Plasmareinigen
Plasmatechnologie
Oberflächenbehandlung

1. Quel est le principe du nettoyage des surfaces par plasma ? 

Le nettoyage par plasma occupe une place importante dans la technologie plasma de modification des surfaces. Par réaction chimique avec le gaz ionisé, les particules polluantes sont éliminées de la surface, passées en phase gazeuse, elles sont emportées par le flux continu de gaz engendré par la pompe à vide. Les niveaux de propreté, de pureté, ainsi obtenus sont extrêmement élevés.

Dans le cas de la réduction d'oxydes de cuivre, les oxydes de cuivre sont exposés à un plasma d'hydrogène, avec pour conséquence leur réduction chimique et la formation de molécules d’eau gazeuse, laquelle est éliminée par l’aspiration générée par la pompe à vide.

Système Plasma Basse Pression: Nettoyage avec des générateurs Basse et Haute fréquences.
Système Plasma Basse Pression: Nettoyage avec un générateur Micro-ondes.

1.1 Nettoyage Plasma

2. Suivant quel principe le plasma agit-il comme agent de nettoyage?

2.1 Nettoyage plasma des métaux

Certains éléments destinés à subir un traitement de surface peuvent présenter des résidus de graisse, d’huile, de cire, de silicone (Non ‘PWIS-free’ : non exempt de substances dégradant la mouillabilité des peintures), ainsi que autres contaminants organiques et inorganiques (aussi couches d'oxyde).

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

  • avant pulvérisation
  • avant peinture
  • avant collage
  • avant impression
  • avant dépôts de revêtement sous vide type 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

  • Ceux-ci sont chimiquement attaquées par, par ex. un plasma oxygène et air (Cf. figure)
  • Certaines pollutions s’évaporent sous l’action combinée de la basse pression et le chauffage de la surface.
  • Les pollutions sont fragmentées en de petites molécules volatiles et stables sous l'action des particules énergétiques du plasma, lesquelles sont extraites par l’aspiration de la pompe à vide.
  • Les radiations UV peuvent aussi détruire ces impuretés et conduire leur évaporation, désorption de la surface.

La couche de contamination ne doit cependant guère dépasser quelques microns d'épaisseur, dans la mesure où le plasma n’est en mesure d’éliminer que quelques nm par seconde.

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).

2. Réduction des oxydes métalliques

Les oxydes métalliques sont sujets à réagir chimiquement avec les gaz plasma. Dans ce cas, les gaz de traitement seront soit de l'hydrogène pur ou alors son mélange avec de l'argon ou de l'azote.

Il peut être parfois recommandé de scinder le procédé en deux étapes. Par exemple, certains éléments de surface sont oxydés durant 5 minutes via un plasma à base d'oxygène; puis certains de ces éléments et d’autres sont réduits durant 5 minutes via un plasma Argon-Hydrogène (ex. de proportions : Argon 90% - Hydrogène 10%).

2.2 Nettoyage plasma des plastiques

Le nettoyage plasma des matières plastiques s’accompagne presque inévitablement d’une activation de leur surface. Dans l’éventualité où un plastique a uniquement besoin d'être nettoyé et non activé, alors les paramètres du procédé doivent simplement être ajustés (réduits) jusqu'à l’obtention de l'effet désiré. Vous aurez besoin de considérer si le simple nettoyage d'une pièce est suffisant pour correspondre aux besoins des procédés subséquents.

Le gaz de traitement est généralement de l'oxygène (grade industriel), mais l'air ambiant peut aussi bien souvent convenir. Le traitement plasma peut être répété plusieurs fois. Par ailleurs, aucune fumée toxique n’émane du procédé.

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

2.3 Nettoyage plasma des verres et céramiques

Le nettoyage des verres et céramiques est effectué de la même manière que le nettoyage des métaux. Les gaz de procédé recommandés sont principalement l'Argon et l'Oxygène.

En règle générale, le nettoyage est effectué en utilisant un plasma oxygène.

Les autres paramètres (Pression, Puissance du générateur, débit de gaz, durée du traitement) sont adaptés aux sensibilités des pièces devant être traitées.

3. La perte de masse est-elle mesurable?

Oui, en utilisant le test d'homogénéité, le taux de gravure (d’attaque de la surface) est déterminé par perte de masse.

Pour ce faire, les porte-objets sont couverts avec une bande scotch de PE et pesés avant puis après traitement plasma. La variation de masse mesurée peut alors être corrélée à la vitesse de gravure (d’attaque).

Il est nécessaire de disposer d’une balance analytique de bonne résolution, sachant que la perte de masse est bien évidement très modeste.

4. De quelle façon un état de surface ‘PWIS-Free’ peut-il être atteint?

‘PWIS-Free’ = surface exempte de substances nocives pour le mouillage de la peinture.

La présence de substances perturbant le mouillage des peintures (‘PWIS’ : Paint Wetting Impairement Substances) entraine des défauts clairement visibles dans le produit final, étant donné que l’uniformité du mouillage de la surface à peindre est fortement contrariée. Des défauts locaux de matière (absence de peinture) en forme d'entonnoir et de cratères se produisent dans la couche de revêtement. De telles substances peuvent être des silicones, des composés fluorés (PTFE), certaines graisses et huiles.

La méthode plasma supprime définitivement des surfaces ces substances perturbant le mouillage des peintures (‘PWIS’) et contenues dans l'élastomère lui-même.

Divers éléments fabriqués à partir d’une très large gamme de matériaux peuvent être nettoyées, par exemple PVC-U, PVC-C, PP, PE, ABS et PVDF, ainsi que des composants métalliques.

Après un nettoyage conventionnel, les pièces sont soumises au traitement plasma jusqu'à une heure en fonction du niveau de contamination présent. Pour confirmer l’efficience du traitement, autrement dit que la surface est exempte de toute substance nocive pour le mouillage de la peinture : ‘PWIS-Free’, un test ‘PWIS’ est effectué après le traitement au plasma selon la norme d'inspection Volkswagen PV 3.10.7, qui est une méthode rapide pour la détection de résidus siliconés.

Tout ce qu'il est nécessaire pour effectuer ce test est une plaque de verre propre, de l'acétone et une bombe de peinture disponible dans le commerce, laquelle doit bien sûr être exempte de silicone. La couleur blanche s’est avérée particulièrement bien adaptée. Déroulement du test: le matériau à tester est déposé sur la plaque de verre puis généreusement aspergé d'acétone (rinçage). Le matériau est retiré de la plaque. Après évaporation de l'acétone, la plaque de verre est pulvérisée avec la peinture suivant deux passages orthogonaux. Une fois la peinture sèche, il peut être clairement déterminé si, oui ou non, des résidus siliconés sont présents sur la surface. Le cas échéant, aux points précis de présence de silicone, la peinture ne mouille pas et forme un cratère autour du résidu.

Le nettoyage plasma peut être recommandé, avec des procédés spéciaux, pour le traitement de matériaux silicone. Une surface ‘PWIS-free’ peut être atteinte, même avec les élastomères à base de silicone.

L'élimination des substances ‘PWIS’ de la surfaces de composants à revêtir garantit la résolution d’un problème notable grâce à l'utilisation du plasma à basse pression, une technologie innovante et écologique. Les avantages remarquables du nettoyage par plasma dans une chaîne de production comprennent:

  • La diminution des taux de reprise
  • La diminution des taux de rejet
  • L’évitement des réclamations
  • Fiabilité accrue de la production

Diener electronic offre également ces procédés sous forme de service de traitement de surface. Plusieurs systèmes plasma ainsi que des employés qualifiés et expérimentés sont, pour cela, à disposition. Ainsi, nous pouvons garantir une qualité de surface optimale pour vos pièces et composants.

5. Pour quelles applications est-ce envisageable?

Pour de plus amples informations, Cf. "Applications".

6. Quels générateurs pour LF, RF, MW?

Nous utilisons les générateurs avec les fréquences suivantes en standard:

LFBasse fréquence40 kHz100 W, 200 W, 300 W, 1000 W, 1500 W, 2500 W
RFRadio fréquence13.56 MHz100 W, 300 W, 600 W, 1000 W, ...
MWMicro-ondes2,45 GHz300 W, 850 W, 1200 W, ...

7. Quelle est la meilleure fréquence ?

Il n’existe pas de réponse générale à cette question, la fréquence la plus appropriée doit être décidée au cas par cas. La tendance actuelle est cependant tournée vers l’utilisation de générateurs basses fréquences, kHz. Environ 90% des pièces de nos clients peuvent être traités avec des générateurs kHz.

Cette vue d'ensemble est conçue comme une aide à la décision:

7.1 Fréquence de 40 kHz

Avantages

Désavantages

Solution peu couteuse

Une puissance plus importante est nécessaire pour obtenir le même taux de ‘Etching’ (attaque-gravure) qu’à 13.56 MHz

Robuste

Seuls les semi-conducteurs passivés peuvent être nettoyés avant collage.

Suite à l’absence d’auto-polarisation, l’homogénéité de traitement obtenue est la meilleure des trois fréquences.

Le traitement en vrac (dans des tonneaux métalliques) est facilement applicable.

Le mode RIE (Reactive Ion Etching) est possible (taux d’attaque élevé)

L'adaptation d'impédance nécessite l'utilisation d’aucun élément mécanique sensible aux interférences.

Efficacité: approx. 90%

Des systèmes comprenant 10 étages de traitements (électrodes/niveau) ou plus sont fabriqués dans le but d’accroitre la capacité de traitement et obtenir ainsi un débit très important.

Bien adapté aux procédés de mise en œuvre des semi-conducteurs.

Les taux de déposition sont plus faibles pour les procédés de plasma polymérisation.

Les générateurs sont facilement réparables

7.2 Fréquence de 13.56 MHz

Avantages

Désavantages

Le mode RIE (Reactive Ion Etching) est possibleCouteux
L'homogénéité est meilleure qu'à 2.45 GHzRelativement sensible aux interférences.
La vitesse d'attaque (de gravure) est plus importante pour la même puissance qu'à 40kHzLe système d'ajustement de l'impédance (boite d'accord ou 'matching box') fonctionne avec des pièces métalliques mobiles.
Le traitement en vrac (en tonneau métallique) est facilement applicableLes systèmes HF (RF) sont constitués de deux éléments: générateur + boite d'accord.
Les systèmes multi étages électrodes/carrousel peuvent être fabriqués, mais l'ajustement des électrodes est particulièrement laborieux.Efficacité approx. 50%
Recommandé pour les processus de fabrication initiaux et finaux des semi-conducteurs.Coûts de câblage important
Taux de déposition élevé pour le procédé de déposition plasma.Le coût de réparation des générateurs est élevé.

7.3 Fréquence 2.45 GHz

Avantages

Désavantages

Peu couteux

Les systèmes Micro-ondes sont constitués system constitués d’une source de puissance et d’un système de couplage.

Relativement robuste

Le coût des éléments de câblage est élevé.

La vitesse d’attaque (Etching rate) la plus importante pour une puissance donnée.

Le traitement des wafer Silicium requiert un refroidissement.

Efficacité approx. 60%

Le système comprend des éléments de verre et céramique.

Mode ECR (Résonance Cyclotron Electronique) possible (haute vitesse d’attaque)

L’alimentation du Magnetron nécessite une tension de 4500 V

Recommandé dans les procédés de fabrication initiaux et finaux  des semi-conducteurs.

Le traitement en vrac (en tonneau métallique) n’est applicable qu’à certaines conditions.

Taux de déposition très important en plasma polymérisation.

Le plasma n’est pas homogène du fait de la faible longueur d’onde (12 cm)

Les générateurs sont faciles à réparer.