Warum sind Parylene so einmalig?

 

  • Parylene ist ein organisches Polymer, das (in der Grundform als Parylene N) nur aus den Atomen Wasserstoff (H) und Kohlenstoff (C) besteht. Parylene ist hydrophob und widerstandsfähig gegen nahezu alle Chemikalien. Das gilt für andere Polymere wie PTFE auch, aber die ganz besonderen Eigenschaften resultieren aus der außergewöhnlichen Fertigungstechnik.
  • Parylene haben nur als dünne Beschichtungen wirtschaftliche Bedeutung. Das Polymer bildet sich durch Polymerisation des gasförmigen Monomers auf den kalten Substratoberflächen. Alle flüssigen Beschichtungen enthalten Gaseinschlüsse und haben auch bei geringer Oberflächenspannung eine Tendenz, sich örtlich Zusammenzuziehen. Dadurch kommt es zu Lücken, Kantenflucht und variabler Schichtdicke. Durch die Polymerisation des Parylenes direkt aus der Gasphase legt sich Molekül an Molekül, es gibt keine Poren, keine Kantenflucht und eine im molekularen Maßstab konstante Schichtdicke.
  • Parylene polymerisiert auf kalten Oberflächen. Dadurch kommt es zu keiner Temperaturbelastung des Substrats. Fast jedes Material kann durch Parylene beschichtet werden.
  • Parylenebeschichtungen haben außerordentlich gute Barriereeigenschaften gegen fast alle Substanzen.
  • Parylenebeschichtungen bilden dadurch einen unerreicht hohen und vor allem zuverlässigen Schutz gegen chemischen Angriff, gegen Umwelteinflüsse und vor Alterung.

Was sind Parylene?

Der Chemiker Michael Szwarc untersuchte 1947 die Reaktionen von Xylol (auch "Xylene") bei hohen Temperaturen bis 1000°C. Dabei entdeckte er an kalten Oberflächen seiner Apparatur einen transparenten Niederschlag. Dieser feste Film wurde als Poly(p-Xylylene) analysiert.

Als effektiveren Prozess zur Herstellung führte das Unternehmen Union Carbide 1955 die heute noch übliche Methode durch Pyrolyse des Dimers Paracyclophan ein, die den Weg zur kommerziellen Anwendung eröffnete. Union Carbide gab dem Polymer Poly(p-Xylylene) auch den handlicheren Namen Parylene.

Das Verfahren funktioniert nur in der Vakuumkammer bei einem Druck bis ca 0,1 mbar.

 

Vorprodukt: Dimernach Pyrolyse: MonomerEndprodukt: Polymer

chemisch exakterBegriff

Paracyclophan

oder

Di-p-xylylene

 

Chinondimethan

oder

p-xylylene

 

 Poly(p-xylylene)

handlicherer Begriff:

Parylene-Dimer

 

Parylene-Monomere

 

Parylene N

Herstellverfahren für Paryleneschichten
Herstellverfahren für Parylenebeschichtungen

Genaugenommen zeigt die schematische Darstellung das Produktionsverahren für den Basistyp Parylene N. Es gibt weitere Parylenetypen mit anderen Eigenschaften, die unter "Materialeigenschaften" vorgestellt werden.

Wie produziert man Paryleneschichten?

Ein Verfahren wie oben dargestellt gibt es für kein anderes Material. Deshalb braucht man für Parylenebeschichtungen ganz spezielle, eigens konstruierte Paryleneanlagen.

Was leisten Parylene?

Paryleneschichten sind allen anderen Beschichtungsmethoden in den folgenden Eigenschaften überlegen:

  • Konstanz der Schichtdicke
  • Abdeckung von Kanten und Spitzen
  • Eindringen in extrem dünne Spalten
  • Dichtigkeit bei geringster Schichtdicke
  • Barriereeigenschaften gegen Durchdringung von Gasen und Flüssigkeiten
  • Schutz gegen Feuchtigkeit
  • Schutz gegen elektrischen Durchschlag
  • Schutz gegen Oxidation
  • Alterungsbeständigkeit und Schutz gegen Materialalterung
  • Biokompatibilität

Außer der Grundtype Parylene N werden die Typen Parylene C, Parylene D, Parylene F-VT4 und Parylene F-AF4 kommerziell eingesetzt. Die vorgenannten Eigenschaften haben alle Parylene-Typen in leicht abweichender Ausprägung. Falls aber hinsichtlich Hochtemperaturstabilität, elektrischer Eigenschaften oder Barriereeigenschaften besondere Anforderungen gestellt werden, so sollte der Parylene-Typ mit dem am besten passenden Eigenschaftsprofil gewählt werden.

 

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 also ein reiner Kohlenwasserstoff.

Im Parylene-Molekül können aber ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Halogen-Atome ersetzt werden. Halogene sind die chemischen Elemente Fluor, Chlor, Brom und Jod. 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 und Parylene F-VT4. Zudem gibt es noch das Parylene F-AF4.

Wann benötigt man Parylene?

  • Wenn Elektronikkomponenten höchste Sicherheits- und Haltbarkeitsanforderungen erfüllen sollen (Luft- und Raumfahrt)
  • Wenn Bauteile extremen Umweltbedingungen ausgesetzt werden.
  • Wenn wertvolle Stücke "ewig" halten sollen (Antiquitäten, Schmuck)
  • Wenn Dichtungen "nie" verspröden sollen.
  • Wenn Migration durch Wandungen verhindert werden soll (Schläuche, Behälter)
  • Wenn implantierte Bauteile nicht mit Körperflüssigkeit reagieren dürfen (Medizin)
  • Wenn aggressive Medien Sensoren nicht beschädigen dürfen
  • wenn Metalle nicht oxidieren dürfen
  • wenn gute Gleitfähigkeit und geringer Abrieb wichtig ist (Katheter, Kanülen)
  • höchste Listungen und Zertfizierungen nach US-MIl- und US NBC (Nuclear Biological and Chemical contaminations) sichern ein breites Anwendungsgebiet in Militär- /Luft- und Raumfahrt. Parylene sind außerdem UL listed (Underwriters Laboratories) für sicherheitsrelevante Anwendungen.
  • FDA Approvement für Lebensmittelkontakt  und USP (United States Pharmacopeia) Class VI Zertifizierung erlauben uneingeschränkten Kontakt zu Lebensmitteln, Pharmaka und lebendem Körpergewebe, ebenso in Medizin  und Pharmazie