ALD 与聚对二甲苯涂层在 PCB 封装中的对比效果

在恶劣的环境条件下，电子设备的耐用性成为工业和消费电子领域的主要关注点。在电子应用中，电子组件经常暴露于腐蚀性环境，例如高温、水、蒸汽、酸、有机溶剂、盐等及其混合物。这会导致电子组件上的电子元件和电路快速失效。电子产品可以置于保护壳或外壳中，其目的是部分限制电子设备组件和元件接触到水和其他腐蚀性固体、液体和气体。这些保护性外壳通常不能提供完整的保护，并增加了电子产品的体积和质量。

耐腐蚀外壳的一种替代方法是将下述电气元件封装在设备外壳内。例如，可以将薄膜或保护涂层应用于电子设备内部的电子电路和/或元件。这种保护涂层对电子设备进行完全封装，并保护电子设备免受腐蚀性化学物质的影响，而无需使用笨重的外部保护盒。为了防止电子设备偶然或意外地接触水和其他腐蚀性物质，这种耐腐蚀涂层是理想之选。例如，薄膜涂层可以保护消费者的电子设备的电子元件免受腐蚀以及因高湿度、雨水、溅出的饮料、浸没或完全浸水而导致的最终故障。在此应用中，通常会使用几种不同类型的涂层，例如：聚对二甲苯、丙烯酸、聚氨酯或环氧。

聚对二甲苯涂层对 PCB 保护中所面临的典型挑战

聚对二甲苯是一种被广泛使用的保护性涂料。尽管有许多优点，但它也具有相同系列中其他聚合物固有的共通缺点。首先，聚对二甲苯价格昂贵，需要配备专门的化学气相沉积镀膜设备。由于它具有化学惰性，因此任何返工都是耗时且高成本的。必须确保无可挑剔的清洁度以及与材料的兼容性，以避免出现分层。聚对二甲苯蒸汽会穿透任何未覆盖的区域，并且任何污染物都会干扰化学反应物与基材上的非挥发性固体膜之间的正相互作用。它不仅是相对较软的薄膜，而且与PCB 中使用的许多金属的粘合性也很差。在严苛的应用中，通常会采用较厚的涂层，但这些涂层会增加重量，对紫外线的抵抗力也很小，甚至在曝光后可能会变色。

相对于聚对二甲苯，ALD 防潮镀膜具有更多优势

原子层沉积（ALD）能够实现与聚对二甲苯相同的结果，但没有任何缺点，并且每个ALD 单层的实际性能提高十亿倍。例如，氧化铝原子层沉积是一种出色的防潮层，其记录的水蒸气透过率（WVTR）约为10-5 g/m2 ·day。与其他气相沉积技术相比，该薄膜具有高度保形性，且无任何孔隙。近年来，随着有机器件的不断发展，对超高水蒸气阻隔层的需求也在急剧增加。只有通过具有高性价比的封装系统，高效的有机太阳能电池和有机发光二极管才能达到一定的产品使用寿命，从而实现批量生产。预估和测量表明，当整体封装的水蒸气透过率约为1×10-5 g/m2 ·day 时，合理的使用寿命才会超过五年。这大约相当于在一个月内渗透到设备中的单分子水层。但是，未达到最佳要求的加工参数、颗粒或某些环境条件仍有可能轻易导致损坏。

ALD 叠层镀膜的更多优点

在某些条件下，单层 ALD 可能是不够的。因此可以在 ALD 过程中使用多种不同的材料，将原子层沉积与其他保形涂层相结合。除了对诸如氧化铝等单一氧化物进行沉积外，还可以在每个循环中交替改变各层的构成，从而对薄膜叠层进行沉积。如果需要，甚至可以优化单层的厚度和结构。可以定制叠层和合金，以达到所需的特性和性能。叠层结构具有出色的耐腐蚀保护作用，并且可以在原子层沉积上涂覆一层牢固的保护层，以获得更高的柔韧性。

此外，最近实施的环境保护法规逐步淘汰了铅在主流电子设备中的使用。因此重新引发了由锡须驱动的电路故障的风险。遗憾的是，当前先进的亚毫米节距电路比其半个世纪前的前身更容易产生晶须驱动故障。在锡（Sn）、镉（Cd）和锌（Zn）零件和表面处理中经常会出现自发生长的晶须。锡广泛用于电子工业中，以提供具有导电性和耐腐蚀性的焊接表面。研究表明，晶须受压应力驱动，从天然氧化锡中的裂缝向外挤出。

根据锡焊接的失效机理，可以在金属基板上沉积一层 ALD 薄膜，以抑制晶须在该基板上的生长。ALD 薄膜可以是一种包括粘附层和几个交替中间层的叠层。最先沉积的氧化铝会形成粘附层。中间层可以是氧化铝和二氧化钛的交替层。其优势在于，上述 ALD 薄膜能够在下面的金属特征上引起足够的拉伸应力，这反过来又起到抑制金属晶须生长的作用。

Beneq 大容量批处理 ALD 系统可应用于 PCB 封装

适当的电路板环境封闭和锡晶须抑制效果对于确保各类电子应用中的高可靠性是至关重要的。Beneq 成熟的 ALD 封装方法为 PCB 制造商提供了更高的产品可靠性、优化的安全性以及长期的成本经济性。目前，在ALD 的发源地，作为同类最大且运行时间最长的 ALD 设备，Beneq P800 和 P400 系列反应腔能够实现经济高效的大批量PCB封装。