Nettoyage par plasma atmosphérique

Seuls les appareils de la série "PlasmaBeam" sont utilisés pour le nettoyage plasma des surfaces. Les appareils de type Plasma APC500, n’ont démontrés pratiquement aucun effet de nettoyage. Par conséquent, ils ne sont pas mentionnés ici.

1. Concept et Principe de fonctionnement

2. Quel est le principe du nettoyage par plasma atmosphérique?

Le nettoyage plasma des surfaces occupe une place importante dans la technologie plasma. Les particules polluantes sont éliminées par réactions chimiques avec les gaz ionisés et par le jet d'air comprimé accéléré dans les gaz actifs. Converties en gaz, les pollutions sont évacuées de la surface sous l’action du flux de gaz actif continu. Les niveaux de propreté, de pureté, des surfaces atteignable sont relativement élevés. Dans le cas de la réduction d'une surface de cuivre oxydée, les oxydes sont exposés à un plasma à base d'hydrogène, dont l’action se résume à réduction chimique des oxydes accompagnée de la formation d'eau. Il s’agit notamment de mélanges de type Ar / H2 ou N2 / H2 avec un pourcentage max. de H2 inférieur à 5%. Le plasma atmosphérique fonctionne avec une consommation de gaz très élevée.

3. Quel est le principe de nettoyage par plasma atmosphérique?

3.1 Nettoyage des métaux par plasma

Certains éléments destinés à subir un traitement de surface peuvent présenter des résidus de graisse, d’huile, de cire, ainsi que autres contaminants organiques et inorganiques (et autres couches d'oxyde).

Pour certaines applications, il est primordial que les surfaces soient parfaitement propres et exemptes d'oxyde, par exemple

  • avant pulvérisation
  • avant peinture
  • avant collage
  • avant impression
  • avant déposition PVD et CVD
  • pour certaines applications médicales
  • pour les capteurs analytiques
  • avant apposition de liants,
  • avant soudure de circuit imprimé sur les cartes
  • pour les commutateurs etc.

Le plasma agit ici de deux façons:

1. Suppression des contaminants organiques (composés carbonés)

  • Ceux-ci sont chimiquement attaquées par, par ex. un plasma oxygène et air
  • Les résidus sont éliminés des surfaces par l’excès de pression (flux de gaz).
  • Les pollutions sont fragmentées en de petites molécules mais plus volatiles et stables sous l'action des particules énergétiques du plasma, lesquelles peuvent être soustraites à la surface par le flux de gaz.

La couche de contamination ne doit cependant guère dépasser quelques centaines de nanomètres d'épaisseur, dans la mesure où le plasma n’est en mesure d’éliminer que quelques nm à chaque passage.

Pour les graisses contenant du Lithium par exemple, le Lithium restera, car seuls les composés carbonés peuvent être efficacement éliminés. Le même principe s’applique aux empreintes de doigt (les sels resteront). Raison pour laquelle le port de gants est fortement recommandé pour toute manipulation.

2. Réduction des oxydes métalliques

Les oxydes métalliques sont sujets à réagir chimiquement avec les gaz plasma. Dans ce cas, les gaz utilisés seront des mélanges dilués d’hydrogène dans de l'argon ou de l'azote. Les effets thermiques du jet plasma peuvent causer une ré-oxydation de la surface. Dès lors, il est recommandé d’effectuer le traitement sous atmosphère protectrice (c’est-à-dire sous N2 ou Ar)

3.2 Nettoyage plasma des plastiques

Dans le cas des traitements par plasma atmosphérique, le nettoyage plasma ne peut être dissocié de l’activation de surface.

Le gaz de traitement est habituellement de l’air comprimé séché et déshuilé.

Le principe d’élimination des pollutions est identique à celui du nettoyage plasma des métaux.

3.3 Nettoyage plasma des verres et céramiques

Le nettoyage des verres et céramiques est effectué de la même manière que le nettoyage des métaux. L’air comprimée est utilisée comme gaz de procédé pour le nettoyage du verre.

En règle générale, le nettoyage est effectué en utilisant l’air comprimée.

Les paramètres importants devant être considérés ici sont la distance buse-substrat, la vitesse relative buse-substrat et le nombre de répétitions du passage (les passages multiples sont avantageux).

4. Le jet plasma /les gaz actifs est-t-il à un potentiel libre?

Oui, les gaz actifs du jet issu du système PlasmaBeam présentent un potentiel électrique nul or tout au plus très faible. Le système PlasmaBeams est ainsi communément utilisé pour le nettoyage de composants électroniques.

Par contre, le système Plasma APC500 est exclusivement utilisé pour le traitement de matériaux non-conducteurs. Le potentiel électrique du jet plasma du système Plasma APC500 n’est pas libre (non nul).

5. Quels gaz résiduels peuvent être produits lors du nettoyage par plasma atmosphérique?

Monoxyde et dioxyde d’azote NO - NO2 sont produits. Une quantité modeste de gaz carbonés issus de la dégradation des pollutions organiques sont possiblement rencontrés, monoxyde et dioxyde de carbone CO2 - CO.

6. Quelle est la largeur de traitement avec le système PlasmaBeam?

La largeur d'une buse de traitement est d'environ 8 à 12 mm. Cependant, la largeur de nettoyage doit être pré-testée pour chaque application (par mesure d'angle de contact par exemple).

La largeur de traitement est légèrement augmentée lorsque de l'oxygène (O2) ou de l'azote (N2) purs sont utilisés.

7. Quelle vitesse de traitement peut être atteinte?

En comparaison avec les procédés d'activation, la vitesse de nettoyage n’est que de quelques centimètres par seconde. Un nettoyage efficace nécessite une élévation de la température de surface, laquelle n’est obtenue que par une limitation de la vitesse de déplacement (de balayage) de la buse sur la surface.

8. Quelle est la température du jet plasma en sortie de buse?

La température moyenne du jet plasma est environ 200 à 250 °C. Avec un réglage adéquat de la distance buse-substrat et de la vitesse de déplacement, la température de surface se situe aux environs de 70 à 80 °C (température de bon compromis entre susceptibilité du matériau et efficacité du traitement). Par conséquent, cette technique peut être utilisée pour tous les matériaux standards (métaux, céramiques, verres, plastiques et élastomères).

9. Quelle est la durée de vie d'un nettoyage obtenu par plasma atmosphérique?

Ici, malheureusement, aucune donnée générale fiable ne peut être fournie. La durée de vie dépend des conditions de stockage, des paramètres de traitement, et du niveau de propreté acquis par le nettoyage plasma et requis pour le traitement suivant. Exemples

  1. Une atmosphère humide et une température élevée (supérieure à 20 ° C) réduisent considérablement la durée de vie du traitement plasma.
  2. Le traitement multiple (plusieurs passages) augmente la durée de vie du traitement.
  3. D'une manière générale, pour les métaux, le verre et les surfaces céramique ce qui suit peut être recommandée: le collage, l'impression ou le revêtement doivent être effectués dans l’heure qui suit le traitement plasma, pour garantir une adhésion optimale.
  4. Avec les plastiques traités par plasma (atmosphérique), les estimations de durée de vie suivantes peuvent s’appliquer:
  • PA (avec ou sans renfort de fibres de verre ): 1-2 semaines
  • PP, PE: Nous recommandons un traitement dans la journée, au maximum dans les 2 jours
  • PC: 2-5 jours
  • ABS, PC / ABS: 2-5 jours

 Ses valeurs sont données à titre indicatif. Des différences significatives de comportement peuvent être observées pour un même matériau selon le fabricant, suivant l’emploi et la nature des additifs et agents de démoulage par exemple.

10. Quels sont les principaux avantages tirés de l’utilisation du plasma à pression atmosphérique?

La technologie PlasmaBeam est applicable à divers procédés de production en ligne: comme le nettoyage plasma de profilés métalliques ‘sans fin’, de tuyaux avant gainage, collage, collage ou peinture. Cette technique peut être utilisée avec des robots, des trajectoires du jet de plasma suivant 2 ou 3 dimensions seront précisément décrites avec l’aide d’un robot. Le PlasmaBeam autorise un nettoyage local des surfaces sans qu’aucun masquage des autres surfaces ne soit nécessaire. C’est le cas par exemple pour le nettoyage spécifique des plots de connexion d’Al, Au et Cu, avant le collage du fil, sans ‘toucher’ au reste de la surface du composant.

11. Quelles sont les applications possibles ?

De plus amples informations sont fournies sous Applications.

Plasma atmosphérique – PlasmaBeam

Le système comprend trois éléments:

1. Système d’alimentation:

  • Système d’alimentation électrique
  • Système d’alimentation en gaz du procédé et de refroidissement
  • Générateur haute tension.
  • Système de mesure du courant
  • Système de contrôle des gaz.
  • Panneau de commande avant avec éléments de contrôle.

2. Flexible d’alimentation en gaz et électricité au générateur plasma depuis le système d’alimentation.

3. Générateur plasma : Une électrode centrale électrode, une électrode coaxiale et un isolateur composent la zone de décharge.

  • Le générateur haute-tension convertit la moyenne tension en haute tension (sup. à 10 kV), laquelle est nécessaire à l’initiation de la décharge électrique (arc électrique).
  • La tension d’alimentation et les gaz de procédé sont conduits dans la zone de décharge par l’intermédiaire du flexible d’alimentation.
  • Le flux d’air transporte les espèces actives: cations (i+), électrons(e-) et espèces radicalaires (r* ou r°), formées dans l’arc électrique, ainsi un jet de plasma en extinction s’extrait de la buse ‘Plasma Jet Process’
  • Le flux de gaz actifs (jet plasma), est concentré sur la pièce devant être traité grâce à un design spécifique de la buse.

Plasma Atmosphérique – Plasma APC 500

Le système comprend trois éléments:

1. Système d’alimentation :

  • Système d’alimentation électrique principal
  • Générateur haute tension.
  • Bloc de contrôle (microcontrôleurs pilotés)
  • Panneau de commande avant avec éléments de contrôle
  •  Système d’alimentation d’air.

2. Flexible d’alimentation en air et puissance au générateur plasma depuis le système d’alimentation.

3. Générateur plasma.

Deux électrodes composent la zone de décharge.

  • Le générateur haute-tension fournit une tension sup. à 10 kV, laquelle est nécessaire à l’initiation de la décharge électrique (décharge d’arc).
  • La tension d’alimentation est transféré à la zone de décharge par l’intermédiaire du flexible d’alimentation.
  • Le flux d’air transversal à l’arc le fait se déplacer « glisser »(Gliding) depuis sa zone d’amorçage (zone où les électrodes étaient les plus proches) ‘Gliding Arc Process’
  • La décharge électrique termine sa course pour venir en contact direct avec la surface de la pièce.
  • Attention, Danger ! Haute-Tension ! Ne pas toucher la décharge électrique, ni les électrodes.

Le système Plasma APC 500 est exclusivement utilisé pour le traitement de surfaces non-conductrices (matériaux isolants)

Dans le cas de la technologie plasma atmosphérique, le gaz est excité au moyen d'une haute-tension à la pression atmosphérique, de façon à amorcer puis entretenir une décharge électrique donnant lieu au plasma. Le plasma est expulsé de la buse par de l'air comprimé. Les deux effets du plasma:

Activation et Nettoyage final, lesquels sont obtenus par les particules réactives contenues dans le jet de plasma.

En outre, les particules de pollution adhérentes et disséminées sur la surface sont éliminées sous l’action du flux d’air comprimé accéléré par son passage dans le jet de gaz actifs.

La performance de traitement peut être affectée de différentes façons par ajustement des paramètres du procédé comme la durée de traitement (vitesse de déplacement, de balayage ) et la distance plasma - surface du substrat.

Le processeur plasma atmosphérique PlasmaBeam est principalement utilisé pour effectuer un prétraitements local de différentes surfaces (Nettoyage, Activation) de :

  • Polymères
  • Métaux
  • Céramiques
  • Verres
  • Matériaux Hybrides (composites)

Le PlasmaBeam est conseillé pour une manipulation par un robot et peut être aisément installé dans une ligne de production existante.

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