Plasmareinigen
Plasmatechnologie
Oberflächenbehandlung

Pulizia con il plasma a bassa pressione

1. Come funziona la procedura di pulizia con il plasma?  

Un importante processo di tecnica superficiale è la pulizia al plasma. Le particelle di sporco vengono rimosse attraverso la reazione chimica con i gas ionizzati, che vengono convertite in fase gassosa e rimosse dal flusso continuo di gas attraverso la pompa del vuoto. 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 acqua, che viene aspirata dalla pompa.

Sistema al plasma a bassa pressione: pulizia con generatore di frequenza a bassa o alta frequenza
Sistema al plasma a bassa pressione: pulizia con generatore a microonde

 

1.1 Pulizia al plasma

2. Come funziona il plasma durante la pulizia? 

2.1 Pulizia al plasma dei 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

  • Questi sono attaccati chimicamente ad esempio da ossigeno e aria (vedi schizzo).
  • Con la pressione negativa e il riscaldamento superficiale, le impurità evaporano parzialmente.
  • Attraverso le particelle energetiche, le impurità vengono trasformate nel plasma in parti più piccole, molecole stabili e, quindi possono essere aspirate.
  • Inoltre, la radiazione UV può distruggere l'impurità e provocare il loro distacco dalla superficie.   

Le impurità devono avere uno spessore di pochi micron, poiché il plasma è solo in grado di rimuovere pochi nm/s.

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.

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.

È anche possibile eseguire il processo in due fasi. Per esempio, i beni di trattamento vengono prima ossidati con ossigeno per 5 minuti, dopo di che vengono ridotti per 5 minuti con argon-idrogeno (ad esempio miscela del 90% di argon e 10% di idrogeno).

2.2 Pulizia al plasma di materie plastiche

La pulizia al plasma di materie plastiche è sempre accompagnata dall'attivazione della materia plastica. Se una materia plastica deve essere in realtà solo pulita e non attivata, i parametri di processo devono essere semplicemente ridotti fino ad ottenere l'effetto desiderato. Si deve sempre considerare se la semplice pulizia di un pezzo sia sufficiente per i processi successivi.

Tipicamente, come gas di processo si utilizza ossigeno tecnico, ma spesso basta anche l'aria ambiente. Il trattamento al plasma può essere ripetuto più volte e non si verifica la formazione di fumi tossici.

Il principio corrisponde alla pulizia al plasma dei metalli.

2.3 Pulizia al plasma di vetri e ceramiche

La pulizia del vetro e della ceramica viene effettuata nello stesso modo come la pulizia dei metalli. Come gas di processo per la pulizia dei vetri si raccomanda argon o ossigeno.

In generale si può dire che una pulizia viene di solito eseguita con plasma di ossigeno.

Gli altri parametri (pressione, potenza del generatore, flusso di gas, durata del trattamento) possono variare a seconda della sensibilità dei pezzi da trattare.

3. Si verifica una perdita di peso misurabile?

Sì, utilizzando il test di omogeneità, può ad esempio essere determinato il tasso di attacco dalla perdita di peso.

A questo scopo, i supporti dell'oggetto sono coperti con nastro PE e pesati prima e dopo il trattamento al plasma. La differenza può quindi fornire informazioni sul tasso di attacco.

La pesatura deve avvenire su una bilancia analitica, in quanto la perdita di peso è solo molto piccola.

4. Come può essere raggiunta l'assenza di LABS? 

Attraverso le sostanze disruptive - chiamate in breve LABS - appaiono chiaramente degli errori visibili nel prodotto finale, in quanto si impedisce la bagnatura uniforme della superficie da verniciare. Sullo strato di rivestimento si verifica la presenza di difetti a forma di imbuto e formazioni di crateri. Tali sostanze possono essere siliconi, materiali con fluoro (PTFE), alcuni oli e grassi.

La procedura di trattamento al plasma rimuove definitivamente tutte le sostanze con difetti di bagnatura della vernice dalla superficie e dall'elastomero stesso.

Possono essere puliti componenti formati da diversi materiali come PVC-U, PVC-C, PP, PE, ABS e PVDF e componenti metallici.

Dopo la pulizia, le parti, a seconda del grado di contaminazione presente, vengono trattate fino ad un'ora con il plasma. Per confermare il successo del trattamento e quindi l'assenza di LABS, dopo il trattamento al plasma viene effettuato un test-LABS, secondo lo standard Volkswagen PV 3.10.7, con il quale vengono rilevati con un metodo veloce la presenza di residui di silicone.

Tutto ciò che serve è una lastra di vetro pulito, acetone e una vernice a spray, tutti materiali disponibili in commercio, che devono ovviamente essere privi di siliconi. Particolarmente indicato si è dimostrato qui il colore bianco. Per il test, il materiale da testare viene posto sulla lastra di vetro e lavato con acetone. Dopo l'evaporazione dell'acetone, la lastra di vetro viene spruzzata con la vernice a spray a forma di croce. Dopo l'asciugatura della vernice è chiaramente indicato se i residui di silicone so trovano ancora sulla superficie. In questi punti, la vernice non ha bagnato il vetro e si formano i cosiddetti crateri.

La pulizia al plasma può essere utilizzata con i processi speciali per il trattamento di materiali siliconici. Anche per la gomma siliconica si può ottenere una situazione di assenza di LABS.

Attraverso l'uso di tecniche innovative e ambientalmente consapevoli del plasma a bassa pressione è oggi possibile risolvere una serie sempre più ampia di problematiche attraverso la rimozione delle sostanze LABS dalle superfici dei componenti da rivestire. I benefici si ritrovano nella possibilità di assimilazione in una catena di produzione della procedura di pulizia al plasma e comprendono:    

  • la riduzione del tasso di rilavorazione
  • la riduzione del tasso di scarto
  • la possibilità di evitare i reclami
  • maggiore affidabilità della produzione 

Diener electronic vi offre questo metodo come trattamento nella nostra sede di produzione. Qui abbiamo a disposizione diversi sistemi di plasma, nonché i nostri collaboratori esperti. In questo modo, siamo in grado di garantire una qualità superficiale ottimale delle vostre parti e dei vostri componenti.

5. Quali sono le applicazioni possibili?

Per ulteriori informazioni, vedere la sezione  "Applicazioni".

6. Quali generatori per LF, RF, MW?

Per impostazione predefinita, usiamo i generatori con le seguenti frequenze: 

LF

Bassa frequenza

40 kHz

100 W, 200 W, 300 W, 1000 W, 1500 W, 2500 W

RF

Radiofrequenza

13,56 MHz

100 W, 300 W, 600 W, 1000 W, ...

MW

Microonde

2,45 GHz

300 W, 850 W, 1,2 kW, ...

7. Qual è la frequenza migliore?

A questa domanda non si può rispondere in termini generali, ma c'è una risposta caso per caso. Tuttavia, la tendenza in questo momento, sono i generatori a kHz. Circa il 90% di tutte le parti dei nostri clienti possono essere trattate con le macchine a kHz.

Questa panoramica si intende come aiuto per prendere la giusta decisione:

7.1 Frequenza 40 kHz  

VantaggiSvantaggi
Soluzione economicaCon la stessa velocità di etching si necessita più potere rispetto a 13,56 MHz
RobustezzaPrima dell'incollaggio possono essere puliti solo semiconduttori passivati
La massima omogeneità può essere raggiunta da tutte e tre le frequenze attraverso accoppiamento a potenziale zero
Dei fusti metallici possono essere usati facilmente
Possibile funzionamento RIE (alta velocità di etching)
L'adattamento dall'impedenza richiede componenti meccanici senza guasti
Efficienza: cca. 80%
E' possibile la costruzione di elettrodi/supporti merce con 10 o più piani per ottenere un volume molto elevato
Adatto per processi di back-end dei semiconduttori
Velocità di erching inferiori per la polimerizzazione al plasma
I generatori possono essere facilmente riparati

 

 

7.2 Frequenza 13,56 MHz 

VantaggiSvantaggi
Possibile il funzionamento RIECostoso
L'omogeneità è migliore rispetto a quella di 2,45 GHzRelativamente sensibile alle interferenze
Velocità di etching è maggiore per la stessa potenza a 40 kHzL'adattamento di impedenza con parti in movimento meccanico
Possono essere utilizzati facilmente dei tamburi rotanti in metalloIl sistema HF è composto da generatore e sistema di adattamento
E' possibile la costruzione di elettrodi/supporti merce la simmetria degli elettrodi è molto importanteEfficienza di circa il 50%
Adatta per processi di di back-end e front-end dei semiconduttoriAlta complessità di cablaggio
Alte velocità di etching per la polimerizzazione al plasmaLe riparazioni dei generatori sono costose

 

 

7.3 Frequenza 2,45 GHz  

VantaggiSvantaggi
Poco costosoSistema HF consiste di alimentazione e accoppiamento
Relativamente robustoAlta complessità di cablaggio
Velocità di etching più alta con la stessa potenzaIl wafer di silicio deve essere raffreddato
Efficienza di circa il 60 %Vetro e componenti in ceramica
Possibile il funzionamento ECR (alta velocità di etching)Il magnetron richiede una tensione di 4500 V
Ben adatto per processi front-end e back-end dei semiconduttoriI tamburi rotanti in metallo possono essere utilizzati solo condizionalmente
Velocità di etching molto elevate per la polimerizzazione al plasma  Risulta un plasma non omogeneo dovuto alla piccola lunghezza d'onda (12 cm)
I generatori possono essere facilmente riparati