等離子清洗機工作原理分析:
電漿與材料表面可產(chǎn)生的反應主要有兩種,一種是靠自由基來(lái)做化學(xué)反應,另一種則是靠等離子作物理反應,以下將作更詳細的說(shuō)明。
(1)化學(xué)反應(Chemical reaction) 在化學(xué)反應里常用的氣體有氫氣(H2)、氧氣(O2)、甲烷(CF4)等,這些氣體在電漿內反應成高活性的自由基,其方程式為: 這些自由基會(huì )進(jìn)一步與材料表面作反應。
其反應機理主要是利用等離子體里的自由基來(lái)與材料表面做化學(xué)反應,在壓力較高時(shí),對自由基的產(chǎn)生較有利,所以若要以化學(xué)反應為主時(shí),就必須控制較高的壓力來(lái)近進(jìn)行反應。
(2)物理反應(Physical reaction)
主要是利用等離子體里的離子作純物理的撞擊,把材料表面的原子或附著(zhù)材料表面的原子打掉,由于離子在壓力較低時(shí)的平均自由基較輕長(cháng),有得能量的累積,因而在物理撞擊時(shí),離子的能量越高,越是有的作撞擊,所以若要以物理反應為主時(shí),就必須控制較的壓力下來(lái)進(jìn)行反應,這樣清洗效果較好,為了進(jìn)一步說(shuō)明各種設備清洗的效果。
等離子體清洗機的機理,主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”達到去除物體表面污漬的目的。就反應機理來(lái)看,等離子體清洗通常包括以下過(guò)程:無(wú)機氣體被激發(fā)為等離子態(tài);氣相物質(zhì)被吸附在固體表面;被吸附基團與固體表面分子反應生成產(chǎn)物分子;產(chǎn)物分子解析形成氣相;反應殘余物脫離表面。
等離子體清洗技術(shù)的最大特點(diǎn)是不分處理對象的基材類(lèi)型,均可進(jìn)行處理,對金屬、半導體、氧化物和大多數高分子材料,如聚丙烯、聚脂、聚酰亞胺、聚氯乙烷、環(huán)氧、甚至聚四氟乙烯等都能很好地處理,并可實(shí)現整體和局部以及復雜結構的清洗。
等離子體清洗還具有以下幾個(gè)特點(diǎn):容易采用數控技術(shù),自動(dòng)化程度高;具有高精度的控制裝置,時(shí)間控制的精度很高;正確的等離子體清洗不會(huì )在表面產(chǎn)生損傷層,表面質(zhì)量得到保證;由于是在真空中進(jìn)行,不污染環(huán)境,保證清洗表面不被二次污染。 等離子清洗機的清洗分類(lèi): 1 反應類(lèi)型分類(lèi)
等離子體與固體表面發(fā)生反應可以分為物理反應(離子轟擊)和化學(xué)反應。物理反應機制是活性粒子轟擊待清洗表面,使污染物脫離表面最終被真空泵吸走;化學(xué)反應機制是各種活性的粒子和污染物反應生成易揮發(fā)性的物質(zhì),再由真空泵吸走揮發(fā)性的物質(zhì)。 以物理反應為主的等離子體清洗,也叫做濺射腐蝕(SPE)或離子銑(IM),其優(yōu)點(diǎn)在于本身不發(fā)生化學(xué)反應,清潔表面不會(huì )留下任何的氧化物,可以保持被清洗物的化學(xué)純凈性,腐蝕作用各向異性;缺點(diǎn)就是對表面產(chǎn)生了很大的損害,會(huì )產(chǎn)生很大的熱效應,對被清洗表面的各種不同物質(zhì)選擇性差,腐蝕速度較低。以化學(xué)反應為主的等離子體清洗的優(yōu)點(diǎn)是清洗速度較高、選擇性好、對清除有機污染物比較有效,缺點(diǎn)是會(huì )在表面產(chǎn)生氧化物。和物理反應相比較,化學(xué)反應的缺點(diǎn)不易克服。并且兩種反應機制對表面微觀(guān)形貌造成的影響有顯著(zhù)不同,物理反應能夠使表面在分子級范圍內變得更加“粗糙”,從而改變表面的粘接特性。還有一種等離子體清洗是表面反應機制中物理反應和化學(xué)反應都起重要作用,即反應離子腐蝕或反應離子束腐蝕,兩種清洗可以互相促進(jìn),離子轟擊使被清洗表面產(chǎn)生損傷削弱其化學(xué)鍵或者形成原子態(tài),容易吸收反應劑,離子碰撞使被清洗物加熱,使之更容易產(chǎn)生反應;其效果是既有較好的選擇性、清洗率、均勻性,又有較好的方向性。 典型的等離子體物理清洗工藝是氬氣等離子體清洗。氬氣本身是惰性氣體,等離子體的氬氣不和表面發(fā)生反應,而是通過(guò)離子轟擊使表面清潔。典型的等離子體化學(xué)清洗工藝是氧氣等
離子體清洗。通過(guò)等離子體產(chǎn)生的氧自由基非?;顫?,容易與碳氫化合物發(fā)生反應,產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳和水等易揮發(fā)物,從而去除表面的污染物。 2 激發(fā)頻率分類(lèi)
等離子態(tài)的密度和激發(fā)頻率有如下關(guān)系: nc=1.2425×108v2
其中nc為等離子態(tài)密度(cm-3),v為激發(fā)頻率(Hz)。 常用的等離子體激發(fā)頻率有三種:激發(fā)頻率為40kHz的等離子體為超聲等離子體,13.56MHz的等離子體為射頻等離子體,2.45GHz的等離子體為微波等離子體。