使用等离子体进行清洗

为了更好地粘接、印刷、涂漆、键合,...

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所有表面上都存在着极其细微的,肉眼无法辨识的污染物。去除这些污染物,几乎始终是确保通过以下方法顺利对表面进行后续加工处理的前提条件:

粘接 | 印刷 | 涂漆 | 键合 | 涂覆 | 蚀刻

等离子体技术可为所有类型的污染物、所有基材和所有后续处理提供解决方案。此外,还能分解由分子构成的残留污染物。针对个别情况下的不同要求,提供有不同的清洗方法。

等离子清洗与其他清洗方法相比具有独特的优点

✓ 即使是最细小的缝隙和间隙也能进行清洗
✓ 只需一个工作步骤,即可清洗所有组件表面,包括空心体的内部
✓ 通过真空抽吸可毫无残留地去除分解产物
✓ 不会由于化学清洗剂造成溶剂敏感型表面受损

✓ 即使是细小的分子残留物也能去除
✓ 可立即进行后续加工。无需通风,也不用去除溶剂
✓ 无需存放和废弃处理危险性、危害环境的、危害健康的清洗剂
✓ 工艺成本极低

如何通过等离子体进行清洗?

等离子体表面技术的一项重要工艺便是 等离子清洗。通过与电离气体发生 化学 反应去除 污染颗粒 

进行 氧化铜还原反应 时,氧化铜将会暴露在 氢气的混合气体-等离子体 中,由此使氧化物发生 化学 还原反应,并形成 水蒸汽

1.在氧气等离子体中去除碳氢化合物

在氧气等离子体中进行微清洗 - 脱脂

作为油脂、油或者脱模剂的残留物,几乎所有的表面上都存在碳氢化合物。在以后对表面进行后续处理时,这些涂层会大幅降低其他材料的粘附性。因此,进行任何涂漆、印刷或者粘合之前,在氧气等离子体化学去除碳氢化合物已经成为了一种标准处理方式。

在“小型等离子体物理学”领域中举例对此清洗工艺流程中的等离子体反应进行了说明。

离子、自由基和紫外线辐射共同作用。通过高能量紫外线辐射使大分子分裂。氧自由基、离子和分裂的氢自由基占据聚合物链的自由链端,并生成 H2O 和 CO2。 

碳氢化合物的分解产物在低压等离子体中为气态,并被抽吸出来

聚合物表面上的表面污染物发生分解的同时,开始通过氧自由基进行活化。对于非极性塑料而言,进行这种活化处理是实现完美粘附性的前提条件。详情请参见 材料活化。

含有添加剂的油、油脂或者脱模剂,在氧气等离子体中无法始终被完全去除(无任何残留)。在基材处可能会形成附着性固体氧化物。如果需要,可以在下游的附加清洗工艺流程中对其进行清洗。

在氧气等离子体中进行清洗,在实际应用中适用于所有材料。通常情况下,还可以使用经过清洁的干燥空气代替氧气。因此,既可以在低压等离子体中,也可以在常压等离子体去除碳氢化合物

2.通过微喷砂进行机械清洗

氩气等离子体

一种特别简单的等离子体是惰性气体等离子体。它仅由离子、电子和惰性气体原子组成。其原因在于,气体总是原子形态的,所以不会存在自由基,而惰性气体不会发生化学反应,所以不会存在任何反应产物。由于重离子的动能,氩气等离子体仍处于活化状态。

清洗

通过离子撞击产生的动能去除涂层的原子和分子,从而使其不断分解。

这种处理方式几乎对所有表面均有效,也就是说,适合处理任何类型的污染物。通过微喷砂处理也可以去除几乎所有具有抗化学腐蚀性的污染物 。

因为带正电荷的离子通过加速成为了带负电荷的电极,所以将在一个平行板反应器中进行等离子体激发。

结构化 - 物理蚀刻

不仅能从表面涂层中,而且也能从基材本身中撞击出高能量的离子碎片。由此导致以分子尺度不断进行结构化和表面粗糙化。就如同进行喷砂处理或者研磨处理的时候,其会导致表面积增大 - 可能会造成侧凹 - 这会增加随后所涂覆的涂层的粘附性。

与低压等离子体中的化学蚀刻效果相反,微喷砂处理的作用方式不具有各向同性(各向同性是指在组件的所有表面上均匀作用),而是主要沿着电场方向作用,这是因为离子是沿该方向发生加速的。

3.氧化层的还原

很多表面上都存在氧化层。只有少数金属在长期存放之后不易形成氧化物。在氧气等离子体中进行等离子清洗的时候,很多金属上会随即形成氧化层。氧化层会对所有的后续处理步骤造成影响: 

  • 键合、焊接时电触点的粘附性
  • 电接触不良
  • 粘接、喷漆时的粘附性差

甚至在非金属上也常常存在固体氧化沉积物,这些沉积物有时是在氧气等离子体中进行清洗后才形成的。氧化层通常能够抵抗所有常规溶剂所造成的腐蚀。由于其硬度较大,即使是采用机械方式通常也很难解决这个问题。在氢气等离子体中进行还原反应可以将其去除。

氧化

氧气等离子体或者空气等离子体中还可以对极薄的、仅几个原子层厚度的金属涂层进行针对性的氧化。这些不可见的涂层会硬化,并保护金属不受化学腐蚀和机械磨损,并防止其进一步氧化。其可以确保表面始终具有金属光泽。

表面氧化通常是在常压等离子体中进行的。 

由于通常还必须除去表面上各种类型的污染物,所以随后还采用了不同的清洗工艺,如:

1.在氧气等离子体中去除脱模剂(碳氢化合物)
2.通过在氩气等离子体中进行微喷砂处理进行微型机械式超精细清洗

或者:

1.在氧气等离子体中进行脱脂处理
2.在氢气等离子体中对氧化层进行还原

另一方面,通过在清洗后继续执行此工艺流程较长时间,可以在进行完氧气清洗后紧接着立即通过氧自由基对非极性表面进行活化。详情参见 材料活化 ,作用时间更久时参见下游的 材料蚀刻。

    如何能够实现不含 LABS 的目的?

    由于存在 油漆湿润缺陷物质  - 简称为 LABS - 最终产品会出现极为 清晰可见 的缺陷,因为这会 妨碍 需要涂漆表面的 均匀 润湿。漆层上会出现漏斗形缺陷点并形成坑洼。这种物质可能是 硅酮、 含氟  (PTFE) 材料、某些特定的  和 油脂 。

    通过 等离子方法 可以 永久性 去除 表面 以及弹性体本身的所有油漆湿润缺陷物质。

    可以对由 不同 材料 (例如 PVC-U、PVC-C、PP、PE、ABS 和 PVDF)制成的组件以及 金属 组件进行清洗。

    清洗之后,根据当前的 污染程度,使用等离子体对部件进行最长一小时的处理。为了证实已成功完成处理,并且 不含 LABS ,会在完成等离子处理之后按照大众汽车测试规定 PV 3.10.7 进行一次  LABS 测试,测试期间可通过一种快速的方法 检测出 有机硅残余物 。

    只需要一块干净的 玻璃板、 丙酮 和商业上通用的 喷漆即可,当然这些材料 必须 不含 硅酮 。经过证明, 白色 在这里特别合适。测试时,将需要测试的材料置于玻璃板上,然后用丙酮进行冲洗。待丙酮 蒸发之后 ,用喷漆 以十字交叉的方式 对玻璃板进行喷涂。漆料干燥之后,可以明显 识别出,表面上是否还存在 有机硅残余物 。漆料不会润湿这些位置,并且会形成所谓的 坑洼

    采用 特殊工艺 ,等离子清洗还可以用于处理 有机硅材料 。即使是 有机硅橡胶 ,也可以实现不含 LABS。

    通过使用创新且环保的 低压等离子体技术 ,可以去除需要 涂覆 的组件表面上的  LABS 物质,从而解决越来越重要的问题。此外,通过被纳入到生产链中的 等离子清洗 ,还具有以下 优点 : 

    •  降低 返工率
    •  降低 废品率
    •  避免 出现投诉
    •  提高了 生产安全性

    Diener electronic 还将此方法作为 有偿处理 服务提供。为此,我们提供有多台 等离子设备 ,并且拥有具备资质且经验丰富的员工。以此,我们便能够确保您的组件和元件具有 最佳 的表面质量。

    常见问题

    如何对金属进行等离子清洗?

    有些处理产品已被 油脂、 、 、 硅酮(非不含 LABS - LABS=LAck Beschichtung Störende,油漆喷涂缺陷) 和其他 有机 和 无机 污染物(包括氧化层) 所覆盖

    对于某些应用用途,可能要求表面必须绝对洁净且不存在任何氧化物,例如:

    •  溅射之前
    •  涂漆之前
    •  粘接之前
    •  印刷之前
    •  PVD- 和 CVD-涂覆之前
    • 对于 特殊医疗应用
    • 对于 分析型传感器
    •  键合之前
    •  对印刷电路板进行焊接之前
    • 对于开关等

    在此,等离子体将以 两种 不同方式发挥作用:

    1.去除有机层

    • 其会受到例如 氧气 和空气的 化学 腐蚀。
    • 使用低压等离子体时,污染物会通过负压和表面加热部分 蒸发 。使用常压等离子体时,污染物会通过表面超压被吹除。
    • 通过等离子体中的高能量粒子,污染物将被转化为 更小的稳定分子 ,并由此被抽吸出来/移除。
    •  紫外线辐射 还可以破坏掉污染物,并使其从表面上剥落下来。

    污染物的厚度只允许为 几微米 ,因为等离子体的清除速度仅能够达到几 nm/s。

    油脂中含有例如锂化合物。仅能够去除其中的 有机成分 。这一点同样适用于 指纹,因此建议 佩戴  手套 。

    2.氧化物还原

    • 金属氧化物会与工艺气体发生 化学 反应。可以使用纯氢气或者与氩气或氮气的混合物作为工艺气体。

    使用低压等离子体时,也可以分为 两个阶段 执行工艺流程。例如,处理物首先与氧气发生 5 分钟的 氧化反应; 接着 与氩气-氢气混合气体(例如:90% 氩气和 10% 氢气的混合气体)发生 5 分钟的 还原反应

     

    如何对塑料进行等离子清洗?

     塑料 进行 等离子清洗 时,始终还会 伴随着 对塑料进行 活化 。如果确实 只需要清洗 塑料而不需要对塑料进行活化,则只需尽量长时间地 降低  工艺参数 ,直至达到 所需的 效果。同时还必须考虑到, 仅仅清洗 工件对于后续工艺流程而言是否 足够

    作为 工艺气体 ,通常使用的是工业 氧气 ,但是 环境空气 往往就已经足够,在常压等离子体中通常使用干燥且不含油的压缩空气 。可反复进行等离子处理,而且 不会产生任何有毒废气

    此原理与金属的等离子清洗相符。

    如何对玻璃和陶瓷进行等离子清洗?

     玻璃 和 陶瓷 的 清洗 方法与金属的清洗方法是一样的。作为用于清洗玻璃的 工艺气体 ,建议在常压等离子体中使用例如 氩气 或 氧气或压缩空气。

    一般来说,通常使用 氧气等离子体 进行 清洗 。

    其他 参数 (压力、发生器功率、气体流量、处理持续时间)取决于待处理工件的 敏感度 。

    是否可以测量重量损失?(低压等离子体)

    是的,根据 均匀性测试 ,可以通过重量损失确定例如 蚀刻速率 。

    为此,需将 PE 胶带贴到 对象载体 上,并在进行等离子处理 之前 和之后 对其进行 称重。 然后,通过得出的差值即可获得有关蚀刻速率的信息。

    必须在分析天平上进行称重,因为只会产生非常少的重量损失。

    等离子射流/活性气体射流是无电位型的吗?(常压等离子体)

    是的,PlasmaBeam 的活性气体射流 不具有任何 或者仅具有 极低的 电位。因此, PlasmaBeam 通常用于对 电气 组件进行 清洗 。 

    型号为 Plasma APC500 的设备 允许用于 处理  导电性 材料 。Plasma APC500 的 等离子射流  不是 无电位型的。

    进行等离子清洗时会产生哪些废气?(常压等离子体)

    会 产生  氮氧化物 NO 和 NO2。当然也 可能 会产生 极少量 含碳的 废气 (CO2, CO)。

    使用 PlasmaBeam 进行处理的宽度是多少?(常压等离子体)

    一个喷嘴的处理宽度约为 8-12 mm。但是,每次使用时必须提前 对 清洗宽度 进行检测(例如:通过测量接触角)。

     使用  纯氧气 (O2) 或者氮气 (N2) 时,可 略微增加 此处理宽度

    处理速度可达到多少?(常压等离子体)

     较之于  活化工艺 , 清洗速度仅为每秒钟几厘米 。若要进行 有效 清洗,则需升高表面的 温度 ,这只能通过 较低的 速度 来实现。

    射流温度有多高?(常压等离子体)

     平均 等离子射流温度约为  200 – 250 °C。  如果距离和速度设置正确 , 则 表面温度 可达到约  70 – 80 °C 。因此,该项 技术 可以 用于所有 常见 材料 (金属、陶瓷、玻璃、塑料、弹性体)。

    通过常压等离子体进行等离子清洗的使用寿命是多久?(常压等离子体)

    很可惜,在这里 无法 提供普遍有效的确切数字。 使用寿命 取决于 存放条件、 处理参数 以及 污染程度 。

    示例:

    1. 潮湿的环境 和 升高的温度 (20 °C 以上) 会显著降低 等离子处理的 使用寿命 。
    2.  反复 处理 会延长 处理的 使用寿命 。
    3. 一般来说,以下建议适用于金属、玻璃和陶瓷表面:粘合、印刷或涂漆应在 等离子处理后一个小时之内 进行,以取得 最大 成效。
    4. 塑料的等离子处理具有以下使用寿命:
    • PA(含和不含玻璃纤维增强材料):1 - 2 周
    • PP、PE:我们建议在 1 到最多 2 天内进行后续处理
    • PC:2 - 5 天
    • ABS、PC/ABS:2 - 5 天

    请注意,此处提到的都是近似值。根据制造商,由于使用添加剂和脱模剂可能会出现严重差异。

    用常压等离子体进行处理能够为我们带来哪些主要优势?(常压等离子体)

     PlasmaBeam  技术 适用于  内联 工艺流程,例如:进行包护、粘接、键合或涂漆之前对连续金属型材进行等离子清洗。 

    该项技术 适合用于机器人,也就是说,借助机器人可用 等离子射流 对 2 维或者 3 维表面进行 扫描 。 

    通过 PlasmaBeam 可以进行 局部 的表面清洗,而 无需 遮盖其余表面部分,例如: 在进行引线键合 (Wire-Bonding) 前对铝、金和铜材质的焊盘进行清洗, 无需 接触表面的 其余部分

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