Parylene介紹

Parylene（聚對(duì)二甲苯）是一個(gè)獨(dú)特的聚合物系列里多個(gè)成員共用的名稱。該聚合物系列的基本成員聚對(duì)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(gè)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(gè)芳香烴氫原子被一個(gè)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(gè)成員。Parylene D與Parylene N 是由同一原材料二聚物制成，其中兩個(gè)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(duì)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(shí)內(nèi)耐溫可達(dá) 450℃) 以及需具備長(zhǎng)期紫外線穩(wěn)定性的應(yīng)用場(chǎng)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(dú)特的新成員，它用無(wú)鹵化的替代物取代了Parylene N二聚物的一個(gè)或多個(gè)氫原子。這種無(wú)鹵素的Parylene具備Parylene C的先進(jìn)阻隔性能，而且其機(jī)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(jī)械性能于一身，可提供優(yōu)異的防潮、防水保護(hù)并抵御腐蝕性溶劑和氣體，同時(shí)符合全球特定行業(yè)的無(wú)鹵素要求。

因采用獨(dú)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(qiáng)下進(jìn)行，而Parylene沉積則是在大約 0.1 托的壓強(qiáng)下進(jìn)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(gè)面，從而形成真正的無(wú)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(gè)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(duì)二聚物蒸汽進(jìn)行定量裂解 (熱解)，使兩個(gè)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(jìn)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(huì)發(fā)生液相分離，因而Parylene不會(huì)遭受任何流體效應(yīng)的不利影響 (流體效應(yīng)可導(dǎo)致集中、流動(dòng)、架橋、彎月面或邊緣效應(yīng)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P(yáng)arylene的電性能、阻隔特性、機(jī)械特性、熱性能、光學(xué)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(jìn)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(diǎn)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(shí)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(duì)于Parylene涂層所提供保護(hù)作用的一項(xiàng)關(guān)鍵檢測(cè)是依照檢測(cè)模式 (按 MIL-I-46058C 所述) 涂敷電路板，并在一個(gè)溫濕度循環(huán)中測(cè)量該電路板的絕緣電阻(MIL-STD-202，方法 106 和302)。簡(jiǎn)言之，本檢測(cè)由10 個(gè)循環(huán)構(gòu)成 (每天一個(gè)循環(huán))，每個(gè)循環(huán)包含七個(gè)步驟。這七個(gè)步驟涵蓋低溫、低濕度 (25°C，相對(duì)濕度50%) 條件以及更惡劣的條件 (65°C，相對(duì)濕度 90%)范圍。在為期 10 天的檢測(cè)中，在每一個(gè)循環(huán)起始以及在 65°C，相對(duì)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(cè)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(gè)數(shù)量級(jí)。

B. 阻隔特性和化學(xué)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(jìn)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(dú)立機(jī)構(gòu)根據(jù) IEC 60529 的適用要求，在 IPX7和 IPX8 防水等級(jí)的 14.2.7 和 14.2.8 測(cè)試條件下對(duì)涂敷Parylene的電子器件進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試表明Parylene涂層可防止因進(jìn)水而產(chǎn)生的有害影響。未涂敷(對(duì)照組) 的電子器件在測(cè)試過程中出現(xiàn)故障，而涂敷Parylene的電子器件在這兩種測(cè)試條件下均通過了測(cè)試，在測(cè)試過程中和測(cè)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(shè)備提供 30 分鐘以上的防水保護(hù)。

在由獨(dú)立檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的鹽霧檢驗(yàn)中，涂敷 ParyFree的電路板按照 ASTM B117- (03) 暴露 144 小時(shí)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(yàn)結(jié)果。

2. 化學(xué)阻隔性

Parylene可抵御化學(xué)腐蝕且在 150°C 溫度條件下不溶于所有的有機(jī)溶劑。Parylene薄膜暴露于腐蝕性汽車及航空流體等多種化學(xué)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(jìn)行膨脹的表征)。其它測(cè)試表明薄膜的物理和化學(xué)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(yàn)數(shù)據(jù)的 Arrhenius 外推法 (Arrhenius extrapolation)、預(yù)計(jì)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(zhǎng)達(dá) 10 年時(shí)間。在無(wú)氧或太空真空環(huán)境中，預(yù)計(jì)Parylene可以暴露在 220°C 溫度下持續(xù)同樣長(zhǎng)的時(shí)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(shí)。 

在所有情況下，更高的溫度會(huì)縮短使用壽命。如果您的應(yīng)用場(chǎng)合的要求接近或超出這些時(shí)間-溫度-大氣條件，建議您在更接近預(yù)期應(yīng)用場(chǎng)合實(shí)際情況的條件下對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。

總體熱性能參見表 4。

2. 低溫性能

在 -200°C 低溫下，無(wú)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(duì)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(jìn)版 Gardner 落球沖擊試驗(yàn)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(huì)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(guó)國(guó)家航空航天局 (NASA) 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的測(cè)試表明，在溫度為 49.4°C，壓強(qiáng)為  10-6 托的條件下，Parylene N 失重 0.30%。在 NASA 的戈達(dá)德太空飛行中心根據(jù) ASTM E595 進(jìn)行的真空穩(wěn)定性測(cè)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(yīng)數(shù)值分別為 0.0003% 和 0.0017%。有關(guān)除氣測(cè)試的更多信息，請(qǐng)?jiān)L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(cè)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(duì)照樣本進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估了這些滅菌方法對(duì)Parylene N、C 和 Parylene HT 樣品的影響。對(duì)滅菌后的電性能、阻隔特性和機(jī)械特性進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明，在對(duì)這些Parylene變體進(jìn)行的大部分測(cè)試中，這些屬性并未產(chǎn)生變化。

D. 物理與機(jī)械特性

Parylene的物理與機(jī)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(wú)法以擠壓或模壓等傳統(tǒng)方法成型。溫度不高于 175°C 時(shí)，它們?cè)谟袡C(jī)或其他介質(zhì)中的溶解度非常低，因此無(wú)法通過鑄造成型。 

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

耐磨指數(shù) (在 Taber? 磨耗試驗(yàn)機(jī)上使用 CS-17Calibrase? 磨耗砂輪測(cè)量，荷重砝碼 1,000 克) 檢測(cè)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(qiáng)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(xué)特性和耐輻射性

1. 光學(xué)特性

Parylene在可見光范圍內(nèi)吸收得很少, 因此是透明無(wú)色的。波長(zhǎng)小于280納米時(shí), 所有Parylene均發(fā)生強(qiáng)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(shí)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(huì)導(dǎo)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(zhǎng)期用于陽(yáng)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(zhǎng)達(dá)2,000 小時(shí)紫外線加速老化試驗(yàn)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(píng)估要求對(duì)Parylene N, C 和 Parylene HT進(jìn)行了測(cè)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(yīng)用場(chǎng)合中得到了驗(yàn)證。 

附著力

敷形涂層廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)療器械、交通運(yùn)輸、航空航天與國(guó)防等行業(yè)，為應(yīng)用場(chǎng)合提供防護(hù)、生物穩(wěn)定性和表面改性，以增強(qiáng)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(huì)對(duì)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?？墒筆arylene對(duì)多種基材的附著力達(dá)到理想狀態(tài)。然而，有時(shí)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(wú)法達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)。新的技術(shù)增強(qiáng)了Parylene涂層與素來(lái)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?cè)诟邷叵戮哂蟹€(wěn)定性，使其成為適合惡劣環(huán)境應(yīng)用場(chǎng)合的出色附著力增強(qiáng)工具。采用Parylene商業(yè)涂敷服務(wù)的客戶可獲新的附著力增強(qiáng)技術(shù)。 

Parylene應(yīng)用場(chǎng)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(jī)電系統(tǒng)、芯片實(shí)驗(yàn)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(rèn)可，為導(dǎo)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(yùn)輸

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

航空航天與國(guó)防

Parylene為包括飛機(jī)、太空計(jì)劃和國(guó)防系統(tǒng)在內(nèi)的航空航天和國(guó)防工業(yè)的諸多應(yīng)用場(chǎng)合提供出色防護(hù)。Parylene涂層能夠可靠地抵御濕氣、灰塵、沙子、化學(xué)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(xué)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(hù)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(shí)) 耐溫可達(dá) 450°C

? 出色的紫外線穩(wěn)定性 

Parylene先進(jìn)的涂敷技術(shù)、周密細(xì)致的生產(chǎn)和質(zhì)量管理，令客戶高枕無(wú)憂，同時(shí)盡可能減少客戶為達(dá)到嚴(yán)苛要求和規(guī)格所需要的資源。