Parylene

Parylene能在0.2微米厚时就完全没有针孔，5微米厚就能耐1000V以上直流击穿电压，同时又是摩擦系数很低的一种自润滑材料，化学惰性和阻隔性能优异。因此，在微电子机械系统中，Parylene除了作电介质材料外，还用作微型传动机构和微型阀门的结构材料和防护材料。Parylene是六十年代中期美国UnionCarbideCo.开发应用的一种新型敷形涂层材料，它是一种对二甲苯的聚合物，根据分子结构的不同，Parylene可分为N型、C型、D型、HT型等多种类型。Parylene用独特的真空气相沉积工艺制备，由活性小分子在基材表面“生长”出完全敷形的聚合物薄膜涂层，具有其他涂层难以比拟的性能优势。它能涂敷到各种形状的表面，包括尖锐的棱边，裂缝里和内表面。这种室温沉积制备的0.1-100微米薄膜涂层，厚度均匀、致密无针孔、透明无应力、不含助剂、不损伤工件、有优异的电绝缘性和防护性，是当代最有效的防潮、防霉、防腐、防盐雾涂层材料。Parylene是独特的聚对二甲苯材料系列的统称，属于一种具有完全线形、高度结晶的高聚物。N型Parylene是对二甲苯的高聚物,在各类Parylene中具有最强的渗透能力，能够有效地在各种细缝或盲孔表面形成薄膜。它的介电常数极低(2.65)及耗散因子小，且随外界频率的增加变化不大；同时具有最佳的润滑效果，主要用于橡胶、光学领域。在对二甲苯链的侧环上添加一个氯原子，就得到了C型Parylene。C型Parylene具有非常低的水分子和腐蚀性气体的透过率，沉积生长速率也比N型快得多，相应的渗透能力也差于N型；是目前应用最广，防护效果最好的Parylene。D型是在对二甲苯链的侧环上拥有两个氯原子的Parylene，因而在更高温度下具有相对更好的物理及电性能，同时与N、C型相比，具有更好的热稳定性；Parylene的热分解起源于苯环两侧的C-C键，通过将二甲基上的H原子替换为F原子，就得到HT型Parylene，目前还未商品化，但HT型所拥有的大于420的使用温度和最低的介电常数，使其在航空及半导体领域具有广泛的应用前景Parylene采用了一种独特的化学气相沉积工艺（CVD）。CVD工艺最早应用于半导体工业的外延生长，整个过程是气态反应，又在真空条件下进行，因而可以获得非常均匀的涂层，达到其它方法难以实现的同形性。沉积过程大体可分为三步：1．真空120度条件下将固态原料升华成气态；2．650度条件下将气态原料裂解成具有反应活性的单体；3．气态单体在室温下沉积并聚合。气态单体进入沉积腔室，首先扩散至沉积表面附近，吸附到各个表面后，开始聚合和结晶的过程，直接形成固体，避免了液相的出现，消除了涂层厚度不均匀和其中的缺陷。1.最好的防潮效果11.大幅增加器件的可靠性2.超薄的绝缘层12.渗透力强，可渗入SMD器件底部3.重量轻/无残余应力13.固定表面碎屑，防止颗粒污染4.完全同形14.可去除并修复5.无放气适合太空宇航应用15.大批量滚动涂覆，降低成本6.符合美军标MILI-46058C16.填充陶瓷表面毛细孔7.生物相容性，符合FDA（ClassVI）17.防止材料表面丝状腐蚀8.符合NBC要求(AR70/AFR80-38/NAVINST3400.2)18.消除卡罗纳（Corona）电晕放电蚀9.良好的干润滑性19.光学透明10.UL认可，可用于PWB器件表面保护20.可添加紫外示踪剂对于电子工业，潮湿的危害已经成为产品质量控制的主要因素之一。据统计，全球每年有1/4以上的工业制造不良品与潮湿的危害有关。潮湿对PCB板的危害之一表现在渗透并附着于IC内部的潮气，在SMT过程的加热环节中形成水蒸气，产生的压力导致IC树脂封装开裂，并使IC器件内部金属氧化，导致产品故障。PCB及电子整机在仓储过程中亦会受到潮湿的危害。如在高湿度环境下存储时间过长，将导致潮气渗入基板引起故障发生,或使金属氧化导致接触不良发生故障。Parylene作为一种防潮涂层，具有以下优势：Parylene本身具有极低水分子渗透率，优于所有其他高分子涂层；表面的憎水特性，使得Parylene表面不易吸附空气中的水分；真空涂敷使任何形状表面都可以形成一层完整、超薄、形状完全一致的涂层，不存在防护的“盲区”；气相生长保证了涂层无裂纹或针孔等缺陷，可最大限度的发挥材料性能优势；Parylene涂敷后的电路板经过240小时的湿热后的电阻变化Parylene是目前已知最好的绝缘材料，具有以下特点：Parylene具有极高的绝缘强度（25μm可耐5000V且可随厚度增加而持续提高）；绝缘性能不会受环境温度和湿度的影响；Parylene的介电常数和介电损耗均非常低且不受吸潮的影响；Parylene的高纯度、表面憎水性及不存在任何痕量的离子污染又保证了极高的体积电阻率和表面电阻率；极低的高频损耗，特别适合超高频器件。（见下表）DielectricconstantParyleneNParyleneCParyleneD60Hz2.653.152.841KHz1032.653.12.841MHz1062.652.952.805.1THz10142.762.692.79Parylene是目前性能最好的防腐蚀材料：Parylene在常温下可抵抗任何强酸、强碱及溶剂的侵蚀；Parylene可尤为有效地隔离水汽、盐雾、腐蚀性气体及其他苛刻环境对产品的影响；在常见的涂层材料中，Parylene具有最低的水分子透过率和氧原子离子迁移率；Parylene材料本身的阻挡特性远优于其它高分子涂层，作为一种阻挡层可有效地防止各种阴阳离子的扩散迁移，从而可靠地保护产品；气相生长消除了涂层中的缺陷(针孔及裂缝等)最大程度发挥材料自身的性能优点；聚合生长的成膜方式阻止了离子在涂层和基板界面的扩散，大大减少了常见的涂层内腐蚀。作为医用涂层，Parylene的超薄、无孔隙、均匀、同形性好、耐腐蚀、与人体组织及血液相容等一系列优点，使其在生物医学领域应用广泛，Parylene不仅提供了惰性、生物相容的隔离层，可有效防止外界的化学品、水分和体液的侵蚀，同时增加了器件表面的干润滑性和绝缘性能。–Parylene被FDA认可为第VI类高分子材料。–ParyleneN及ParyleneC均已通过美国药典（USP）及ISO-10993生理学测试的要求（急性毒性、皮下毒性、植入性和血溶性要求）。–组织培养实验表明：人类细胞容易在Parylene表面生长–材料表面的显微孔隙往往是各种污染源的驻留地，而Parylene的气相生长的方式就可以有效渗入并逐步填充这些显微孔隙。–在对人体有害的材料表面包敷一层Parylene可防止有害物质析出对细胞组织的损害。–高度可靠，减少了关键器件突然失效的风险。ApplicationParyleneNParyleneCCatheterMandrelsLubricity-FeederTubesCrevicePenetration-LaproscopicDevices-DielectricStrengthAnimalIdentification-BarrierPropertiesCatheters/Stylettes-LubricityOrthopedicHardware-Biocompat.BarrierPressureSensors-Dielectric/BarrierProstheticComponents-Barrier/LubricityStents-Biocompat.BarrierElectronicCircuits-Dielectric/BarrierUltrasonicTransducers-Biocompat.BarrierBoneGrowthStimulators-Biocompat.BarrierCochlearEarImplants-Barrier/DielectricBrainProbes-BiostabilityBloodHandlingComponents-BiostabilityNeedles-BiostabilityCannulae-BiostabilityBonePins-BiostabilityAnalyticalLabTrays-Biostability厚度均匀且高度同形性真空气相沉积的工艺本身就具有其他方法难以比拟的厚度控制精确性和完全的均匀性。这一优势在微电子应用领域尤为突出，完全消除了其他涂层材料所常见的桥接、边缘较薄、堆积、流失等缺陷。由于在真空下以气体的方式沉积，Parylene可以渗入其他材料所不能进入的微细缝隙和孔洞之内，并且孔内和孔口附近的厚度基本相同。无针孔厚度仅为0.1um的Parylene即可实现完整、连续、无针孔的涂层。耐化学、霉菌和细菌侵蚀Parylene在常温下可抵抗任何强酸、强碱及溶剂的侵蚀，还可有效地抑制霉菌及细菌在表面繁殖生长。良好的机械性能Parylene的拉伸强度和屈服强度都很高，对微型电路保护方面具有明显的优势，Parylene可在每一根细小的管线、金属丝、连接表面形成完整的涂层，因此可大大加强上述较脆弱部位的连接强度，显著提高电路的可靠性。并且Parylene厚度很薄，对电路的重量几乎没有影响。热稳定性Parylene在空气条件下130摄氏度可长期使用10年以上，在无氧条件下的长期使用温度为220摄氏度，在低达-200摄氏度的低温环境中，Parylene仍可保持良好的机械性能。无残余应力Parylene在室温条件下聚合成膜，因而涂层中不存在热应力和机械应力，因而对器件原有的性能不会产生影响。颗粒固定加工过程的焊料颗粒、金属线头、陶瓷碎片、玻璃及其他各种细小颗粒均会对器件的安全使用造成隐患，尤其在反复运动的场合或太空失重的条件下，避免各种碎屑、颗粒对器件正常工作的影响就显得十分重要，而表面进行Parylene保护就可以固定加工过程中遗留在任何角落的碎屑，从根本上消除了对器件正常工作的潜在影响。干润滑Parylene的静态及动态摩擦系数均很低（0.25～0.3），与聚四氟乙烯相接近，可大幅降低产品表面的磨损，加上具有的其他材料难以比拟的加工性能，因而可实现良好的干润滑效果，在医用外科器材领域应用广泛。适于灭菌由于Parylene具有良好的热稳定性和化学稳定性，因此可经受常用的灭菌方法（高压灭菌、辐射灭菌、氧化灭菌）而不会影响性能，因而特别适合于医用场合。ParyleneNParyleneCParyleneD环氧树脂ER有机硅树脂SR聚氨酯UR聚丙烯酸酯ARUV介电强度DC(V/mil)700056005500900-10001100140012001200体积电阻W·cm23℃50%RH1.4×10176-8×10161.2×10161012-171015-161011-151013-14表面电阻W101310141016101310131014介电常数60Hz2.653.152.843.5-5.02.7-3.15.3-7.83-41KHz2.653.102.823.5-4.52.6-2.75.4-7.62.5-51MHz2.652.952.803.3-4.02.6-2.74.2-5.23-4介质损耗60Hz0.00020.0200.0040.002-0.010.001-0.0070.015-0.050.02-0.041KHz0.00020.0190.0030.002-0.020.001-0.0050.04-0.060.02-0.041MHz0.00060.0130.0020.03-0.050.001-0.0020.05-0.070.035-0.0561GHz＜0.007杨氏模量Mpa240032002800240072080～800480抗拉强度Mpa45707528～915.6～71.13～7032～77断裂延伸%20～250200103～6100100～10003～85吸水性%24小时＜0.1＜0.1＜0.10.08～0.150.12(七天)0.02～4.50硬度R85R80R80M8