Grabado con plasma
Descomposición de capas de óxido, eliminación de laca fotosensible, incineración de matrices...
El grabado con plasma es la extracción de material de las superficies a través de procesos con plasma. También se denomina grabado en seco, ya que el grabado suele tener lugar mediante procesos químicos en húmedo con ácidos agresivos. Los plasmas de los gases de proceso transforman el material para tratar del estado de agregación sólido al gaseoso, y la bomba de vacío aspira los productos gaseosos. Mediante enmascaramientos, es posible grabar solamente algunas zonas o estructuras. El grabado con plasma solo se realiza en el plasma de baja presión, puesto que gran cantidad de efectos del grabado requieren una duración del tratamiento mayor y casi todos los gases de grabado son únicamente compatibles con el plasma de baja presión.
Para el grabado con plasma, existen numerosas aplicaciones. Para optimizar el proceso de grabado de forma específica para cada aplicación, se ofrecen diferentes gases de proceso posibles, así como 3 procedimientos de grabado básicos a elegir.
Átomo de sustrato
Gas de proceso para tratamiento con plasma
Máscara de grabado
Grabado iónico
Dependiendo de la aplicación, también se denomina "grabado físico", "sputtering" (pulverización catódica) o "microchorros de arena".
Los gases de proceso son argón u otros gases nobles, que forman iones, pero no radicales. El efecto del grabado consiste en el arranque de átomos o moléculas del sustrato a causa de la energía cinética de los electrones acelerados en el campo eléctrico.
Aplicaciones:
- Microestructuración de superficies, p. ej., para mejorar la adhesión ("microchorros de arena")
- Bombardeo de una fuente de deposición de vapor ("sputtering")
Como el grabado iónico no actúa químicamente, funciona en prácticamente cualquier sustrato (apenas es selectivo). El efecto del grabado con plasma tiene lugar casi en exclusiva en la dirección de aceleración de los iones. Se trata de un efecto enormemente anisotrópico.
Grabado químico con plasma
Se utilizan gases de proceso cuyas moléculas están predominantemente divididas en radicales en el plasma. El efecto del grabado consiste sobre todo en la reacción de estos radicales con los átomos o moléculas del sustrato y en su transformación en productos de descomposición gaseosos.
Aplicaciones importantes:
- Descomposición de capas de óxido
- Decapado de laca fotosensible ("stripping")
- Incineración de matrices para su análisis
- Grabado de PTFE
- Estructuración y microestructuración de semiconductores
El grabado con plasma es muy selectivo, es decir, los gases de proceso y los sustratos deben encajar a la perfección. El efecto del grabado es isotrópico, lo que significa que actúa por igual en todas direcciones.
Grabado iónico reactivo
Los gases moleculares forman radicales e iones con carga positiva en el plasma. Para el proceso de grabado, puede utilizarse el efecto reactivo de los radicales y, además, la energía cinética de los iones si el plasma se excita de tal modo que los iones se aceleren en el campo eléctrico y se bombardeen hacia el sustrato.
El grabado iónico reactivo combina los efectos del grabado iónico con los del grabado con plasma: existe una cierta anisotropía y, por otro lado, permite grabar materiales que no reaccionan químicamente con los radicales. De todos modos, la ventaja principal radica en el aumento notable de la tasa de grabado. El bombardeo con iones provoca que las moléculas del sustrato pasen a un estado excitado y, en consecuencia, se muestren más reactivas.
Aplicación:
- Principalmente, grabado de semiconductores
Grabado de PTFE
Con la tecnología del plasma de Diener electronic, también se consigue una mayor adherencia en plásticos que, debido a su escasa energía superficial, se consideran "no adhesivos". En el caso del polipropileno (PP), el polietileno (PE) o el polioximetileno (POM), esto se consigue mediante la activación en el plasma de oxígeno. En el plástico de menor energía superficial, el PTFE, un proceso de activación no resulta suficiente. Los enlaces carbono-flúor no pueden romperse en el plasma de oxígeno.
Sin embargo, en el plasma de hidrógeno, se unen radicales de hidrógeno con los átomos de flúor del PTFE, de modo que rompen los enlaces de carbono. El fluoruro de hidrógeno se aspira, con lo que quedan enlaces de carbono no saturados, en los que pueden depositarse con gran facilidad moléculas de líquidos polares.
Puede apreciarse que se ha efectuado el grabado por el tono pardo que adopta la superficie del PTFE.
Plasma
Polímero de carbono
Flúor
Hidrógeno
FAQ Preguntas frecuentes
¿Es posible grabar metales?
En principio, es posible grabar metales, aunque solo con gases altamente corrosivos, que, a su vez, pueden provocar la corrosión del metal. Para potenciar el efecto de grabado, las piezas pueden precalentarse o, si la instalación de plasma cuenta con un sistema de calentamiento de la cámara, calentarse de forma continua.
¿Qué plásticos se pueden grabar con ácido?
Estos procesos se utilizan sobre todo para grabar superficies de plástico. El grabado es muy importante en el caso de plásticos difíciles de pintar y de pegar, como el POM, el PPS y el PTFE. Al aumentar la superficie, se consigue una mejor adherencia. Los gases típicos utilizados para el grabado son el oxígeno, el flúor y también el hidrógeno.
¿Se puede grabar el vidrio y la cerámica?
El grabado por plasma del vidrio al vacío es un proceso largo y costoso. Las partículas de gas ionizadas desgastan el vidrio muy lentamente. El vidrio está compuesto en su mayor parte por SiO₂, por lo que, en principio, puede grabarse con hidrocarburos fluorados (añadiendo oxígeno).
La baja velocidad de eliminación y la larga duración del proceso que ello conlleva son las causas del elevado coste de estos procesos.
Las cerámicas (como, por ejemplo, el Al₂O₃) pueden grabarse con gases corrosivos y no corrosivos. Entre los gases corrosivos se incluyen todos los que contienen flúor. Entre los gases no corrosivos se encuentra el argón. En general, se puede afirmar que los gases que contienen flúor tienen una tasa de abrasión mayor que otros gases no corrosivos. El Al₂O₃ se graba mejor con gases que contienen flúor.
¿Cuánto se puede eliminar con el grabado químico?
Dependiendo del sustrato, con un equipo de plasma a baja presión se puede grabar la superficie hasta alcanzar el rango inferior de los micrómetros (< 1 micrómetro).
¿Cuánto tiempo dura un grabado químico?
Al grabar la superficie, se elimina parte del material, por lo que el efecto es permanente.
¿Qué se puede grabar al ácido?
Se pueden grabar todos los plásticos y materiales orgánicos. Materiales inorgánicos, previa solicitud.
