¿Conóces el Parylene-C? Biocompatiblidad, Protección contra la humedad y corrosión
Autor: Armando León
Durante los procesos de fabricación de dispositivos como sensores y circuitos integrados, los materiales como semiconductores, dieléctricos y metales se ven expuestos a diferentes procesos, en los que la integridad física de estos se puede ver alterada y por ende, no es conveniente. En el cuarto limpio de CIDESI Querétaro, contamos con un equipo Chemical Vapor Deposition (CVD) para depositar Parylene-C, este material es un polímero que nos ayuda a proteger los materiales de interés durante el desarrollo del dispositivo.
Si estas interesado en hacer uso de las instalaciones del cuarto limpio de CIDESI Querétaro, no dudes en contactarnos… Puedes visitar el siguiente link para mas información.
Uno de los equipos con el que cuenta el cuarto limpio en CIDESI Querétaro, es un sistema “CVD-Parylene Coater” (Deposito Químico en fase de Vapor) , de la marca Specialty Coating Systems. Este sistema es utilizado por varios usuarios en proyectos de investigación y fabricación de sensores y circuitos integrados, ver Fig.1.
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¿Cómo depositamos películas de Parylene-C?
El Parylene-C se deposita mediante un proceso que se asemeja a los depósitos de materiales en vacío, sin embargo, en esos equipos, como en un Sputtering o un e-beam, el depósito se realiza en condiciones de presión de 10-3 a 10-6 Torr, comúnmente, y para depositar Parylene-C, se requieren presiones alrededor de 0.1 Torr. El depósito es en fase de vapor, por lo tanto, durante el depósito todas las áreas de un objeto se impregnan uniformemente, lo que da como resultado un revestimiento de Parylene-C verdaderamente uniforme, conformal y sin poros .
El proceso de deposición de Parylene-C consta de tres pasos, se describe a continuación.
- Vaporización del dímero sólido, aproximadamente a 150 ° C.
- Pirólisis, el segundo paso es la escisión cuantitativa (pirólisis) del vapor del dímero en los dos enlaces metileno-metileno a aproximadamente 680 ° C, que produce el bi-radical monomérico estable, para-xileno.
- Polimerización, el vapor monomérico entra en la cámara de deposición a temperatura ambiente donde se polimeriza espontáneamente sobre el sustrato. La temperatura del sustrato nunca sube más de unos pocos grados por encima de la temperatura ambiente.
En ningún momento durante el proceso de depósito se genera una fase líquida, por lo tanto, el Parylene-C no sufre los efectos propios de un material líquido que pueden causar acumulación, flujo, arrastre o defectos por efecto de borde. Además, el Parylene-C tampoco contiene solventes, catalizadores o plastificantes que puedan lixiviar o desgasificar el recubrimiento.
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¿Que cualidades tiene el Parylene-C?
El Parylene-C tiene una resistencia dieléctrica superior (5000 voltios/mil a 1 mil), un factor de disipación muy bajo, excelente resistencia mecánica, resistividades de superficie y volumen muy altas y otras propiedades eléctricas superiores que permanecen virtualmente constantes con los cambios de temperatura.
En las aplicaciones comerciales actuales, el Parylene-C se deposita en espesores que varían desde unos pocos nanometros hasta aproximadamente 75 micras, dependiendo de la función que tenga que realizar la película de Parylene-C. Esto proporciona propiedades de barrera física iguales o mejores que el espesor de 2-6 mil de epóxicos, siliconas o recubrimientos convencionales que generalmente requieren múltiples aplicaciones para eliminar los poros.
El Parylene-C no requiere catalizador o solventes, lo que elimina las preocupaciones ambientales. Debido a los coeficientes muy bajos de fricción estática y dinámica, que son prácticamente iguales, el Parylene-C puede servir como un lubricante de película seca que ayuda mucho en dispositivos como servomotores en miniatura, donde el arranque puede ser un problema. El Parylene-C sirve para múltiples propósitos, incluido el aislamiento eléctrico, la humedad y el aislamiento químico, la protección mecánica, la lubricidad mejorada y la consolidación de la superficie para evitar la descamación o el polvo.
En la Tabla 1 te mostramos las principales propiedades eléctricas, de barrera, mecánicas, y térmicas del Parylene-C. Estas propiedades se comparan con las reportadas para otros materiales de revestimiento conformales tales como epóxicos, acrílicos y siliconas.
Una de las características del recubrimiento de Parylene-C es que se pueden depositar capas extremadamente delgadas. Incluso en capas muy delgadas, tienen excelentes voltajes dieléctricos. También se ha demostrado que la ruptura del voltaje por unidad de espesor aumenta al disminuir el espesor de la película. Además, la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR) se compara con la de otros materiales de revestimiento conformales. En este caso, la WVTR para el Parylene-C es superior a los materiales poliméricos comunes con lo cual se disminuye la corrosión superficial y la salinización.
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Aplicaciones del Parylene-C
Los recubrimientos conformales se utilizan en un amplio espectro de industrias, incluyendo electrónica, dispositivos médicos, automotriz, militares y aeroespaciales. Se usan para protección, bioestabilidad y modificación de la superficie para mejorar la confiabilidad general del ensamblaje de componentes o producto final. En el cuarto limpio de la Direccíon de Microtecnologías, usamos la mayoria de las veces los recubrimientos de Parylene-C como película protectora de semiconductores, dieléctricos y metales, que se podrían ver afectados durante los procesos de ataques con ácdos o plasma que son bastante utilizados durante la fabricación de disositivos.
a) Dímero precursor del Parylene-C. 
b) Preparacíon de equipo antes de depositar. 
c) Películas de Parylene-C. 
d) Usuario durante el proceso de deposito de Parylene-C. 
e) Película protectora de semiconductores y metales utilizados en transistores de película delgada y sensores de temperatura.
A continuación te mostramos con detalle algunas de las aplicaciones utilizadas en la industría
- Industria electrónica: El recubrimiento de Parylene-C es conformal y uniforme, lo que garantiza una cobertura completa de placas de circuitos, núcleos de ferrita y otros paquetes electrónicos, como MEMS, tecnologías de laboratorio en un chip (lab-on-a-chip) y sensores, en la Dirección de Microtecnologías tenemos corriendo proyectos en los últimos tres dispositivos mencionados. Se ha demostrado que los recubrimientos de Parylene-C mitigan la formación de bigotes metálicos (Metallic Whiskers), erupciones de formas extrañas de materiales y dendritas. Ver Fig. 4 a).
b) Industria Medica 
c) Industria Automotriz 
c) Industria Aeroespacial 
a) Industria Electrónica
Industria médica: El Parylene-C es reconocido por la Food and Drug Administration (FDA) y proporcionan una modificación de superficie ideal para dispositivos implantables y no implantables, como un catéter, sello, implantes cocleares, herramientas quirúrgicas, marcapasos y componentes. El recubrimiento protege los dispositivos y componentes de biofluidos de humedad y biogás y sirve como una superficie biocompatible para el contacto con los tejidos. Ver Fig. 4 b).
Industria automotriz: el recubrimiento de Parylene-C protege sensores críticos, placas de circuitos y otros componentes electrónicos utilizados en automóviles de consumo, así como motores y sistemas de servicio pesado. Los recubrimientos proporcionan una barrera contra los productos químicos agresivos, fluidos y gases a altas temperaturas y durante el uso prolongado. Ver Fig. 4 c).
Industria aeroespacial: Este polímero ofrece una protección inigualable para muchas aplicaciones militares y aeroespaciales, incluidos vehículos y equipos de defensa para programas espaciales internacionales. Los recubrimientos proporcionan barreras confiables contra elementos como polvo, arena, humedad y agentes químicos y biológicos. Ver Fig. 4 d).
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El equipo de la Dirección de Microtecnologías (DMT)
Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (CIDESI)