[发明专利]包含粘结剂和非导电颗粒的保形涂层

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种基材保形涂层，更具体地涉及一种改善的保形涂 层，用于充分抑制由电子装置上的基本无铅类导电涂层产生的金属晶体结构 生长影响。

背景技术

保形涂层通常是涂布到诸如电子装置或电子电路等基材上的涂层材料， 用于提供对诸如湿气、灰尘、化学品和极端温度等环境污染的防护。此外， 通常理解的是适宜选择的保形涂层能降低电子装置上的机械应力，从而充分 减少与电子装置相连元件的剥离或分离。恰当的涂层材料的选择通常基于以 下标准：基材或装置会经历的暴露或污染的类型；基材或装置的操作温度范 围；涂层材料的物理、电学和化学特性；以及涂层与要附在其上的基材及任 何元件的电学、化学和机械相容性(即，涂层需要与这些元件的热膨胀系数 相配吗？)。本领域普通技术人员通常明白，尽管常规保形涂层对常规污染 物提供了足够的防护，但这些涂层对与金属晶体结构(例如锡须)生长相关 的破坏提供的防护非常少。

从20世纪50年代以来，电子工业中金属晶体结构生长的现象已众所周 知。这些结构通常从至少一个导体表面向另一个导体生长并会导致因产生短 路而引起的电子系统损坏，这种短路使得不同电势下工作的近距离导体或电 路元件桥接。这些导电结构通常分为枝状或“须状”结构。例如，已知锡须 是从电子装置的镀锡涂层上生长的。锡须通常被描述为结晶冶金现象，由此 金属从导体表面生长出薄且细长的金属须。已观察到这些“须状”结构从导 电表面向外生长直至数毫米的长度。据记录该现象在单质金属和合金中都有 出现。会生长这种导电须的其它金属可包括锌、镉、铟、金、银和锑。但是， 通常认为某些铅类合金不会呈现这种现象。

目前，关于是什么具体导致金属须形成还没有权威解释。一些理论认为 金属须会因诸如电镀等沉积方法中赋予的物理应力和/或由操作环境中的热 应力而生长。另外，在目前关于须的形成条件和具体特性的研究中存在不一 致。这些条件有：形成必需的培养期；金属须的特定生长速度；金属须的最 大长度：须的最大直径；以及引发其生长的环境因素，包括电场存在下的温 度、压力、湿度、热循环。或者，金属枝晶更好理解。

金属枝晶具有蕨类形状的不对称分枝结构，这些结构通常交叉生长在金 属表面上。枝晶生长主要特性是通常出现在潮湿条件下，这种条件使得金属 能溶解成金属离子溶液，这种金属离子在电磁场存在下通过电迁移重新分 配。不论什么类型的导电结构-枝晶或须晶-这些结构会导致电短路，这种 电短路在诸如传感器、电路板等许多电子装置中导致故障。已进行许多尝试 来减轻或基本防止这种现象，具体是减轻或完全防止金属须生长。避免锡须 形成的常规方法包括将锡镀层与诸如铅等另一种金属形成合金或提供诸如 常规保形涂层等阻挡层。

关于第一种方法，由于将铅类化合物从电子工业中去除的初衷，限制或 阻碍了与铅形成合金的能力。例如欧洲联盟(EU)已启动程序以减少诸如 铅等有害材料在电子工业中的应用。人们都知道欧盟颁布的法律，“禁止使 用某些有害物质指令(RoHS)和报废电子电器设备指令(WEEE)”。该指 令在2006年6月对电子设备供应商生效并要求供应商在他们的产品中减少 大部分铅的使用。从而，普通的电镀和锡焊组合物与铅的合金不再是可行的 方案。

迄今为止，保形涂层法已证明不合适。Woodrow(T.Woodrow和E. Ledbury，Evaluation of Conformal coatings as a Tin Whisker Mitigation Strategy，IPC/JEDEC第8届无铅电子器件和设备国际研讨会，，加利福尼 亚州圣何塞，2005年4月18-20日)讨论了6种不同类型的典型保形涂层以 减少或完全阻止锡须生长。Woodrow的观点建议常规保形涂层可暂时抑制 导电须的形成，但随着时间推移，这些成型继续生长并最终穿透涂层。另外， Woodrow阐述“表明了涂层的机械性能和它们抑制须形成的能力之间没有 明显关系”。Woodrow的结果清楚表明了常规保形涂层不能充分解决电子 装置中须生长的难题。