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Le parylène, revêtement aux propriétés exceptionnelles

Publié le 02 avril 2013 par Evelyne Gisselbrecht
Source : Pour les clients ayant des exigences particulières, Comelec développe des machines sur mesure. Ci-dessus, un équipement traitant des wafers en salle blanche (Source : Comelec)

Si le parylène peut encore à l’heure actuelle paraître une technologie de traitement exotique et hautement spécialisée, il a en fait été développé il y a plus de 60 ans ! Les applications médicales de ce revêtement sont de plus en plus nombreuses : guide-fils, stents, électrodes...

Le film polymère lui-même a été découvert vers la fin des années 1940. Voyant le potentiel de cette molécule, Franklin Gorham, scientifique au service d’Union Carbide Corporation, va mettre au point une méthode de synthèse du film par voie gazeuse, pratique et industrialisable, définie sous l’acronyme VDP pour Vacuum Deposition (and Polymerization) Process. L’exploitation de ce procédé sous vide et du produit « parylène » commence dès 1965. La matière première utilisée pour la synthèse sous vide du film est une poudre solide de dimère (réunion de 2 motifs identiques du polymère).

Principe de déposition VDP

Ce dimère solide est sublimé sous un vide primaire à 100-150°C, avant d’être craqué par pyrolyse à une température de 600°C pour donner un gaz de monomère. Arrivant dans une chambre de déposition à température ambiante, dans laquelle la pièce à revêtir a été placée, les monomères, au gré de leurs trajectoires, vont s’adsorber sur toute surface affleurant et se recombiner sous la forme chimique d’un polymère thermoplastique ayant la forme physique d’un film transparent semi-cristallin : le parylène. Alors qu'il est généralement considéré comme continu dès 50 nm, l’épaisseur de ce film va croître tant que l’apport de monomère est assuré. Elle peut être poussée à une petite centaine de microns pour certaines applications. Aucun liquide n’est impliqué dans cette synthèse, pas de solvant, d’adjuvant, de plastifiant, ni de catalyseurs ne sont nécessaires. Aucun élément additionnel, polluant ou toxique n’est requis. Le revêtement de la pièce s’effectuant sous vide et à température ambiante, il ne génère aucune contrainte d’ordre thermique entre le film et son substrat. Il s’adresse à un panel de matériaux extrêmement large tel que verres, métaux, résines, plastiques, céramiques, ferrites, silicones, mais aussi des matériaux granuleux ou même des poudres.

Différentes nuances

Parylène est plus exactement le nom générique d’une famille de polymères dont l’un des noms chimiques est poly-para-xylylène. Il existe bon nombre de variantes, mais celles utilisées industriellement sont les parylènes C, N, D et F. Chacune d'entre elles présentent des propriétés fondamentales similaires, mais également des particularités individuelles les prédestinant spécifiquement à certaines applications. Par exemple, le parylène C présente les meilleures propriétés de barrière environnementale (gaz et humidité), tandis que pour des applications purement diélectriques, les parylènes N et F lui seront préférés.

Propriétés exceptionnelles

Le film de parylène combine à lui seul des caractéristiques qui en font une solution de revêtement d’exception :

Inertie chimique : Le film présente une inertie chimique extrême qui le rend résistant à la très grande majorité des solvants organiques, aux acides et bases même concentrées. Dans le cadre d’applications d’ordre biologique, il est stérilisable sans problème.

Conformabilité : La construction élémentaire du film l’affranchit de toutes les imperfections communément rencontrées avec les procédés liquides telles que bourrelets, discontinuités, pontages, etc. Sa méthode très particulière d’obtention lui confère des propriétés spécifiques et particulières telles qu’une conformité au substrat inégalable (dépose uniforme avec épaisseur contrôlée sur toutes les surfaces exposées du substrat, telles que cavités, angles vifs ou surfaces planes), une absence de discontinuités et de porosité à partir de très faibles épaisseurs et enfin, un pouvoir de pénétration excellent dans les cavités profondes ou dans la porosité ouverte du substrat.

Propriétés de barrière : Le film parylène est utilisé majoritairement à des fins de barrière tant électrique qu’environnementale. Présentant une permittivité diélectrique de l’ordre de 2 à 3, il se classe parmi les matériaux dits « low k ». Couplé à un faible facteur de dissipation, un courant de fuite très faible et une rigidité électrique élevée, le parylène est un excellent isolant électrique. Sa faible perméabilité aux gaz et aux liquides (tableau) couplée à l’absence de défauts et de porosité du film et à une résistance chimique hors pair en font le revêtement de prédilection pour protéger des éléments sensibles à leur environnement d’utilisation.

L’épaisseur : Aisément contrôlable et paramétrable, elle est ajustée selon la fonctionnalité désirée du film. Lorsque le film est utilisé à des fins tribologiques, pour limiter le coefficient de friction d’élastomères communément utilisés en pharmacologie par exemple, un micron ou une fraction de micron sont souvent suffisants. Pour des applications d’isolation électrique, cette épaisseur dépend de l’intensité du champ électrique appliqué. En tant que barrière à l’environnement, elle est ajustée en fonction de l’agressivité du milieu, de la sensibilité de l’objet et de ses conditions d’immersion.

Autres propriétés intéressantes : La faible énergie de surface du parylène lui confère un caractère hydrophobe marqué. Il bénéficie d’un coefficient de friction bas. Du point de vue optique, le parylène est transparent dans tout le domaine visible, par contre, absorbant les UV, il présente une certaine susceptibilité lorsqu’il y est exposé en présence d’oxygène. Grâce à son inertie chimique, le parylène compte parmi les matériaux implantables de longue durée, il est biocompatible et biostable.

Quelles applications ?

Considéré comme la solution destinée aux technologies de pointe, le parylène a tendance à se démocratiser. Ayant reçu l’approbation FDA dans le cadre de certains éléments implantables à long terme, les applications dans le domaine médical du parylène prolifèrent. Le film est appliqué par exemple sur certains guides fils en tant que lubrifiant solide et isolant électrique, sur certains stents, électrodes implantables, pacemakers, aiguilles hypodermiques.

Un ambitieux projet en ophtalmologie

Le parylène a été identifié par le fondateur de la société Comelec comme une solution originale et novatrice à une problématique de la très exigeante industrie horlogère suisse.

Créée en 1979, Comelec SA détient une expertise incomparable et en constante évolution du parylène, tant sur le traitement que dans la réalisation d’équipements dédiés.

Son centre de revêtement localisé à la Chaux-de-Fonds est en mesure de répondre aux besoins les plus divers.

Elle ambitionne la réalisation, en partenariat, de lentilles à focales variables obtenues par encapsulation, dans une membrane de parylène aux propriétés très spécifiques, d'une goutte liquide tout en préservant sa forme naturelle.

Auteur : Jean-François Laithier, Dr. en Science des matériaux, Comelec

Contact : Comelec SA, CH-2301 La Chaux-de-Fonds, www.comelec.ch

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