Parylene – vom Packaging zum Substratmaterial
Das Material Parylene wird bislang vor allem als Schutz vor unerwünschten Eigenschaften für das Packaging beziehungsweise für die Verkapselung eingesetzt. Doch auch als Substratmaterial kann Parylene überzeugen, beispielsweise für flexible Elektronik oder Sensorikanwendungen.
Bild 1. Nachweis der Konformität im Rasterelektronenmikroskop an Querschliffen von mit 600 nm Parylenebeschichteten Siliziumsäulen
Als Packaging-Material für mikrosystemtechnische Komponenten bietet Parylene vielfältige Einsatzmöglichkeiten: von der Verkapselung und dem Schutz von medizinischen Implantaten und Leiterplatten bis hin zu Komponenten für die Raumfahrt. Durch die Kombination mit mikrotechnologischen und additiven Prozessen lassen sich die Anwendungsfelder darüber hinaus erheblich erweitern – bis hin zur Verwendung von Parylene-Folien als Substratmaterial. Anhaltende Trends in der Mikrosystemtechnik sind Miniaturisierung und Funktionserweiterung. Diese bilden die Grundlage für die Erschließung neuer Anwendungsgebiete. Dazu müssen leistungsfähigere Materialien integriert werden.
Abscheidung und Eigenschaften von Parylene
Parylene ist eine Polymerfamilie auf Basis des Poly-para-xylylen. Durch Substitution der aromatischen und aliphatischen Wasserstoffatome lassen sich verschiedene Parylene-Typen erzeugen, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden. Kommerziell sind derzeit fünf verschiedene Typen etabliert, bei denen unter anderem die Temperaturbeständigkeit variiert. Bedingt durch seine lineare Struktur lässt sich Parylene den Thermoplasten zuordnen.
Die Beschichtung mit Parylene erfolgt mittels der chemischen Gasphasenabscheidung (engl. Chemical Vapor Deposition, CVD) in dem nach seinem Erfinder benannten Gorham-Prozess. Dabei werden die Monomere, das heißt, die einzelnen Bausteine des späteren Polymers, durch die Spaltung von kommerziell verfügbaren Präkursoren erhalten. Die Schicht selbst wird aus der Gasphase abgeschieden. Es ergibt sich eine sehr homogene und konforme Schichtdicke, wie Untersuchungen an Querschliffen von beschichteten dreidimensionalen Substraten im Rasterelektronenmikroskop belegen (Bild 1).
Ein weiterer Vorteil ist die Polymerisation auf den zu beschichtenden Substraten bei Raumtemperatur. Hierdurch werden auftretende intrinsische Schichtspannungen minimiert. Mit dem Abscheideprozess lässt sich eine Vielzahl verschiedener Substrate beschichten. Das einzige limitierende Kriterium ist die Stabilität des Substrates gegenüber dem bei der Beschichtung herrschenden Vakuum. Um die Haftung auf verschiedenen Substratoberflächen zu verbessern, können entsprechende Oberflächenbehandlungen eingesetzt werden. Selbst auf schwierigen Untergründen wie Metallen verspricht dies zufriedenstellende Haftungsergebnisse.
Alle Parylene-Typen sind elektrische Isolatoren mit Durchschlagfestigkeiten von mehr als 2 MV/cm und können daher als Isolationsschichten eingesetzt werden. Weiterhin haben alle Parylene-Typen hydrophobe Oberflächeneigenschaften. Parylene ist transparent im sichtbaren Bereich des Lichts und besitzt einen mit Flintglas vergleichbaren Brechungsindex. Der spezielle Typ Parylene AF4 ist beständig gegenüber UV-Licht. Zusätzlich verfügt er über einen geringen Reibungskoeffizienten.
Alle Parylene-Typen weisen eine im Vergleich zu anderen Polymeren geringe Permeabilität für Wasser und Gase auf. In Kombination mit seiner chemischen Stabilität gegenüber allen gängigen Säuren, Basen und Lösemitteln ergeben sich breite Anwendungsmöglichkeiten für die Verkapselung.
Einige Parylene-Typen sind nach ISO 10993-1 zertifiziert biokompatibel und biostabil. Somit können sie für die Beschichtung von medizinischen Geräten und Implantaten eingesetzt werden, um für Letztere wechselseitige Kontaminationen von und mit Körperflüssigkeiten zu verhindern. [...]
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