Parylène – chimie, types et propriétés

Le parylène est déposé par un procédé CVD (dépôt chimique en phase vapeur) en trois étapes, réalisé sous vide. Ce procédé unique, sans solvant ni catalyseur, à température ambiante, permet un revêtement uniforme de toutes les surfaces, y compris les géométries 3D complexes, les cavités et les sous-surfaces.

Le procédé de revêtement de parylène est un procédé CVD sous vide en trois étapes. Chaque étape présente des caractéristiques thermodynamiques et cinétiques distinctes.

Stage 1 — Sublimation du Dimère (Vaporisation)

~150 °C · sous vide

Le dimère solide (poudre de di-para-xylylène) est chauffé jusqu'à sublimation, passant directement de la phase solide à la phase gazeuse sans passer par l'état liquide.

Stage 2 — Clivage pyrolytique (Cracking)

~680 °C · four tubulaire

Le dimère gazeux passe dans un four à haute température qui rompt la liaison C–C centrale du dimère, produisant deux radicaux monomères de para-xylylène hautement réactifs.

Stage 3 — Déposition et polymérisation

Chambre de déposition à température ambiante

La vapeur de monomère pénètre dans la chambre à température ambiante. En se condensant sur toutes les surfaces, elle polymérise spontanément, formant molécule par molécule un film continu.

Cette polymérisation de surface en phase vapeur ne nécessite ni solvant, ni initiateur, ni catalyseur, et se déroule à température ambiante sur le substrat. Le film obtenu est d'une pureté exceptionnelle (>99,9 % en poids), exempt de défauts, et se développe simultanément sur toutes les surfaces exposées, quelle que soit leur géométrie, y compris les cavités, les interstices capillaires et les faces inférieures des composants, une conformité qu'aucun revêtement liquide ne peut égaler.

Cinq qualités sont disponibles, chacune résulte d'une modification de la structure chimique de base par substitution d'atomes d'hydrogène par des halogènes (chlore, fluor) ou d'autres groupes fonctionnels.

• Le Parylène N est le membre fondateur de la famille, composé uniquement de carbone et d'hydrogène. Sa structure linéaire hautement cristalline lui confère l'indice de réfraction le plus bas et la meilleure pénétration dans les crevasses de toutes les qualités.
• Le Parylène C est le grade le plus couramment utilisé dans l'industrie. L'ajout d'un atome de chlore en position 2 du cycle aromatique améliore considérablement la barrière à l'humidité et aux gaz corrosifs par rapport au grade N, tout en conservant d'excellentes propriétés diélectriques.
• Le Parylène D contient deux atomes de chlore (positions 2 et 5). Cette double substitution lui confère une résistance thermique supérieure à celle du grade C, au prix d'une constante diélectrique légèrement plus élevée. Il est utilisé pour les applications exposées à des températures élevées et prolongées.
• Dans le Parylène VT4, les quatre atomes d'hydrogène du cycle aromatique sont remplacés par du fluor, les ponts méthylène (–CH₂–) restant inchangés. La fluoration du cycle diminue sensiblement l'énergie de surface du polymère, réduit la section efficace d'absorption UV du chromophore aromatique et passive le cycle contre les attaques électrophiles.
• Le Parylène AF4 est fluoré : les atomes d’hydrogène du groupe –CH₂– sont remplacés par des atomes de fluor. Cette modification lui confère une stabilité thermique exceptionnelle (jusqu’à 450 °C en pic) et une excellente résistance aux UV, ainsi qu’un coefficient de frottement extrêmement faible. Il s’agit de la qualité la plus performante pour les applications aérospatiales, spatiales et biomédicales exigeantes.
• Les revêtements composites multicouches associent du parylène à de fines couches de céramique déposées par PECVD ou ALD (dépôt de couches atomiques), telles que l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃), le dioxyde de silicium (SiO₂) ou le dioxyde de titane (TiO₂). Ces architectures hybrides réduisent le taux de transmission de la vapeur d'eau (WVTR) de plusieurs ordres de grandeur par rapport au parylène seul.