Parylene-Beschichtung für Magnete
Wir verwenden die Parylene-Beschichtung zum Schutz von Neodym-Magneten, insbesondere von winzigen Magneten für medizinische Anwendungen sowie für verschiedene elektrische, medizinische und gewerbliche Produkte. Ihre Breite variiert in der Regel zwischen 100 Nanometern und 1 Millimeter.
In der Regel tragen wir es mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf. Bei diesem Verfahren wird das Polymer zunächst verdampft und anschließend als dünne, homogene Schicht auf die Oberfläche des Materials aufgebracht.
Parylene lässt sich hervorragend an komplexe Formen und Strukturen anpassen. Einer seiner Hauptvorteile besteht darin, dass es für verschiedene Oberflächen geeignet ist. Außerdem verfügt es über hervorragende elektrische Abschirmungseigenschaften und ist unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit, Giftstoffen und ultravioletter Strahlung.
In der Fertigungsindustrie setzen wir häufig Parylene-Beschichtungen ein, um elektrische Geräte vor Rost, Feuchtigkeit und mechanischen Beschädigungen zu schützen sowie Kabelbinder, Steckverbinder und andere Komponenten abzudichten und zu sichern. Aufgrund ihrer Biokompatibilität und ihrer Fähigkeit, vor Krankheiten zu schützen, finden sie auch im medizinischen Bereich häufig Anwendung bei medizinischen Geräten und Prothesen.
Grundlagen der Parylene-Beschichtung
Das Parylene-Beschichtungsverfahren basiert auf einem Partikel im Verdampfungsofen der Beschichtungsanlage. Die feste Substanz wird unter Druck bei 150 °C (302 °F) biochemisch in einen gasförmigen Zustand umgewandelt.
Die diffuse Substanz wird anschließend durch Hochtemperaturpyrolyse bei 650–700 °C (1.202 °F – 1.292 °F) in flüchtige Moleküle aufgespalten. Die atmosphärischen Monomere werden mittels CVD bei Raumtemperatur im Nanobereich aufgebracht und polymerisiert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Parylene-Beschichtungen in großem Umfang zur Verbesserung der Sicherheit in den Bereichen Luftfahrt, Mikroelektronik, Transistoren, Sensoren, magnetische Werkstoffe, medizinische Geräte, Konservierung von Kulturgütern und anderen Bereichen eingesetzt werden.
Eigenschaften der Parylene-Beschichtung
Das Aufdampfverfahren zur Parylene-Beschichtung weist die nachfolgend aufgeführten einzigartigen Schutzeigenschaften auf.
- Gute Beständigkeit gegen Salznebel und Oxidation, und Luftfeuchtigkeit
- Kein Härtungswärmestress
- Keine negativen Auswirkungen auf die magnetischen Eigenschaften
- Nahezu gleichwertig, gute Anpassungsfähigkeit an komplexe Formen
- Kann winzige Löcher und Spalten ausfüllen
- Keine Nadellöcher und “Sandlöcher” sowie sonstige Beschichtungsfehler
- Ultradünne und widerstandsfähige Isolierbeschichtung: eine Schicht von 5–Eine Mikrometer-Beschichtung hält Spannungsstößen von mehreren Tausend Volt stand
- Die Schichtdicke im Mikrometerbereich ist gleichmäßig und kontrollierbar
- Erhebliche Platzersparnis bei der magnetischen Umrandungslinie
- Es kann die Magnetkraft verstärken und eignet sich für Samarium-Kobalt-Magnete sowie andere Materialien.
1) Nichtporöses Parylene
Die Beschichtung besteht aus dünnen Polymerschichten, die aktive kleine Moleküle enthalten, die auf den Oberflächen von Gegenständen “wachsen”. Da sie unter Vakuumbedingungen gebildet werden, lassen sie sich auf verschiedene Formen aufbringen, darunter scharfe Kanten, Risse und Innenflächen.
2) Völlig frei von Lochblenden
Nach dem Erhitzen und Schmelzen der Xylol-Cyclodimere erfolgt eine Zersetzung bei hoher Temperatur in freie Moleküle in der Gasphase, die unter Vakuum und bei Raumtemperatur sofort auf das Substrat abgeschieden werden und dort zu einem Film polymerisieren, wodurch eine äußerst undurchlässige Schutzschicht entsteht.
Da die Perylen-Beschichtung keine Lösungsmittel enthält, überwindet sie die Nachteile früherer lösungsmittelbasierter Beschichtungen, bei denen es aufgrund des Lösungsmittelverlusts während des Aushärtungsprozesses unvermeidlich zu zahlreichen kleinen Poren kam. Diese Eigenschaft gewährleistet, dass die Beschichtung porenfrei ist.
Diese Eigenschaft kommt Neodym-Magneten zugute, die im Einsatz direkt mit verschiedenen Feuchtigkeitseinflüssen und Flüssigkeiten in Berührung kommen. Ein typisches Beispiel hierfür ist ein versenkter Neodym-Magnet, der zum Verschließen von Industrieventilen verwendet wird. Sie müssen sich keine Sorgen machen, dass etwas ins Innere eindringt und die Neodym-Magnete beschädigt.
3). Unabhängige Sicherheit
Punkte und allgemeine Sicherheit
Ein Experiment nach dem anderen hat gezeigt, dass jeder Punkt der Parylene-Beschichtung einen eigenständigen Schutzpunkt darstellt. Wird die Beschichtung an einer bestimmten Stelle beschädigt, bleiben die angrenzenden Bereiche der Beschichtung unberührt. Gleichzeitig sind die Enden der Beschichtungsschicht chemisch miteinander verbunden, was für eine gleichmäßige und verbesserte Schutzwirkung sorgt.
4) Ausreichende Belüftung
Zusätzlich zu diesen inhärenten Eigenschaften weisen Beschichtungen auf Parylene-Basis gute elektrische Eigenschaften, gute energiesparende Eigenschaften (geringer dielektrischer Verlust und hohe Durchschlagfestigkeit) sowie hervorragende mechanische Eigenschaften (hohe mechanische Festigkeit und niedriger Reibungskoeffizient) auf, wodurch sich Parylene als geeignete Isolierschicht für kleine gewickelte Bauteile eignet. Die hohe Durchschlagfestigkeit und die Trockenfilm-Gleitfähigkeit von Parylene machen es ideal für diese Anwendung.
5). Spiral-Vorführraum
Dank der dünnen und gleichmäßigen Parylene-Beschichtung verfügt die Wickelvorrichtung über ein relativ großes Wickelfenster. Der dadurch entstehende große Wickelbereich ermöglicht den Einsatz als beschichtetes Produkt mit verbesserten Eigenschaften – beschichtete Waren.
Parylene wird auch für Bauteile verwendet, die in herkömmlichen Materialien als “Einschlüsse” gelten würden, sowie für kleine Ferrittransformatoren und Spannungen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Imprägnierungsverfahren treten bei Parylene keine Probleme hinsichtlich Magnetostriktion oder Permeabilität auf.
Wickelöffnungen sind für winzige bewegliche Bauteile und Rotorbaugruppen von entscheidender Bedeutung, und die Beschichtung von nickel-eisen-laminierten Bauteilen mit Urethan- oder PTFE-Materialien stellt in der Regel eine Herausforderung dar. Aufgrund der komplizierten Form und des Beschichtungsmaterials, das in den winzigen Wicklungsöffnungen verbleibt, sowie der Beschichtung mit sehr geringer Oberflächenspannung, die an den spitzen Außenkanten haften bleibt, entsteht beim Wickeln erhebliche Reibung. Im Gegensatz dazu bewahrt gleichmäßiges und konstantes Parylene diese winzigen Öffnungen und gewährleistet gleichzeitig eine ausreichende Schichtdicke an den Außenkanten, um Schutz vor dem Aufwickeln zu bieten.
6). Hervorragende Beschichtung mit winzigen Magneten
Die Isolierung zwischen der Spule und dem Metallbauteil mit Klebeband ist gängige Praxis; bei sehr kleinen Bauteilen ist die Verwendung von Videoaufnahmen jedoch schwierig. Eine Beschichtung mit Parylene kann dazu beitragen, fehlerhafte Bauteile zu entfernen und gleichzeitig deren elektrische Eigenschaften zu verbessern. Ein Beispiel hierfür ist der kleine zylindrische Kern, der in einigen Hörgeräten als “Pick-Up”-Spule verwendet wird.
7). Höhere Leistung und Erosionsbeständigkeit
Neue Fortschritte bei magnetischen Werkstoffen haben zu gesinterten und zementierten NdFeB-Bauteilen geführt, die in winzigen Abmessungen hergestellt werden können und bei der Verwendung des Parylene-Beschichtungsverfahrens außergewöhnliche Vorteile bieten. Kleine NdFeB-Magnetbauteile sind spröde, und eine Parylene-Beschichtung verbessert ihre Festigkeit. Das NdFeB-Material ist zudem anfällig für Rostbildung durch Luftfeuchtigkeit, und die geringe Wasserdampfdurchlässigkeit von Parylene bietet einen hervorragenden Schutz vor Feuchtigkeit und Korrosion.
Verschiedene Arten von Parylene
Technisch gesehen umfasst die Parylene-Beschichtung folgende Arten wie beispielsweise Typ N, Typ C, Typ D, Typ F und Typ AF4. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer chemischen Struktur und ihrer Eigenschaften.
1) N-Perylen
Es handelt sich um einen hervorragenden dielektrischen Werkstoff mit minimalen dielektrischen Verlusten, hoher Abschirmungsfestigkeit und einer Dielektrizitätskonstante, die sich mit der Frequenz nicht ändert.
Es handelt sich um eine Parylene-Schicht mit hoher Eindringtiefe, hervorragender Selbstschmierung und einem Reibungskoeffizienten von 0,25. Sie erfüllt die Anforderungen der biologischen Prüfung gemäß ISO 10993 sowie die Anforderungen der physikalischen Prüfung für Polymere der UDP-Klasse VI.
2) Paraylen C.
Dies ist die zweite allgemein erhältliche Variante dieser Serie. Sie zeichnet sich durch hervorragende elektrische und physikalische Eigenschaften sowie eine geringe Anfälligkeit gegenüber Feuchtigkeit und anderen giftigen Dämpfen aus. Sie hat das Potenzial, eine wirklich porenfreie Sicherheitsbeschichtung zu bieten.
Es handelt sich um eine Beschichtung für kritische Leiterplatten, die die US-Militärspezifikation MIL-46058C erfüllt. Außerdem besteht sie den biologischen Test nach ISO 10993 für Polymere der UDP-Klasse VI.
3.) Parylene C
Diese Variante ist mit Parylene C vergleichbar, ist jedoch feuerbeständig. Sie behält auch bei höheren Temperaturen ihre hervorragenden elektrischen, physikalischen und dynamischen Eigenschaften bei.
4). F. Parylene
Diese Sorte zeichnet sich durch eine hohe Durchschlagfestigkeit, eine niedrige Dielektrizitätskonstante, hervorragende Temperaturstabilität und UV-Beständigkeit aus. Die Folie selbst ist durchgehend, dick und frei von kleinen Löchern. Sie eignet sich perfekt als Schutzbeschichtung für eine Vielzahl komplex geformter elektrischer Geräte.
5) Parylene AF4 ist die Nummer
Diese Art der Parylene-Beschichtung zeichnet sich durch eine hohe Dielektrizitätskonstante, hervorragende Stabilität sowie Beständigkeit gegenüber Wasser, Feuchtigkeit und salzhaltigem Niederschlag aus.
Es ist beständig gegen kurzzeitige Temperaturen von bis zu 450 °C (842 °F) und dauerhafte Temperaturen von bis zu 350 °C (662 °F) sowie gegen intensive UV-Strahlung.
Es eignet sich besser als Abschirmmaterial für Hochfrequenz-Funkgeräte. Zudem erfüllt es die biologischen Prüfkriterien der Norm ISO 10993 für Polymere der UDP-Klasse VI.
Anwendungen von Parylene in Medizinprodukten
Die Parylene-Beschichtung ist biologisch abbaubar sowie chemisch und elektrisch unbedenklich. Die FDA hat sie als biologischen Stoff zugelassen, der zur langfristigen Verwendung in den Körper eingebracht werden darf.
Einige medizinische Geräte enthalten elektrische Bauteile, die sorgfältig geschützt werden müssen. Diese elektrischen Bauteile sind winzig und zu leicht, um sie einzutauchen, zu besprühen oder zu lackieren. Manche kleinen Geräte werden zudem durch Lufteinschlüsse, ungleichmäßige Schichtdicke und andere Faktoren beschädigt, sodass wir keine herkömmlichen Schutzbeschichtungen verwenden können.
Die Parylene-Beschichtung verdrängt aufgrund ihrer guten Oxidationsbeständigkeit, ihres geringen elektrischen Widerstands, ihres niedrigen Reibungskoeffizienten und ihrer Biokompatibilität zunehmend die TiNi-Beschichtung (Nickel-Titan) als Beschichtungsoption für biomedizinische Geräte im klinischen Einsatz im Ausland.
Typische Beispiele hierfür sind Knochennägel, Sonden, Nadeln, provisorische chirurgische Instrumente, Katheter, Bremsen, Cochlea-Implantate, Herzschrittmacher, Hirnelektroden, implantierbare Sensoren, Hochfrequenztherapien, Sensoren zur Blutanalyse, Hochfrequenzskalpelle und andere mikroelektronische medizinische Geräte.
Konformität der Parylene-Beschichtung
Parylene-Beschichtungen finden aufgrund der folgenden Eigenschaften breite Anwendung bei Medizinprodukten.
- Erfüllt die Anforderungen der Norm ISO 10993 für biologische Prüfungen
- Entspricht der FDA-Richtlinie G95-1
- Entspricht der Richtlinie (RoHS) 2002/95/EG
Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für Medizinprodukte, bei denen Parylene-Beschichtungen zum Einsatz kommen, sowie eine kurze Darstellung ihrer Vorteile.
- Herzunterstützungsgeräte – wie beispielsweise Herzschrittmacher und Präzisionselektronik in Elektroschockgeräten, mit Parylene versiegelt, um Korrosion durch biologische Flüssigkeiten zu verhindern und das Metallgehäuse zu schützen.
- Drucksensoren – Blutdrucksensoren, bei denen das Aufbringen einer geringen Menge Parylene für eine ausreichende Isolierung sorgt und die Eigenschaften nicht wesentlich verändert die Funktionsweise dieser Geräte.
- Alternative Bauteile – wie beispielsweise widerstandsfähige, künstlich hergestellte Bauteile, die mit Parylene beschichtet sind, Beseitigung von Problemen im Zusammenhang mit dem mikroskopischen Transport und Schutz vor Korrosion durch biologische Flüssigkeiten.
- Ultraschallwandler – Mikrosensoren zur Beobachtung der Gefäßinnenwand werden durch eine Parylene-Beschichtung vor Korrosion und Beschädigung geschützt.
- Knochenwachstumsstimulator – Dank Parylene lässt sich dieses Gerät von biologischen Flüssigkeiten isolieren. Menschliche Zellen können auf der Parylene-Oberfläche schnell wachsen und ein dünnes Gewebe mit derselben Struktur bilden.