含构造成阻止热解管和相邻元件之间传热的导管的材料处理系统的制作方法

本申请要求2014年1月28日提交的美国临时专利申请号61/932,769的优先权，其题目是“在热解管和相邻元件之间的导管中具有弯曲部分的材料处理系统(MATERIAL PROCESSING SYSTEM INCLUDING A BEND IN A CONDUIT BETWEEN A PYROLYSIS TUBE AND AN ADJACENT CHAMBER)”(“’769临时申请”)。’769临时申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体涉及用于形成保护涂层的设备、系统(包含材料处理系统)和方法。具体来说，本发明涉及用于在例如电子装置及其组件的基材上选择性形成保护涂层(包括防潮涂层)的设备、系统和方法。又具体来说，批露了材料处理系统，其包含一种或多种导管，所述导管成形为或构造成阻止从热解管或“热解器”发射的红外辐射传输进入相邻元件例如蒸发器和/或沉积腔室,因此防止红外辐射不利地加热相邻元件。

背景

随着半导体技术的迅速发展，电子装置在现代生活中起着日益重要的作用。移动电话、数码照相机、数码媒体播放器、平板电脑、可佩戴电子装置等目前非常常见，且它们的用途持续扩大。例如，移动电话已变成上班族生活中的重要设备，特别是随着所谓的智能移动电话的出现，智能移动电话使得人们不仅能打电话和接电话，还能发送和接收电子邮件或其它电子信息，浏览互联网或其它网络，查看和创建日历事件，查看和编辑文件等。在办公事环境之外，移动电话和其它便携式装置也是常用的。

随着便携式电子装置的使用增加，它们被损坏的可能性也增加。具体来说，不像台式电脑或具有有限的可携带性的其它装置，移动装置可反复地暴露于不同类型的环境，其可摔下或其可发生其它潜在的损坏情况。例如，当携带智能电话、笔记本电脑、电子书阅读器、数码照相机、平板电脑或另一种便携式电子装置时，便携式电子装置可能接触雨水或来自其它环境的水，或者装置可能偶然地掉入水坑、水槽、马桶或另一种潮湿位置。

对电子装置(便携式的或其它的)的损坏可破坏其功能，或者可导致电子装置完全不能运行。更换电子装置可能比较昂贵。在移动电话的情况下，移动电话运营商可补贴一部分的移动电话购买价格，但通常每18-24个月只提供一次补贴。如果在移动电话运营商提供另一补贴的时间之前，损坏了移动电话，用户可能必须承担更换或维修移动电话的费用。此外，电子装置的组件接触水或其它类型的水分，可使电子装置的保修期失效，这使得用户没有选择，只能不使用电子装置或花费大量金钱来维修或更换电子装置。

尽管开发了用于一些便携式电子装置的可拆卸外壳，但可拆卸外壳通常不能完全防护水、其它类型的水分或者可损坏便携式电子装置的其它因素。结果，当便携式电子装置接触水、其它类型的水分或其它潜在损坏来源时，潜在损坏来源可进入(例如，漏入等)便携式电子装置，并损坏便携式电子装置的组件。有些保护外壳也可使装置变成防水的，但防水外壳通常笨重，且显著增加便携式电子装置的重量或尺寸，使得便携式电子装置失去光滑的外观。此外，防水外壳通常构造成防止水分到达便携式电子装置的端口，结果这使得用户更难以接触和使用便携式电子装置的端口。因为这些和其它原因，许多用户都避免使用防水外壳。

作为使用防水外壳的替代措施，开发了防潮技术来保护电子装置内的敏感组件。这种技术的一个示例是聚对二甲苯涂覆技术，其由犹他州德拉帕的HZO公司开发。例如HZO的保护涂覆过程可集成到组装、翻修和再制造过程中，其通常是高通量、时间敏感的过程。保持对用于沉积聚对二甲苯和其它类型保护涂层的过程的精确或严格控制的能力越大，越容易将保护涂覆过程结合进入现有的组装、翻修和再制造过程。

不幸的是，通过用于沉积聚对二甲苯涂层的材料处理系统的热解管产生的高温辐射到相邻元件,这使得难以控制相邻元件的温度和操作。因为这种设备的热解管通常在比相邻组件(例如,热解管上游的蒸发器,热解管下游的沉积腔室等)高得多的温度下操作,加热这些相邻元件降低了对其温度的控制，这可对沉积的膜的质量和其它特征具有不利影响。例如,对蒸发器的不受控的添加热量可导致前体材料的蒸发速率发生不利的变化。还例如，增加沉积腔室的温度可影响基材表面上反应性物质聚合的方式，这可影响在基材上形成的膜的外观和/或质量。

反之，由这种材料处理系统的相邻元件(例如,蒸发器等)产生的热量也可辐射到和影响热解管温度,这可降低对热解管温度的控制，因此对排出热解管的材料的质量具有有害影响。例如,热解管温度的不受控的下降可导致前体材料裂解不足,这限制了沉积腔室之内可供在基材上聚合的反应性物质的浓度，且未反应的前体材料还会污染聚合物。热解管温度的不受控的增加可导致前体材料过度裂解成不能按要求聚合的物质，这也可降低所得聚合物的质量。

通过在材料处理系统的各种元件或组件之间引入阀门，已在不同程度上实现了更好的温度控制。但是，使用阀门总是有些不利的，因为它们具有相当复杂的结构(与导管内部相反)，其需要周期性的(如果不是频繁的)清洁。阀门还增加材料处理系统的复杂性，其增加材料处理系统运行方式的复杂性和运行难度，以及需要维护(即，阀门可失效)。因此，在材料处理系统中包含阀门可能是有问题的和不利的，特别是在高效地将保护涂层施加到大批量电子装置所需的高通量系统中。

概述

根据本发明的一些实施方式,材料处理系统可构造成将保护涂层(例如,聚对二甲苯(parylene),或未取代的或取代的聚(对二甲苯)等)施加到基材(例如,将保护涂层沉积到基材上等),所述材料处理系统可包含热解管(其也称作“热解器”)和一种或多种相邻元件或组件。在一些实施方式中,材料处理系统可包含材料沉积系统。材料处理系统可以下述方式构造：阻止或限制从热解管到至少一个相邻组件的红外(IR)辐射传输。

不作为限制，材料处理系统的相邻元件或相邻组件中的一种可包含热解管上游的蒸发腔室或“蒸发器”,其用于将前体材料(例如,聚对二甲苯二聚体,或未取代的[2.2]二聚对二甲苯(paracyclophane)和/或取代的[2.2]二聚对二甲苯等)接受进入材料处理系统。可称作“传输蒸气的导管”的导管在蒸发腔室和热解管的第一端部或输入端部之间形成连通。传输蒸气的导管可包含非线性元件,与线性导管相比，其可具有减少的视线(line-of-sight)，或可不含任何视线。因此,传输蒸气的形状(或其非线性元件的形状)可限制或排除从热解管到蒸发腔室的红外辐射传输,因此,限制这种红外辐射可能对蒸发腔室温度具有的任何影响的范围。

材料处理系统还可包含热解管下游的沉积腔室，向所述沉积腔室加入反应性物质(例如,聚对二甲苯单体,或对二甲苯等)，并将所述反应性物质沉积到一种或多种基材上。热解管的第二端部或输出端部可通过可称作“传输反应性物质的导管”的导管连接到沉积腔室。传输反应性物质的导管可包含至少一个非线性元件,其提供在热解管和沉积腔室之间的非线性路径。非线性元件可限制或消除沿着通过传输反应性物质的导管的路径的任何视线,所述非线性元件可构造成至少部分地阻挡从热解管发射的红外辐射,且阻止红外辐射到达和因此加热沉积腔室。

弯曲的导管还可阻止来自另一来源例如蒸发腔室的红外辐射到达和因此加热热解管。通过有效地隔离热解管与材料处理系统的相邻元件(例如,相邻腔室等)和因此隔离通过相邻元件发射的红外辐射,可改善对热解管温度和/或相邻元件温度的控制。

在相对于直线导管，导管形状减少视线但不完全消除视线的实施方式中，可调节导管形状，以将预定百分比的从热解管发射的红外辐射传输到与热解管相邻的元件。这种构造可实现以受控的方式，使用来自热解管的红外辐射来加热或至少部分地加热相邻元件。

根据本发明的材料处理系统可在其蒸发腔室和其热解管之间不含任何阀门。因此,取决于传输蒸气的导管的形状,其可使湍流最小化,蒸发的前体材料可自由地从蒸发腔室流动到热解管。类似地,材料处理系统可在其热解管和其沉积腔室之间不含阀门,这可与传输反应性物质的导管的形状一起使湍流最小化,使得通过热解管产生的反应性物质自由地从热解管流动到沉积腔室。在一些实施方式中,在材料处理系统的蒸发腔室和沉积腔室之间可不存在阀门。因此,对沉积腔室施加真空，可以基本上恒定的流动速率通过整个材料处理系统(即,从蒸发腔室到沉积腔室)抽吸材料。

根据一些更具体的实施方式,根据本发明的材料处理系统可包含构造用于蒸发前体材料(例如,聚对二甲苯二聚体等)的蒸发腔室,构造用于加热蒸发的前体材料以将蒸发的前体材料分解或分裂或“裂解”成反应单元(例如,聚对二甲苯单体等)的热解管,以及构造成将反应单元沉积到基材上的沉积腔室。热解管可通过第一导管或传输蒸气的导管连接到蒸发腔室，所述第一导管或传输蒸气的导管包含单一弯曲部分(例如,形成小于180°角度的弯曲部分,约150°弯曲部分,约135°的弯曲部分,约120°的弯曲部分,约90°的弯曲部分等)。热解管还可通过第二导管或传输反应性物质的导管连接到沉积腔室，所述第二导管或传输反应性物质的导管包含单一弯曲部分(例如,形成小于180°角度的弯曲部分,约150°弯曲部分,约135°的弯曲部分,约120°的弯曲部分,约90°的弯曲部分等)。每一弯曲部分可构造成阻挡至少一部分的从热解腔室发射的红外辐射和/或阻挡至少一部分的由相邻元件(即,蒸发腔室或沉积腔室)发射的红外辐射。

在其它实施方式中,材料处理系统的传输蒸气的导管和/或传输反应性物质的导管中的一种或两种可包含多于一个弯曲部分。在一些实施方式中,多个弯曲部分可限定具有蛇形构造或基本上蛇形构造的非线性元件。不作为限制,基本上蛇形构造可通过一对弯头(例如,45°弯头(其提供135°弯曲部分)等)来限定，所述一对弯头以下述方式设置：导管长度的端部部分基本上相互平行。

根据另一方面,批露了用于操作材料处理系统来将保护涂层施加到基材的方法。这种方法的各种实施方式可包含在蒸发腔室之内加热前体材料(例如,聚对二甲苯二聚体等)以使前体材料蒸发或升华。然后，可将蒸气形式的前体材料抽吸进入热解管，以将前体材料分解或分裂或裂解成反应单元(例如,聚对二甲苯单体等)。所述方法还可包含阻挡或阻止至少一部分从热解管发射的红外辐射传输到相邻元件。可通过在导管中包含非线性元件(例如,一种或多种弯曲部分等)来实现这种阻挡，所述导管将热解管连接到相邻元件，同时允许蒸发的前体材料从相邻元件自由地流动到热解管或从热解管自由地流动到相邻元件。具体来说,所述方法可包含阻挡至少一部分来自热解管的红外辐射传输到蒸发腔室，从而实现改善对蒸发腔室温度的控制。附加的或可选的，所述方法可包含阻挡至少一部分来自热解管的红外辐射传输到材料处理系统的沉积腔室,这可阻止将沉积腔室加热到本来对被沉积的聚合物或上面沉积聚合物的基材具有有害影响的温度，并可改善对沉积腔室的温度的控制。

对于本领域普通技术人员而言，通过考虑下面的说明书、附图和所附权利要求，所批露主题的其它方面、以及所述主题的各种方面的特征和优势将变得显而易见。

附图简要说明

附图中：

图1显示材料处理系统；

图2显示材料处理系统的一个实施方式,其包含蒸发器、热解器和沉积腔室以及在蒸发器和热解器之间和在热解器和沉积腔室之间的弯曲的导管；

图3显示具有导管的材料处理系统的另一个实施方式，所述导管在蒸发器和热解器之间以及在热解器和沉积腔室之间包含非线性元件；

图4显示材料处理系统的实施方式，其包含在蒸发器和热解器之间的常规导管,以及在热解器和沉积腔室之间的具有非线性元件的导管；以及

图5示意性地显示材料处理系统的一个实施方式，其中蒸发器和热解器之间的导管包含至少一个非线性元件,但热解器和沉积腔室之间的导管具有常规形状或构造。

具体描述

本发明的装置、系统和方法包含用于在基材上设置保护涂层的一种或多种元件。可施加保护涂层的基材的几个示例包括但不限于电子装置或其组件(例如便携式电子装置、可佩戴电子装置、可植入电子装置(例如医疗装置等)等)、对水分和/或污染敏感的其它装置、医疗装置、服饰制品等。

如本文所使用，“基材”可为材料、组件、组装件(例如电子子组装件、电子组装件等)或将施加保护涂层的其它元件。根据一些实施例，基材可包括一种或多种电子组件。例如，含单一电子组件或多个电子组件组合的基材可预期用于电子装置组装件中，其自身是电子装置的全部或一部分。电子装置组装件可具有受益于施加保护涂层的一个或多个表面，包括如果与水或另一类型水分接触容易损坏的表面。基材的其它实施例包括可佩戴电子装置，可植入电子装置，工业电子装置，用于航空、汽车和其它类型设备的电子装置等)，医疗装置和对水分和污染敏感的其它装置。本发明的方面涉及用于将保护涂层施加到基材来减轻这种敏感性的设备、系统和方法。在一些情况下，可在电子装置的一部分的分部组装之前，在电子装置的完全组装之前或者在电子装置的组装和后续的部分拆卸之后，将保护涂层施加到电子装置的内部组件。

可施加到基材表面的保护材料可赋予基材的至少一部分防潮性。如本文所使用，术语“保护涂层”包括防潮涂层或膜，以及保护基材的各种零件免受水分和/或其它外部影响的其它涂层或膜。虽然在本发明全文中使用了术语“防潮涂层”，但在大多数情况(如果不是全部情况的话)下，防潮涂层可包括下述或用下述来取代：保护经涂覆的组件和/或部件免受其它外部影响的保护涂层。术语“防潮”指涂层防止涂覆的元件或部件接触水分的能力。防潮涂层可耐受一种或多种水分的润湿或渗透，或其可对一种或多种水分是不可渗透的或基本上不可渗透的。防潮涂层可排斥一种或多种水分。在一些实施方式中，防潮涂层可对下述是不可渗透的、基本上不可渗透的或者排斥下述：水、水性溶液(例如，盐溶液、酸性溶液、碱性溶液、饮品等)或者水蒸汽或其它水性材料(例如，湿气、雾、薄雾等)，潮气等)。使用术语“防潮”来修饰术语“涂层”不应认为限制了涂层保护电子装置的一种或多种组件或任意其它基材所免受影响的材料的范围。术语“防潮”还可指涂层限制下述物质渗透或排斥下述物质的能力：有机液体或蒸气(例如，有机溶剂、呈液体形式或蒸气形式的其它有机材料等)，以及可能对基材(例如电子装置)或者基材的组件带来威胁的各种其它物质或情况。

可选择性地将保护涂层施加到基材的一些部分，但不是全部部分。例如，组装件可包括用一个或多个界面、连接器(例如带连接器、零插拔力(ZIF)连接器)、端口等连接的多个电子组件。保护涂层可阻止或限制不同组件之间的电气接触。因此，当保护涂层限制电气接触或其它有益的或以其它方式所需的连接或特征时，可不施加保护涂层。根据本发明的一些实施方式,可提供用于只选择性地将保护涂层施加到基材所需部分的系统、方法和装置。在其它实施方式中,保护涂层可施加到基材的整体表面或整体基材。

图1显示常规材料处理系统100，其包含蒸发腔室102,热解管104,和沉积腔室106。如本领域普通技术人员可理解，热解管104可发射红外辐射(通过箭头110来表示)，所述红外辐射可加热在其直线的视线路径中的任意暴露表面。红外辐射可将蒸发腔室102加热到不利的高温，降低对蒸发腔室102温度的控制和/或以其它方式不利地影响蒸发腔室102的运行。这些影响进而可降低对蒸发腔室102之内前体材料蒸发或升华方式的控制(例如,通过导致改变前体材料蒸发或升华速率,通过不利地导致大量前体材料过早地蒸发或升华等),这可对沉积腔室106之内保护涂层沉积到基材上的方式具有不利的影响,这可得到低质量保护涂层。

根据本发明的各种实施方式,材料处理系统200可构造成阻挡至少一部分源自材料处理系统200热解管204的红外辐射。图2显示材料处理系统200的实施方式，其包含蒸发腔室202、热解管204和沉积腔室206。在具体实施方式中,其不应看作以任何方式限制本发明的或所附权利要求的范围,保护材料的前体材料可包含聚合物(例如,聚(对二甲苯),或聚对二甲苯等)并可通过下述方式供应到材料处理系统200：将前体材料(例如,二聚对二甲苯或其未取代的或取代的类似物，本领域也称作“聚对二甲苯二聚体”等)加入蒸发腔室202。这种材料处理系统200的蒸发腔室202可构造成在预定温度下或在预定温度范围中(例如,小于250℃,小于225℃,小于200℃,小于175℃,在约170℃下,在约165℃下,在约160℃下等)运行。

一旦前体材料在蒸发腔室202中蒸发或升华,蒸气形式的前体材料可流经导管(其也称作“传输蒸气的导管203”)进入热解管204。在热解管204中,可加热蒸发的前体材料(例如,加热到约400℃或更高的温度,约450℃或更高的温度,约550℃或更高的温度,约600℃或更高的温度,约650℃或更高的温度,约700℃或更高的温度等)，以形成反应性物质。

热解管204可沿着另一导管(其也称作“传输反应性物质的导管205”)，将反应性物质输送到沉积腔室206。反应性物质可最终沉积到基材上(图2中未示出)并进行聚合，以在基材上形成保护涂层。当基材存在于其中且将反应性物质加入其中时，沉积腔室206之内的温度可为不损坏基材并使得聚合发生且在基材上形成具有合适质量的膜的温度。不作为限制，在沉积腔室206内部将聚对二甲苯涂层沉积到一种或多种基材的实施方式中,在将反应性物质加入沉积腔室206时，沉积腔室206内部可保持在环境温度(例如,22℃-30℃,约25℃,约26℃,约27℃,约28℃等)或基本上环境温度(例如,约30℃,约30℃或更低等)或任何其它合适温度(例如,约40℃或更低,约50℃或更低等)。

材料处理系统200还可包含一种或多种真空泵201和其它元件，其可促进经过材料处理系统200的材料流动,以及反应性物质的产生，有机聚合物或其它保护涂层在基材上的沉积和聚合。

沿着蒸发腔室202和热解管204之间的传输蒸气的导管203可存在角度α。具体来说,连接蒸发腔室202和热解管204的传输蒸气的导管203可包含形成角度α的弯曲部分213。传输蒸气的导管203的弯曲部分213可构造成阻止至少一部分由热解腔室204发射的红外辐射(用箭头212表示)到达蒸发腔室202。弯曲部分213可阻止来自蒸发腔室202的红外辐射到达热解管204。

沿着热解管204和沉积腔室206之间的传输反应性物质的导管205，可存在角度β。具体来说,连接热解管204和沉积腔室206的传输反应性物质的导管205可包含形成角度β的弯曲部分215。传输反应性物质的导管205的弯曲部分215可构造成阻止至少一部分由热解腔室204发射的红外辐射(用箭头216表示)到达沉积腔室206。

应指出，虽然角度α和β在图2中显示成测量为90°，但本发明不限于此。相反，如图3-5所示,角度α和/或角度β可包含小于180°的任意角度,导管可包含任何其它合适类型的非线性(例如,曲线的弯曲部分等)或导管可包含两个或多个弯曲部分或其它非线性元件。

参考图3,显示了材料处理系统200'的实施方式，其中传输蒸气的导管203'在蒸发腔室202和热解管204的输入端部之间形成连通。如图所示，传输蒸气的导管203'包含至少一个非线性元件213'。非线性元件213'可具有S形形状或基本上S形形状(即,非线性元件213'可包含至少2个弯曲部分，其使传输蒸气的导管213'的端部基本上沿彼此相反的方向延伸)。这种形状可通过一对弯头213a'和213b',例如45°弯头(其形成135°弯曲部分)来限定，如图3所示。

传输反应性物质的导管205'构造成将反应性物质从热解管204的输出端部传送到沉积腔室206,其也可包含一个或多个非线性元件215'。传输反应性物质的导管205'的非线性元件215'可以与传输蒸气的导管203'的非线性元件213'相同的方式来构造(如图3所示)，或者可以不同方式来构造。

现在转到图4,显示了材料处理系统200”的另一实施方式。材料处理系统200”的这个实施方式包含在其蒸发腔室202和其热解管204的输入端部之间的常规(即,直线的)传输蒸气的导管203”,以及在热解管204输出端部和沉积腔室206之间的非线性传输反应性物质的导管205”。图4显示的传输反应性物质的导管205”包含非线性元件215”，其具有S形或基本上S形形状。然而,材料处理系统200”可包含具有任何其它非线性形状的传输反应性物质的导管205”。

图5显示材料处理系统200”’的又一实施方式,其中传输蒸气的导管203”’是非线性的,而传输反应性物质的导管205”’可具有常规构造(即,其可为直线的)。具体来说,传输蒸气的导管203”’可包含非线性元件213”’,在一些实施方式中,其可具有S形或基本上S形形状,或者在其它实施方式中,其可具有任何其它非线形形状。

图3-5中分别显示的材料处理系统200',200”和200”’的其余元件(例如,蒸发腔室202,热解管204,沉积腔室206,真空泵208等)可以任何合适的方式来构造和操作，包括但不限于以上文结合图2所示材料处理系统200所述的任何方式。

如本领域普通技术人员可理解，沿着导管长度的每一弯曲部分或其它非线性元件可阻止源自热解管204的红外辐射加热蒸发腔室202之内的前体材料(例如,聚对二甲苯二聚体等)。这进而可避免丧失对前体材料蒸发或升华速率的控制，且可阻止其它不利影响。因此,在蒸发腔室202和热解管204之间和/或在热解管204和沉积腔室206之间的导管中包含弯曲部分或另一合适的非线性元件，可改善形成保护涂层的可控性。此外，沿着热解管204和沉积腔室206之间的导管存在非线性元件可阻止来自热解管204的红外辐射不利地加热沉积腔室206之内的基材，这可改善保护涂层的质量。

本文所述的设备、系统和方法的各种实施方式可改善处理(例如,蒸发或升华，热解,沉积等)前体材料的方式。例如,本发明的设备、系统和/或方法可改善过程控制的精确性，包括对处理速率(例如，均匀的处理速率、遵循预定分布的处理速率等)的控制。所述的设备、系统和/或方法还可实现处理(例如，大量基材例如电子组件、电子组件组装件、电子装置等的共形涂覆)。

虽然上文提供了许多细节，但这些不应理解成限制任何所附权利要求的范围，只是提供涉及可落在权利要求书的范围之内的一些具体实施方式的信息。可设计其它实施方式，其也包括在权利要求书所述的范围内。来自不同实施方式的特征可以任意组合的方式来使用。如本文所述，落在权利要求范围之内的所有增加、删除和修改，都包括在权利要求中。