Нанесение полимерных покрытий полимеризацией в плазме

В современных условиях производства изделий электронной техники достаточно широко распространены плазмохимические методы получения вакуумных полимерных покрытий, которые обладают уникальными электрофизическими и защитными свойствами. Полимерные функциональные покрытия формируются из газовой фазы полимеризацией.

Процесс полимеризации мономерных молекулярных цепей на твердой поверхности может осуществляться при воздействии катализатора (например, химически активных газов, а также внешнего энергетического воздействия таких как: ионизирующие излучения; ВЧ-поля; плазма тлеющего газового разряда; повышенная температура) (Рис. 9.15).

Одним из эффективных методов получения полимерных покрытий из газовой фазы является полимеризация под воздействием плазмы в ВЧ-поле продуктов разложения блочных полимеров. Этот метод позволяет исключить работу с химически агрессивными мономерами, что делает его более эффективным и более безопасным.

На примере технологического процесса получения фторполимерных вакуумных покрытий рассмотрим особенности их формирования при ВЧ-катодном распылении блочного политетрафторэтилена (ПТФЭ).

Методы получения пленок из газовой фазы

Рис. 9.15. Методы получения пленок из газовой фазы

На Рис. 9.16 представлена схема технологической установки с системой ВЧ-распыления материалов.

После вакуумной откачки в рабочую камеру напускается рабочий газ (аргон) и зажигается ВЧ-разряд. Распыленные молекулярные частицы полимера, попадая в плазму разряда, частично ионизируются и подвергаются плазмохимическим реакциям в активной газовой фазе, откуда, попадая на поверхность холодной подожки (7, 10), где адсорбируются и образуют химические связи с её активными центрами с последующей полимеризацией в осажденный слой полимера.

Схема оснастки вакуумной камеры установки для формирования полимерных покрытий путем синтеза (полимеризации) из газовой фазы

Рис. 9.16. Схема оснастки вакуумной камеры установки для формирования полимерных покрытий путем синтеза (полимеризации) из газовой фазы: 1 - вакуумная камера; 2 - емкостная ячейка с ВЧ-разрядом; 3 - катод с мишенью 4; 5 - подложкодержатель образцов 8 и 9; 6 - экран; 7 и 10 - образцы; 11 - напуск аргона; 12 - система охлаждения; 13 - диэлектрический изолятор; 14 - вакуумная откачка; 15-подача ВЧ-напряжения

На Рис. 9.17 представлена кинетика роста покрытий фтор- полимера при различных параметрах разряда.

При отсутствии электронно-ионного воздействия формирование покрытия происходит за счет механизма полимеризации адсорбционного типа (кривая 1). Кривая имеет участок насыщения. В этом случае покрытие формируется за счет осаждения нейтральных молекул и продуктов плазмохимических реакций.

При параметрах разряда соответствующих режиму электронно-ионного воздействия на формируемый слой (кривые 2 и 3) активные молекулы продуктов разложения блочного полимера осаждаясь на холодную подложку, мигрируют по её поверхности и вторично полимеризуются в слой полимера.

Структура таких фторполимерных покрытий формируется с образованием самоорганизующихся областей с кристалличностью до 25...35 %. Получаемые в таком режиме покрытия фтор- полимера по структуре близки к исходному политетрафторэтилену и имеют высокие электрические и защитные свойства.

Кинетика роста толщины L покрытий фторпо- лимера в плазме ВЧ-разряда. Плотность тока J частиц плазмы

Рис. 9.17. Кинетика роста толщины L покрытий фторпо- лимера в плазме ВЧ-разряда. Плотность тока Jp частиц плазмы: I - 0,05 А/м2; 2 - 0,43 Л/м2; 3-1,4 Л/м2

На Рис. 9.18 представлены зависимости удельной массы М„ осажденного фторполимерного слоя покрытия от плотности тока Jp ВЧ-разряда. Причем характер кинетики роста полимерного слоя (кривая 2 и 3, Рис. 9.17) не имеет участка насыщения, наблюдается монотонный рост толщины слоя. С увеличением параметров разряда (интенсивности бомбардировки активными частицами плазмы поверхности растущего слоя) скорость роста покрытия также увеличивается (Рис. 9.18).

При электронно-ионным воздействии происходит интенсивная ионизация молекул полимера растущего покрытия. В результате ионизации структура формирующегося слоя состоит из звеньев молекулярных цепей тетрафгорэтилена с присутствием большей доли радиационно-привитых цепей с группой оксидов и радикалов.

График зависимости удельной массы М осаждаемого слоя покрытия фторполимера от плотности тока J ВЧ- разряда при давлении паров в вакуумной камере ~0,3...0,4 Па. Время конденсации

Рис. 9.18. График зависимости удельной массы Мп осаждаемого слоя покрытия фторполимера от плотности тока Jp ВЧ- разряда при давлении паров в вакуумной камере ~0,3...0,4 Па. Время конденсации: 1 - 0,25 ч; 2-2 ч; 3 - 4 ч; 4 - 10 ч

Кристалличность таких покрытий не превышает 3...5% и морфология поверхности более однородна из-за высокой степени сшивки молекул и повышенной температуры конденсации. Здесь также проявляются неконтролируемые физико-химические процессы модификации структуры растущего слоя фторполимера, что в сильной степени ухудшает его функциональные электрические и защитные свойства. Однако данные покрытия имеют повышенную адгезию к поверхности подложки, но из-за неупорядоченности молекулярной структуры имеют низкие электрические характеристики.

Данная схема технологической установки (Рис. 9.16) позволяет использовать внешнее магнитное поле для управления

интенсивностью электронно-ионными потоками, что дает возможность влиять на режим осаждения и структурные свойства покрытия.

Метод плазмохимической полимеризации из активной газовой фазы широко используется для получения ряда функциональных полимерных покрытий на основе поли-л-ксилилена, полиэтилена, полиуретана и др.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >