Nettoyage au plasma

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Sur toutes les surfaces, il y a toujours les impuretés ultra-fines qui ne sont pas visibles à l'œil nu. L'élimination de ces impuretés constitue presque toujours une condition préalable à un traitement parfait de la surface par des procédés tels que :

Collage | Impression | Peinture | Collage | Bonding | Enduction | Gravure

La technologie plasma offre des solutions pour tout type de contamination et n’importe quel substrat quel que soit le traitement ultérieur. Des résidus de contamination moléculaire sont également évacués. Il existe différentes méthodes de nettoyage pour les différentes exigences dans chaque cas.

Le nettoyage au plasma présente des avantages uniques par rapport aux autres méthodes de nettoyage

✓ Nettoyage même dans les interstices et espaces intermédiaires les plus fins
✓ Nettoyage de toutes les surfaces de composants en une séquence de travail, même à l'intérieur de cavités
✓ Élimination sans résidus de produits désagrégés par l'aspiration par vide
✓ Pas d'endommagement de surfaces sensibles aux solvants par les produits de nettoyage chimiques

✓ Élimination de fins résidus, même moléculaires
✓ Poursuite immédiate du traitement possible. Pas d'aspiration et élimination de solvants
✓ Pas de stockage ni élimination de détergents dangereux, nuisant à l'environnement et à la santé
✓ Très faibles coûts de fabrication

Comment fonctionne le nettoyage au plasma ?

Un processus important de la technologie des surfaces à plasma est le nettoyage au plasma. Les particules de saleté sont éliminées par réaction chimique avec les gaz ionisés.

Lors de la réduction de l'oxyde de cuivre, les oxydes de cuivre sont exposés à un plasma de mélange d'hydrogène gazeux, de sorte que les oxydes sont chimiquement réduits et que de la vapeur d'eau se produise.

1. Élimination d'hydrocarbures dans le plasma d'oxygène

Micro-nettoyage - Dégraissage en plasma d'oxygène

Presque toutes les surfaces contiennent des hydrocarbures sous forme de résidus de graisses, d'huiles ou d'agents de séparation. Ces couches réduisent considérablement l'adhérence d'autres matériaux lors du traitement ultérieur de la surface. Par conséquent, l'élimination chimique des hydrocarbures dans le plasma d'oxygène est un traitement standard avant toute peinture, impression ou collage.

Les réactions plasmatiques au cours de ce processus de nettoyage sont présentées à titre d'exemple dans la section « Petite physique des plasmas ».

Les ions, les radicaux et le rayonnement UV agissent ensemble. Le rayonnement UV à haute énergie divise les macromolécules. Les radicaux oxygène, les ions et les radicaux hydrogène clivés occupent les extrémités de la chaîne libre des chaînes polymères en H2O et CO2

Les produits de dégradation des hydrocarbures sont gazeux dans le plasma basse pression et sont extraits par aspiration.

Sur les surfaces polymères, une activation par les radicaux d'oxygène commence parallèlement à l'élimination de la pollution de surface. Cette activation est une condition préalable à l'adhérence parfaite des plastiques non polaires. Pour de plus amples détails, voir Activation des matériaux.

Les huiles, graisses ou agents de démoulage contenant des additifs ne peuvent pas toujours être éliminés sans laisser de résidus dans le plasma d'oxygène. Des oxydes solides adhérant au substrat peuvent se former. Si nécessaire, ils peuvent être nettoyés lors de processus de nettoyage supplémentaires en aval.

Le nettoyage au plasma d'oxygène fonctionne sur pratiquement tous les matériaux. L'air sec épuré peut être fréquemment utilisé à la place de l'oxygène. L'élimination d'hydrocarbures doit donc s'effectuer aussi bien dans le plasma basse pression que dans le plasma à pression atmosphérique.

2. Nettoyage mécanique par micro-sablage

Plasma d'argon

Un plasma particulièrement simple est un plasma de gaz noble. Il ne se compose que d'ions, électrons et atomes de gaz noble. Vu que le gaz est toujours atomique, il n'y a pas de radicaux et vu que les gaz nobles ne réagissent pas chimiquement, il n'y a pas non plus de produits de réaction. En raison de l'énergie cinétique des ions lourds, le plasma d'argon est malgré tout actif.

Nettoyage

L'énergie cinétique de l'impact des ions fait éclater les atomes et les molécules du revêtement, de sorte qu'il est de plus en plus enlevé.

Le traitement est efficace sur presque toutes les surfaces, et donc pour tous les types d'encrassement. Le micro-sablage peut également éliminer presque toutes les saletés qui résistent aux attaques chimiques.

Comme les ions chargés positivement sont accélérés sur une électrode chargée négativement, l'excitation par plasma s'effectue dans un réacteur à plaques parallèles.

Structuration - gravure physique

Des ions riches en énergie font éclater des fragments non seulement de la couche superficielle, mais aussi du matériau du substrat même. Il en résulte une structuration et une rugosité croissantes de la surface à l'échelle moléculaire. Comme pour le sablage ou le meulage, il en résulte une augmentation de la surface - éventuellement aussi des contre-dépouilles - ce qui augmente l'adhérence des couches appliquées consécutivement.

À l'encontre des effets de la gravure chimique dans le plasma basse pression, le micro-sablage ne fonctionne pas de manière isotrope, c'est-à-dire de manière uniforme sur toutes les surfaces d'un composant, mais essentiellement dans la direction du champ électrique, car les ions sont accélérés dans cette direction.

3. Réduction des couches d'oxyde

Des couches d'oxyde se trouvent sur de nombreuses surfaces. Seuls quelques métaux ont tendance à ne pas former d'oxyde après un stockage prolongé. Des couches d'oxyde se forment sur de nombreux métaux, en particulier lors du nettoyage dans le plasma d'oxygène. Les couches d'oxyde gênent à tous les niveaux du post-traitement : 

  • Adhérence des contacts électriques lors du collage, brasage
  • Mauvais contact électrique
  • Mauvaise adhérence lors du collage, de l'application de peintures

Sur les non-métaux, on trouve aussi fréquemment des dépôts oxydés solides, qui ne se sont parfois formés qu'à la suite du nettoyage dans le plasma d'oxygène. Les couches d'oxyde résistent souvent à toute attaque par des solvants usuels. Même mécaniquement, ils sont souvent difficiles à enlever en raison de leur grande dureté. Ils sont éliminés par réduction dans le plasma d'hydrogène.

Oxydation

Dans le plasma d'oxygène ou le plasma d'air, des couches métalliques extrêmement minces de quelques couches d'atomes d'épaisseur seulement sont également oxydées de manière ciblée. Ces couches invisibles durcissent et protègent le métal contre des attaques chimiques et mécaniques et la poursuite de l'oxydation. Ils assurent une surface métallique brillante permanente.

L'oxydation de surface est souvent réalisée en plasma à pression atmosphérique. 

Vu qu'une surface doit souvent être débarrassée de différents types de saletés, différents processus de nettoyage sont appliqués l'un après l'autre :

1. Élimination d'agents séparateurs (hydrocarbures) dans le plasma d'oxygène
2. Nettoyage micro-mécanique de précision grâce au micro-sablage en plasma d'argon

ou :

1. Dégraissage en plasma d'oxygène
2. Réduction des couches d'oxyde en plasma d'hydrogène

D'autre part, une activation des surfaces non polaires par les radicaux d'oxygène s'effectue à l'issue du nettoyage à l'oxygène, en poursuivant le processus pendant une période plus longue après le nettoyage. Pour de plus amples détails, voir Activation des matériaux et gravure ultérieure des matériaux après une exposition encore plus longue.

    Comment obtenir l'exemption de LABS ?

    Les substances réduisant l'adhésion de la peinture  - en abrégé LABS - provoquent des défauts clairement visibles  sur le produit fini parce qu'un mouillage uniforme  de la surface à peindre est empêché.  Des imperfections en forme d'entonnoir et de cratères apparaissent dans la couche de peinture. Ces substances peuvent être des silicones, des substances fluorées (PTFE), certaines  huiles et graisses. 

    Le processus plasma dissout de façon durable toutes les substances perturbant le de la peinture de  surface ainsi que de l'élastomère même.

    Les composants peuvent être nettoyés à partir d'une grande variété de matériaux tels que PVC-U, PVC-C, PP, PE, ABS et PVDF ainsi que des composants  métalliques. 

    Après le nettoyage, les pièces sont traitées au plasma pendant une heure au maximum, en fonction du degré de contamination. Afin de confirmer le succès du traitement et donc l'absence de LABS,  un test LABS est effectué après le traitement au plasma, sur la base de la spécification de test Volkswagen PV 3.10.7, dans laquelle les résidus de silicone sont détectés à l'aide d'une méthode rapide.

    Tout ce dont vous avez besoin est une plaque de verre propre, de l'acétone et une peinture aérosol du commerce, qui doit être naturellement exempte de silicone. La couleur blanche  s'est avérée particulièrement adaptée à cela. Pour le test, le matériau à tester est placé sur la plaque de verre et rincé à l'acétone. Après l'évaporation de l'acétone, la plaque de verre est vaporisée de peinture en forme de croix. Après le séchage de la peinture, on peut déceler plus clairement si des résidus de silicone sont encore présents sur la surface. À ces endroits, la laque ne mouille pas et des soi-disant cratères se forment.

    Le nettoyage au plasma peut être également utilisé avec des procédés spéciaux pour le traitement des matériaux en silicones. Une exemption de LABS peut être obtenue même avec du caoutchouc siliconé.

    Grâce à l'utilisation d'une technologie plasma basse pression innovante et écologique, il est possible de résoudre un problème de plus en plus important en éliminant les substances LABS des surfaces de composants devant être enduits. L'intégration du nettoyage plasma dans la chaîne de production présente les avantages suivants :

    • Réduction du taux de rectification
    • Réduction du le taux de rebuts
    • Éviter des réclamation
    • Augmentation de la sécurité de production

    Diener electronic propose également cette procédure en tant que sous-traitance. Plusieurs systèmes plasma ainsi que des collaborateurs qualifiés et expérimentés sont pour cela disponibles. Ainsi, nous pouvons garantir une qualité de surface optimale de vos pièces et composants.

    Questions fréquentes

    Comment fonctionne le nettoyage au plasma de métaux ?

    Certains produits à traiter sont recouverts de graisses, huiles, cires, silicones (non exemptes de LABS - LABS=Lack Coating Disturbing=substance réduisant l'adhésion de la peinture) et d'autres impuretés organiques et inorganiques (également des couches d'oxyde).

    Pour certaines applications, il peut être indispensable d'obtenir des surfaces absolument propres et exemptes d'oxydes, par ex.

    • avant la pulvérisation
    • avant l'application de peinture
    • avant le collage
    • avant l'impression
    • avant l'enduction PVD- et CVD
    • pour des applications médicales spécifiques
    • pour des capteurs analytiques
    • avant le montage
    • avant le brasage de circuits imprimés
    • pour interrupteurs, etc.

    Ici aussi, le plasma fonctionne de deux manières différentes :

    1. Il élimine les couches organiques

    • Ces dernières sont attaquées chimiquement, par exemple, par l'oxygène et l'air.
    • Suite à la dépression et l'échauffement superficiel dans le plasma basse pression, certaines impuretés s'évaporent. Dans le cas du plasma à pression atmosphérique, elles sont soufflées de la surface par surpression.
    • Les particules riches en énergie du plasma transforment les impuretés en molécules plus petites et stables, pouvant ainsi être aspirées/transportées.
    • Le rayonnement UV peut également détruire les impuretés et provoquer leur détachement de la surface.

    Les impuretés ne doivent avoir que quelques micromètres d'épaisseur, le plasma n'étant capable de ne désolidariser que quelques nm/s seulement.

    Les graisses contiennent par exemple des composés de lithium. Seuls les composants organiques peuvent en être retirés. Vu qu'il en va de même pour les empreintes digitales, il est donc recommandé de porter des gants.

    2. Réduction des oxydes

    • L'oxyde métallique réagit chimiquement avec le gaz de traitement. De l'hydrogène pur ou un mélange avec de l'argon ou de l'azote est utilisé comme gaz de traitement.

    Avec le plasma basse pression, il est également possible de faire fonctionner le procédé en deux étapes. Par exemple, les produits à traiter sont d'abord oxydés à l'oxygène pendant 5 minutes, puis réduits à l'hydrogène-argon (p. ex. mélange de 90 % d'argon et 10 % d'hydrogène) pendant 5 minutes.

     

    Comment fonctionne le nettoyage au plasma des plastiques ?

    Le nettoyage par plasma des plastiques se produit toujours lorsque le plastique est activé. Si une matière plastique doit seulement être nettoyée et non activée, il suffit d'abaisser les paramètres du processus jusqu'à l'obtention de l'effet désiré. Il faut se demander si le simple nettoyage d'une pièce suffit aux processus suivants.

    L'oxygène technique est généralement utilisé en tant que gaz de traitement, mais il arrive fréquemment que l'air ambiant suffise ; de l'air comprimé sec et exempt d'huile est généralement utilisé pour le plasma à pression atmosphérique. Le traitement au plasma peut être répété et aucun gaz d'échappement toxique ne s'en échappe.

    Le principe correspond au nettoyage plasma de métaux.

    Comment fonctionne le nettoyage au plasma de verres et céramiques ?

    Le nettoyage des verres et des céramiques s'effectue de la même manière que le nettoyage des métaux. Pour le nettoyage de verres en plasma à pression atmosphérique, on recommande p. ex. l'argon, l'oxygène ou l'air comprimé en tant que gaz de traitement.

    En général, on peut dire que le nettoyage est effectué la plupart du temps au plasma d'oxygène.

    Les autres paramètres (pression, puissance du générateur, débit de gaz, durée du traitement) dépendent de la sensibilité des pièces à traiter.

    Une perte de poids est-elle mesurable ? (Plasma basse pression)

    Oui, le test d'homogénéité, par exemple, permet de déterminer le taux de gravure par perte de poids.

    Pour ce faire, les supports d'objets sont recouverts d'une bande PE et pesés avant et après le traitement au plasma. La différence ainsi obtenue permet d'obtenir des informations sur le taux de gravure.

    La pesée doit être effectuée sur une balance d'analyse, car la perte de poids n'est que très faible.

    Le jet de plasma/jet de gaz actif est-il exempt de potentiel   (Plasma à pression atmosphérique)

    Oui, le faisceau de gaz actif du PlasmaBeam n'a pas ou seulement un potentiel électrique très faible. C'est pourquoi les PlasmaBeams sont fréquemment utilisés pour le nettoyage de modules électroniques.

    Les appareils du type Plasma APC500 peuvent être utilisés pour le traitement de matériaux non conducteurs. Le jet de plasma du Plasma APC500 n'est pas exempt de potentiel.

    Quels sont les gaz d'échappement pouvant se produire lors du nettoyage au plasma ? (Plasma à pression atmosphérique)

    Les gaz générés sont les oxydes d'azote NO et NO2. Bien entendu, une quantité plus faible de gaz d'échappement contenant du carbone est également possible (CO2, CO).

    Quelle est l'étendue du traitement au PlasmaBeam ? (Plasma à pression atmosphérique)

    La largeur de traitement d'une buse est d'environ 8-12 mm. Cependant, la largeur de nettoyage doit être vérifiée au préalable pour chaque application (par ex. par mesure de l'angle de contact).

    En cas d'utilisation d' oxygène pur (O2) ou d'azote (N2), la  largeur de traitement est légèrement augmentée.

    Quelles sont les vitesses de traitement possibles ? (Plasma à pression atmosphérique)

    Par rapport aux processus d'activation, la vitesse de nettoyage n'est que de quelques cm par seconde. Un nettoyage efficace nécessite une augmentation de la température de la surface qui ne peut être obtenue qu'à l'aide d'une vitesse plus lente.

    Quelle est la température du jet ? (Plasma à pression atmosphérique)

    La température moyenne du jet de plasma est d'environ 200 - 250 °C. Le réglage correct de la distance et de la vitesse permet d'atteindre une température de surface d'environ 70 à 80 °C. C'est la raison pour laquelle cette technique peut être utilisée pour tous les matériaux usuels (métaux, céramiques, verre, plastiques, élastomères).

    Quelle est la durée de vie du nettoyage au plasma avec du plasma atmosphérique ? (Plasma à pression atmosphérique)

    Il est malheureusement impossible de fournir à ce sujet des chiffres ayant une validité générale. La durée de vie dépend des conditions de stockage, des paramètres de traitement et du degré de contamination.

    Exemples :

    1. L'humidité de l'atmosphère et les températures élevées (supérieures à 20 °C) réduisent considérablement la durée de vie du traitement au plasma.
    2. Un traitement multiple augmente la durée de vie du traitement.
    3. Pour les surfaces en métal, verre et céramique, on recommande en général ce qui suit : pour obtenir un résultat maximal, le collage, l'impression ou l'application de peinture devrait se faire dans l'heure suivant le traitement au plasma.
    4. Pour les plastiques, la durée de vie suivante s'applique au traitement au plasma :
    • PA (avec et sans renfort en fibres de verre) : 1 à 2 semaines
    • PP, PE : nous recommandons une poursuite du traitement en l'espace de 1 à 2 jours au maximum
    • PC : 2 à 5 jours
    • ABS, PC/ABS : 2 à 5 jours

    Tenir pour cela compte du fait qu'il s'agit ici de valeurs approximatives. En fonction du fabricant, il est possible que de sérieuses différences se présentent, suite à l'utilisation d'additifs et d'agents de séparation.

    Quels sont les avantages essentiels du traitement au plama à pression atmosphérique ? (Plasma à pression atmosphérique)

    La technique PlasmaBeam s'applique aux processus en ligne comme le nettoyage au plasma de profilés métalliques sans fin, de tubes avant gainage, collage, ou application de peinture. 

    Cette technique étant compatible avec des robots, cela signifie que des surfaces à 2 ou 3 dimensions peuvent être balayées par des robots, à l'aide du jet de plasma.  

    Le PlasmaBeam permet un nettoyage local de la surface sans masquer la surface restante, p. ex. nettoyage d'Al, Au et Cu  plots avant le câblage par fil (Wire-Bonding) sans entrer en contact avec le reste de la surface.

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