等離子清洗機(jī)的原理及應(yīng)用

1何謂等離子清洗機(jī)  

　　等離子清洗機(jī)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)對被清洗物帶來的二次污染。等離子清洗機(jī)外接一臺真空泵，工作時清洗腔中的等離子體輕柔沖刷被清洗物的表面，短時間的清洗就可以使有機(jī)污染物被*地清洗掉，同時污染物被真空泵抽走，其清洗程度達(dá)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(jù)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，在超清洗過程中等離子清洗器的輝光放電不但加強(qiáng)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(yīng)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(yī)學(xué)、微觀流體學(xué)等領(lǐng)域。 

　　等離子清洗機(jī)的應(yīng)用，起源于20世紀(jì)初，隨著高科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣，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(jì)和人類文明影響zui大，*電子資訊工業(yè)，尤其是半導(dǎo)體業(yè)與光電工業(yè)。 

　　等離子清洗機(jī)已應(yīng)用于各種電子元件的制造，可以確信，沒有等離子清洗機(jī)及其清洗技術(shù)，就沒有今日這么發(fā)達(dá)的電子、資訊和通訊產(chǎn)業(yè)。此外，等離子清洗機(jī)及其清洗技術(shù)也應(yīng)用在光學(xué)工業(yè)、機(jī)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)，比如說光學(xué)元件的鍍膜、延長模具或加工工具壽命的抗磨耗層，復(fù)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(jī)械的加工技術(shù)、人工關(guān)節(jié)、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，才能開發(fā)完成。 

　　等離子技術(shù)是一新興的領(lǐng)域，該領(lǐng)域結(jié)合等離子物理、等離子化學(xué)和氣固相界面的化學(xué)反應(yīng)，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(jī)，因此將挑戰(zhàn)性，也充滿機(jī)會，由于半導(dǎo)體和光電材料在未來得快速成長，此方面應(yīng)用需求將越來越大。 

　　2 、等離子清洗機(jī)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，如太陽表面的物質(zhì)和地球大氣中電離層中的物質(zhì)。這類物質(zhì)所處的狀態(tài)稱為等離子體狀態(tài)，又稱位物質(zhì)的第四態(tài)。

　　等離子體中存在下列物質(zhì)。處于高速運(yùn)動狀態(tài)的電子；處于激活狀態(tài)的中性原子、分子、原子團(tuán)（自由基）；離子化的原子、分子；分子解離反應(yīng)過程中生成的紫外線；未反應(yīng)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 

      金屬表面常常會有油脂、油污等有機(jī)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得到*潔凈和無氧化層的表面。 在這種情況下的等離子處理會產(chǎn)生以下效果：

1.1灰化表面有機(jī)層

－表面會受到化學(xué)轟擊（氧下圖）

 －在真空和瞬時高溫狀態(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?yàn)榈入x子處理每秒只能穿透幾個納米的厚度，所以污染層不能太厚。指紋也適用。

1.2氧化物去除

金屬氧化物會與處理氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（下圖）

這種處理要采用氫氣或者氫氣與氬氣的混合物。有時也采用兩步處理工藝。*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。也可以同時用幾種氣體進(jìn)行處理。

1.3焊接

通常，印刷線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，否則會帶來腐蝕等問題。

1.4鍵合

好的鍵合常常被電鍍、粘合、焊接操作時的殘留物削弱，這些殘留物能夠通過等離子方法有選擇地去除。同時氧化層對鍵合的質(zhì)量也是有害的，也需要進(jìn)行等離子清潔。

二、等離子刻蝕

在等離子刻蝕過程中，通過處理氣體的作用，被刻蝕物會變成氣相（例如在使用氟氣對硅刻蝕時，下圖）。處理氣體和基體物質(zhì)被真空泵抽出，表面連續(xù)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（例如半導(dǎo)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，通過氧氣可以灰化填充混合物，同時得到分布分析情況。刻蝕方法在塑料印刷和粘合時作為預(yù)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。*，使用活躍的堿性金屬可以增強(qiáng)粘合能力，但是這種方法不容易掌握，同時溶液是有毒的。使用等離子方法不僅僅保護(hù)環(huán)境，還能達(dá)到更好效果。（下圖） 

等離子結(jié)構(gòu)可以使表面zui大化，同時在表面形成一個活性層，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(xì)地進(jìn)行，以免填充物被過度暴露，從而削弱粘合力。

處理氣體可以是氧氣、氫氣和氬氣?？梢詰?yīng)用于PE、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，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損害樣品。同時還可以十分均勻地處理整個表面，不會產(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單地用水來驗(yàn)證，處理過的樣品表面*被水潤濕。長時間的等離子處理（大于15分鐘），材料表面不但被活化還會被刻蝕，刻蝕表面具有zui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

聚合

在涂鍍中兩種氣體同時進(jìn)入反應(yīng)艙，氣體在等離子環(huán)境下匯聚合。這種應(yīng)用比活化和清潔的要求要嚴(yán)格一些。典型的應(yīng)用是保護(hù)層的形成，應(yīng)用于燃料容器、防刮表面、類似PTFE材質(zhì)的涂鍍、防水涂鍍等。涂鍍層非常薄，通常為幾個微米，此時表面的親和力非常好。