聚對二甲苯薄膜簡介與種類

       聚對二甲苯(Poly(para-xylylene)，PPX或Parylene)薄膜，是一完全線性的高度結晶結構的材料，可以運用化學氣相沉積的方式來進行製備，該製程氣體分子可以在任何形狀表面上進行鍍製，滲入產品各部位，包括尖銳的稜角、物體裂縫中皆可以生長出完全保形的聚合物薄膜。

       因此，PPX 薄膜主要特點有：完全保形、薄膜沒有針孔與缺陷、具有阻水阻氣特性、耐化學性、高介電強度、潤滑性、疏水性、光學透明無色、無毒性及優異的生物相容性等，是當代最有效的防潮、防霉、防腐、防鹽霧塗層材料[1-3]。依據分子結構的不同PPX分為C、N、F 型，其分子結構示意圖及特性如表一所示：

聚對二甲苯薄膜的應用

       PPX薄膜具有諸多優異特性，包括透明、均一無孔、保形性、防潮、抗腐蝕、低介電常數、低摩擦係數及高生物相容性等，其應用領域廣泛(圖一)，如：醫療器材、電子產品、航太與軍事，如表二所示。

圖一、鍍膜應用產品圖

表二、聚對二甲苯薄膜的應用

電漿聚合反應機制

        電漿聚合反應為透過有機氣體或是蒸氣，於低壓低溫下進行輝光放電(Glow discharge)作用而產生之電漿化學反應。其主要反應機制為前驅物(體)被電漿活化後，藉由擴散至基材而發生聚合反應。首先，於低壓腔體中注入電場，使惰性氣體崩潰而形成電漿，該空間中的高能電子將會撞擊前驅物氣體分子，使其激發或離化，此過程被稱為裂解。

       裂解狀態包含自由電子、陽離子、陰離子及反應性物種自由基等，這些極為活潑的自由基團將可於低溫下加速化學反應，於氣相中或基材表面發生聚合反應以生成薄膜。   

電漿聚合技術在聚對二甲苯薄膜的應用及優勢

      目前商業化的聚對二甲苯(PPX)薄膜的鍍製，普遍使用高溫熱裂解製程進行，其前驅物裂解溫度需要大於600℃，沉積的薄膜與物體表面僅有凡得瓦力鍵結，故附著力低，較難滿足高端產品或苛酷環境的應用。

電漿聚合技術是指在室溫的空間中產生高能電子撞擊前驅物氣體分子使其激發或離子化，基材表面亦在電漿的空間中轟擊產生自由基，進而在材質表面原位(in situ)聚合形成具有共價鍵的聚對二甲苯薄膜，如圖二所示。該技術具備室溫沉積、附著性佳、結合強度高、耗能低、薄膜厚度和均勻性控制度高等優點，技術規格及對照表詳如表三與表四所示。

圖二、鍍膜鍵結示意圖

表三、技術規格表

表四、鍍膜技術比較表

參考資料：

[1] W.F. Beach, “A model for the vapor deposition polymerization of p-xylylene”, Macromolecules, 11 (1978) 72-76.

[2] W.R. Dolbier Jr., and W.F. Beach, “Parylene-AF4: a polymer with exceptional dielectric and thermal properties”, Journal of Fluorine Chemistry, 122 (2003) 97-104.

[3] “Long-term thermal aging of parylene conformal coating under high humidity and its effects on tin whisker mitigation”, Polymer Degradation and Stability, 191 (2021) 109667.