Das Niederdruckplasma bietet sehr vielseitige Möglichkeiten, Oberflächen zu modifizieren. Die Feinreinigung von verschmutzten Bauteilen, die Plasmaaktivierung von Kunststoffteilen, die Ätzung von PTFE oder Silizium und die Beschichtung von Kunststoffteilen mit PTFE-ähnlichen Schichten sind einige Anwendungen. Insofern wird das Niederdruckplasma in den verschiedensten Bereichen eingesetzt, wo es darauf ankommt Materialien zu verbinden oder die Oberflächeneigenschaften gezielt zu verändern.
Plasmaprozesse
Reinigen von Werkstoffen
Die Plasmatechnik bietet Lösungen für jede Art der Verschmutzung, für jedes Substrat und für jede Nachbehandlung. Dabei werden auch molekulare Verschmutzungsreste abgebaut.
Aktivieren von Werkstoffen
Voraussetzung für die Haftung von Bindungspartnern beim Lackieren, Kleben, Bedrucken oder Bonden ist eine gute Benetzbarkeit der Oberfläche.
Ätzen von Werkstoffen
Die Plasmatechnik ermöglicht anisotropes und isotropes Ätzen. Isotropes Ätzen durch chemisches Ätzen, anisotropes Ätzen durch physikalisches Ätzen.
Beschichten von Werkstoffen
Mit Niederdruckplasmen lassen sich Werkstücke mit diversen Beschichtungen vergüten. Dazu werden gasförmige und flüssige Ausgangsstoffe in die Vakuumkammer zugeführt.
Wie sind Niederdruckplasma-Anlagen aufgebaut und wie funktionieren sie?
Bei der Niederdruck-Plasmatechnik wird Gas im Vakuum durch Energiezufuhr angeregt. Es entstehen energiereiche Ionen und Elektronen sowie andere reaktive Teilchen, die das Plasma bilden. Damit lassen sich Oberflächen wirkungsvoll verändern. Es werden drei Plasmaeffekte unterschieden:
Mikrosandstrahlen
Die Oberfläche wird durch den Ionenbeschuss abgetragen.
Chemische Reaktion
Das ionisierte Gas reagiert chemisch mit der Oberfläche.
UV-Strahlung
Die UV-Strahlung bricht langkettige Kohlenstoffverbindungen auf.
Durch die Variation der Prozessparameter wie Druck, Leistung, Prozesszeit, Gasfluss und -zusammensetzung ändert sich die Wirkungsweise des Plasmas. So lassen sich in einem einzigen Prozessschritt mehrere Effekte erzielen.
Plasma entfernt Trennmittel (auch Silikone und Öle) von der Oberfläche. Diese werden von z. B. Sauerstoff chemisch angegriffen und in flüchtige Verbindungen umgewandelt. Durch den Unterdruck und die oberflächliche Aufheizung verdampfen die Trennmittel bzw. deren Reste zum Teil. Durch die energiereichen Teilchen im Plasma werden die Trennmittelmoleküle in kleinere Molekülfragmente aufgebrochen und lassen sich dadurch absaugen. Außerdem entsteht ein "Mikrostrahleffekt" auf atomarer Ebene. UV-Strahlung kann Trennmittel aufbrechen.
Auf frisch produzierten als auch auf gelagerten Produkten befinden sich meist unsichtbare Ablagerungen wie Fette, Öle, Silikone, Feuchtigkeit oder Oxidationsschichten. Um diese Oberflächen fehlerfrei beschichten zu können, müssen diese LABS-frei sein (LABS = LAck Beschichtungs Störende), was durch eine Plasmareinigung erzielt werden kann.
Beispiel für einen typischen Plasmaprozess
Leistung: 500 Watt, Prozesskammervolumen: 100 Liter, Prozessgas: Luft oder Sauerstoff, Druck: 0,2 - 0,6 mbar, Dauer: 1 - 5 Minuten
Es steht eine Vielzahl von Prozessgasen (z. B. Luft, Sauerstoff, Argon, Argon-Wasserstoff, Tetrafluormethan-Sauerstoff) und Chemikalien (z. B. Hexamethydisiloxan, Vinylacetat, Aceton, fluorhaltige Chemikalien) zur Verfügung.
Grundsätzlich gilt aber Folgendes: Das Prozesswissen ist entscheidend. Das Plasma muss zum Werkstoff passen, um alle gewünschten Effekte gezielt einstellen zu können.
Bauteil
Warenträger
Vakuumkammer
Eckventil
Gasflasche
Ventil (Nadelventil NV), Mass Flow Controller (MFC))
Elektrode
Belüftungsventil
Vakuumpumpe
Hochfrequenzgenerator
