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.
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 Vakuum Absaugung
- Keine Schädigung lösungsmittelempfindlicher Oberflächen durch chemische Reinigungsmittel
- Entfernung auch molekular feiner Rückstände
- Sofortige Weiterbearbeitung möglich. Kein Ablüften und Entfernung von Lösungsmitteln
- Keine Lagerhaltung und Entsorgung gefährlicher, umwelt- und gesundheitsschädlicher Reinigungsmittel
- Sehr geringe Prozesskosten
Wie funktioniert die Reinigung mittels Plasma?
Ein wichtiger Prozess der Plasma-Oberflächentechnik ist die Plasmareinigung. Durch chemische Reaktionen mit den ionisierten Gasen werden Schmutzpartikel entfernt.
Bei der Kupferoxid-Reduzierung werden Kupferoxide einem Wasserstoffgasgemisch-Plasma ausgesetzt und somit werden die Oxide chemisch reduziert und es entsteht Wasserdampf.
Plasma
Kohlenstoff - Polymer
Wasserstoff
Sauerstoff
Sauerstoff
Wasserstoff
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 abgespaltene 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. Aufgrund 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, sodass diese zunehmend abgebaut wird.
Die Behandlung wirkt nahezu auf allen Oberflächen, also bei jeder Art von Verschmutzung. Durch Mikrosandstrahlen 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 aufrauen 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 Mikrosandstrahlen 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 gebildet haben. Oxidschichten widersetzen sich oft jedem Angriff durch herkömmliche Lösungsmittel. Selbst mechanisch ist ihnen aufgrund 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 Sauerstoffplasma
2. Mikromechanische Feinstreinigung durch Mikrosandstrahlen im Argon-Plasma
oder:
1. Entfettung im Sauerstoffplasma
2. 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.
Wie kann LABS-Freiheit erzielt werden?
Durch lackbenetzungsstörende Substanzen – kurz LABS genannt – treten deutlich sichtbare Fehler am Endprodukt auf, da eine gleichmäßige Benetzung der zu lackierenden Oberfläche verhindert wird. Es treten trichterförmige Störstellen und Kraterbildungen in der Lackschicht auf. Derartige Substanzen können Silikone, fluorhaltige (PTFE) Stoffe, bestimmte Öle und Fette sein.
Das Plasmaverfahren löst dauerhaft alle lackbenetzungsstörenden Substanzen von der Oberfläche sowie aus dem Elastomer selbst heraus.
Gereinigt werden können Bauteile aus den verschiedenstenWerkstoffen wie PVC-U, PVC-C, PP, PE, ABS und PVDF sowie metallische Bauteile.
Nach der Reinigung werden die Teile, je nach vorliegendem Verschmutzungsgrad, bis zu einer Stunde mit Plasma behandelt. Um den Erfolg der Behandlung und damit LABS-Freiheit zu bestätigen, wird im Anschluss an die Plasmabehandlung ein LABS-Test, in Anlehnung an die Volkswagen-Prüfvorschrift PV 3.10.7, bei dem mit einer schnellen Methode Silikonrestedetektiert werden, durchgeführt.
Man benötigt lediglich eine saubere Glasplatte, Aceton und einen handelsüblichen Sprühlack, welcher natürlich frei von Silikonen sein muss. Als besonders geeignet hat sich hierbei die Farbe Weiß erwiesen. Für den Test wird das zu testende Material auf die Glasplatte gelegt und mit Aceton abgespült. Nach dem Abdampfen des Aceton wird die Glasplatte mit dem Sprühlack kreuzförmig besprüht. Nachdem der Lack getrocknet ist, ist deutlich erkennbar, ob sich noch Silikonreste auf der Oberfläche befinden. An diesen Stellen benetzt der Lack nicht und es bilden sich sogenannte Krater.
Die Plasma-Reinigung kann mit Sonderprozessen auch für die Behandlung von Silikonmaterialien angewandt werden. Es kann selbst bei Silikongummi eine LABS-Freiheit erzielt werden.
Durch den Einsatz der innovativen und umweltbewussten Niederdruckplasmatechnik kann durch die Beseitigung von LABS-Substanzen an Bauteiloberflächen, die beschichtet werden müssen, ein immer mehr von Belang werdendes Problem gelöst werden. Die Vorteile durch eine in der Produktionskette eingegliederte Plasmareinigung sind unter anderem:
- Die Verringerung der Nacharbeitsrate
- Die Verringerung der Ausschussrate
- Die Vermeidung von Reklamationen
- Eine gesteigerte Produktionssicherheit
Diener electronic bietet Ihnen dieses Verfahren auch als Lohnbehandlung an. Hierfür stehen mehrere Plasmaanlagen sowie qualifizierte, erfahrene Mitarbeiter zur Verfügung. Somit können wir eine optimale Oberflächenqualität Ihrer Bauteile und Komponenten gewährleisten.
FAQ Häufig gestellte Fragen
Welche Verunreinigungen können entfernt werden?
Alle organischen, filmischen Verunreinigungen bis zur Größe von ca. 1 Mikrometer können mit den Plasmaanlagen von Diener electronic entfernt werden.
Welche Hauptvorteile bringt uns die Behandlung mit Atmosphärendruckplasma?
Die PlasmaBeam Technik ist für Inline Prozesse anwendbar z. B. Plasmareinigung von endlosen Metallprofilen, Rohren vor dem Ummanteln, Kleben, Bonden oder Lackieren.
Diese Technik ist Roboter-tauglich, d. h. die 2- oder 3-dimensionalen Oberflächen können mit dem Plasmastrahl mithilfe von Robotern abgescannt werden.
PlasmaBeam ermöglicht eine lokale Oberflächenreinigung ohne Maskieren von restlicher Fläche z. B. Reinigung von Al, Au und Cu Bondpads vor dem Drahtbonden (Wire-Bonding) ohne den Rest der Oberfläche zu berühren.
Ist das atmosphärische Plasma generell für die Oberflächenreinigung empfehlenswert?
Ja, aber sehr begrenzt. Das Niederdruckplasma hat deutlich mehr Prozessflexibilität, was die Reinigungsprozesse betrifft.
Können Bauteile von Metallspänen oder Staub befreit werden?
Eine Reinigung der Oberflächen von Metallspänen oder Staub ist leider nicht möglich.
Ist Niederdruck- oder Atmosphärendruck-Plasma die bessere Lösung?
Er gibt kein "besser oder schlechter" bei der Oberflächenbehandlung von Diener electronic, sondern "für die Anwendung geeigneter oder ungeeigneter".
