Плазменная очистка с помощью плазмы низкого давления

1. Как работает очистка с помощью плазмы?

Важным процессом в технологии плазменной обработки поверхностей является плазменная очистка. С помощью химических реакций с ионизированными газами частицы загрязнений удаляются, переводятся в газовую фазу и отводятся с помощью постоянного потока газа через вакуумный насос. При этом достигаются крайне высокие степени чистоты.

При восстановлении оксидов меди оксиды меди подвергаются обработке водородной плазмой и таким образом осуществляется химическое восстановление оксидов, при этом образуется вода, которая откачивается насосом.

Плазменные установки низкого давления: Очистка с помощью низкочастотного или высокочастотного генератора
Плазменные установки низкого давления: Очистка с помощью СВЧ-генератора

1.1 Плазменная очистка

2. Как действует плазма при очистке?

2.1 Плазменная очистка металлов

Некоторые подвергаемые обработке изделия покрыты жирамимасламивоскомсиликонами (содержат вещества, ослабляющие адгезию лакокрасочных покрытий) и другими органическими и неорганическими загрязнениями (также оксидными слоями).

При определенных вариантах применения может быть необходимо получить абсолютно чистые и не содержащие оксидов поверхности, например,

  • перед ионным распылением
  • перед нанесением лакокрасочного покрытия
  • перед склеиванием
  • перед нанесением печатного изображения
  • перед нанесением покрытий с помощью физического и химического осаждения из паровой фазы
  • при специальном применении в медицине
  • в аналитических датчиках
  • перед микросваркой
  • перед пайкой печатных плат
  • в переключателях и т. д.

Плазма действует здесь двумя различными способами:

1. Она удаляет органические слои

  • Они подвергаются химическому воздействию, напримеркислорода и воздуха (см. схемы). 
  • Благодаря отрицательному давлению и поверхностному нагреву загрязнения отчасти испаряются.
  • С помощью богатых энергией частиц в плазме загрязнения преобразуются в более мелкие, более устойчивые молекулы и благодаря этому их можно отсосать.
  • Ультрафиолетовое излучение также может разрушать загрязнения и вызывать их отделение от поверхности.

Загрязнения должны иметь толщину всего несколько микрометров, так как плазма может снимать всего несколько нм/с.

Жиры содержат, например, литиевые соединения. Из них возможно удаление только органических составляющих. То же касается отпечатков пальцев.

2. Восстановление оксидов

  • Оксид металла вступает в химическую реакцию с технологическим газом. В качестве технологического газа применяется чистый водород или смесь с аргоном или азотом.

Также есть возможность двухступенчатого выполнения процессов. Например, обрабатываемые изделия сначала в течение 5 минут подвергаются окислению кислородом;  затем в течение 5 минут они восстанавливаются аргоном-водородом (например, смесь из 90 % аргона и 10 % водорода.

2.2 Плазменная очистка пластмасс

Плазменная очистка пластмасс всегда сопровождается также и активацией пластмассы. Если пластмассу действительно необходимо только очистить без выполнения активации, то технологические параметры необходимо просто снижать до тех пор, пока не будет достигнут желаемый эффект. При этом следует подумать, будет ли простая очистка обрабатываемой детали достаточной для последующих технологических процессов.

В качестве технологического газа, как правило, используют технический кислород, но зачастую будет достаточно и воздуха в помещении. Плазменную обработку можно повторить, при этом не образуются никакие отработавшие газы.

Этот принцип соответствует плазменной обработке металлов.

2.3 Плазменная очистка стекла и керамики

Очистка стекла и керамики осуществляется так же, как и очистка металлов. В качестве технологического газа для очистки стекла рекомендуется, например, аргон или кислород.

В общем, можно сказать, что очистка осуществляется, как правило, с помощью кислородной плазмы.

Другие параметры (давление, мощность генератора, поток газа, продолжительность обработки) зависят от чувствительности обрабатываемых деталей.

3. Можно ли измерить потерю в весе?

Да, с помощью испытания на однородность можно, например, установить скорость травления на основе потери в весе.

Для этого держатели объекта обклеиваются ПЭ-лентой и взвешиваются до и после плазменной обработки. При этом разница говорит о скорости травления.

Взвешивание должно осуществляться на аналитических весах, так как потери в весе очень малы.

4. Как можно добиться отсутствия веществ, ослабляющих адгезию лакокрасочных покрытий?

Из-за веществ, ослабляющих адгезию лакокрасочных покрытий, возникают явные видимые недостатки на готовом изделии, так как не обеспечивается равномерное смачивание поверхности, на которую наносится лакокрасочное покрытие. В лакокрасочном покрытии образуются дефекты в виде воронок и кратеров. Такими веществами могут быть силиконыфторсодержащие (ПТФЭ) вещества, определенные масла и жиры.

Метод плазменной обработки надежно удаляет все вещества, ослабляющие адгезию лакокрасочных покрытий, с поверхности, а также из самого эластомера.

Очистке можно подвергать детали из самых различных материалов, таких как непластифицированный ПВХ, ХПВХ, ПП, ПЭ, АБС и ПВДФ, а также металлические детали.

После очистки детали могут обрабатываться плазмой до часа — в зависимости от степени загрязнения. Для подтверждения успешной обработки и, таким образом, отсутствия веществ, ослабляющих адгезию лакокрасочных покрытий, после плазменной обработки выполняется тест на отсутствие веществ, ослабляющих адгезию лакокрасочных покрытий, на основе инструкции PV 3.10.7 компании Volkswagen, с помощью которого в рамках быстрого метода выявляются остатки силикона.

Для этого необходимы всего лишь чистая стеклянная пластинаацетон и обычный{6>{7}лак-спрей, который, конечно же, не должен содержать силиконов. Особенно хорошо зарекомендовала себя для этих целей белая краска. Для проведения теста тестируемый материал кладется на стеклянную пластину и промывается ацетоном. После испарения ацетона на стеклянную пластину распыляется лак-спрей в форме креста. После высыхания лака четко видно, находятся ли еще остатки силикона на поверхности.В  этих местах лак не смачивает поверхность и образовываются так называемые кратеры.

Плазменная очистка в специальных технологических процессах также может применяться и для обработки силиконовых материалов. Даже в случае с силиконовым каучуком можно добиться отсутствия веществ, ослабляющих адгезию лакокрасочных покрытий.

С помощью применения инновационного и экологичного плазменного оборудования низкого давления можно путем удаления веществ, ослабляющих адгезию лакокрасочных покрытий, с поверхностей деталей, на которые необходимо нанести покрытие, решить проблему, становящуюся все более значимой. Преимущества включения плазменной очистки в  производственную цепочку, в частности, следующие:

  • Снижение процента изделий, нуждающихся в доработке
  • Снижение процента брака
  • Избежание жалоб клиентов
  • Повышение надежности производства

Diener electronic также предлагает вам данный метод в качестве контрактной обработки. Для этого имеется несколько плазменных установок, а также квалифицированные, опытные сотрудники. Таким образом, мы можем обеспечить оптимальное качество поверхности ваших деталей и компонентов.

5. Какие возможны варианты применения?

Дополнительную информацию вы найдете в разделе «Применение».

6. Какие генераторы для НЧ, РЧ, СВЧ?

В качестве стандарта мы используем генераторы со следующими частотами:

НЧНизкая частота40 кГц100 Вт, 200 Вт, 300 Вт, 1000 Вт, 1500 Вт, 2500 Вт
РЧРадиочастота13,56 МГц100 Вт, 300 Вт, 600 Вт, 1000 Вт, ...
СВЧСверхвысокая частота2,45 ГГц300 Вт, 850 Вт, 1,2 кВт, ...

7. Какая частота наилучшая?

На этот вопрос нет общего ответа, это необходимо решать в каждом отдельном случае. Но в настоящее время тенденция идет в направлении килогерцевых генераторов. С помощью килогерцевых машин осуществляется обработка приблизительно 90 % всех деталей наших клиентов.

Данный обзор должен помочь в принятии решения:

7.1 Частота 40 кГц

ПреимуществаНедостатки
Недорогое решениеПри такой же скорости травления необходима бóльшая мощность, чем при 13,56 МГц
НадежнаяПеред микросваркой можно очищать только пассивированные полупроводники
Благодаря беспотенциальной связи можно достичь самой высокой однородности из всех трех частот
Можно без проблем использовать металлические барабаны
Возможен режим реактивного ионного травления (РИТ) (высокая скорость травления)
Согласование полного сопротивления не требует подверженных сбоям механических конструктивных элементов
КПД: прибл. 90 %
Можно собрать электроды / стеллажи с поддонами для обрабатываемых деталей в 10 и более ярусов, чтобы получить очень высокую производительность
Хорошо подходит для конечных процессов изготовления полупроводников
Более низкая скорость нанесения в процессах плазменной полимеризации
Генераторы легко ремонтируются

7.2 Частота 13,56 МГц

ПреимуществаНедостатки
Возможен режим РИТДорогая
Однородность выше, чем при 2,45 ГГцОтносительно неустойчивы к сбоям
Скорость травления при такой же мощности выше, чем при 40 кГцСогласование полного сопротивления с механически движущимися деталями
Можно без проблем использовать металлические вращающиеся барабаныВЧ-система состоит из генератора и согласующего устройства
Можно собрать электроды / стеллажи с поддонами для обрабатываемых деталей, но симметризация электродов очень затратнаКПД прибл. 50 %
Подходит для начальных и конечных процессов изготовления полупроводниковВысокие затраты на формирование разводки
Высокая скорость нанесения в процессах плазменной полимеризацииРемонт генераторов дорогой

7.3 Частота 2,45 ГГц

ПреимуществаНедостатки
НедорогаяВЧ-система состоит из блока питания и ввода
Относительно надежнаяВысокие затраты на формирование разводки
Самая высокая скорость травления при одинаковой мощностиНеобходимо охлаждать кварцевую пластину
КПД прибл. 60 %Стеклянные и керамические детали
Возможен режим электронного циклотронного резонанса (ECR) (высокая скорость травления)Магнетрон требует напряжения 4500 В
Хорошо подходит для начальных и конечных процессов изготовления полупроводниковМеталлические вращающиеся барабаны можно использовать лишь условно
Очень высокая скорость нанесения в процессах плазменной полимеризацииПлазма неоднородна из-за малой длины волн (12 см)
Генераторы легко ремонтируются