Zabezpieczenie PCB dla naprawdę wymagających, czyli powłoki parylenowe

Zalety powlekania parylenem

• Parylen w czasie aplikacji nie przechodzi w fazę ciekłą. Utworzone przez niego powłoki zabezpieczające są naprawdę konformalne – czyli mówiąc prostszym językiem ciągłe, o jednolitej kontrolowanej grubości. Jeśli powłoka parylenu przekracza 0,5 μ, jest całkowicie pozbawiona porów.
• Powłoka parylenowa doskonale penetruje tak wąskie przestrzenie, jak 0,01mm.
• Warstwę zabezpieczającą parylenu tworzy się w temperaturze pokojowej, co oznacza, że ​jest to proces pozbawiony stresu temperaturowego.
• Parylen jest chemicznie i biologicznie obojętny i stabilny, tworząc doskonały materiał barierowy.
• Parylen ma doskonałe właściwości elektryczne: niską stałą dielektryczną, niskie straty sygnału o wysokiej częstotliwości, dobrą wytrzymałość dielektryczna oraz wysoką oporność powierzchniową i całkowitą
• Parylen ma dobrą wytrzymałość termiczną: Parylen C działa w normalnej atmosferze bez znaczącej utraty właściwości fizycznych przez 10 lat w 80°C, a w warunkach braku tlenu do temperatur powyżej 200°C. Zatwierdzenie przez FDA urządzeń powlekanych parylenem jest dobrze udokumentowane. Powłoki są zgodne z wymaganiami USP Class VI Plastics i są na liście MIL-I-46058C / IPC-CC-830B.
• Powłoka parylenowa posiada doskonałe właściwości mechaniczne, w tym wysoką wytrzymałość na rozciąganie.
• Parylen jest stabilny w bardzo szerokim zakresie temperatur (-200'C do +200'C)
• Powłoka parylenowa zapewnia doskonałą barierę, charakteryzującą się bardzo niską przepuszczalnością wilgoci i gazów.
• Powłoki parylenowe są doskonale przylegające, mają jednolitą grubość i są pozbawione porów. Osiąga się to dzięki unikalnemu procesowi polimeryzacji z osadzaniem pary, w którym powłoka jest tworzona z gazowego monomeru bez pośredniego etapu ciekłego. W rezultacie konfiguracje komponentów z ostrymi krawędziami, punktami, płaskimi powierzchniami, szczelinami lub odsłoniętymi powierzchniami wewnętrznymi są pokrywane jednolicie i bez pustych przestrzeni (obrazuje to rysunek poniżej).

Źródło: 'Protecting Sensors in Harsh Environments with Parylene' Autor: Alan Hardy, Specialty Coating Systems

Proces aplikacji

Powłoka Parylenowa jest nakładana w procesie osadzania pary na powlekany substrat. W zależności od rodzaju powłoki i jej wymaganej grubości, typowe szybkości osadzania parylenu wynoszą około 0,2/mil na godzinę, więc cykl pracy maszyny może wahać się od zaledwie 1 godziny do ponad 24 godzin. Proces rozpoczyna się od surowego dimeru - bardzo prostych związków chemicznych - w stanie stałym (są to: Parylene C, Parylene N, Parylene D, Parylene AF-4 lub inne warianty) umieszczonego w elemencie załadowczym, który następnie umieszcza się w waporyzatorze, sekcji odpowiedzialnej za nadanie związkom postaci parowej. Surowy dimer jest podgrzewany w temperaturze 100-150°C. W tym czasie para jest wciągana pod wpływem próżni do pieca i podgrzewana do bardzo wysokich temperatur, co pozwala na sublimację i rozszczepienie cząsteczki na monomery. Monomerowy gaz jest w dalszym ciągu wciągany przez próżnię i kierowany na pożądane podłoże w temperaturze otoczenia w komorze powlekającej.

Ostatnim etapem procesu osadzania parylenu w tzw. ‘zimnej pułapce’. Wymrażarka jest chłodzona do temperatury od -90º do -120º C i jest odpowiedzialna za usuwanie wszystkich pozostałości materiałów parylenowych, wciągniętych do komory powlekania (cały proces jest przedstawiony na rysunku poniżej).

Źródło: © VSI Parylene

Proces osadzania parylenu jest stosunkowo prosty do zrozumienia, ale trudny do opanowania. Dokładne zrozumienie procesu jest kluczem do kontrolowania grubości i zapewnienia udanego cyklu powlekania.

Metody poprawy przyczepności warstwy parylenu

Parylen w procesie aplikacji nie przywiera chemicznie, a jedynie mechanicznie do danego podłoża. Aby poprawić adhezję parylenu do szerokiej gamy podłoży, stosuje się różne metody modyfikacji powierzchni za pomocą promotorów adhezji. Metody promocji adhezji są zwykle stosowane przed właściwym procesem powlekania, jednak niektóre z nich można zaimplementować podczas samego procesu.

Największym czynnikiem wpływającym na adhezję parylenu (lub dowolnej powłoki konformalnej) jest czystość powierzchni. Zanieczyszczenia na podłożu, które nagromadziły się we wszystkich fazach produkcji, a także przenoszenia i transportu, mogą powodować bardzo słabą przyczepność i pogarszać ogólną jakość powłoki. Zdecydowanie zaleca się oczyszczenie podłoża przed powlekaniem. Myciu podłoży w elektronice poświęciliśmy specjalny cykl artykułów, dostępny tutaj