Nel plasma a pressione atmosferica, il gas viene eccitato mediante l’alta tensione sotto pressione atmosferica in modo tale che viene generato un plasma. Il plasma viene espulso con l’aria compressa dall’ugello. Ci sono due effetti diversi del plasma:
- L’attivazione e la pulizia fine effettuate dalle particelle reattive contenute nel getto di plasma.
- Inoltre, le particelle non aderenti vengono rimosse dal getto di gas attivo dalla superficie.
Variando i parametri di processo quali la velocità di elaborazione e la distanza alla superficie del substrato, i risultati del trattamento possono essere influenzati in modo diverso.
Come funziona la procedura di pulizia con il plasma atmosferico?
Un importante processo di tecnica superficiale è la pulizia al plasma. Attraverso le reazioni chimiche con i gas ionizzati e anche getto di gas attivo ad aria compressa, le particelle di sporco vengono rimosse, convertite in fase gassosa e spazzate via dall’effetto del getto di gas attivo continuo. I livelli di pulizia raggiungibili in questo caso sono estremamente elevati.
Nella reazione di riduzione dell’ossido di rame, gli ossidi di rame sono esposti ad un plasma di idrogeno, e quindi gli ossidi sono ridotti chimicamente e si forma vapore acqueo. Queste miscele sono Ar/H2 o N2/H2 con contenuto max. di H2 inferiore al 5%. Questo metodo funziona con il plasma a pressione atmosferica solo con un consumo molto elevato di gas.
Plasma atmosferico – Plasmabeam
L’impianto è costituito da tre unità:
- Unità di alimentazione:
- alimentazione elettrica
- allacciamento gas di processo e di raffreddamento
- generatore di alta tensione
- blocco misurazione di corrente
- blocco controllo gas
- pannello frontale con comandi
- Conduzione di gas e corrente nel tubo flessibile
- Il generatore di plasma: elettrodo centrale, elettrodo esterno e isolante formano una zona di scarico
- Il generatore di alta tensione converte la tensione di rete in alta tensione (fino a 10 kV), che è necessaria per la formazione della scarica elettrica.
- La tensione di alimentazione e il gas di processo vengono trasportati nella zona di scarico attraverso il condotto flessibile.
- Il flusso d’aria trasporta le specie attive (i +, e, r *) dalla zona di scarico. (Metodo Plasma Jet)
- La corrente del gas attivo viene focalizzata dalla forma specifica dell’ugello al pezzo da lavorare.
PULIZIA CON IL PLASMA ATMOSFERICO
Quali sono gli effetti del plasma atmosferico durante la pulizia?
1. Pulizia al plasma di metalli
Alcuni oggetti da trattare sono coperti da grassi, oli, cere, siliconi (senza LABS) e altre impurità organiche e inorganiche (anche strati di ossidi).
Per alcune applicazioni può essere necessario ottenere delle superfici assolutamente pulite e privo di ossidi, ad esempio
- prima della procedura di sputtering
- prima della verniciatura
- prima dell’incollaggio
- prima della stampa
- prima dei rivestimenti di PVD e CVD
- per applicazioni mediche speciali
- per sensori analitici
- prima della saldatura di circuiti stampati
- per interruttori, ecc.
Il plasma agisce qui in due modi:
1. Rimuove gli strati organici (impurezze contenenti C)
- Questi sono attaccati chimicamente ad esempio da ossigeno ed aria.
- Quindi, vengono soffiati dalla superficie attraverso la pressione .
- Attraverso le particelle energetiche, le impurità vengono trasformate nel plasma in parti più, piccole, molecole stabili e, quindi possono essere asportate.
Le impurità devono avere uno spessore di poche centinaia de nanometri poiché il plasma è solo in grado di rimuovere pochi nm.
I grassi contengono ad esempio composti di litio. Da questi, possono essere rimossi solo i componenti organici. Lo stesso vale anche per le impronte digitali. Pertanto, si raccomanda l’uso di guanti.
2. Riduzione degli ossidi
- L’ossido metallico reagisce chimicamente con il gas di processo. Come gas di processo viene utilizzato l’idrogeno puro o una miscela di argon o azoto. L’effetto termico del getto di plasma può causare ulteriore ossidazione. Pertanto, si consiglia di eseguire i processi in atmosfera di gas inerte (ad es., N2 o Ar).
2. Pulizia al plasma di materie plastiche
Con il trattamento al plasma atmosferico, la pulizia al plasma non può essere separata dall’attivazione.
Il gas di processo è tipicamente aria compressa secca e priva d’olio.
Il principio corrisponde alla pulizia al plasma dei metalli.
3. Pulizia al plasma di vetri e ceramiche
La pulizia di vetri e ceramiche viene effettuata nello stesso modo come la pulizia dei metalli. Come gas di processo per la pulizia dei vetri viene utilizzata l’aria compressa.
In generale si può dire che la pulizia viene di solito eseguita con aria compressa.
Come parametri importanti devono essere presi in considerazione: ldistanza, velocità e ripetibilità del processo (il trattamento multiplo è sempre vantaggioso).
Il getto di plasma/gas attivo è a potenziale zero?
Sì, il getto di gas attivo dal PlasmaBeam non ha alcun potenziale elettrico o questo è molto basso. Pertanto, i dispositivi PlasmaBeam sono spesso usati per la pulizia di componenti elettronici.
Quali sono i gas che possono formarsi durante la pulizia al plasma?
Si possono formare gli ossidi di azoto NO e NO2. Una piccola quantità di gas contenenti carbonio è ovviamente anche possibile (CO2, CO).
Qual è la larghezza del trattamento con il fascio di plasma?
La larghezza di trattamento di un ugello è di circa 8-12 mm. Tuttavia, la larghezza di pulizia deve essere controllata ad ogni applicazione in anticipo (ad es. misurazione dell’angolo di contatto).
L’uso di ossigeno puro (O2) o azoto (N2) determina un leggero aumento della larghezza di trattamento.
Che velocità di trattamento può essere raggiunta?
Rispetto ai processi di attivazione la velocità di pulizia è di solo pochi cm al secondo. Una pulizia efficace richiede un aumento della temperatura sulla superficie, che è otenibile solo con basse velocità.
Qual è la temperatura del getto?
La temperatura media del getto di plasma è di circa 200 – 250 °C. Ad una distanza corretta – e impostazione della velocità adeguata, si raggiunge una temperatura superficiale di circa 70 – 80 °C. Pertanto, questa tecnica può essere utilizzata per tutti i materiali comuni (metalli, ceramica, vetro, plastica, elastomeri).
Qual è la durata della pulizia al plasma con plasma atmosferico?
Qui, purtroppo, non può essere specificato nessun numero attendibile. La durata dipende da condizioni di conservazione, parametri di trattamento e grado di contaminazione.
Esempi
1. Atmosfera umida e temperature elevate (superiori a 20 °C) riducono drasticamente la durata del trattamento al plasma.
2. Il trattamento multiplo aumenta la durata del trattamento stesso.
3. Generalmente, per le superficie metalliche, di vetro: le procedure di incollaggio, stampa o rivestimento devono essere effettuate entro un’ora dopo il trattamento al plasma per raggiungere i valori massimi.
4. Per le materie plastiche viene applicato il seguente trattamento al plasma:
• PA (con o senza rinforzo in fibra di vetro(): 1 – 2 settimane
• PP, PE: Si consiglia un ulteriore trattamento entro 1 giorno fino a max. 2 giorni
• PC: 2 – 5 giorni
• ABS, PC/ABS: 2 – 5 giorni
Si prega di notare che questi valori sono approssimativi. A seconda del produttore possono verificarsi differenze importanti all’uso di additivi e agenti distaccanti.
Quali sono i principali vantaggi del trattamento con plasma a pressione atmosferica?
La tecnica del PlasmaBeam è applicabile per i processi in linea, ad es. la pulizia al plasma di profili metallici infiniti, tubi prima del rivestimento, incollaggio o verniciatura.
Questa tecnica viene utilizzata con robot, ossia delle superfici a 2 o 3 dimensioni possono essere trattate con il getto di plasma con l’aiuto di robot.
il PlasmaBeam consente la pulizia superficiale locale senza mascheratura della superficie residua, ad es. pulizia di Al, Au e Cu (wire bonding) senza toccare il resto della superficie.
Quali sono le applicazioni possibili?
Plasmabeam: il processore al plasma è azionato da un robot e può essere installato in una linea di produzione automatizzata.
ATTIVAZIONE CON IL PLASMA A PRESSIONE ATMOSFERICA
È possibile l’attivazione di metalli?
In linea di principio, l’attivazione di metalli è possibile. Tuttavia, l’attivazione di metalli è molto instabile e quindi di breve durata. Se il metallo viene attivato, il metallo deve essere successivamente trattato (incollato, dipinto …) entro pochi minuti o poche ore, dato che le superfici soffriranno la contaminazione dall’aria ambiente in modo veloce e permanente.
L’attivazione dei metalli è possibil solo con la tecnologia PlasmaBeam. Si consiglia di eseguire l’attivazione metallica prima dei processi come saldatura o incollaggio.
È possibile l’attivazione di materie plastiche?
Le materie plastiche come polipropilene o PE sono sviluppate non polari. Ciò significa che le materie plastiche devono essere pre-trattate prima dei processi come stampa, pittura e incollaggio. Il gas di processo è tipicamente aria compressa secca e priva d’olio.
L’attivazione può essere facilmente dimostrata immergendo un pezzo trattato e uno non trattato in acqua (solvente polare). Nella parte non trattata si formeranno, come di solito, delle gocce. La parte trattata si bagna completamente con acqua.
È possibile l’attivazione di vetri e ceramiche?
Vetri e ceramiche si comportano in modo simile ai metalli, e hanno una breve durata di vita d’attivazione. Viene utilizzata la pressione del gas di processo.
Come può essere testata la qualità dell’attivazione?
La qualità della attivazione può essere testata rapidamente e facilmente con due metodi diversi:
– Misurazione dell’angolo di contatto.
Con questo metodo, viene misurato l’angolo di contatto di una goccia d’acqua alla superficie attiva. Migliore è l’attivazione, più piatta sarà la goccia d’acqua sulla superficie. Tuttavia, questo metodo viene utilizzato raramente perché lo strumento di misura è relativamente costoso e generalmente, la misurazione non può essere eseguita immediatamente sul posto. In particolare, i pezzi di grandi dimensioni o complessi sono difficili da misurare o non possono essere affatto misurati con la maggior parte dei sistemi di misura dell’angolo di contatto.
– Inchiostri di prova
A seconda di come gli inchiostri di prova si stendono sulla superficie dei materiali trattati, si identifica la specifica energia superficiale. L’unità è mN/m [ex dine/cm]. L’acqua ha una tensione superficiale di 72,6 mN/m. Gli inchiostri di prova sono disponibili da 28 mN/m a 105 mN/m in 10 passi.
Dove viene usata principalmente l’attivazione con il plasma a pressione atmosferica?
Questa tecnica è ideale per i seguenti processi:
• attivazione locale con il plasma di materie plastiche prima dell’incollaggio
• attivazione al plasma di elastomeri prima delle procedure di incollaggio, floccaggio, stampa (ad es. profili in gomma per il settore automobilistico)
• attivazione locale con il plasma di superfici metalliche e ceramiche prima dell’incollaggio o della verniciatura
Quali sono i principali vantaggi dell’attivazione con plasma a pressione atmosferica?
La tecnica del PlasmaBeam è applicabile per i processi in linea, ad es. la pulizia al plasma di profili metallici continui, tubi prima del rivestimento, incollaggio o verniciatura.
Questa tecnica viene utilizzata con robot, ossia delle superfici a 2 o 3 dimensioni possono essere acquisite con il getto di plasma con l’aiuto di robot.
Esistono delle parti che soffrono l’usura nel sistemi al plasma a pressione atmosferica?
Sì, gli ugelli per il plasma devono essere sostituiti regolarmente.
RIVESTIMANTO ATTRAVERSO LA POLIMERIZZAZIONE AL PLASMA COM PLASMA A PRESSIONE ATMOSFERICA
Lo spessore dello strato è pari a diverse centinaia di nanometri.
Come funziona il metodo di rivestimento attraverso il getto di plasma a pressione atmosferica?
Per il rivestimento con il metodo a getto di plasma (plasma atmosferico), i monomeri, in forma gassosa, vengono condotti dal gas di trasporto direttamente nel getto di plasma. Così, il monomero è focalizzato per mezzo del plasma sulla superficie ed è polimerizzato.
Quanti strati possono essere realizzati con il plasma atmosferico e quali sono i monomeri utilizzati per questo?
Il plasma atmosferico è principalmente adatto per la realizzazione di strati idrofili, pre-adesione e anticorrosione. I monomeri utilizzati sono sostanze contenti silicio e carbonio. Questi includono, per esempio, vari acrilati e monomeri contenenti silicio comuni di tipo HMDSO.
A causa del forte effetto tossico non possono essere utilizzati gas e monomeri contenenti alogeni (F2, Cl2, Br2, I) con il plasma atmosferico.
Quali gas carrier sono utilizzati per il rivestimento al plasma atmosferico?
In genere, vengono utilizzati i seguenti gas:
• Elio (He)
• Argon (Ar)
• Azoto (N2)