Auf allen Oberflächen befinden sich immer feinste, mit dem Auge nicht sichtbare Verschmutzungen. Die Entfernung dieser Verschmutzungen ist fast immer Voraussetzung für eine einwandfreie weitere Bearbeitung der Oberfläche durch Verfahren wie:

  • Kleben
  • Bedrucken
  • Lackieren
  • Bonden
  • Beschichten
  • Ätzen

Die Plasmatechnik bietet Lösungen für jede Art der Verschmutzung, für jedes Substrat und für jede Nachbehandlung. Dabei werden auch molekulare Verschmutzungsreste abgebaut. Für die verschiedenen Anforderungen im Einzelfall gibt es verschiedene Reinigungsmethoden. Die wichtigsten sind:

1. Entfernung von Kohlenwasserstoffen im Sauerstoffplasma

Microreinigen - Entfetten im Sauerstoffplasma

Auf nahezu allen Oberflächen befinden sich Kohlenwasserstoffe als Rückstände von Fetten, Ölen oder Trennmitteln. Diese Schichten reduzieren drastisch die Haftung anderer Materialien bei einer späteren Weiterbehandlung der Oberfläche. Deshalb ist eine chemische Entfernung von Kohlenwasserstoffen im Sauerstoffplasma eine Standardbehandlung vor jeder Lackierung, Bedruckung oder Verklebung.

Die Plasmareaktionen bei diesem Reinigungsprozess sind als Beispiel im Bereich "Kleine Plasmaphysik" dargestellt,.

Es wirken Ionen, Radikale, und UV-Strahlung gemeinsam. Hochenergetische UV-Strahlung spaltet Makromoleküle. Sauerstoffradikale, Ionen und abgespaltete Wasserstoffradikale besetzen freie Kettenenden der Polymerketten zu H2O und CO2

Die Abbauprodukte der Kohlenwasserstoffe sind im Niederdruckplasma gasförmig und werden abgesaugt.

Auf polymeren Oberflächen startet parallel zum Abbau der Oberflächenverschmutzung eine Aktivierung durch Sauerstoffradikale. Diese Aktivierung ist bei unpolaren Kunststoffen Voraussetzung für einwandfreie Haftung. Detail siehe Aktivieren von Werkstoffen.

Öle, Fette oder Trennmittel die Additive enthalten, können im Sauerstoffplasma nicht immer rückstandsfrei entfernt werden. Es können sich am Substrat anhaftende feste Oxide bilden. Diese können, falls erforderlich, in nachgeschalteten zusätzlichen Reinigungsprozessen gereinigt werden.

Die Reinigung im Sauerstoffplasma funktioniert praktisch auf allen Materialien. Oft kann statt Sauerstoff auch gereinigte trockene Luft verwendet werden. Die Entfernung von Kohlenwasserstoffen ist deshalb sowohl im Niederdruckplasma als auch im Atmosphärendruckplasma durchzuführen.

2. Mechanische Reinigung durch Microsandstrahlen

Argon-Plasma

Ein besonders einfaches Plasma ist ein Edelgasplasma. Es besteht nur aus Ionen, Elektronen und Edelgasatomen. Da das Gas immer atomar ist, gibt es keine Radikale und da Edelgase nicht chemisch reagieren auch keine Reaktionsprodukte. Auf Grund der kinetischen Energie der schweren Ionen ist Argon-Plasma trotzdem aktiv.

Reinigung

Durch die kinetische Energie aufschlagender Ionen werden Atome und Moleküle der Beschichtung weggeschlagen, so dass diese zunehmend abgebaut wird.

Die Behandlung wirkt nahezu auf allen Oberflächen, also bei jeder Art von Verschmutzung. Durch Microsandstrahlen lassen sich so auch nahezu alle Verschmutzungen entfernen die dem chemischen Angriff widerstehen.

Da die positiv geladenen Ionen auf eine negativ geladene Elektrode beschleunigt werden, erfolgt die Plasmaanregung in einem Parallelplattenreaktor.

Strukturieren - physikalisches Ätzen

Nicht nur aus einer Oberflächenschicht, sondern aus dem Substratmaterial selbst schlagen energiereiche Ionen Bruchstücke heraus. Dadurch kommt es in molekularem Maßstab zu einem zunehmenden Strukturieren und aufrauhen der Oberfläche. Wie beim Sandstrahlen oder Anschleifen führt dies zu einer Oberflächenvergrößerung - eventuell auch zu Hinterschneidungen - welche die Haftung für anschließend aufgebrachte Schichten erhöht.

Im Gegensatz zu chemischen Ätzeffekten im Niederdruckplasma wirkt Microsandstrahlen nicht isotrop, also gleichmäßig auf alle Oberflächen eines Bauteils, sondern hauptsächlich in Richtung des elektrischen Feldes, weil die Ionen in dieser Richtung beschleunigt werden.

3. Reduktion von Oxidschichten

Oxidschichten befinden sich auf vielen Oberflächen. Nur wenige Metalle neigen nach langer Lagerung nicht zur Oxidbildung. Auf vielen Metallen bilden sich Oxidschichten gerade bei der Plasmareinigung im Sauerstoffplasma. Dabei stören Oxidschichten bei allen Schritten der Nachbearbeitung: 

  • Haftung elektrischer Kontakte beim Bonden, Löten
  • Schlechter elektrischer Kontakt
  • Schlechte Haftung beim Kleben, Lackieren

Auch auf Nichtmetallen befinden sich oft feste oxidierte Ablagerungen, die sich bisweilen erst durch die Reinigung im Sauerstoffplasma gebildete haben. Oxidschichten widersetzen sich oft jedem Angriff durch herkömmliche Lösungsmittel. Selbst mechanisch ist ihnen auf Grund ihrer großen Härte oft schwer beizukommen. Sie werden im Wasserstoffplasma durch Reduktion entfernt.

Oxidation

Im Sauerstoff- oder Luftplasma werden auch gezielt extrem dünne nur wenige Atomlagen dicke Metallschichten oxidiert. Diese unsichtbaren Schichten härten und schützen das Metall vor chemischem und mechanischem Angriff und vor weiterer Oxidation. Sie sichern eine dauerhaft metallisch glänzende Oberfläche.

Die Oberflächenoxidation wird oft im Atmosphärendruckplasma durchgeführt. 

Da von einer Oberfläche oft auch verschiedenartige Verschmutzungen abgetragen werden müssen, werden unterschiedliche Reinigungsprozesse nacheinander angewandt, wie:

1. Entfernung von Trennmitteln (Kohlenwasserstoffen) im Sauerstoffplasma2. Micromechanische Feinstreinigung durch Microsandstrahlen im Argon-Plasma

oder:

1. Entfettung im Sauerstoffplasma2. Reduktion von Oxidschichten im Wasserstoffplasma

Andererseits wird an die Sauerstoffreinigung unmittelbar eine Aktivierung unpolarer Oberflächen durch Sauerstoffradikale angeschlossen, indem der Prozess nach der Reinigung längere Zeit fortgesetzt wird. Details siehe Aktivieren von Werkstoffen und bei noch längerer Einwirkung nachgeschaltetes Ätzen von Werkstoffen.

Plasmareinigung hat gegenüber anderen Reinigungsverfahren einzigartige Vorteile: 

  • Reinigung auch in feinsten Spalten und Zwischenräumen
  • Reinigung aller Bauteiloberflächen in einem Arbeitsschritt auch auf der Innenseite von Hohlkörpern
  • Rückstandsfreie Entfernung von Abbauprodukten durch die Vakuumabsaugung
  • Keine Schädigung lösungsmittelempfindlicher Oberflächen durch chemische Reinigungsmittel
  • Entfernung auch molekular feiner Rückstände
  • Sofortige Weiterbearbeitung möglich (und vorteilhaft). Kein Ablüften und Entfernung von Lösungsmitteln erforderlich
  • Keine Lagerhaltung und Entsorgung gefährlicher, umwelt- und gesundheitsschädlicher Reinigungsmittel erforderlich
  • Sehr geringe Prozesskosten