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Die Eigenschaften von Parylene

 

Parylene sind Derivate des Benzols. Die Grundform Parylene N besteht aus einem Benzolmolekül an dessen Benzolring an zwei Ecken jeweils das Wasserstoffatom durch eine CH2-Gruppe ersetzt ist. Die Vorsilbe "para-" (abgekürzt "p-") zeigt an, dass diese beiden CH2-Gruppen an gegenüberliegenden Ecken des Benzol-Sechsecks angebunden sind.

Parylene N ist als ein reiner Kohlenwasserstoff.

Im Parylene-Molekül können aber ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Halogen-Atome ersetzt werden. Halogene sind z.B. die chemischen Elemente Fluor und Chlor. Durch diese Variationen kann theoretisch eine Vielzahl von Parylene-Derivaten gebildet werden. Von praktischer Bedeutung und kommerziell verwendet sind aber nur die Typen Parylene N, Parylene C, Parylene D, F-VT4 und Parylene F-AF4.

Auf Parylene-Anlagen können alle diese Typen bei ähnlichen Parametern verarbeitet. Die Schichten haben auch ähnliche Eigenschaften. Wenn aber die bereits hervorragenden Eigenschaften des Parylene N hinsichtlich dielektrischer, thermischer und Barriere-Eigenschaften nicht ausreichen, könnendie alternativen Parylene-Typen eingesetzt werden.

Parylenetypen
Monomereinheiten der technisch eingesetzten Parylenetypen

Charakteristische Eigenschaften der Parylenetypen:

Parylene N

Grundausführung, nur aus den Atomen Wasserstoff und Kohlenstoff aufgebaut. Aber nicht die meistverwendete Type. Außerordentlich gute Spaltgängigkeit. Optimale dielektrische Eigenschaften und Durchschlagsfestigkeit, deshalb für die Beschichtung elektronischer Bauteile und Baugruppen bevorzugt. Niedrigster Reibungskoeffizient, deshalb oft verwendet bei Kathetern.

Parylene C:

Meistverwendetes Produkt mit ausgezeichneter Barrierewirkung. Hoher Feuchtigkeitsschutz auch durch besonders ausgeprägte hydrophobe Eigenschaften. Hohe Elastizität, deshalb für Kunststoff- und Elastomerbeschichtung einsetzbar. Hohes Schichtdickenwachstum (bis zu 10 µm/h)

Parylene D:

Lange Zeit insbesondere auf Grund seiner erhöhten Temperaturstabilität eingesetzt, aber auch sehr hydrophob. Zum Schutz von Elektronikbauteilen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

Parylene F-VT4:

Da thermisch noch höher belastbar als Parylene D, verdrängt es dieses zunehmend in Hochtemperaturanwendungen.

Parylene F-AF4:

Bei weitem die höchste die höchste Temperaturbeständigkeit aller Parylene Typen. Außerdem ist diese Type extrem unempfindlich gegen aggressive Strahlenbelastung, insbesondere UV-Belastung. Teuerste Variante, deshalb nur dann eingesetzt, wenn diese besonderen Eigenschaften unbedingt gefordert werden.

Vollkommen konturkonforme Beschichtung

Im Gegensatz zu flüssig aufgebrachten Beschichtungen, erreichen die Monomere aus der Gasphase auch die Stellen am Bauteil, die für Flüssigkeiten unerreicht bleiben.

Gut für die Gesundheit und Umwelt

Da Parylene chemisch sehr inert sind und zudem keinerlei Fremdmaterialien enthalten, sind sie als ungiftig und nicht gesundheitschädlich klassifiziert. Parylene erfüllen alle Anforderungen hinsichtlich Lebensmittelechtheit und Biokompatibilität. Außerdem gibt es keine Trinkwassrgefährdung und Umweltbelastung.  Parylene erfüllen die europäische Richtlinie RoHS 2002/95/EC (Beschränkung der Benutzung gefährlicher Substanzen in der Elektronik und Elektrotechnik).

 

Das Rohmaterial ist stets das reine Dimer. In der Regel werden beim Parylene-Beschichtungsverfahren keine Modifikatioen durch Additive, Stabilisatoren, Legierungen durchgeführt. Daher gelten die Tabellenwerte grundsätzlich für Parylenetypen aller Hersteller. Qualitätsunterschiede gibt es dennoch. Exzellente Parylenebeschichtungen erzielt man durch äußerste Reinheit des Dimers.

Eigenschaften der Parylene

   

Parylene N

Parylene C Parylene D Parylene F-VT4 Parylene F-AF4
Eigenschaft Einheit           

Poly
(para-xylylen)

Poly
(monochlor-para-xylylen)
Poly(dichlor-para-xylylen) Poly(tetrafluor-para-xylylen) F-VT4: Substitution von 4 H-Atomen durch 4 F-Atome am Benzolring Poly(tetrafluor-para-xylylen) F-AF4: Substitution von 4 H-Atomen durch 4 F Atome an den neben Gruppen
Dichte g/cm³ 1,11 1,29 1,42 ~1,6 ~1,51
Brechungsindex (In plane) 1,66 1,64 1,67 1,57 1,56
E-Modul [GPa] 2,4 3,2 2,8 3,0 2,6
Streckgrenze [MPa] 42 55 60 52 35
Zugfestigkeit [MPa] 45 70 75 55 52
Härte, Rockwell R  [HR] 85 80 80 - 122
Fließbereich [%] 2,5 2,9 3,0 2,5 2,0
Bruchdehnung [%] 30 200 10 10-50 10
Reibungskoeffizient, statisch    0,25 0,29 0,35 0,39 0,15
Reibungskoeffizient, dynamisch   0,25 0,29 0,31 0,35 0,13
Dauerhitzebeständigkeit [°C] 60 80 100 200 350
Temporäre Spitzentemperatur [°C] 95 115 135 250 450
Schmelzpunkt [°C] 420 290 380 - ≤ 500
Dielektrizitätskonstante (1 MHz)   2,66 2,95 2,80 2,35 2,17
Dissipationsfaktor (1 MHz)   0,001 0,013 0,002 0,008 0.002
Durchschlagfestigkeit  [MV/cm] 300 185-220 215 - 225
Volumenwiderstand [23 °C, 50 %RH,
Ω∙cm ]
1,4E+17 8,8E+16 2,0E+16 1,1E+17 2,0E+17
Oberflächenwiderstand  [23 °C, 50 %RH, Ω] 1,0E+13      1,0E+14 5,0E+16 4,7E+17 5,0E+15
Linearer Ausdehnungskoeffizient  [µm/m∙°C] 69 35 38 - 36
Wärmekapazität [25 °C, J/(g∙K)] 1,3 1,0 0,8 - 1,0
Wärmeleitfähigkeit [W/m-K] 0,13 0,08 - - 0,10

 [1] W.Beach, C. Lee, and D. Bassett, Encyclopedia of Polymer Science and Engineering (Wiley, New York, 1985), 17, 990
[2] J.B. Fortin, Poly-para-xylylene Thin Films: A Study of the Deposition Chemistry, Kinetics, Film Properties, and Film Stability, Ph.D. Thesis, rensselaer Polytechnic Institute, 2001
[3] F.E. Cariou, D.J. Vally, and W.E. Loeb, IEEE Transactions on Biomedical Engineering 33(2), 202 (1992).
[4] Structural and dielectric properties of parylene-VT4 thin films Article (PDF Available) in Materials Chemistry and Physics 143(3):908–914 · February 2014 with 71
[5] Daten aus www.matweb.com Material Property Data