Parylen – Chemie, Arten und Eigenschaften

Parylen wird in einem dreistufigen CVD-Verfahren (chemische Gasphasenabscheidung) unter Vakuum abgeschieden. Dieses einzigartige, lösungsmittel- und katalysatorfreie Verfahren ermöglicht bei Raumtemperatur eine gleichmäßige Beschichtung aller Oberflächen, einschließlich komplexer 3D-Geometrien, Hohlräume und Suboberflächen.

Das Parylen-Beschichtungsverfahren ist ein dreistufiges Vakuum-CVD-Verfahren. Jede Stufe weist spezifische thermodynamische und kinetische Eigenschaften auf.

Stufe 1 — Dimersublimation (Verdampfung)

~150 °C · unter Vakuum

Das feste Dimer (Di-para-Xylylol-Pulver) wird erhitzt, bis es sublimiert und dabei direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht, ohne den flüssigen Zustand zu durchlaufen.

Stufe 2 — Pyrolytische Spaltung (Cracking)

Das Dimergas durchläuft einen Hochtemperaturofen, der die zentrale C–C-Bindung des Dimers aufbricht und so zwei hochreaktive para-Xylylen-Monomerradikale erzeugt.

Phase 3 – Abscheidung und Polymerisation

Der Monomerdampf tritt in die Kammer mit Raumtemperatur ein. Beim Kondensieren an allen Oberflächen polymerisiert er spontan und wächst Molekül für Molekül zu einem durchgehenden Film heran.

Diese Dampfphasen-Oberflächenpolymerisation benötigt weder Lösungsmittel noch Initiator oder Katalysator und findet bei Raumtemperatur auf dem Substrat statt. Der resultierende Film ist außergewöhnlich rein (>99,9 Gew.-%), fehlerfrei und wächst unabhängig von der Geometrie gleichzeitig auf allen exponierten Oberflächen, einschließlich Einbuchtungen, Kapillarspalten und Bauteilunterseiten – eine Konformität, die mit flüssig aufgetragenen Beschichtungen nicht erreicht werden kann.

Fünf Qualitäten sind im Handel erhältlich. Jede entsteht durch eine Modifizierung der chemischen Grundstruktur durch Substitution von Wasserstoffatomen durch Halogene (Chlor, Fluor) oder andere funktionelle Gruppen.

• Parylen N ist das erste Mitglied der Familie und besteht ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Seine hochkristalline, lineare Struktur verleiht ihm den niedrigsten Brechungsindex und die beste Spaltpenetration aller Sorten.
• Parylen C ist die industriell am häufigsten verwendete Sorte. Die Einführung eines Chloratoms an Position 2 des aromatischen Rings verbessert die Barrierewirkung gegen Feuchtigkeit und korrosive Gase im Vergleich zu Sorte N deutlich, während gleichzeitig die hervorragenden dielektrischen Eigenschaften erhalten bleiben.
• Parylen D enthält zwei Chloratome (Positionen 2 und 5). Diese doppelte Substitution bietet eine höhere Wärmebeständigkeit als Parylen C, allerdings auf Kosten einer etwas höheren Dielektrizitätskonstante. Es wird für Anwendungen eingesetzt, die dauerhaft hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
• Bei Parylen VT4 sind alle vier Wasserstoffatome des aromatischen Rings durch Fluor ersetzt, wobei die Methylenbrücken (–CH₂–) unverändert bleiben. Die Ringfluorierung senkt die Oberflächenenergie des Polymers deutlich, verringert den UV-Absorptionsquerschnitt des aromatischen Chromophors und passiviert den Ring gegen elektrophile chemische Angriffe.
• Parylen AF4 ist fluoriert: Die Wasserstoffatome der –CH₂–-Gruppe werden durch Fluoratome ersetzt. Diese Modifizierung verleiht dem Material eine außergewöhnliche thermische Stabilität (bis zu 450 °C Spitzentemperatur) und UV-Beständigkeit sowie einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten. Es ist die fortschrittlichste Sorte für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Biomedizin.
• Mehrschichtige Verbundbeschichtungen kombinieren Parylen mit dünnen, mittels ALD (Atomlagenabscheidung) aufgebrachten Keramikschichten, wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumdioxid (SiO₂) oder Titandioxid (TiO₂). Diese Hybridstrukturen reduzieren die Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) im Vergleich zu reinem Parylen um mehrere Größenordnungen.