP, и (с) содержит Не, Ar и/или Kr.
Хотя обычно предпочтительно, чтобы последний/самый верхний слой многослойного конформного покрытия был гидрофобным, также может быть желательным, чтобы последний/самый верхний слой имел гидрофобные и гидрофильные области. Эти гидрофобные и гидрофильные области можно осадить так, чтобы в последнем/самом верхнем слое были сформированы каналы, которые отводят влагу, например, от чувствительных к влаге компонентов.
В характерном случае последний/самый верхний слой многослойного конформного покрытия не является неорганическим, так как свойства таких покрытий обычно являются менее благоприятными, чем свойства покрытий, в которых последний/самый верхний слой является органическим. Если многослойное покрытие содержит два или три слоя, то особо предпочтительно, чтобы последний/самый верхний слой не был неорганическим (то есть, чтобы последний/самый верхний слой был органическим). Однако, если многослойное покрытие содержит четыре или более слоев, различия в свойствах покрытий с неорганическим последним/самым верхним слоем и покрытий с органическим последним/самым верхним слоем обычно являются менее значимыми, и в этих условиях может быть желательным, чтобы последний/самый верхний слой не был органическим для обеспечения повышенной твердости.
Барьерные свойства для влаги
2
2
Желательно, чтобы многослойное конформное покрытие действовало как барьер для влаги, чтобы влага, в характерном случае - в форме водяного пара, не могла разрушить многослойное конформное покрытие и повредить находящийся под ним электрический узел. Барьерные свойства для влаги многослойного конформного покрытия можно оценить посредством измерения скорости проникновения водяного пара (WVTR; от англ.: water vapour transmission rate) с использованием стандартных способов, таких как испытание с использованием анализаторов паропроницаемости производства компании MOCON. В характерном случае WVTR многослойного конформного покрытия лежит в диапазоне от 10 г/м/день до 0,001 г/м/день.
2
2
В характерном случае барьерные свойства для влаги многослойного конформного покрытия можно улучшить за счет включения по меньшей мере одного слоя, который имеет WVTR, лежащую в диапазоне от 0,5 г/м/день до 0,1 г/м/день. Этот барьерный слой для влаги в характерном случае не является первым/самым нижним или последним/самым верхним слоем многослойного конформного покрытия. В многослойном конформном покрытии могут присутствовать несколько барьерных слоев для влаги, которые могут иметь одинаковый или различный состав.
2
2
2
Обычно слои, которые являются по существу неорганическими по природе и содержат очень мало углерода, являются наиболее эффективными барьерами для влаги. Такие слои можно получить, например, посредством плазменного осаждения прекурсорной смеси, которая содержит кремнийорганическое соединение и кислородсодержащий химически активный газ (то есть O, NO или NO). Добавление химически неактивных газов, таких как Не, Ar или Kr, использование высокой плотности мощности RF излучения и/или снижение давления плазмы также будут способствовать формированию слоя с хорошим барьерными свойствами для влаги.
2
2
2
Поэтому предпочтительно, чтобы по меньшей мере один слой многослойного конформного покрытия был получен посредством плазменного осаждения прекурсорной смеси, содержащей кремнийорганическое соединение и O, NO и/или NO, и предпочтительно также Не, Ar и/или Kr. Предпочтительно прекурсорная смесь состоит или по существу состоит из этих компонентов.
2
2
2
3
Слой, содержащий атомы азота, в характерном случае также будет иметь желаемые барьерные свойства для воды. Такой слой можно получить с использованием азотсодержащего кремнийорганического соединения, в характерном случае - силазанового или аминосиланового предшественника, такого как соединения формул с (IV) по (VI), определенные выше. Атомы азота также можно внедрить посредством включения N, NO, NO или NH в качестве химически активного газа в прекурсорную смесь.
2
2
2
3
Поэтому также предпочтительно, чтобы по меньшей мере один слой многослойного конформного покрытия был получен посредством плазменного осаждения прекурсорной смеси, содержащей азотсодержащее кремнийорганическое соединение, N, NO, NO и/или NH. Предпочтительно прекурсорная смесь состоит или по существу состоит из этих компонентов.
Другие свойства
Многослойные конформные покрытия обычно являются антикоррозионными и химически стабильными и поэтому устойчивыми к погружению, например, в кислоту или щелочь или в растворители, такие как ацетон или изопропиловый спирт (IPA; от англ.: isopropyl alcohol).
Толщина многослойного конформного покрытия по настоящему изобретению будет зависеть от количества осажденных слоев и толщины каждого из осажденных слоев.
В характерном случая первый/самый нижний слой и последний/самый верхний слой имеют толщину, лежащую в диапазоне от 0,05 мкм до 5 мкм. В характерном случае все слои, находящиеся между первым/самым нижним и последним/самым верхним слоями, имеют толщину, лежащую в диапазоне от 0,1 мкм до 5 мкм.
Общая толщина многослойного конформного покрытия, естественно, зависит от количества слоев, но в характерном случае она лежит в диапазоне от 0,1 мкм до 20 мкм, предпочтительно - от 0,1 мкм до 5 мкм.
Специалист в данной области техники легко может регулировать толщину каждого слоя. В плазменных способах материал осаждается с постоянной скоростью при заданной совокупности условий, и поэтому толщина слоя пропорциональна времени осаждения. Соответственно, если скорость осаждения определена, то слой с конкретной толщиной можно осадить, регулируя длительность осаждения.
Толщина многослойного конформного покрытия и каждого из образующих его слоев может быть по существу равномерной, или она может варьироваться в различных точках, но предпочтительно она является по существу равномерной.
Толщину можно измерить с использованием способов, известных специалистам в данной области техники, таких как профилометрия, рефлектометрия или спектроскопическая эллипсометрия.
Сцепление между слоями многослойного конформного покрытия можно повысить, если это необходимо, за счет формирования границы раздела с плавным переходом от одного слоя к другому, как указано выше. Границы раздела с плавным переходом от одного слоя к другому являются особо предпочтительными в случае слоев, которые содержат фтор, так как они обычно проявляют плохое сцепление. Соответственно, если определенный слой содержит фтор, то предпочтительно он имеет границу раздела с соседним слоем (или соседними слоями) с плавным переходом от одного слоя к другому.
Альтернативно, если это необходимо, могут быть выбраны слои с четкими границами раздела внутри многослойного конформного покрытия, которые имеют хорошее сцепление с соседними слоями внутри многослойного конформного покрытия.
Электрический узел
Электрический узел, используемый в настоящем изобретении, в характерном случае содержит подложку, содержащую изоляционный материал, множество токопроводящих дорожек на по меньшей мере одной поверхности подложки и по меньшей мере один электрический компонент, соединенный с по меньшей мере одной токопроводящей дорожкой. Электрический узел предпочтительно является печатной платой (РСВ; от англ.: printed circuit board). Конформное покрытие предпочтительно покрывает множество токопроводящих дорожек, по меньшей мере один электрический компонент и поверхность подложки, на которой расположены множество токопроводящих дорожек и по меньшей мере один электрический компонент. Альтернативно, покрытие может покрывать один или более электрических компонентов, в характерном случае - дорогостоящие электрические компоненты в РСВ, тогда как другие части электрического узла не имеют покрытия.
Токопроводящая дорожка в характерном случае содержит любой подходящий токопроводящий материал. Предпочтительно токопроводящая дорожка содержит золото, вольфрам, медь, серебро, алюминий, легированные зоны полупроводниковых подложек, токопроводящие полимеры и/или токопроводящие чернила. Более предпочтительно токопроводящая дорожка содержит золото, вольфрам, медь, серебро или алюминий.
Специалист в данной области техники может выбрать подходящие формы и конфигурации токопроводящих дорожек для конкретного электрического узла. В характерном случае токопроводящая дорожка соединена с поверхностью подложки по всей своей длине. Альтернативно, токопроводящая дорожка может быть соединена с подложкой в двух или более точках. Например, токопроводящая дорожка может быть проволокой, прикрепленной к подложке в двух или более точках, но не по всей ее длине.
Токопроводящую дорожку в характерном случае формируют на подложке с использованием любого подходящего способа, известного специалистам в данной области техники. В предпочтительном способе токопроводящие дорожки формируют на поверхности подложки с использованием «субтрактивного» способа. В характерном случае в этом способе слой металла (например, медную фольгу, алюминиевую фольгу и т.п.) приклеивают к поверхности подложки и затем удаляют нежелательные участки слоя металла, оставляя желаемые токопроводящие дорожки. Нежелательные участки слоя металла в характерном случае удаляют с подложки посредством химического травления или фототравления или фрезерования. В альтернативном предпочтительном способе токопроводящие дорожки формируют на подложке с использованием «аддитивного» способа, например - гальваностегии, осаждения с использованием обратной маски и/или любого геометрически регулируемого способа осаждения. Альтернативно, подложка может быть кремниевым кристаллом интегральной микросхемы или кремниевой пластиной (вафлей), которые в характерном случае содержат легированные области в качестве токопроводящих дорожек.
Подложка в характерном случае содержит любой подходящий изоляционный материал, который предотвращает короткое замыкание цепи электрического узла на подложку. Предпочтительно подложка содержит эпоксидный многослойный (ламинатный) материал, бумагу, склеенную синтетической смолой, стеклоткань, склеенную эпоксидной смолой (ERBGF; от англ.: ероху resin bonded glass fabric), композитный эпоксидный материал (СЕМ; от англ.: composite ероху material), тефлон (PTFE; от англ.: polytetrafluoroethylene) или другие полимерные материалы, фенольную хлопковую бумагу, кремний, стекло, керамику, бумагу, картон, материалы на основе натуральной и/или синтетической древесины и/или другие подходящие текстильные материалы. Подложка необязательно дополнительно содержит материал, замедляющий горение, в характерном случае - Flame Retardant 2 (FR-2) или Flame Retardant 4 (FR-4). Подложка может содержать один слой изоляционного материала или несколько слоев одного и того же или различных изоляционных материалов. Подложка может быть основой печатной платы (РСВ), изготовленной из любого из указанных выше материалов.
Электрический компонент может быть любым подходящим элементом электрической цепи электрического узла. Предпочтительно электрический компонент является резистором, конденсатором, транзистором, диодом, усилителем, реле, трансформатором, батареей, предохранителем, интегральной схемой, переключателем, светодиодом (LED; от англ.: light-emitting diode), светодиодным индикатором, пьезоэлементом, оптоэлектронным компонентом, антенной или осциллятором. К электрическому узлу может быть подсоединено любое подходящее число и/или любая комбинация электрических компонентов.
Электрический компонент предпочтительно соединен с электропроводящей дорожкой через соединение. Соединение предпочтительно является паяным соединением, сварным соединением, проволочным соединением, соединением посредством токопроводящего адгезива, обжимным соединением или запрессованным соединением. Подходящие способы пайки, сварки, соединения проволокой, токопроводящим адгезивом и запрессовкой для формирования соединения известны специалистам в данной области техники. Более предпочтительно соединение является паяным соединением, сварным соединением или проволочным соединением, причем паяное соединение наиболее предпочтительно.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Далее аспекты настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на вариант осуществления настоящего изобретения, изображенный на Фигурах с 1 по 4, где одинаковые ссылочные номера относятся к одним и тем же или сходным компонентам.
Фиг. 1 демонстрирует пример электрического узла по настоящему изобретению. Электрический узел содержит подложку 1, содержащую изоляционный материал, множество токопроводящих дорожек 2, присутствующих на по меньшей мере одной поверхности подложки 1, и по меньшей мере один электрический компонент 3, соединенный с по меньшей мере одной токопроводящей дорожкой 2. Многослойное конформное покрытие 4 покрывает множество токопроводящих дорожек 2, по меньшей мере один электрический компонент 3 и поверхность 5 подложки 1, на которой расположены множество токопроводящих дорожек и по меньшей мере один электрический компонент.
Фиг. 2 демонстрирует поперечное сечение через предпочтительный пример многослойного конформного покрытия 4 из Фиг. 1. Многослойное конформное покрытие содержит первый/самый нижний слой 7, который находится в контакте с по меньшей мере одной поверхностью 6 электрического узла, и последний/самый верхний слой 8. Это многослойное конформное покрытие имеет два слоя, и граница раздела между слоями является четкой.
Фиг. 3 демонстрирует поперечное сечение через другой предпочтительный пример многослойного конформного покрытия 4 из Фиг. 1. Многослойное конформное покрытие содержит первый/самый нижний слой 7, который находится в контакте с по меньшей мере одной поверхностью 6 электрического узла, и последний/самый верхний слой 8. Между слоями 7 и 8 находятся два дополнительных слоя 9 и 10. Это многослойное конформное покрытие имеет четыре слоя, и граница раздела между слоями является четкой.
Фиг. 4 демонстрирует поперечное сечение через другой предпочтительный пример многослойного конформного покрытия 4 из Фиг. 1. Многослойное конформное покрытие содержит первый/самый нижний слой 7, который находится в контакте с по меньшей мере одной поверхностью 6 электрического узла, и последний/самый верхний слой 8. Это многослойное конформное покрытие имеет два слоя, и граница раздела между слоями является нечеткой с плавным переходом от одного слоя к другому.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее аспекты настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на приведенные ниже Примеры.
Пример 1
x
y
z
Осаждение одного слоя SiOCH
-3
3
-1
-2
-2
-2
-2
Электрический узел поместили в осадительную камеру для плазмохимического осаждения из паровой фазы (PECVD) и довели давление до значения менее 10 мбар. Не инжектировали с объемной скоростью, обеспечившей давление в камере, равное 0,480 мбар, затем давление повысили (с помощью дроссельного клапана) до 0,50 мбар. Поджиг плазмы выполнили при мощности RF излучения, равной 45 Вт, в течение 3-5 секунд. После этого в камеру инжектировали HMDSO с объемной скоростью, равной 5 см⋅мин, и плотность мощности RF излучения была равна 0,225 Вт⋅см, 0,382 Вт⋅см, 0,573 Вт⋅см или 0,637 Вт⋅см в течение 20 минут. Давление поддерживали (при помощи дроссельного клапана) равным 0,5 мбар в течение всего процесса осаждения.
x
y
z
-2
На электрическом узле получили слои полимерного кремнийорганического соединения SiOCH. Трансмиссионный ИК-спектр с преобразованием Фурье слоя, полученного с использованием плотности мощности RF излучения, равной 0,637 Вт⋅см, показан на Фиг. 5.
x
y
z
Слои SiOCH продемонстрировали гидрофобный характер с WCA (контактным углом смачивания воды), равным примерно 100°.
Электрические узлы (гребенчатые структуры и пластинки) испытали на электрическое сопротивление при погружении в деионизированную (ДИ) воду и подаче в цепь напряжения, равного 5 В. Результаты приведены в Таблице 1 ниже.
Пример 2
x
z
Осаждение одного слоя SiOH
-3
3
-1
-2
2
x
z
x
z
Электрический узел поместили в осадительную камеру для PECVD и довели давление до значения менее 10 мбар. Против этого базового давления инжектировали O до достижения давления в камере, равного 0,250 мбар. Затем инжектировали Не до достижения давления в камере, равного 0,280 мбар. После этого в камеру инжектировали HMDSO с объемной скоростью, равной 2,5 см⋅мин, и повысили давление (при помощи дроссельного клапана) до 0,300 мбар. Затем выполнили поджиг плазмы при плотности мощности, равной 0,892 Вт⋅см, и продолжили процесс до достижения желаемой толщины слоя, равной примерно 750 нм. Получили слой SiOH с трансмиссионным ИК-спектром с преобразованием Фурье, показанным на Фиг. 6. Слой SiOH продемонстрировал гидрофильный характер с WCA, равным примерно 50°.
Пример 3
x
y
z
y
z
Осаждение мультислоя SiOCH/ SiOH
x
y
z
x
z
x
y
z
x
z
x
y
z
x
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
z
x
y
z
-2
-3
Экспериментальные условия, приводившие к PECVD осаждению мультислоев SiOCH / SiOH на электрических узлах, в основном были такими же, как описанные в Примерах 1 и 2. Коротко говоря, SiOCH осадили с использованием такой же процедуры, как описано в Примере 1 (плотность мощности, использованная в этом эксперименте, была равна 0,637 Вт⋅см), затем камеру довели до вакуума (менее 10 мбар) и выполнили осаждение SiOH поверх слоя SiOCH согласно процедуре, описанной в Примере 2. Затем поверх слоя SiOH осадили второй слой SiOCH. Толщина второго слоя SiOCH была в два раза меньше толщины первого слоя SiOCH. Этого добились за счет сокращения в два раза времени осаждения. Эти стадии привели к получению многослойного покрытия со структурой: SiOCH / SiOH / SiOCH.
x
y
z
x
z
x
y
z
x
z
x
y
z
x
z
x
y
z
Затем этот процесс повторили на некоторых электрических узлах с целью добавления второй пары слоев SiOCH / SiOH, при этом получили структуру: SiOCH / SiOH / SiOCH / SiOH / SiOCH.
Электрические узлы, покрытые этими двумя мультислоями, испытали на электрическое сопротивление при погружении в деионизированную (ДИ) воду и подаче в цепь напряжения, равного 5 В. Результаты приведены в Таблице 2 ниже.
Эксплуатационные характеристики мультислоев также были испытаны следующим образом. К электрическим узлам с покрытием, погруженным в раствор сахара, была приложена разность потенциалов, равная 5 В. Нарушение покрытия регистрировали, когда ток утечки через покрытие, достигал 50 мкА. Результаты приведены ниже в Таблице 3.
Пример 4
Оценка свойств конформных покрытий
Конформные покрытия осадили на гребенчатые структуры в условиях указанных ниже.
x
1. Условия осаждения SiO покрытия
-3
3
-1
-2
2
Против базового давления, равного 10 мбар, инжектировали O до достижения давления в камере, равного 0,250 мбар. После этого инжектировали Не до достижения давления в камере, равного 0,280 мбар. Добавили HMDSO с объемной скоростью, равной 2,5 см⋅мин. Установили давление, равное 0,280 мбар. Поджиг плазмы выполнили при плотности мощности, равной 0,892 Вт⋅см.
y
y
z
2. Условия осаждения SiOCH покрытия
-3
-2
3
-1
-2
Против базового давления, равного 10 мбар, инжектировали Не с объемной скоростью, обеспечившей давление в камере, равное 0,480 мбар, затем давление повысили (с помощью дроссельного клапана) до 0,50 мбар. Поджиг плазмы выполнили при плотности мощности RF излучения, равной 0,573 Вт⋅см, в течение 3-5 секунд. После этого в камеру инжектировали HMDSO с объемной скоростью, равной 6 см⋅мин, при плотности мощности RF излучения равной 0,637 Вт⋅см.
x
y
z
x
3. Условия осаждения SiOCH / SiO покрытия
x
y
z
x
x
y
z
Слой SiOCH осадили так, как описано в параграфе 2 выше. Затем из осадительной камеры эвакуировали газы и осадили слой SiO поверх слоя SiOCH, как описано в параграфе 1 выше.
x
y
z
x
y
y
z
4. Условия осаждения SiOCH / SiO / SiOCH покрытия
x
y
z
x
x
y
z
x
y
z
x
-2
Слой SiOCH осадили так, как описано в параграфе 2 выше. Затем из осадительной камеры эвакуировали газы и осадили слой SiO поверх слоя SiOCHпри таких же условиях, которые описаны в параграфе 1 выше (за исключением того, что инжектировали смесь HMDSO и Не, и RF-плазму поджигали сразу же при плотности мощности, равной 0,637 Вт⋅см). Затем из осадительной камеры эвакуировали газы и осадили второй слой SiOCH поверх слоя SiO в условиях, описанных в параграфе 2 выше.
x
y
z
x
y
z
b
x
y
z
x
y
z
b
x
y
z
5. Осаждение покрытия SiOCH / SiOHCN / SiOCH / SiOHCN / SiOCH
x
y
z
x
y
z
b
2
3
-1
3
-1
-2
3
-1
3
-1
-2
Слои SiOCH осадили посредством смешивания 17,5 см⋅мин HMDSO с 20 см⋅мин Ar при плотности мощности RF излучения, равной 0,057 Вт⋅см, тогда как слои SiOHCN осадили посредством смешивания 17,5 см⋅мин HMDSO с 15 см⋅мин NO при плотности мощности RF излучения, равной 0,057 Вт⋅см.
x
y
z
a
6. Условия осаждения слоя SiOHCF
x
y
z
a
3
-1
3
-1
-2
Слой SiOHCF осадили посредством смешивания 17,5 см⋅мин HMDSO с 20 см⋅мин HPF при плотности мощности RF излучения, равной 0,057 Вт⋅см.
8
Затем гребенчатые структуры с покрытием испытали следующим образом. На гребенчатые структуры с покрытием поместили воду и затем подали электропитание к полюсам гребенчатых структур с покрытием. Измеряли изменения электрического сопротивления с течением времени, при этом высокое сопротивление свидетельствовало о том, что покрытие было интактным, и ток между полюсами отсутствовал. Как только покрытие начинало пропускать воду, между полюсами компонента начинал течь ток, и сопротивление снижалось. Если сопротивление падало ниже 10 Ом, то регистрировали нарушение покрытия.
x
y
z
x
x
y
z
x
y
z
x
y
z
b
x
y
z
x
y
z
b
x
y
z
x
x
y
z
x
y
z
a
x
x
y
z
x
y
z
a
8
8
Результаты этого испытания изображены на Фиг. 7. Покрытие SiOCH / SiO / SiOCH имело хорошие эксплуатационные характеристики (см. черные кружки), и высокое сопротивление наблюдали в течение всей длительности испытания. Покрытие SiOCH / SiOHCN / SiOCH / SiOHCN / SiOCH также показало хорошие эксплуатационные характеристики (см. черные звездочки), причем его сопротивление в течение всей длительности испытания было еще выше. Три однослойных покрытия (SiO [черные квадратики], SiOCH [светлые треугольники] и SiOHCF [ромбики]) нарушились, причем сопротивление либо изначально было ниже 10 Ом (в случае слоя SiO), либо упало ниже 10 Ом во время проведения испытания (в случае слоев SiOCH и SiOHCF).
x
y
z
x
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
x
x
y
z
x
Двухслойное покрытие SiOCH/SiO (светлые квадратики) также нарушилось во время этого испытания, и его эксплуатационные характеристики были хуже, чем у однослойного SiOCH покрытия. Было отмечено, что добавление дополнительного SiOCH поверх SiOCH/SiO покрытия значительно улучшает его эксплуатационные характеристики, как обсуждалось выше. Предполагается, что, несмотря на то, что слой SiO, используемый в качестве верхнего слоя покрытия, в некоторых условиях может привести к снижению эксплуатационных характеристик покрытий с малым числом слоев (например - SiOCH/SiO), такое снижение эксплуатационных характеристик маловероятно, если в состав покрытия входит большее число слоев.