Parylene涂覆技術(shù)在天饋系統(tǒng)防護(hù)上的應(yīng)用

敖遼輝

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所,成都 610036)

Parylene涂覆技術(shù)在天饋系統(tǒng)防護(hù)上的應(yīng)用

敖遼輝

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所,成都 610036)

針對(duì)部分天饋器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜和腔體尺寸太小無(wú)法進(jìn)行傳統(tǒng)鍍覆防護(hù)的特點(diǎn),提出了真空氣相沉積派拉綸(Parylene)膜層防護(hù)處理方法。采用涂覆硅烷偶聯(lián)劑、優(yōu)化涂覆工藝過(guò)程解決了Parylene涂覆層與基體的結(jié)合力、Parylene膜層質(zhì)量等關(guān)鍵技術(shù),通過(guò)防護(hù)試驗(yàn)和電性能測(cè)試驗(yàn)證了防護(hù)方法的有效性和可行性。

直升機(jī)載雷達(dá);毫米波平板裂縫陣天線;天饋系統(tǒng);涂覆技術(shù);防護(hù);派拉綸;真空氣相沉積

1 引 言

天線、饋源、波導(dǎo)是電子裝備天伺饋系統(tǒng)的重要組成部分,為了降低傳輸損耗,常常對(duì)波導(dǎo)等微波元件進(jìn)行鍍銀或鍍金,但其內(nèi)表面的防護(hù)問(wèn)題突出,常用的鍍銀層易變色、發(fā)黑,引起信號(hào)傳輸質(zhì)量降低,甚至嚴(yán)重影響整機(jī)性能。某些結(jié)構(gòu)復(fù)雜和腔體尺寸太小的饋線,如一些毫米波頻段的和差網(wǎng)絡(luò),由于電鍍時(shí)管壁的屏蔽作用,其腔體內(nèi)部很多區(qū)域沒有鍍層,耐腐性很低,基體沒有鍍層保護(hù),大大降低了其使用壽命。

近年來(lái),隨著電子設(shè)備輕量化要求的推廣,鋁合金材料大量用于天線、饋線的制造。由于鋁合金自身抗蝕性差和電偶腐蝕因素的存在,鋁合金天饋器件的防護(hù)問(wèn)題更加突出。某直升機(jī)載雷達(dá)最初采用鋁合金饋線,由于饋線腐蝕不得不更換防護(hù)性更好的銅饋線,導(dǎo)致其重量增加2倍。

毫米波平板裂縫陣天線的特點(diǎn)是多層、空腔和薄壁,結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜,精度要求高。采用鋁合金材料高速切削加工成型的平板裂縫陣天線,是一種用定位銷和工裝裝配定位夾緊,真空釬焊整體焊接成形的壁厚較薄的腔體類零件[1]。加工完成后,連最基本的化學(xué)氧化處理都不能進(jìn)行,也無(wú)法進(jìn)行傳統(tǒng)的鍍覆防護(hù)處理,只能依靠材料自身的耐蝕性來(lái)保障天線的防護(hù)能力,給天線系統(tǒng)長(zhǎng)期工作可靠性帶來(lái)隱患。

本文針對(duì)目前饋源、波導(dǎo)及平板裂縫陣天線防護(hù)手段不足的需求,提出了一種真空氣相沉積聚對(duì)二甲苯膜層防護(hù)饋線工作面的方法,開展相關(guān)工藝技術(shù)研究,并進(jìn)行了性能測(cè)試驗(yàn)證。

2 Parylene涂覆技術(shù)

2.1 Parylene簡(jiǎn)介

派拉綸(Parylene)是一種堅(jiān)韌、透明和良好均勻性的新型高分子材料,具有優(yōu)異的電絕緣性能、物理機(jī)械性能、防潮防霉防酸防鹽霧等特性,在鹽霧、霉菌、潮濕、腐蝕性等惡劣環(huán)境中有很好的隔離防護(hù)功能。自20世紀(jì)60年代中期美國(guó)Union Carbide公司開發(fā)以來(lái),它就以獨(dú)特的工藝性能優(yōu)勢(shì),在電子、光學(xué)、航天、航空、醫(yī)學(xué)和其他領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用[2]。這層0.1～ 100 μ m薄膜致密均勻,無(wú)針孔,無(wú)應(yīng)力,有優(yōu)異的電絕緣性和防護(hù)性,是當(dāng)代最有效的防潮濕、防霉菌和防鹽霧腐蝕的涂層材料[3]。同時(shí),該材料在真空氣相沉積時(shí)的特性是無(wú)孔不入,在傳統(tǒng)防護(hù)工藝的防護(hù)死角能得到均勻連續(xù)的膜層,正可用于饋源、波導(dǎo)內(nèi)腔的防護(hù)。

2.2 天饋器件涂覆工藝過(guò)程

通常在天饋器件加工完成后,其內(nèi)腔信號(hào)傳輸面在進(jìn)行傳統(tǒng)的鍍覆處理后(部分天饋器件無(wú)法進(jìn)行),再進(jìn)行Parylene涂覆處理過(guò)程。主要步驟包括:對(duì)需要防護(hù)處理的平板裂縫陣天線、饋源及波導(dǎo)的需要電接觸的部位用壓敏膠帶或可剝膠保護(hù);對(duì)需要防護(hù)的部位進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑處理;將需要防護(hù)處理的平板裂縫陣天線、饋源及波導(dǎo)進(jìn)行真空氣相沉積派拉綸處理;涂覆完成后去除保護(hù)壓敏膠帶或可剝膠。

Parylene涂覆通常采用真空氣相沉積工藝。涂覆過(guò)程大體可分為3步:首先在真空條件下,將對(duì)二甲苯環(huán)二聚體在175℃下加熱升華為氣態(tài);二聚體氣體進(jìn)入裂解腔,在680℃溫度下,二聚體的分子鍵被斷開,裂解成具有反應(yīng)活性的對(duì)二甲苯單體;對(duì)二甲苯單體進(jìn)入室溫的真空沉積室,在電路組件的基體表面上沉積并聚合,形成聚對(duì)二甲苯薄膜。Parylene的涂覆流程如圖1所示。

圖1 氣相沉積制備Parylene流程圖Fig.1 Schematic of vapor deposition for Parylene

3 天饋器件Parylene涂覆需解決的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 Parylene涂覆層與基體的結(jié)合力

涂層與基體的結(jié)合力好壞是直接影響涂層防護(hù)可靠性的重要指標(biāo)。常用天饋線的基體金屬及表面處理狀態(tài)包括鋁材、銅材、鋁合金導(dǎo)電氧化膜、鍍銀層、鍍金層等,其與Parylene涂層的結(jié)合力強(qiáng)弱順序?yàn)?鋁合金導(dǎo)電氧化膜>銅材>鋁材>鍍銀層>鍍金層。

為增加Parylene涂層在金屬材料及其鍍層上的附著力,在Parylene涂覆之前,必須在金屬材料及鍍覆層上增加一層過(guò)渡層。

硅烷偶聯(lián)劑是能同時(shí)與有機(jī)物和無(wú)機(jī)物產(chǎn)生一定結(jié)合力的化合物,是一種兩性結(jié)構(gòu)物質(zhì)。硅烷偶聯(lián)劑的通式為R-SiX3,其中R是與聚合物分子有親和力或反應(yīng)能力的活性官能團(tuán),X為可水解烷氧基團(tuán),與水溶液、空氣中的水分及無(wú)機(jī)物表面吸附的水分均可引起分解而形成Si-OH基,與無(wú)機(jī)物表面有較好的反應(yīng)性[4]。這樣,在有機(jī)表面和無(wú)機(jī)表面都能形成親合界面,增強(qiáng)基體金屬材料與表面有機(jī)膜層的附著力,使涂覆膜層不會(huì)脫落。

偶聯(lián)劑的涂覆方式有兩種:一種是采用沉積室里的AP裝置蒸發(fā)涂覆;一種是用偶聯(lián)劑溶液浸涂,浸涂后取出烘干。通過(guò)偶聯(lián)劑的涂覆,大幅提高了提高Parylene涂層與基體金屬的結(jié)合力。經(jīng)偶聯(lián)劑處理及Parylene涂覆的鍍金、鍍銀板經(jīng)高低溫沖擊試驗(yàn)、10天濕熱試驗(yàn)和96 h鹽霧試驗(yàn)后未發(fā)現(xiàn)膜層起泡、脫落及基體腐蝕等現(xiàn)象,顯示Parylene涂覆層與基體結(jié)合力良好,防護(hù)性能優(yōu)良。

3.2 Parylene膜層質(zhì)量

膜層的防護(hù)性能與膜層質(zhì)量的好壞有直接的關(guān)系。膜層質(zhì)量較好,較薄涂層就可達(dá)到較高的防護(hù)效果;涂層較薄且均勻性好,可有效減少涂覆材料對(duì)天饋器件性能的影響及對(duì)信號(hào)傳輸過(guò)程中造成的附加功率損耗。

試驗(yàn)表明,沉積速率越快,成膜質(zhì)量越差。沉積速率太快,膜層有明顯的顆粒狀物質(zhì);沉積速率太慢,涂覆工藝時(shí)間較長(zhǎng),工藝性較差。通過(guò)優(yōu)化涂覆工藝過(guò)程,使各技術(shù)參數(shù)得到很好的協(xié)調(diào),提高了涂覆薄膜的質(zhì)量。

涂覆工藝過(guò)程優(yōu)化前后處理的膜層微觀圖片分別如圖2和圖3所示。對(duì)比兩圖表明,優(yōu)化涂覆工藝過(guò)程后制備的膜層均勻、致密,無(wú)氣相成核顆粒,膜層質(zhì)量大幅提高。

圖2 優(yōu)化前沉積膜的微觀形貌Fig.2 The Parylene texture before optimization

圖3 優(yōu)化后沉積膜的微觀形貌Fig.3 The Parylene texture after optimization

4 應(yīng)用效果

某型3 cm波饋源、波導(dǎo)采用紫銅制作,腔體內(nèi)部采用鍍銀處理后再進(jìn)行Parylene涂覆處理。Parylene涂覆處理前后的電性能指標(biāo)如表1所示,可見基本無(wú)變化。

表1 Parylene涂覆前后電性能對(duì)比表Table 1 The waveguide EM properties before and after parylene process

某型3 mm波饋源的基材為鋁合金,表面處理為導(dǎo)電氧化,經(jīng)過(guò)Parylene涂覆處理后,其電性能指標(biāo)基本無(wú)變化,如表2所示。

表2 Parylene涂覆前后3mm饋源電性能對(duì)比表Table 2 The feeder EM properties before and after Parylene process

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用Parylene真空氣相沉積時(shí)無(wú)孔不入的特性,開展了天饋器件防護(hù)處理研究,對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析并提出了解決方法。同時(shí),該防護(hù)處理方法在饋源、波導(dǎo)等天饋器件上得到了驗(yàn)證,并已應(yīng)用在實(shí)際工程中,避免了天饋器件內(nèi)表面因防護(hù)死角造成腐蝕引起性能下降的問(wèn)題。另外,僅對(duì)部分頻段的饋源、波導(dǎo)進(jìn)行了電性能驗(yàn)證,需進(jìn)一步開展平板裂縫陣天線等天饋器件、異形結(jié)構(gòu)件的Parylene涂覆防護(hù)驗(yàn)證,以擴(kuò)大Parylene的應(yīng)用范圍。

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AO Liao-hui was born in Yingshan,Sichuan Province,in 1972.He received the B.S.degree in 1994.He is now a senior engineer.His research concerns the protectionfor electronic equipment and composite molding.

Email:aolh@sina.com

Application of Parylene Smear Technology in Protection of Antenna-feeder Devices

AO Liao-hui
(Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu 610036,China)

Some antenna-feeder devices have too complicated structure or too tiny narrow path to be protected by traditional plating process.According to above characters,vacuum vapor deposition process for Parylene method is proposed.Silane process is used to improve the adhesion between Parylene film and the base.The deposition process is investigated to increase the film quality.The processed chamber has passed the anti-corrosion and E M test.

helicopter-borne radar;MMW plate slotted-array antenna;antenna-feeder device;smear technology;protection;Parylene;vacuum vapor deposition

TN05;TN957

A

10.3969/j.issn.1001-893x.2012.06.042

1001-893X(2012)06-1035-03

2012-03-05;

2012-05-16

敖遼輝(1972—),男,四川營(yíng)山人,1994年獲學(xué)士學(xué)位,現(xiàn)為高級(jí)工程師,主要研究領(lǐng)域?yàn)殡娮赢a(chǎn)品防護(hù)工藝和復(fù)合材料成型工藝。