Pulizia con il plasma atmosferico

Per la pulizia al plasma di superficie vengono utilizzati solo i dispositivi della serie"PlasmaBeam". I dispositivi di tipo Plasma APC500 si sono  dimonstrati ad essere praticamente privi di azione pulente. Pertanto, essi non sono menzionati qui.  

1. Principio di progettazione e di funzionamento

 

2. Come funziona la procedura di pulizia con il plasma atmosferico?

Un importante processo di tecnica superficiale è la pulizia al plasma. Attraverso le reazioni chimiche con i gas ionizzati e anche getto di gas attivo ad aria compressa, le particelle di sporco vengono rimosse, convertite in fase gassosa e spazzate via dal efetto getto di gas attivo continuo. I livelli di purezza raggiungibili in questo caso sono estremamente elevati. 

Nella reazione di riduzione dell'ossido di rame, gli ossidi di rame sono esposti ad un plasma di idrogeno, e quindi gli ossidi sono ridotti chimicamente e si forma vapore acqueo. Queste miscele sono Ar/H2 o N2/H2 con contenuto max. di H2 inferiore al 5%. Questo metodo funziona con il plasma a pressione atmosferica solo con un consumo molto elevato di gas.

3. Quali sono gli effetti del plasma atmosferico durante la pulizia?

3.1 Pulizia al plasma di metalli

Alcuni beni di trattamento sono coperti da grassi, oli, cere, siliconi (senza LABS) e altre impurità organiche e inorganiche (anche strati di ossidi). 

Per alcune applicazioni può essere necessario ottenere delle superfici assolutamente pulite e privo di ossidi, ad esempio

  • prima della procedura di sputtering
  • prima della verniciatura
  • prima dell'incollaggio
  • prima della stampa
  • prima dei rivestimenti di PVD e ​​CVD
  • per applicazioni mediche speciali
  • per sensori analitici
  • prima della lega
  • prima della saldatura di circuiti stampati
  • per interruttori, ecc.

Il plasma agisce qui in due modi:

1. Rimuove gli strati organici (impurezze contenenti di C)

  • Questi sono attaccati chimicamente ad esempio da ossigeno e aria
  • Quindi, vengono soffiati attraverso la pressione dalla superficie.
  • Attraverso le particelle energetiche, le impurità vengono trasformate nel plasma in parti più, piccole, molecole stabili e, quindi possono essere aspirate.

Le impurità devono avere uno spessore di poche centinaia de nanometri poiché il plasma è solo in grado di rimuovere pochi nm.

I grassi contengono ad esempio composti di litio. Da questi, possono essere rimossi solo i componenti organici. Lo stesso vale anche per le impronte digitali. Pertanto, si raccomanda l'uso di guanti.

2. Riduzione degli ossidi  

  • L'ossido metallico reagisce chimicamente con il gas di processo. Come gas di processo viene utilizzato l'idrogeno puro o una miscela di argon o azoto. L'effetto termico del getto di plasma può causare ulteriore ossidazione. Pertanto, si consiglia di eseguire i processi in atmosfera di gas inerte (ad es., N2 o Ar).

3.2 Pulizia al plasma di materie plastiche

Con il trattamento al plasma a pressione atmosferica, la pulizia al plasma non può essere separata dalla attivazione in plasma.

Il gas di processo è tipicamente aria compressa secca e priva d'olio.

Il principio corrisponde alla pulizia al plasma dei metalli.

3.3 Pulizia al plasma di vetri e ceramiche

La pulizia di vetri e ceramiche viene effettuata nello stesso modo come la pulizia dei metalli. Come gas di processo per la pulizia dei vetri viene utilizzata l'aria compressa.

In generale si può dire che la pulizia viene di solito eseguita con aria compressa.

Come parametri importanti devono essere presi in considerazione la distanza, la velocità e la ripetibilità de processo (il trattamento multiplo è sempre vantaggioso).

4. Il getto di plasma/gas attivo è a potenziale zero? 

Sì, il getto di gas attivo dal PlasmaBeam non ha alcun potenziale elettrico o questo è molto basso. Pertanto, i dispositivi PlasmaBeam sono spesso usati per la pulizia di componenti elettronici

I dispositivi di tipo Plasma APC500 non possono essere utilizzati nel trattamento di materiali  conduttivi. Il getto di plasma del Plasma APC500 non è a potenziale zero.

5. Quali sono i gas che possono formarsi durante la pulizia al plasma? 

Si possono formare gli ossidi di azoto NO e NO2. Una piccola quantità di gas contenenti carbonio è ovviamente anche possibile (CO2, CO).

6. Qual è la larghezza del trattamento con il fascio di plasma?

La larghezza di trattamento di un ugello è di circa 8-12 mm. Tuttavia, la larghezza di pulizia deve essere controllata ad ogni applicazione in anticipo (ad es. misurazione dell'angolo di contatto).

L'uso di ossigeno puro (O2) o azoto (N2) determina un leggero aumento della larghezza di trattamento.

7. Che velocità di trattamento può essere raggiunta? 

Rispetto ai processi di attivazione la velocità di pulizia è di solo pochi cm al secondo. Una pulizia efficace richiede un aumento della temperatura sulla superficie, che è accessibile solo tramite velocità inferiore.

8. Qual è la temperatura del getto? 

La temperatura media del getto di plasma è di circa 200 - 250 °C. Ad una distanza corretta - e impostazione della velocità adeguata, si raggiunge una temperatura superficiale di circa 70 - 80 °C. Pertanto, questa tecnica può essere utilizzata per tutti i materiali comuni (metalli, ceramica, vetro, plastica, elastomeri).

9. Qual è la durata della pulizia al plasma con plasma atmosferico? 

Qui, purtroppo, non può essere specificato nessun numero attendibile. La durata dipende da condizioni di conservazione, parametri di trattamento e grado di contaminazione.

Esempi

  1. Atmosfera umida e temperature elevate (superiori a 20 °C) riducono drasticamente la durata del trattamento al plasma.
  2. Il trattamento multiplo aumenta la durata di vita del trattamento stesso.
  3. Generalmente, per le superficie metalliche, di vetro: le procedure di incollaggio, stampa o rivestimento devono essere effettuate entro un'ora dopo il trattamento al plasma per raggiungere i valori massimi.
  4. Per le materie plastiche viene applicato il seguente trattamento al plasma:
  • PA (con o senza rinforzo in fibra di vetro(): 1 - 2 settimane
  • PP, PE: Si consiglia un ulteriore trattamento entro 1 giorno fino a max. 2 giorni
  • PC: 2 - 5 giorni
  • ABS, PC/ABS: 2 - 5 giorni

Si prega di notare che questi valori sono approssimativi. A seconda del produttore possono verificarsi differenze importanti all'uso di additivi e agenti di distacco.

10. Quali sono i principali vantaggi del trattamento con plasma a pressione atmosferica? 

La tecnica  del PlasmaBeam è applicabile per i processi in linea, ad es. la pulizia al plasma di profili metallici infiniti, tubi prima del rivestimento, incollaggio o verniciatura. 

Questa tecnica viene utilizzata con robot, ossia delle superfici a 2 o 3 dimensioni possono essere acquisite con il getto di plasma con l'aiuto di robot. 

il PlasmaBeam consente la pulizia superficiale locale senza mascheratura della superficie residua, ad es. pulizia di Al, Au e Cu (wire bonding) senza toccare il resto della superficie.

11. Quali sono le applicazioni possibili?

Per ulteriori informazioni, vedere Applicazioni.

Plasmabeam: il processore al plasma è azionato da un robot e può essere installato in una linie di produzione automatizzata.

 

Plasma atmosferico - Plasmabeam

L'impianto è costituito da tre unità:

1. Unità di alimentazione: 

  •      alimentazione elettrica
  •      allacciamento gas di processo e di raffreddamento
  •      generatore di alta tensione
  •      blocco misurazione di corrente
  •      blocco controllo gas
  •      pannello frontale con comandi

2. Gas e conduzione di corrente nel tubo flessibile

3. I generatori di plasma: l'elettrodo centrale, elettrodo esterno e l'isolante formano una zona di scarico 

  •       Il generatore di alta tensione converte la tensione di rete in alta tensione (fino a 10 kV), che è necessaria per la formazione della scarica elettrica.
  •       La tensione di alimentazione e il gas di processo vengono alimentati nella zona di scarico attraverso il condotto flessibile.
  •       Il flusso d'aria trasporta le conseguenti ad arco specie attive (i +, e, r *) dalla zona di scarico. (Metodo Plasma Jet)
  •       La corrente del gas attivo viene focalizzata mediante la forma specifica dell'ugello al pezzo da lavorare.
Plasma APC500: il processore al plasma è azionato da robot e può essere installato su una linia di produzione automatizzata.

Plasma atmosferico - PlasmaAPC 500

L'impianto è costituito da tre unità:

1. Unità di alimentazione: 

  • alimentazione elettrica
  • generatore di alta tensione
  • blocco di controllo (controllato da microcontrollore)
  • pannello frontale con comandi
  • fornitura d'aria 

2. Linee elettriche e di alimentazione aria in tubo flessibile

3. I generatori di plasma:

Due elettrodi formano una zona di scarico

  • Il generatore di alta tensione genera una tensione fino a 10 kV, che è necessaria per la generazione della scarica elettrica.
  • La tensione di alimentazione è fornita attraverso il condotto flessibile.
  • Il flusso d'aria ersteckt l'arco dalla regione di elettrodo. (Metodo Gliding Arc)
  • L'arco viene direttamente a contatto con la superficie.
  • Atenzione alta tensione! Si prega di non toccare l'arco e gli elettrodi

Il PlasmaAPC 500 viene utilizzato per superfici non conduttive.

Nel plasma a pressione atmosferica, il gas viene eccitato mediante l'alta tensione sotto pressione atmosferica in modo tale che viene generato un plasma. Il plasma viene espulso con l'aria compressa dall'ugello. Ci sono due effetti diversi del plasma:

L'attivazione e la pulizia fine creano le particelle reattive contenute nel getto di plasma.

Inoltre, le particelle non aderenti vengono rimosse dal getto di gas attivo dalla superficie.

Variando i parametri di processo quali la velocità di elaborazione e la distanza alla superficie del substrato, i risultati del trattamento possono essere influenzati in modo diverso.

Il trattamento al plasma atmosferico PlasmaBeam è principalmente utilizzato per il pretrattamento locale (pulizia, attivazione) da diverse superfici:

  • Polimeri
  • Metallo
  • Ceramica
  • Vetro
  • Materiali ibridi

Il PlasmaBeam è compatibile con i robot e può essere installato sulle linee di produzione automatizzate esistenti, senza molte modifiche necessarie.

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