Plasmareinigen

Vor jeder weiteren Plasmabehandlung muss zuvor eine Plasmareinigung erfolgen, um überhaupt eine reine Materialoberfläche zur Verfügung zu haben.

Für eine vollständige Reinigung stehen die folgenden Prozesse zur Verfügung:

Reinigung im Sauerstoffplasma

Oberflächenverschmutzung, insbesondere gerade die nach einer mechanischen und nasschemischen Reinigung noch verbleibenden Reste sind oft organischer Natur. Oft sind es Reste von Ölen. Fetten, Trennmitteln, Siliconen, die von vielen Lösungsmitteln nicht vollständig entfernt werden. Wenn solche Substanzen auf der Oberfläche verbleiben, behindern sie alle weiteren Verarbeitungsschritte, insbesondere alle Verklebungen und Beschichtungen massiv. Diese Substanzen können durch Sauerstoffplasma, oft auch durch Luftplasma meist restlos entfernt werden. 

Angeregte Sauerstoff-Moleküle und -Radikale sind äußerst reaktiv und bilden sehr stabile Bindungen.
Durch die UV-Strahlung des Plasmas werden die Polymerketten der organischen Rückstände aufgespalten. Sauerstoffradikale besetzen sofort die frei gewordene Bindungen und verhindern die Rekombination der Polymerbruchstücke. Zunehmend entstehen so aus den Makromolekülen kurzkettige flüchtige Substanzen, die von der Vakuumpumpe abgesaugt werden.

Abbau von Oxidschichten

Auf der Oberfläche von fast allen Metallen bildet sich eine Oxidschicht, schon wenn das Metall nur kurzzeitig der Luftatmosphäre ausgesetzt ist. Bei vielen unedlen Metallen ist dieser Effekt äußerst nützlich, da unter der meist soliden, widerstandsfähigen Oxidschicht die Korrosion tieferliegender Metallbereiche verhindert wird.

Oxidschichten behindern jedoch nachfolgende Fügeprozesse, insbesondere Löten und Bonden, sowie die elektrische Kontaktierfähigkeit.

Im Wasserstoffplasma reagieren angeregte Wasserstoffmoleküle, Ionen und Radikale mit dem Sauerstoff des Oxids zu Wasserdampf, der durch die Vakuumpumpe problemlos abgesaugt wird. 

Mikrosandstrahlen im Argonplasma

Manche Substanzen werden weder durch Sauerstoffplasma noch durch Wasserstoffplasma entfernt, insbesondere Salze und keramische Substanzen. Durch Ionenbeschuss im Argonplasma erfolgt eine physikalische Ätzung, d.h. Atome, Radikale und Moleküle werden durch die kinetische Energie des Ionenbeschusses aus einer Oberfläche herausgeschlagen. Dieser Effekt ist nicht selektiv, d.h. er funktioniert praktisch auf allen Substraten. Durch genügend intensive Argonplasmabehandlung lassen sich also praktisch alle Substanzen entfernen.

Freilich wird durch Argonionenbeschuss auch das Substrat selbst geätzt und abgetragen. Dieser Effekt kann erwünscht sein, da er wie Sandstrahlen oder Schleifen zu einer Aufrauung und damit zu einer Flächenvergrößerung führt, was die Verbindungshaftung beim Verkleben oder Beschichten verbessert. Wenn dieses Ätzen des Substrats nicht erwünscht ist, muss die Behandlungsdauer im Argonplasma entsprechend optimiert werden.

Die Bearbeitungsgeschwindigkeit beim Mikrosandstrahlen ist gering. Sofern Kohlenwasserstoffe vorhanden sind, wird deshalb zunächst im Sauerstoffplasma gereinigt. Eine Argonplasmabehandlung kann angeschlossen werden. Wenn auch Oxidschichten zu entfernen sind, kann in einem Argon/Wasserstoff-Prozessgas gereinigt werden.

Im Video sehen sie den Effekt der Plasmareinigung:

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