Parylene介紹

Parylene（聚對二甲苯）是一個獨特的聚合物系列里多個成員共用的名稱。該聚合物系列的基本成員聚對二甲苯 N 的英文名稱為poly(para-xylylene), 它是一種完全線性結(jié)構(gòu)的高結(jié)晶度材料。Parylene N 是一種出色的介電材料，具有不隨頻率變化的非常低的介電常數(shù)和介電損耗。Parylene N 涂敷狹小空間的能力僅次于 Parylene HT。Parylene結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

Parylene C是該系列中第二個商業(yè)化的成員。Parylene C和Parylene N是由同一原材料 (二聚物) 制成，只是其中一個芳香烴氫原子被一個氯原子取代。Parylene C兼具優(yōu)良的電性能和物理性能，濕氣和腐蝕性氣體的滲透性非常低。

Parylene D是該系列中的第三個成員。Parylene D與Parylene N 是由同一原材料二聚物制成，其中兩個芳香烴氫原子被氯原子取代。Parylene D 的特性與Parylene C 相似，能承受比Parylene C略高的使用溫度，對于硫化氫的阻隔特性更佳。

Parylene HT用氟原子取代了 N 二聚物中的α氫原子。Parylene的這一變體適用于高溫 (24小時內(nèi)耐溫可達 450℃) 以及需具備長期紫外線穩(wěn)定性的應用場合。在這四種Parylene變體中，Parylene HT 具有最低的摩擦系數(shù)和介電常數(shù)，以及最高的滲透能力。

ParyFree是該系列中獨特的新成員，它用無鹵化的替代物取代了Parylene N二聚物的一個或多個氫原子。這種無鹵素的Parylene具備Parylene C的先進阻隔性能，而且其機械和電性能優(yōu)于其他市售Parylene。ParyFree 集出色的阻隔性、電性能和機械性能于一身，可提供優(yōu)異的防潮、防水保護并抵御腐蝕性溶劑和氣體，同時符合全球特定行業(yè)的無鹵素要求。

因采用獨特的氣相沉積涂敷工藝，Parylene聚合物可形成具有連續(xù)結(jié)構(gòu)的薄膜，厚度從幾百埃到 75 微米不等。

Parylene沉積工藝

Parylene聚合物的沉積工藝類似真空金屬鍍膜。不過，真空金屬鍍膜是在不超過 10-5 托的壓強下進行，而Parylene沉積則是在大約 0.1 托的壓強下進行。在這些條件下，沉積室中氣體分子的平均自由程約為 0.1 厘米。由于是非視距沉積，氣態(tài)單體均勻作用于待涂敷物體的各個面，從而形成真正的無針孔敷形涂層。待涂敷基材只需具備合理的耐真空能力。 

Parylene沉積工藝包含圖2所示的三個清晰步驟。

第一步是固態(tài)二聚物在 150℃ 左右汽化。第二步是在680℃ 條件下對二聚物蒸汽進行定量裂解 (熱解)，使兩個亞甲基—亞甲基鍵斷裂，得到穩(wěn)定的雙游離基活性單體。最后一步，單體蒸汽進入室溫沉積室，在基材上聚合。在涂敷工藝中，基材溫度保持在室溫水平。 

由于不會發(fā)生液相分離，因而Parylene不會遭受任何流體效應的不利影響 (流體效應可導致集中、流動、架橋、彎月面或邊緣效應裂縫)。Parylene也不含可能發(fā)生浸出或出氣現(xiàn)象的溶劑、催化劑或塑化劑。

Parylene特性

以下討論Parylene的電性能、阻隔特性、機械特性、熱性能、光學特性、生物特性和其它特性。這些特性與丙烯酸、環(huán)氧樹脂、聚亞安酯和硅膠等其它敷形涂敷材料的特性進行了比較。

A. 電性能
Parylene涂層的電性能如表1所示。

1. 薄膜介電特性
Parylene涂層的特點之一是厚度非常薄。表 1 數(shù)據(jù)顯示，即便是非常薄的Parylene薄膜，也具備出色的介電耐電壓性能，同時還表明，隨著薄膜厚度減小，單位厚度的擊穿電壓升高。

2. 電路板絕緣電阻
對于Parylene涂層所提供保護作用的一項關(guān)鍵檢測是依照檢測模式 (按 MIL-I-46058C 所述) 涂敷電路板，并在一個溫濕度循環(huán)中測量該電路板的絕緣電阻(MIL-STD-202，方法 106 和302)。簡言之，本檢測由10 個循環(huán)構(gòu)成 (每天一個循環(huán))，每個循環(huán)包含七個步驟。這七個步驟涵蓋低溫、低濕度 (25°C，相對濕度50%) 條件以及更惡劣的條件 (65°C，相對濕度 90%)范圍。在為期 10 天的檢測中，在每一個循環(huán)起始以及在 65°C，相對濕度 90% 條件下分別讀取電阻讀數(shù)。

表 2 顯示了厚度為 50.8 微米至 2.5 微米Parylene C涂層的檢測結(jié)果。值得一提的是，即使是非常薄的涂層 (2.5微米)，其絕緣電阻值也比規(guī)定值高出大約一個數(shù)量級。

B. 阻隔特性和化學阻隔性

1. 阻隔特性

Parylene的阻隔特性如表 3 所示。與其它敷形涂敷材料的水蒸氣透過率 (WVTR) 進行了比較，Parylene C 和 ParyFree 的水蒸氣透過率低于多數(shù)常見聚合材料。

一家獨立機構(gòu)根據(jù) IEC 60529 的適用要求，在 IPX7和 IPX8 防水等級的 14.2.7 和 14.2.8 測試條件下對涂敷Parylene的電子器件進行了測試。測試表明Parylene涂層可防止因進水而產(chǎn)生的有害影響。未涂敷(對照組) 的電子器件在測試過程中出現(xiàn)故障，而涂敷Parylene的電子器件在這兩種測試條件下均通過了測試，在測試過程中和測試后均能正常工作。結(jié)果表明，Parylene敷形涂層適用于在1米 (IPX7 )和 1.5 米(IPX8) 水深條件下，為電子器件和其他設備提供 30 分鐘以上的防水保護。

在由獨立檢測機構(gòu)進行的鹽霧檢驗中，涂敷 ParyFree的電路板按照 ASTM B117- (03) 暴露 144 小時后未出現(xiàn)腐蝕、鹽沉積或明顯的氧化鐵沉積 (參見圖 3)。涂敷Parylene C 和 Parylene HT 的電路板得到了類似的檢驗結(jié)果。

2. 化學阻隔性

Parylene可抵御化學腐蝕且在 150°C 溫度條件下不溶于所有的有機溶劑。Parylene薄膜暴露于腐蝕性汽車及航空流體等多種化學品后膨脹率很低；而在通過真空干燥去除溶劑后，膨脹完全逆轉(zhuǎn) (利用 FTIR 分析進行膨脹的表征)。其它測試表明薄膜的物理和化學特性未發(fā)生變化。

C. 熱性能、低溫性能、真空穩(wěn)定性和滅菌特性

1. 熱性能

基于試驗數(shù)據(jù)的 Arrhenius 外推法 (Arrhenius extrapolation)、預計Parylene N、ParyFree 和Parylene C 可分別持續(xù)暴露于 60°C、60°C 和 80°C 空氣中長達 10 年時間。在無氧或太空真空環(huán)境中，預計Parylene可以暴露在 220°C 溫度下持續(xù)同樣長的時間。已證明Parylene HT 可持續(xù)暴露于 350°C 的空氣中，或暴露于 450°C 的空氣中不超過 24 小時。 

在所有情況下，更高的溫度會縮短使用壽命。如果您的應用場合的要求接近或超出這些時間-溫度-大氣條件，建議您在更接近預期應用場合實際情況的條件下對整個結(jié)構(gòu)進行測試。

總體熱性能參見表 4。

2. 低溫性能

在 -200°C 低溫下，無支撐的 50.8 微米厚度Parylene C 薄膜經(jīng)過 6 次 180° 彎折后才失效。而聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚四氟乙烯三種材質(zhì)的薄膜，分別在三次、兩次和一次彎折后失效。 

涂敷Parylene C 并在 -196°C 液氮中冷卻的鋼板，在改進版 Gardner 落球沖擊試驗中承受住了 11.3 牛頓?米以上的沖擊，在室溫下該數(shù)值約為 28.2 牛頓?米。

有支撐的Parylene N 薄膜已證明能夠承受從室溫至-269°C 低溫的熱循環(huán)，而不會出現(xiàn)開裂、從基材上剝落或電性能下降的情況。 

3. 真空穩(wěn)定性

在美國國家航空航天局 (NASA) 噴氣推進實驗室進行的測試表明，在溫度為 49.4°C，壓強為  10-6 托的條件下，Parylene N 失重 0.30%。在 NASA 的戈達德太空飛行中心根據(jù) ASTM E595 進行的真空穩(wěn)定性測試顯示出Parylene C 和 Parylene HT 分別失重0.07% 和 0.03%。收集的揮發(fā)性可凝材料的相應數(shù)值分別為 0.0003% 和 0.0017%。有關(guān)除氣測試的更多信息，請訪問 http://outgassing.nasa.gov 。

4. Parylene滅菌

Parylene N、C 和 Parylene HT 接受了多種滅菌方法測試，包括高壓蒸汽滅菌、伽馬射線和電子束輻照、過氧化氫等離子體和環(huán)氧乙烷。滅菌后分析通過與未經(jīng)滅菌的對照樣本進行對比，評估了這些滅菌方法對Parylene N、C 和 Parylene HT 樣品的影響。對滅菌后的電性能、阻隔特性和機械特性進行了評估，結(jié)果表明，在對這些Parylene變體進行的大部分測試中，這些屬性并未產(chǎn)生變化。

D. 物理與機械特性

Parylene的物理與機械特性綜述參見表 5。

由于Parylene的分子量大 (約500,000)、熔化溫度高，結(jié)晶度高，因此無法以擠壓或模壓等傳統(tǒng)方法成型。溫度不高于 175°C 時，它們在有機或其他介質(zhì)中的溶解度非常低，因此無法通過鑄造成型。 

Parylene聚合物由試驗板支撐時，耐沖擊性優(yōu)良。涂敷25.4 微米厚Parylene C 的 “Q” 鋼制試驗板在 Gardner落球沖擊試驗中的結(jié)果在 28.2 牛頓?米左右。 

耐磨指數(shù) (在 Taber? 磨耗試驗機上使用 CS-17Calibrase? 磨耗砂輪測量，荷重砝碼 1,000 克) 檢測值，Parylene C 為 22.5，Parylene N 為 8.8。相比之下，聚四氟乙烯為 8.4，高沖擊韌性聚氯乙烯為 24.4，環(huán)氧樹脂為 41.9，聚亞安酯為 59.5。 

退火處理可增強Parylene的抗切通性、提高硬度并改善其耐磨性。這是聚合物密度和結(jié)晶度提高的結(jié)果。 

E. 光學特性和耐輻射性

1. 光學特性

Parylene在可見光范圍內(nèi)吸收得很少, 因此是透明無色的。波長小于280納米時, 所有Parylene均發(fā)生強吸收, 如圖 4 所示。

厚度12.7微米Parylene薄膜的傅里葉變換紅外光譜如圖 5, 6, 7 和 8 所示。

2. 耐輻射性

在真空中伽瑪射線作用下，Parylene N, C, D 和 Parylene HT 薄膜表現(xiàn)出高度抗降解性。在輻射劑量率為 16 千戈瑞/小時的條件下，承受1,000 千戈瑞輻射劑量后，其拉伸和電性能保持不變。暴露在空氣中會導致快速脆化。

盡管Parylene N, C, D 和 ParyFree在室內(nèi)性能穩(wěn)定，但不建議將其長期用于陽光直射 (紫外線) 的環(huán)境中。Parylene HT 具有顯著的抗紫外線性能，暴露在空氣中經(jīng)過長達2,000 小時紫外線加速老化試驗后，未發(fā)生性能退化。

F. 生物相容性和生物穩(wěn)定性

按照 ISO 10993 的生物評估要求對Parylene N, C 和 Parylene HT進行了測試。此外，過去 40 年中，ParyleneParylene的生物相容性和生物穩(wěn)定性已在多種醫(yī)療涂敷應用場合中得到了驗證。 

附著力

敷形涂層廣泛應用于電子、醫(yī)療器械、交通運輸、航空航天與國防等行業(yè)，為應用場合提供防護、生物穩(wěn)定性和表面改性，以增強組件和最終產(chǎn)品的整體可靠性。表面污染、存在氧化層和低表面能基材等影響附著力的因素會對可靠性造成不利影響。 

在涂敷Parylene之前使用 A-174 硅烷偶聯(lián)劑處理，通常可使Parylene對多種基材的附著力達到理想狀態(tài)。然而，有時在許多高難度基材 (如高拋光不銹鋼、鈦、異種合金和聚酰亞胺等) 上無法達到很高的標準。新的技術(shù)增強了Parylene涂層與素來具有挑戰(zhàn)性的基材之間的附著力。 

Parylene具有生物相容性和生物穩(wěn)定性。此外，已證明它們在高溫下具有穩(wěn)定性，使其成為適合惡劣環(huán)境應用場合的出色附著力增強工具。采用Parylene商業(yè)涂敷服務的客戶可獲新的附著力增強技術(shù)。 

Parylene應用場合

電子產(chǎn)品

Parylenee涂層敷形均勻，確保完全包覆電路板、鐵芯和其他電子封裝，例如微機電系統(tǒng)、芯片實驗室技術(shù)和傳感器。ParyleneParylene C 涂層已經(jīng)證明可以抑制晶須、畸形突起 (OSE) 和枝晶形成。

醫(yī)療

Parylene獲得了 FDA 認可，為導管、密封件、支架、人工耳蝸、手術(shù)工具、心臟起搏器和部件等植入及非植入式醫(yī)療器械提供理想的表面改性。Parylene涂層幫助器械和組件抵御濕氣、生物液體和生物氣體的侵蝕，并作為與生物組織接觸的生物相容表面。

交通運輸

超薄的Parylene涂層為家用汽車以及重載發(fā)動機和系統(tǒng)中的重要傳感器、電路板和其它組件提供防護，即使在高溫和長時間使用的情況下也可抵御腐蝕性化學品、流體和氣體的侵蝕。

航空航天與國防

Parylene為包括飛機、太空計劃和國防系統(tǒng)在內(nèi)的航空航天和國防工業(yè)的諸多應用場合提供出色防護。Parylene涂層能夠可靠地抵御濕氣、灰塵、沙子、化學及生物制劑等的影響。 

Parylene總結(jié)

Parylene涂層

? 出色的介電特性

? 出色的化學阻隔性和防潮性能

? 具有生物相容性和生物穩(wěn)定性的防護層

? 可涂敷于所有暴露表面的超薄敷形涂層

? 出色的縫隙滲透和多層滲透能力

? 短期 (24 小時) 耐溫可達 450°C

? 出色的紫外線穩(wěn)定性 

Parylene先進的涂敷技術(shù)、周密細致的生產(chǎn)和質(zhì)量管理，令客戶高枕無憂，同時盡可能減少客戶為達到嚴苛要求和規(guī)格所需要的資源。