微米和纳米科技材料

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

Parylene(中文称:派瑞林、聚对二甲苯,或派拉伦)是对一系列独特的高聚物的一个通常的称呼。这个家庭中基本的成员称作Parylene,即聚对二甲苯,是一种完全线性的高度结晶结构的材料。

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,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 N是一种很好的介电材料,具有非常低的介质损耗、高绝缘强度以及不随频率变化的介电常数。它是所有Paryleng中穿透能力最高的一种。

Parylene C,是系列中第二个具有商业价值的成员。它由相同的单体制成,只是将其中一个芳香烃氢原子用一个氯原子所取代了。Paryleng C将良好的电性能,物理性能结合在一起,并且对于潮湿和其它腐蚀性气体具有低渗透性。除了可以提供真正的无针孔覆形隔离外,Paryleng C是涂敷重要电路板的首选材料。

Parylene D,是系列中的第三个成员,它由相同的单体制成,只是将其中两个芳香烃氢原子被氯原子取代。Parylene D的性质与Parylene C相似,但是具有更高的耐热能力。

Parylene HT(SCS)该材料具有更低的介电常数(即透波性能好)、好的稳定性和防水、防霉、防盐雾性能.短期耐温可达450摄氏度,长期耐温可达350摄氏度,并具有强的抗紫外线能力.更适合作为高频微波器件的防护材料.

Parylene类型

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

Parylene N

Parylene C

是一种很好的介电材料,具有非常低的介质损耗、是系列中第二个具有商业价值的成员。

高绝缘强度以及不随频率变化的介电常数。

它由相同的单体制成,只是将其中一个芳香烃氢原

它是所有Parylene中穿透能力最高的一种。

子用一个氯原子所取代了。

很好的自润滑性。摩擦系数为0.25.

综合了优良的介电性能和物理机械性能,对潮湿和

符合ISO-10993生物试验要求。

腐蚀性气体有最低的渗透性。

符合UDP第六类塑料的生物试验要求。

可以提供真正的无针孔覆形隔离。

满足美军标MIL-46058C,是涂敷重要电路板的首选

材料。

符合ISO-10993生物试验要求。

符合UDP第六类塑料的生物试验要求。

Parylene D

Parylene HT(SCS)

是系列中的第三个成员.

具有更低的介电常数(即透波性能好)。

它由相同的单体制成,只是将其中两个芳香烃氢原

好的热稳定性,长期可在350摄氏度使用,短期可

子被氯原子取代。

在450摄氏度使用。

较高温度下仍有优良的介电性能和物理机械性能.

防水、防霉、防盐雾性能强。

有较高的热稳定性。

是更好的高频微波器件的防护涂层。

迄今为止,强的自润滑性,最小的动静态摩擦系数,

而且优于特氟龙

涂层的润滑性。

符合ISO-10993生物试验要求。

符合UDP第六类塑料的生物试验要求。

一、Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)适用于医疗器械之优点

Parylene符合ISO-10993生物试验要求

Parylene符合FDA G95-1

Parylene符合(RoHS)2002/95/EC

生物兼容性和生物稳定性极佳的防化学物、防潮、超强绝缘及防电子阻隔性能、较好的机械强度,耐用且附着良好微米级涂层厚度均匀可控,可控制厚度降低500A

干膜润滑性

良好光学性能

本身无毒,无副产物

可承受常规消毒

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

Parylene能适用于多种应用,如骨钉、临时手术器械、替换型器件、导尿管、制动器、探针、针头及耳蜗植入器。

1. 压力传感器——敏感的电子器件如血压传感器,只需沉积少量Parylene就能充分绝缘,而且少量保护涂层不会明显改变这些器件的操作。

2. 心脏辅助器——如心脏起搏器及电震发生器中的精密电子线路,用Parylene封住可以防止其受到生物液体的腐蚀。Parylene也用于保护这些器件的金属外壳。

3. 替代性器件——金属器械如复原型人造器件,能用Parylene沉积保护从而消除与显微疏松有关的问题,并对生物液体腐蚀提供保护。

4. 骨针——Parylene用于保护骨钉和外科器械不受腐蚀,并提供润滑性无需降低尺寸限制。

5. 电子线路——复杂表面贴装及混合电子线路用Parylene沉积后能保护其不受水及化学物品侵蚀并提供良好介电性能。

6. 导尿管——模压制造的器件如导尿管用Parylene沉积保护后可以提供良好的润滑性并防止生物液的腐蚀。

7. 超声波换能器——用于观测血管内壁微型传感器,用Parylene沉积后,能避免腐蚀及绝缘击穿。

8. 芯棒——用于制造导尿管的精确线型。用Parylene沉积保护,Parylene的低摩擦系数有利于制造,它的一致性涂敷性能保证了最终产品的质量。

9. 骨质生长刺激器——用Parylene可使此器件与生物液体隔离,避免腐蚀。人体细胞易于在Parylene沉积表面增长形成相同结构的薄层组织。

10. 脑部探针——用Parylene可使脑部刺激探针表面润滑,并可使其进行选择性绝缘。

11. 针头——Parylene沉积在针头的外部及内部表面封住金属的显微疏松,并形成一个光滑无气孔的表面。从而减少附着污物的可能性。ParyleneN的渗透力使其非常溶易在内部表面渗透形成保护层。

12. 套管——用于剖腹手术的精密器械,如有导电金属轴的灼烧套管。用Parylene沉积绝缘后指导射频能量达到尖部的准确区域。

二、Parylene电气性能

1.薄膜绝缘性能

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

ParyleneC和ParyleneN的薄膜击穿电压

Parylene的特性之一是它们可以形成极薄的膜层。ParyleneN薄膜和C薄膜的直流击穿电压被确定与高聚物厚度有一定的关系。图3画出了相关的曲线。对于5个微米(0.0002inch)以下的薄膜,这方面的性能ParyleneC要强于ParyleneN。这些数据表明,两种Parylene材料都具有很好的绝缘性能,即使厚度小于1个微米。随着厚度的减小,单位厚度的击穿电压一般将升高。

2.电路板绝缘阻抗

Parylene是一种具有优异性能的敷形涂层材料,问世后首先在电子领域得到了应用。1972年列入美军标46058C允许作为军用印刷电路板的敷形涂层材料,涂层厚度为0.0005-0.002英寸。

作为电子电路的防护涂层,Parylene不需另加防霉剂,本身防霉能达零级。在盐雾实验中,与其它涂层相比,Parylene防护的电路电阻几乎不下降,其它涂层则都有较大的下降。很薄的Parylene涂层能提供优异的防护性能,还有利于电路板工作热量的消散,因此作为防护涂层Parylene能使电路具有更高的可靠性,特别是小型高密集度电子电路的防护,Parylene更显示出其独到的优势。

关于Parylene涂层提供的保护能力的一项关键的测试是将电路板上测试对象进行涂敷(如同MIL-I=46058C所描述的),并且在一种温度——湿度循环下进行绝缘阻抗测试(MIL-STD-202,方式106和方式302)。

简而言之,这项测试包括10个循环周期(每天一个循环),每天循环包括7个步骤。这7个步骤的范围从低温度低湿度(25℃,50℅RH)到更加苛刻的条件(65℃,90℅RH).10天中每个循环都以65℃,90℅RH这一步作为最初读数,如图3:

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

图3.ParyleneC涂敷电路板交变湿热试验绝缘电(欧姆)MIL-STD-202方法302

对于ParyleneC的厚度从0.002英寸到0.0001英寸的测试结果如表2.很有意思的是,即使对于非常薄的涂层(0.0001英寸),绝缘阻抗值也比规定的规格高出一个数量级。

3.介电性能

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

Parylene介电性能与温度的关系

Parylene还具有极好的介点性能。由于其高介电强度,它们可被制作成连续薄膜,并不含传统涂层所有的缺陷和填充剂;缺陷和填充剂都可以减少介电强度。

三、Parylene的物理和机械性能

由于高的分子量(~500,000)和高的熔点以及结晶性,Parylene不能通过传统的方法例如挤压成形或铸造来形成。在175℃以下时,熔点有机或其它溶剂的能力极低,所以不能通过浇铸来形成。

当Parylene高聚物由测试面板支撑时,冲击阻抗比较高。涂敷在“Q”钢板上的厚度为0.001英寸的ParylengC在Gardner落球撞击测试的结果在250in-lb的范围内。

磨耗性能(用Taber磨损机测试,使用1000克的“Calibrase”轮),ParyleneC为22.5,ParyleneN为8.8.比较而言,聚四氟乙烯为8.4,高冲击聚氯乙烯为24.4,环氧树脂为41.9,聚氨酯为59.5.

四、热性能、低温和真空特性

1.热性能

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

图—Parylenes N、C和D受温度影响后的有效使用寿命。失效=拉伸强度降低50%

根据Arrhenius外推法的数据,ParyleneC预计可以暴露在持续100℃的空气下10年(100,000小时)。在无氧的气体环境或者在真空状态下,Parylene估计可以暴露在220℃的温度下持续相同的时长。在所有的情况下,高温降低使用寿命。如果应用的环境要求接近或者超过了这个时长——温度——空气环境,建议用更接近实际使用环境的条件进行全部的测试。

Parylene可以经过韧化来提高击穿阻抗,提高硬度及改进摩擦阻抗。这是密度和结晶度提高的结果。

2.低温性能

用ParyleneC涂敷的钢板,在–160℃的液氮中冷却,在Gardner落体试验中可以承受超过100in-lb的冲击。相比之下,室温下为250in-lb。无支撑的0.002英寸的ParyleneC薄膜在–165℃下可以弯折180°6次才失效。相比胶而言,聚乙烯、聚氨酯和聚四氟乙烯分别为3次、2次和1次。从2°(–271℃)到室温环境的过程对电气和物理性能都没有影响。对于ParyleneC的厚度从0.002英寸到0.0001英寸的测试结果如表2.很有意思的是,即使对于非常薄的涂层(0.0001英寸),绝缘阻抗值也比规定的规格高出一个数量级。

3.真空稳定性

在喷气推动实验室中进行的真空测试显示,在120℉和10-6torr下,ParyleneC的整体质量损失为0.12℅,ParyleneN的整体质量损失为0.30℅.对于两种髙聚物,挥发可收集物小于0.01℅(测试灵敏度的极限)。

五、隔离特性和化学抵抗能力

1.隔离特性

与其它涂层相比涂层更薄,聚对二甲苯可提供一种无孔屏障,防止遭受液体、潮气、化学物品和常见气体的侵蚀。

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离子渗透与涂层厚度的关系

见上图,这些阻隔性能通过一系列涂敷和非涂敷橡胶试验进行了证实。试样在一摩尔浓度的盐酸中高压加热一小时,然后分析酸液提取物中的钙、铝和锌成分,这些金属已知存在于橡胶的添加剂中。清楚地显示了试样上的Parylene涂层大大减少了对这些金属的提取。

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表:Parylene的耐溶剂性

5-1.5mil薄膜室温下浸入各种溶剂90分钟后产生的厚度变化(红外法测量)

在室温环境下,Parylene可以抵抗化学物质的侵袭,并且在150℃下不溶于所有的有机溶剂。ParyleneC在175℃时可以溶解与氯中,而ParyleneN在溶剂的熔点(265℃)时可溶。两种高聚物都可以抵抗大多数溶剂的侵袭。同时,它们也不受像Hostepal

, Igepal

和柠檬油这类的应力裂解溶剂的影响。

六、光学特性,辐射性和抵抗天气变化的能力

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

1.光学特性

Parylene在可见光的范围内吸收得很少,因此是透明无色的。无色透明的薄膜可用于光学器件、可擦性光电储存器件和静电复印器件。在低于280微米时,ParyleneN和ParyleneC的吸收都很强。所有的Paryleng在至少60微米的波长下都相对没有特性(除了一些峰值特性以外)。图5,6和7表示1个mil薄膜的红外光谱。

2.放射性和气候变化抵抗能力

在真空中,ParyleneN,C和D薄膜表现出很高的抵抗伽玛射线衰变的能力。张力和电气性能在1.6Mr/h的剂量率下加到100Mr之后仍旧保持不变。虽然Parylene在室内稳定,但建议不要在室外阳光直接照射的环境下长期使用。

七、生物兼容性和生物稳定性

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

Parylene(聚对二甲苯,派瑞林)N,C和HT(SCS)符合ISO-10993生物试验要求。试验包括细胞毒性、致敏作用、皮内刺激性、急性系统性毒性、植入(对于C需要1、12和26周;对于N和Parylene HT需要1和12周)和血溶性试验。在试管组织培养研究中表明,人类细胞类型容易在Parylene C涂敷表面增生。Parylene N和C已被证明符合USP Class VI(UDP第六类塑料的生物试验要求)。

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

Parylene N,C通过美国药典第六类塑料的认定Parylene在美国食品药物管理局(FDA)注册了仪器和药物控制文件(Device and Drug Master Files)。这些文件包括有关Parylene的生物研究结果,可供所有Parylene商业涂敷客户作为参考。

八、Parylene润滑性

Parylene具有极好的干膜润滑特性。涂层可大大地改进了橡胶等产品的表面润滑性。根据ASTMD1984方法,相对静止物体分别测得Parylene HT(SCS)、N和C的摩擦系数(COF)为0.15、0.25和0.29。

Parylene(派瑞林、聚对二甲苯)涂层——世界最顶级防护涂层

橡胶涂敷Parylene后的摩擦系数

九、Parylene主要性能表

下表列出了ParyleneN,C,D的电气机械、热、隔离、光学和其它性能。这些性能可以一其它的涂敷材料如环氧树脂、有机硅、聚氨酯等进行比较。

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