Способ формирования защитного покрытия узлов радиоэлектронной аппаратуры Российский патент 2024 года по МПК H05K3/28 C23C16/455 B82B1/00 

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и электротехники и может быть использовано для защиты узлов радиоэлектронной техники: печатных, керамических плат, элементов, корпусов, проводов от воздействия различных внешних факторов, вызывающих коррозию, а также повышая износостойкость изделий.

Известен способ защитного покрытия для печатных плат [1], где защитное покрытие для печатных плат, полученное путем нанесения с последующей сушкой на поверхности печатной платы эпоксиуретанового или эпоксидного лака или лака на основе кремнийорганического соединения, в состав лака введена биоцидная добавка Биоцик Т. Однако этот способ обладает рядом недостатков. Нанесение лака производится либо кистью, либо пульверизатором, что не позволяет наносить сплошное защитное покрытие на труднодоступные части печатных плат. Это приводит к тому, что пространство под микросхемами не покрывается защитным слоем. Еще одним недостатком данного способа является длительное время сушки защитного покрытия, которое составляет не менее 4 часов. Кроме того, газопроницаемость лакокрасочного покрытия для коррозионных молекул воды и кислорода велика, как и у всяких полимеров.

Известен способ изготовления модифицированного гальванического серебряного покрытия [2], которое включает электрохимическое осаждение серебра из электролита серебрения в виде водной суспензии, содержащей астралены (наночастицы углерода) в количестве 0,15-0,5 г/л, и поддержание их во взвешенном состоянии в электролите во время электрохимического осаждения путем воздействия на электролит ультразвуковыми колебаниями. Недостатками данного способа является то, что серебряное покрытие подвержено химическим превращениям на воздухе. Также, серебро является мягким металлом и хорошим проводником, что не всегда приемлемо для эксплуатации.

Известен способ изготовления покрытий электрических узлов, который является наиболее близким по решаемой задаче и технической реализации и принят в качестве прототипа [3]. Известный способ основан на плазменном осаждении многослойных конформных покрытий, которые обеспечивают защиту электрических узлов. Слои, получаемые данным способом, получали посредством плазмохимического осаждения из газовой фазы (PECVD). Защитное покрытие формируется в объеме реактора, в котором генерируется плазма. При этом в объем реактора вводят одновременно один или несколько прекурсоров в форме газов и/или паров. Таким образом, формируется на поверхности электрического узла защитный слой.

Недостатком известного способа, принятого в качестве прототипа, является технологическая сложность, связанная с генерацией равномерной плазмы. Существенным недостатком прототипа является возможность повреждения элементов печатной платы и микросхем заряженными частицами и электрическими потенциалами внутри камеры. Еще одним недостатком прототипа является частичная защита электрических элементов, поскольку метод PECVD не позволяет формировать равномерное, сплошное покрытие на объектах сложной геометрической формы (3D) и, следовательно, пространство под компонентами, установленными на плате, остается незащищенным.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик радиоэлектронной аппаратуры - уменьшение потерь передаваемого сигнала, увеличение износостойкости и коррозионной стойкости.

Техническим результатом является возможность создания покрытий, которые обеспечили бы повышение эксплуатационных характеристик радиоэлектронной аппаратуры - уменьшение потерь передаваемого сигнала, увеличение износостойкости и коррозионной стойкости.

Сущность заявляемого способа состоит в формировании защитного покрытия узлов радиоэлектронной аппаратуры путем нанесения сплошной, равномерной, непроницаемой пленки на поверхности деталей и элементов аппаратуры. Нанесение защитного покрытия осуществляется химическим, газофазным методом Молекулярного Наслаивания (атомно-слоевого осаждения), который гарантирует получение сплошной, тонкой, химически стойкой пленки по всей поверхности элементов. Такое покрытие обеспечивает высокий уровень химической, электрической и физической защиты, а также уменьшает потери передаваемого сигнала по сравнению с другими известными способами защитных покрытий. Известно, что в радиоэлектронных узлах для защиты используются следующие материалы: гальванически осажденное серебро, иммерсионное золото, хром, припой ПОС-61, нанесенный методом лужения, а также диэлектрические покрытия, представленные пленками полиимидов. Толщина данных слоев составляет от десятых до нескольких единиц микрометра. Такие покрытия вносят дополнительные потери в работу электронных элементов и узлов. На Фиг. 1 приведены сравнительные характеристики потерь в микрополосковой линии в зависимости от материала защитного покрытия.

Рост пленки по предлагаемому методу Молекулярного Наслаивания (атомно-слоевого осаждения) состоит из повторения ряда химических превращений из газовой фазы на поверхности подложки:

1. Самозавершающаяся реакция первого реагента (Реагент А) с функциональными группами узла.

2. Очистка поверхности от избыточного количества прекурсора и продуктов реакции.

3. Самозавершающаяся реакция второго реагента (Реагент В) - чтобы активизировать поверхность для реакции с первым реагентом.

4. Очистка поверхности от избыточного количества прекурсора и побочных продуктов реакции.

Пункты 1-4 составляют один цикл Молекулярного Наслаивания (МН).

Такой цикл схематично представлен на Фиг. 2. Каждый цикл реакции добавляет ровно один монослой вещества к поверхности подложки. Таким образом, чтобы вырастить слой вещества заданный толщины, необходимо повторять циклы реакций МН нужное количество раз. Для получения защитных покрытий по предлагаемому способу, в вакуумную реакционную камеру помещается радиоэлектронный узел, на который поочередно подаются пары прекурсоров, участвующих в химических реакциях синтеза пленки с промежуточным удалением продуктов реакции путем откачки. Процесс проводится при пониженном давлении. Равномерное конформное покрытие на радиоэлектронном узле требует определенных технологических условий проведения реакции. В первую очередь - это необходимая доза молекул прекурсоров поступающих в реактор. Равномерность по толщине и составу пленки гарантируется полноценным завершением каждого цикла Молекулярного Наслаивания (атомно-слоевого осаждения) на поверхности радиоэлектронного узла с обязательным участием всех функциональных групп. Проведение необратимых химических реакций по всей поверхности защищаемого радиоэлектронного узла гарантирует формирование равномерного по толщине, сплошного, прочного защитного пленочного покрытия.

Узел радиоэлектронной аппаратуры может представлять собой подложку, содержащую изоляционный материал, токопроводящие дорожки на одной из поверхностей подложки и, по меньшей мере, один электрический компонент. Узел радиоэлектронной аппаратуры предпочтительно является печатной платой, выполненной из текстолита или керамики, защитное покрытие покрывает всю поверхность, включая все токопроводящие дорожки и элементы. Защитное покрытие может покрывать и один отдельный электрический компонент или комплектующее изделие узла. Как правило, защитное покрытие является диэлектрическим, изолирующим элементы аппаратуры. В особых случаях, по желанию потребителя, покрытие может быть электропроводящим.

Реализация заявленного способа поясняется конкретными примерами апробации на платах из состава аппретуры 3И56Н ИВЛЦ.461271.011.

Пример

Разработанное изобретение было применено для синтеза защитных слоев оксида алюминия на поликоровых СВЧ платах. На Фиг. 3 со стороны А ярко выражены следы разводов, как следствие процесса окисления меди. На Фиг. 3 со стороны Б виден равномерный цвет меди, который покрыт тонким защитным слоем оксида алюминия. В качестве прекурсоров были использованы триметилалюминий и вода. Цикл синтеза состоял из последовательного чередования подачи паров триметилалюминия и воды в нагретый реактор при температуре 200°С. Длительность импульсов напуска паров прекурсоров составляла 0,2 с. Время удаления продуктов реакции составляло 5 с. Было произведено 230 циклов Молекулярного Наслаивания. Полученные толщины защитного покрытия составили величину 30 нм, измеренную с помощью сканирующей электронной микроскопии (Фиг. 4), а также подтвержденную эллипсометрией.

Список использованных источников информации.

1. Патент РФ №2377266 «Защитное покрытие для печатных плат». Заявка: 2008142989/04, 29.10.2008, опубликовано: 27.12.2009 Бюл. №36, МПК: C09D 163/00; H05K 3/282;

2. Патент РФ №2551327 «Модифицированное гальваническое серебряное покрытие и способ его изготовления». Заявка: 2014120713/02, 23.05.2014, опубликовано: 20.05.2015 Бюл. №14, МПК: C25D 15/00;

3. Патент РФ №2717842 «Имеющий покрытие электрический узел». Заявка: 2017144870, 09.06.2016, опубликовано: 26.03.2020 Бюл. №9, МПК: H05K 3/28.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления защитного покрытия узлов радиоэлектронной аппаратуры методом атомно-слоевого осаждения. Повышение износостойкости и коррозионной стойкости защитного покрытия, а также уменьшение потерь передаваемого сигнала является техническим результатом, который обеспечивается путем формирования конформного защитного покрытия на поверхности узла радиоэлектронной аппаратуры с СВЧ платами путем последовательной подачи паров триметилалюминия и воды необходимой дозы в нагретый до 200°С реактор при длительности импульса напуска 0,2 с и длительности удаления избыточных продуктов реакции в течение 5 с, при этом указанные последовательные операции повторяют многократно до получения толщины защитного покрытия 30 нм. 4 ил., 1 пр.

Способ изготовления защитного покрытия узлов радиоэлектронной аппаратуры путем нанесения многослойного конформного покрытия на поверхности защищаемых элементов и узлов радиоэлектронной аппаратуры, отличающийся тем, что конформное покрытие формируют на поверхности узла радиоэлектронной аппаратуры с СВЧ платами методом атомно-слоевого осаждения путем последовательной подачи паров триметилалюминия и воды необходимой дозы в нагретый реактор до 200°С при длительности импульса напуска 0,2 с и длительности удаления избыточных продуктов реакции в течение 5 с, при этом указанные последовательные операции повторяют многократно до получения толщины защитного покрытия 30 нм.