Parylene

Protezione ineguagliabile della superficie

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Parylene

Protezione ineguagliabile della superficie

Obiettivo prioritario di Diener electronic è poter offrire la soluzione ideale di superficie per ogni esigenza. In molti casi, un rivestimento in parylene costituisce la soluzione ideale per la protezione di componenti, assemblaggi o dispositivi pregiati.

Il parylene è un gruppo di polimeri denominati chimicamente paraxylene. Con una tecnologia di processo utilizzabile solo per questa classe di materiali, si possono produrre strati protettivi quasi trasparenti.

Le prestazioni del parylene

✓ Indipendenza dai contorni Spessore costante dello strato con deviazioni inferiori a 1 µm
✓ A partire da 1 µm "pinhole-free", ovvero affidabile, senza difetti
✓ Termoresistente (a seconda del tipo di parylene)
✓ Chimicamente inerte (resistente a molte sostanze chimiche)
✓ Resistente agli influssi ambientali e alle radiazioni UV
✓ Ottime proprietà barriera
✓ Ottima adesione su superfici pulite al plasma e pretrattate
✓ Copertura conforme anche di contorni, bordi, fessure e cavità complessi

Che cos’è il parylene?

E perché è così straordinario?

Nel 1947, il chimico Michael Szwarc studiò le reazioni dello xilolo, (anche denominato "xilene") ad alte temperature fino a 1000 °C e sulle superfici fredde del suo apparato rilevò la presenza di un precipitato trasparente. Dall’analisi di questa pellicola solida risultò che si trattava di Poly(p-Xylylene).

Nel 1955, l’azienda Union Carbide introdusse il metodo più efficace di pirolisi del dimero paraciclofano, ancora oggi utilizzato come processo produttivo per uso commerciale. Union Carbide ebbe inoltre l’idea di assegnare al polimero Poly(p-Xylylene) il nome più semplice e gestibile di parylene.

Il parylene è un polimero organico, che (nella forma basilare di Parylene N) è costituito solo dagli atomi di idrogeno (H) e carbonio (C). Il parylene è idrofobico e resistente a quasi tutti i prodotti chimici. Questo vale anche per altri polimeri come il PTFE, ma le proprietà del tutto speciali sono da ricondurre alla straordinaria tecnologia di produzione. Il parylene ha una rilevanza economica solo come rivestimento sottile. Il polimero si forma per polimerizzazione del monomero gassoso sulle superfici fredde del substrato. Tutti i rivestimenti liquidi contengono particelle di gas e tendono a contrarsi localmente anche a bassa tensione superficiale. Questo comporta spazi vuoti, allineamento dei bordi e spessore variabile dello strato. Mediante la polimerizzazione del parylene direttamente dalla fase gassosa, molecola su molecola, non si formano pori e allineamento dei bordi e si ottiene uno spessore costante dello strato su scala molecolare. Il parylene polimerizza sullo superfici fredde. Di conseguenza, il substrato non è esposto ad alcuna sollecitazione termica. Quasi tutti i materiali possono essere rivestiti con parylene.

I rivestimenti in parylene presentano proprietà barriera straordinarie contro quasi tutte le sostanze e formano così una protezione elevata e soprattutto affidabile contro gli agenti chimici, gli influssi ambientali e l'invecchiamento.

Ulteriori informazioni

Materia prima: dimero

Termine chimicamente corretto:  paraciclofano o  di-p-xylylene

Termine pratico: dimero di parylene
 

Dopo la pirolisi: monomero

Termine chimicamente corretto: chinone dimetano o  p-xylylene

Termine pratico: monomeri di parylene
 

Prodotto finale: polimero

Termine chimicamente corretto:   Poli(p-xylylene)

Termine pratico: parylene N

Quali sono i vantaggi del parylene?

I rivestimenti in parylene sono qualitativamente superiori a tutti gli altri metodi di rivestimento per le seguenti proprietà :

✓ Consistenza dello spessore dello strato
✓ Copertura di spigoli e punte
✓ Penetrazione in fessure estremamente sottili
✓ Tenuta con spessore minimo dello strato
✓ Proprietà barriera contro la penetrazione di gas e liquidi
✓ Protezione contro l'umidità
✓ Protezione contro avarie elettriche
✓ Protezione dall'ossidazione
✓ Resistenza all'invecchiamento e protezione contro l'usura dei materiali
✓ Biocompatibilità

Proprietà del parylene:

I parileni sono derivati del benzene. La forma basilare del Parylene N è costituita da una molecola di benzene sul cui anello, ai due angoli l'atomo di idrogenoè sostituito rispettivamente da un gruppo CH2. Il prefisso "para-" (abbreviato "p-") indica che i due gruppi CH2 sono legati agli angoli opposti dell'esagono benzene.

Il parylene N è un idrocarburo puro.

Nella molecola di parylene, tuttavia, uno o più atomi di idrogeno possono essere sostituiti da atomi alogeni. Alogeni sono, ad esempio, gli elementi chimici fluoro e cloro. Queste variazioni permettono teoricamente la formazione di una molteplicità di derivati del parilene. Tuttavia, solo i tipi parylene N, parylene C, parylene D, parylene D, F-VT4 e parylene F-AF4 sono di rilevanza pratica e vengono utilizzati commercialmente.

Tutti questi tipi possono essere lavorati con parametri simili negli impianti di parylene. Anche gli strati hanno proprietà simili. Se tuttavia le già eccellenti proprietà del parylene N in termini di proprietà dielettriche, termiche e di barriera non sono sufficienti, è possibile utilizzare i tipi di parylene alternativi.

Proprietà caratteristiche dei diversi tipi di parylene

Parylene N:

Tipologia di base, composto unicamente dagli atomi di idrogeno e carbonio. Tuttavia non si tratta del tipo di parylene più usato. Eccezionale accesso alle fessure. Ottime proprietà dielettriche e resistenza dielettrica, quindi preferibile per il rivestimento di componenti e assemblaggi elettronici. Bassissimo coefficiente di attrito, quindi spesso utilizzato nei cateteri.

Parylene C:

Prodotto maggiormente utilizzato, dotato di eccellente effetto barriera. Elevata protezione dall'umidità grazie a proprietà idrofobiche particolarmente accentuate. Elevata elasticità, pertanto adatto per rivestimenti in plastica e in elastomero . Crescita elevata dello spessore dello strato (fino a 10 µm/h)

Parylene D:

Utilizzato da tempo, in particolare per la sua elevata stabilità termica, ma anche perché particolarmente idrofobico. Impiegato per la protezione di componenti elettronici nell’industria aeronautica e aerospaziale.

Parylene F-VT4:

Essendo termicamente ancora più resistente del parylene D, lo sostituisce sempre più spesso nelle applicazioni ad alta temperatura.

Parylene F-AF4:

Presenta la resistenza alle temperature di gran lunga più elevata di tutti i tipi di parylene. Inoltre, questo tipo è estremamente insensibile alle radiazioni aggressive ed in particolare all'esposizione ai raggi UV. È la variante più costosa, utilizzata pertanto solo nei casi in cui queste proprietà speciali sono assolutamente necessarie.

Rivestimento completamente conforme ai contorni:

a differenza dei rivestimenti applicati in forma liquida, i monomeri della fase gassosa permettono di raggiungere anche le parti del componente non accessibili dai liquidi.

Buono per la salute e per l'ambiente

Essendo chimicamente molto inerte e non contenendo materiali estranei, il parylene è classificato come sostanza non tossica e non dannosa per la salute. Il parylene soddisfa tutti i requisiti in termini di sicurezza di utilizzo in campo alimentare e biocompatibilità. Inoltre, non costituisce alcun pericolo per l'acqua potabile o per l'ambiente.  Il parylene è conforme alla direttiva europea 2002/95/ce RoHS (relativa alla restrizione dell'uso di sostanze pericolose nell'elettronica e nell'elettrotecnica).

La materia prima è sempre il dimero allo stato puro. Normalmente, il processo di rivestimento in parylene non viene modificato da additivi, stabilizzanti o leghe. Pertanto, i valori riportati nella tabella si applicano essenzialmente ai tipi di parylene di tutti i produttori. Esistono tuttaviadifferenze in termini di qualità. Ottimi rivestimenti in parylene si ottengono con una purezza assoluta del dimero.

Impianti di parylene

Gli impianti di parylene sono sostanzialmente impianti per il vuoto. Sono quindi sempre costituiti da una camera da vuoto ermetica e resistente alla pressione e da una pompa per vuoto. A circa 0,02 -0,1 mbar, la pressione di esercizio non è particolarmente bassa. Per conseguire una buona qualità dello strato, tuttavia, è opportuno rimuovere al meglio le molecole estranee. Sono pertanto necessarie una tenuta di alta qualità, l'assenza di componenti di degassificazione e una pompa per vuoto efficiente.

Tra la camera da vuoto e la pompa per vuotoè installata una trappola del freddo, in cui i residui del monomero di parylenepolimerizzano e vengono poiaspiratidalla camera da vuoto. Se il monomero entrasse nella pompa per vuoto e si polimerizzasse, la danneggerebbe.

Schema della configurazione di un impianto di rivestimento in parylene con camera orizzontale

1) Evaporatore (riscaldamento a resistenza: tipo. Temperature da 130-180 °C)

2) Tubo per pirolisi (riscaldamento a resistenza: tipo. Temperature da 550-650 °C)

3)  Camera da vuoto (pressione di base di ca. 0,01 mbar; pressione di esercizio tra 0,02 e 0,1 mbar)

4) Giostra (supporto rotante del substrato)

5) Trappola del freddo (ad es. azoto liquido: temp. ca. -196 °C)

6) Pompa per vuoto

7) Controllo PC: regolazione e monitoraggio dei parametri di processo

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