Plasmareinigen
Plasmatechnologie
Oberflächenbehandlung

Limpieza con plasma a baja presión

1. ¿Cómo funciona la limpieza por medio del plasma?

Un proceso importante de la tecnología del plasma para tratamiento de superficies es la limpieza con plasma. Por medio de reacciones químicas con los gases ionizados, las partículas de suciedad se extraen, pasan al estado gaseoso y se desechan por medio de la bomba de vacío a través del flujo continuo de gas. Los niveles de limpieza que se obtienen de esta forma son extremadamente altos.

En la reducción de óxido de cobre se expone el óxido de cobre a un plasma de hidrógeno y, de ese modo, se reduce químicamente el óxido y se forma agua, que se succiona con una bomba.

Sistema de plasma a baja presión: Limpieza con generador de baja frecuencia o alta frecuencia
Sistema de plasma a baja presión: Limpieza con generador de microondas

1.1 Limpieza con plasma

2. ¿Cuál es el efecto del plasma durante la limpieza?

2.1 Limpieza con plasma para metales

Algunos artículos que deben ser tratados están cubiertos de grasas, aceites, ceras, siliconas (que no estén libres de sustancias que afectan la pintura) y otros contaminantes orgánicos e inorgánicos (incluidas las capas de óxido)..

Para determinadas aplicaciones puede ser necesario que las superficies estén absolutamente limpias y sin óxido, p. ej.:

  • antes de la pulverización catódica
  • antes de la pintura
  • antes del pegado
  • antes de la impresión
  • antes de recubrir con PVD y CVD
  • para aplicaciones médicas especiales
  • para sensores analíticos
  • antes de la unión
  • antes de soldar tarjetas de circuitos impresos
  • para interruptores, etc.

En estos casos, el plasma actúa de dos formas diferentes:

1. Elimina las capas orgánicas

  • P. ej.: el oxígeno y el aire las atacan químicamente (ver esquemas).
  • La presión negativa y el calentamiento de la superficie provocan la evaporación parcial de los contaminantes.
  • Las partículas energizadas del plasma transforman los contaminantes en moléculas estables de menor tamaño y, de esa forma, se pueden succionar.
  • También se pueden destruir los contaminantes por medio de radiación UV y hacer que se desprendan de la superficie.

Los contaminantes solo pueden tener unas pocas micras de espesor, dado que el plasma solo es capaz de remover pocos nm/s.

Las grasas contienen compuestos de litio, por ejemplo. De ellas solo se pueden eliminar los componentes orgánicos. Lo mismo vale para las impresiones dactilares.

2. Reducción de óxidos

  • El óxido metálico reacciona químicamente con el gas del proceso. Como gas del proceso se utiliza hidrógeno o una mezcla de argón con nitrógeno.

También es posible realizar los procesos en dos etapas. Por ejemplo, los artículos que se van a tratar se pueden oxidar primero 5 minutos con oxígeno, y luego se reducen durante 5 minutos en argón-hidrógeno (p. ej.: mezcla de 90 % argón y 10 % de hidrógeno).

2.2 Limpieza con plasma para plásticos

La limpieza con plasma de plásticos va siempre acompañada de la activación del plástico. Si realmente es necesario únicamente limpiar el plástico y no activarlo, simplemente se deben reducir los parámetros del proceso hasta lograr el efecto buscado. En tal caso, se debe reconsiderar si la mera limpieza de la pieza es suficiente para el proceso posterior.

Como gas de proceso se utiliza generalmente oxígeno industrial, pero muchas veces alcanza con el aire del ambiente. El tratamiento con plasma puede repetirse y no se generan gases venenosos.

El principio es el mismo que el de la limpieza con plasma para metales.

2.3 Limpieza con plasma para vidrio y cerámica

La limpieza de vidrio y cerámica se realiza de la misma manera que la limpieza de metales. Como gas del proceso para limpieza de vidrio se recomienda p. ej. argón u oxígeno.

En términos generales, se puede decir que una limpieza se lleva a cabo la mayoría de las veces con plasma de oxígeno.

Los otros parámetros (presión, potencia del generador, flujo de gas, duración del tratamiento) dependen de la sensibilidad de las piezas tratadas.

3. ¿Se puede medir la pérdida de peso?

, por medio del ensayo de homogeneidad se puede determinar el índice de mordentado por la pérdida de peso.

Para este fin, se cubren los portaobjetos con cinta de PE y se pesan antes y después del tratamiento con plasma. La diferencia ofrece información sobre el índice de mordentado.

Se debe utilizar una balanza de precisión para el pesaje, dado que la pérdida de peso es muy pequeña.

4. ¿Cómo se logra la ausencia de sustancias que afectan la pintura?

Las sustancias que afectan la pintura generan fallas claramente visibles en el producto final, porque impiden la humectación uniforme de la superficie a pintar. Aparecen imperfecciones en forma de embudo y cráteres en la capa de pintura. Estas sustancias pueden ser siliconas, materiales fluorados (PTFE), determinados aceites y grasas.

El procedimiento con plasma separa permanentemente todas las sustancias que afectan la pintura de la superficie y del elastómero mismo.

Se pueden limpiar piezas de los más variados materiales como PVC-U, PVC-C, PP, PE, ABS y PVDF, así como piezas metálicas.

Después de la limpieza, se tratan las piezas con plasma hasta una hora, según el grado de suciedad que tuviesen. Para comprobar el éxito del tratamiento y confirmar la ausencia de sustancias que afecten la pintura, a continuación del tratamiento con plasma se realiza una prueba de sustancias que afectan la pintura, conforme al código de ensayos PV 3.10.7 de Volkswagen, que permite detectar rápidamente los restos de silicona.

Se necesita solo una placa de vidrio limpia, acetona y pintura en aerosol de uso comercial corriente, obviamente sin silicona. El color blanco es especialmente adecuado. Para la prueba se coloca el material a ensayar sobre la placa de vidrio y se limpia con acetona. Una vez evaporada la acetona se rocía la placa de vidrio formando una cruz con la pintura en aerosol. Una vez que se ha secado la laca, se puede reconocer con claridad si quedan restos de silicona en la superficie. En esos puntos, la pintura no cubre y se forman las imperfecciones llamadas cráteres.

Con el uso de procesos especiales, también se puede aplicar la limpieza con plasma para el tratamiento de materiales a base de silicona. Incluso en la goma de silicona se puede lograr la ausencia de sustancias que afectan la pintura.

La aplicación de la innovadora y ecológica tecnología del plasma a baja presión permite solucionar un problema cada vez más trascendente, por medio de la eliminación de sustancias que afectan la pintura de la superficie de las piezas que deben ser recubiertas. Las ventajas de una limpieza con plasma integrada en la cadena de producción son entre otras:

  • La reducción del índice de retoques
  • La reducción del índice de rechazos
  • La prevención de reclamaciones
  • El aumento de la seguridad de la producción

Diener electronic ofrece este procedimiento también como tratamiento de superficies. A estos efectos, disponemos de numerosos sistemas de plasma, así como de personal cualificado y experimentado. Así, podemos garantizar la óptima calidad de las superficies de sus piezas y componentes.

5. ¿Cuáles son las aplicaciones posibles?

Encontrará más información en el apartado «Aplicaciones».

6. ¿Qué generadores para LF, RF, MW?

Por regla general utilizamos generadores con las siguientes frecuencias:

LFBaja frecuencia40 kHz100 W, 200 W, 300 W, 1000 W, 1500 W, 2500 W
RFRadio frecuencia13,56 MHz100 W, 300 W, 600 W, 1000 W, ...
MWMicroondas2,45 GHz300 W, 850 W, 1,2 kW, ...

7. ¿Cuál es la mejor frecuencia?

Esta pregunta no se puede responder de manera genérica, sino que debe decidirse en cada caso particular. Sin embargo, la tendencia actual se orienta hacia los generadores de kHz. Con máquinas de kHz se pueden tratar casi el 90 % de las piezas de los clientes.

Este resumen puede servir como ayuda para la toma de decisiones:

7.1 Frecuencia de 40 kHz

VentajasDesventajas
Solución económicaPara el mismo índice de mordentado se necesita más potencia que con 13,56 MHz.
RobustoSolo se pueden limpiar semiconductores pasivados antes de la unión.
Por medio del acoplamiento libre de potencial se puede alcanzar la mayor homogeneidad de las tres
frecuencias
Se pueden utilizar tambores de metal sin problemas
Funcionamiento RIE posible (alto índice de mordentado)
La adaptación de impedancias no necesita piezas mecánicas sensibles a interferencias
Grado de eficacia: aprox. 90 %
Se pueden montar electrodos/portadores de productos con 10 niveles o más
, para obtener un rendimiento muy elevado
Muy aptos para procesos de back-end de semiconductores
Menores índices de recubrimiento en procesos de polimerización con plasma
Los generadores se reparan con facilidad

7.2 Frecuencia de 13,56 MHz

VentajasDesventajas
Funcionamiento RIE posibleCaro
Homogeneidad es mejor que con 2,45 GHzRelativamente sensibles a interferencias
El índice de mordentado a igual potencia es mayor que con 40 kHz.La adaptación de impedancias tiene piezas mecánicas móviles
Se pueden utilizar tambores giratorios de metal sin problemasEl sistema de HF consta de generador y adaptación
Se pueden montar electrodos/portadores de productos, pero el equilibrado
de los electrodos es muy laboriosa
Grado de eficacia aprox. 50 %
Aptos para procesos de front-end y back-end de semiconductoresAlto coste de cableado
Altos índices de recubrimiento en procesos de polimerización con plasmaLas reparaciones del generador son costosas

7.3 Frecuencia de 2,45 GHz

VentajasDesventajas
EconómicoEl sistema de HF consta de fuente de alimentación y acoplamiento
Relativamente robustoAlto coste de cableado
Mayor índice de mordentado a igualdad de potenciaEs necesario refrigerar el disco de cuarzo
Grado de eficacia aprox. 60 %Piezas de vidrio y cerámica
Funcionamiento ECR posible (alto índice de mordentado)El magnetrón necesita una tensión de 4500 V
Muy aptos para procesos de front-end y back-end de semiconductoresSolo se pueden utilizar tambores giratorios de metal con condiciones
Muy altos índices de recubrimiento en procesos de polimerización con plasmaEl plasma no es homogéneo debido a la pequeña longitud de onda (12 cm)
Los generadores se reparan con facilidad