1何謂等離子清洗機
等離子清洗機采用氣體作為清洗介質(zhì),有效地避免了因液體清洗介質(zhì)對被清洗物帶來(lái)的二次污染。等離子清洗機外接一臺真空泵,工作時(shí)清洗腔中的等離子體輕柔沖刷被清洗物的表面,短時(shí)間的清洗就可以使有機污染物被徹底地清洗掉,同時(shí)污染物被真空泵抽走,其清洗程度達到分子級。等離子清洗器除了具有超清洗功能外,在特定條件下還可根據需要改變某些材料表面的性能,等離子體作用于材料表面,使表面分子的化學(xué)鍵發(fā)生重組,形成新的表面特性。對某些有特殊用途的材料,在超清洗過(guò)程中等離子清洗器的輝光放電不但加強了這些材料的粘附性、相容性和浸潤性,并可消毒和殺菌。等離子清洗器廣泛應用于光學(xué)、光電子學(xué)、電子學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、高分子科學(xué)、生物醫學(xué)、微觀(guān)流體學(xué)等領(lǐng)域。
等離子清洗機的應用,起源于20世紀初,隨著(zhù)高科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,其應用越來(lái)越廣,目前已在眾多高科技領(lǐng)域中,居于關(guān)鍵技術(shù)的地位,等離子清洗技術(shù)對產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟和人類(lèi)文明影響最大,首推電子資訊工業(yè),尤其是半導體業(yè)與光電工業(yè)。
等離子清洗機已應用于各種電子元件的制造,可以確信,沒(méi)有等離子清洗機及其清洗技術(shù),就沒(méi)有今日這么發(fā)達的電子、資訊和通訊產(chǎn)業(yè)。此外,等離子清洗機及其清洗技術(shù)也應用在光學(xué)工業(yè)、機械與航天工業(yè)、高分子工業(yè)、污染防治工業(yè)和量測工業(yè)上,而且是產(chǎn)品提升的關(guān)鍵技術(shù),比如說(shuō)光學(xué)元件的鍍膜、延長(cháng)模具或加工工具壽命的抗磨耗層,復合材料的中間層、織布或隱性鏡片的表面處理、微感測器的制造,超微機械的加工技術(shù)、人工關(guān)節、骨骼或心臟瓣膜的抗摩耗層等皆需等離子技術(shù)的進(jìn)步,才能開(kāi)發(fā)完成。
等離子技術(shù)是一新興的領(lǐng)域,該領(lǐng)域結合等離子物理、等離子化學(xué)和氣固相界面的化學(xué)反應,此為典型的高科技產(chǎn)業(yè),需跨多種領(lǐng)域,包括化工、材料和電機,因此將極具挑戰性,也充滿(mǎn)機會(huì ),由于半導體和光電材料在未來(lái)得快速成長(cháng),此方面應用需求將越來(lái)越大。
2 、等離子清洗機的技術(shù)原理
2.1 什么是等離子體
等離子體是物質(zhì)的一種存在狀態(tài),通常物質(zhì)以固態(tài)、業(yè)態(tài)、氣態(tài)3種狀態(tài)存在,但在一些特殊的情況下可以以第四中狀態(tài)存在,如太陽(yáng)表面的物質(zhì)和地球大氣中電離層中的物質(zhì)。這類(lèi)物質(zhì)所處的狀態(tài)稱(chēng)為等離子體狀態(tài),又稱(chēng)位物質(zhì)的第四態(tài)。
等離子體中存在下列物質(zhì)。處于高速運動(dòng)狀態(tài)的電子;處于激活狀態(tài)的中性原子、分子、原子團(自由基);離子化的原子、分子;分子解離反應過(guò)程中生成的紫外線(xiàn);未反應的分子、原子等,但物質(zhì)在總體上仍保持電中性狀態(tài)。
一、金屬表面去油及清潔
金屬表面常常會(huì )有油脂、油污等有機物及氧化層,在進(jìn)行濺射、油漆、粘合、健合、焊接、銅焊和PVD、CVD涂覆前,需要用等離子處理來(lái)得到完全潔凈和無(wú)氧化層的表面。 在這種情況下的等離子處理會(huì )產(chǎn)生以下效果:
1.1灰化表面有機層
-表面會(huì )受到化學(xué)轟擊(氧下圖)
-在真空和瞬時(shí)高溫狀態(tài)下,污染物部分蒸發(fā)
-污染物在高能量離子的沖擊下被擊碎并被真空帶出
-紫外輻射破壞污染物
因為等離子處理每秒只能穿透幾個(gè)納米的厚度,所以污染層不能太厚。指紋也適用。
1.2氧化物去除
金屬氧化物會(huì )與處理氣體發(fā)生化學(xué)反應(下圖)
這種處理要采用氫氣或者氫氣與氬氣的混合物。有時(shí)也采用兩步處理工藝。第一步先用氧氣氧化表面5分鐘,第二步用氫氣和氬氣的混合物去除氧化層。也可以同時(shí)用幾種氣體進(jìn)行處理。
1.3焊接
通常,印刷線(xiàn)路板在焊接前要用化學(xué)助焊劑處理。在焊接完成后這些化學(xué)物質(zhì)必須采用等離子方法去除,否則會(huì )帶來(lái)腐蝕等問(wèn)題。
1.4鍵合
好的鍵合常常被電鍍、粘合、焊接操作時(shí)的殘留物削弱,這些殘留物能夠通過(guò)等離子方法有選擇地去除。同時(shí)氧化層對鍵合的質(zhì)量也是有害的,也需要進(jìn)行等離子清潔。
二、等離子刻蝕
在等離子刻蝕過(guò)程中,通過(guò)處理氣體的作用,被刻蝕物會(huì )變成氣相(例如在使用氟氣對硅刻蝕時(shí),下圖)。處理氣體和基體物質(zhì)被真空泵抽出,表面連續被新鮮的處理氣體覆蓋。不希望被刻蝕部分要使用材料覆蓋起來(lái)(例如半導體行業(yè)用鉻做覆蓋材料)。
等離子方法也用于刻蝕塑料表面,通過(guò)氧氣可以灰化填充混合物,同時(shí)得到分布分析情況??涛g方法在塑料印刷和粘合時(shí)作為預處理手段是十分重要的,如POM 、PPS和PTFE。等離子處理可以大大地增加粘合潤濕面積。
三、刻蝕和灰化
PTFE刻蝕
PTFE在未做處理的情況下不能印刷或粘合。眾所周知,使用活躍的堿性金屬可以增強粘合能力,但是這種方法不容易掌握,同時(shí)溶液是有毒的。使用等離子方法不僅僅保護環(huán)境,還能達到更好效果。(下圖)
等離子結構可以使表面最大化,同時(shí)在表面形成一個(gè)活性層,這樣塑料就能夠進(jìn)行粘合、印刷操作。
PTFE混合物的刻蝕
PTFE混合物的刻蝕必須十分仔細地進(jìn)行,以免填充物被過(guò)度暴露,從而削弱粘合力。
處理氣體可以是氧氣、氫氣和氬氣??梢詰糜赑E、PTFE、TPE、POM、ABS和丙烯。
四、塑料、玻璃和陶瓷的表面活化和清潔
塑料、玻璃、陶瓷與聚丙烯、PTFE一樣是沒(méi)有極性的,因此這些材料在印刷、粘合、涂覆前要進(jìn)行處理。同時(shí),玻璃和陶瓷表面的輕微金屬污染也可以用等離子方法清潔。等離子處理與灼燒處理相比不會(huì )損害樣品。同時(shí)還可以十分均勻地處理整個(gè)表面,不會(huì )產(chǎn)生有毒煙氣,中空和帶縫隙的樣品也可以處理。
等離子表面處理的效果可以簡(jiǎn)單地用水來(lái)驗證,處理過(guò)的樣品表面完全被水潤濕。長(cháng)時(shí)間的等離子處理(大于15分鐘),材料表面不但被活化還會(huì )被刻蝕,刻蝕表面具有最大潤濕能力。常用的處理氣體為:空氣、氧氣、氬氣、氬氫混合氣體、CF4等
五、等離子涂鍍
在涂鍍中兩種氣體同時(shí)進(jìn)入反應艙,氣體在等離子環(huán)境下匯聚合。這種應用比活化和清潔的要求要嚴格一些。典型的應用是保護層的形成,應用于燃料容器、防刮表面、類(lèi)似PTFE材質(zhì)的涂鍍、防水涂鍍等。涂鍍層非常薄,通常為幾個(gè)微米,此時(shí)表面的親和力非常好。