Плазменная очистка металла

Плазменная очистка для микроэлектроники

Что такое плазма?

Плазма содержит положительные ионы, электроны, атомы или молекулы нейтрального газа, УФ-излучение, а также возбужденные газовые атомы и молекулы, которые могут переносить большое количество внутренней энергии. Выбирая газовую смесь, мощность, давление и т. д., мы можем совершенно точно настроить или определить влияние плазмы на поверхность. Плазменную обработку проводят в вакуумной камере (имеются модели, где обработка поверхности производится на воздухе). Газ подается при низком давлении перед подачей энергии в виде электрической мощности. Эти типы плазмы фактически находятся при низкой температуре, это означает, что можно легко обрабатывать термочувствительные материалы.

Плазменная очистка

Выбирая правильные параметры обработки, мы можем делать плазменную очистку, плазменную активацию поверхности, плазменное осаждение и плазменное травление. Плазменная очистка кислородной плазмой устраняет природные и технические масла и жир в наномасштабе и уменьшает загрязнение до 6 раз по сравнению с традиционными мокрыми методами очистки. Плазменная очистка создает поверхность, готовую для процессов склеивания или дальнейшей обработки, без каких-либо вредных отходов.

Ультрафиолетовый свет, генерируемый в плазме, очень эффективен в разрушении органических связей поверхностных загрязнителей. Это помогает в разложении связей масел и смазки. Второе очищающее действие осуществляется высокоэнергитичными формами кислорода. Эти формы реагируют с органическими загрязнителями, образуя главным образом воду и углекислый газ, которые непрерывно откачиваются из камеры.

Сравнение плазменной и жидкостной очистки

Процессы очень чувствительны к времени обработки и химическим концентрациям

Нет остатков органики

Надежность зависит от удовлетворительной нейтрализации остатков, удаление которых может потребовать дополнительных этапов обработки

Высокий объем жидких отходов, что требует дорогостоящей переработки и подлежит жесткому контролю

Большинство используемых газов не токсичны

Большинство используемых растворителей и кислот чрезвычайно опасны.

Плазменная очистка в процессе производства печатных плат

Плазменная очистка – проверенный, эффективный, экономичный и экологически безопасный метод точной подготовки поверхности, отвечающий потребностям производства печатных плат (PCB) и сборки электронных компонентов. Это хорошо зарекомендовавший себя метод удаления остатков после лазерной пробивки отверстий.

Производитель печатных плат может легко и эффективно внедрять наши удобные и экономически эффективные процессы очистки. Машины для плазменной очистки Henniker имеют несколько загрузочных стеллажей, которые обеспечивают отличную однородность по всей печатной плате, между печатными платами и от процесса к процессу.

  • Плазменная очистка для производства печатных плат
  • Плазменная очистка печатных плат до склеивания
  • Плазменная активация печатных плат до заливки (герметика) и инкапсуляции
  • Травление эпоксидных, гибких и тефлоновых печатных плат
  • Деокисление золотых контактов.

Плазменная очистка перед разваркой проводов

Плазменная очистка перед разваркой проводов эффективно удаляет органические загрязнения и тонкие оксидные слои при высокой пропускной способности, быстро, эффективно и воспроизводимо, значительно повышая выход и снижая количество неисправностей.

Во многих областях применения электроники существует жесткое требование для ультрачистых контактных площадок перед склеиванием проводов. Это особенно справедливо, например, при изготовлении полупроводников и космических спутников. Засорение контактных площадок проводов приводит к плохой прочности при растяжении и однородности прочности. Плазменная очистка может быть применена в виде решения, например, перед инкапсуляцией, или как этап пакетной обработки с индивидуальными механизмами загрузочной рамки.

Плазменная очистка для разварки проводов

  • Пользовательские схемы загрузки рамок с образцами
  • Плазменная очистка с использованием отдельных газов и смесей газов
  • Повышенная прочность сцепления
  • Широкий выбор размеров камер плазменной очистки

Плазменные системы Henniker

В ассортименте Henniker имеются плазменные системы с различными вариантами, например, с одним или несколькими впускными отверстиями для газа, несколькими загрузочными лотками и вращающимися барабанными камерами, что делает их универсальными для многих требований. Наши специалисты имеют многолетний опыт работы с различными приложениями и системными опциями, а также помогут вам сконфигурировать систему для ваших конкретных потребностей. Если вы ищете надежную, проверенную плазменную систему, наш ассортимент должен стать отличной отправной точкой.

Варианты конфигурации:

  • Объем камеры плазменной очистки лабораторного / технологического масштаба, начиная с диаметра 100 мм
  • Очистители плазмы промышленного масштаба для больших деталей / высокой производительности
  • Несколько конфигураций полок для образцов
  • Простое управление программным обеспечением
  • Непрерывно переменная мощность.

Плазменная очистка

На поверхностях различных изделий при естественном контакте с воздухом образуются загрязнения, которые состоят из оксидов, воды, органических соединений и пыли (рис. 1). Кроме этого на поверхностях изделий могут оставаться масла и смазки, используемые при технологических процессах их изготовления.

Рис. 1. Поверхностный слой металла, где 1 – основная структура металла; 2 – деформированный слой металла; 3 – оксидный слой; 4 – адсорбированный газ; 5 – адсорбированная вода; 6 – адсорбированный слой полярных и неполярных молекул органики; 7 – ионизированные пылевидные частицы.

Адсорбированные инородные слои ухудшают качество последующих технологических операций – лакировки, покраски, склеивания, нанесения покрытий за счет наличия промежуточного слоя с низкой адгезионной прочностью и уменьшения смачиваемости поверхности.

Очистка атмосферной плазмой – это процесс удаления с обрабатываемой поверхности адсорбированных газов, влаги, органических и биологических загрязнений, а также пылевидных частиц за счет воздействия плазменных атмосферных потоков при использовании различных ионизированных газов – аргона, воздуха, азота, водорода, паров специальных химических соединений. Обработка атмосферной плазмой способствует улучшению смачиваемости поверхности, повышению адгезионной прочности последующих клеевых соединений, лакокрасочных и других покрытий. При этом не применяется вакуумное оборудование и специальные жидкие токсичные реагенты, что сокращает расходы, улучшает безопасность и обеспечивает экологичность процесса.

Очистка поверхности атмосферной плазмой основывается на следующих физико-химических процессах:

  • разрыв высокоэнергетическими ионизированными частицами химических связей тяжелых молекул органических загрязнений, которые дробятся на более легкие молекулы, легко испаряемые с поверхности;
  • окисление активными химическими соединениями органических молекул с образованием углекислого газа и водяного пара;
  • уничтожение биологических загрязнений и стерилизация поверхности при взаимодействии компонентов плазмы;
  • распыление (абляция) поверхностного слоя нанометровой толщины полимерных молекул малой длины при обработке атмосферной плазмой повышенной интенсивности;
  • создание перекрестных химических связей между длинными полимерными молекулами;
  • образование активных частиц кислорода высокой концентрации или с повышенным содержанием озона, обеспечивающих ускоренный процесс окисления, расщепления и распыления органических веществ в загрязненном слое;
  • образование водородосодержащих реакционных соединений, которые восстанавливают оксиды и обнажают поверхность металла;
  • проведение катодной очистки при горении дугового разряда на поверхности подложки (используемой в качестве катода) для создания регламентированной шероховатости, которая впоследствии заполняется клеем или покрывается лакокрасочным материалом с повышенными адгезионными характеристиками;
  • взаимодействие химически активных полярных OH и ON соединений с полимерными молекулами и образование поверхности с гидрофильными свойствами, повышающими смачиваемость клеев, лаков и красок за счет капиллярного эффекта.

Преимущества очистки атмосферной плазмой по сравнению со стандартной химической обработкой или очисткой в вакууме являются:

  • высокие скорости очистки поверхности без образования твердых осадков за счет разрушения и превращения в пары газов органических загрязнений;
  • улучшение смачиваемости и повышение адгезии лаков, клеев, красок и других покрытий;
  • снижение концентрации летучих органических веществ, таких как пары растворителей, дыма или других мономеров, которые могут оказаться токсичными или аллергенными;
  • бережная очистка в связи с использованием локального контакта поверхности с четвертым состоянием вещества – плазмой в отличие от более грубого механического контакта твердыми телами, жидкостью или газами;
  • отсутствие применения жидких химических растворов;
  • использование в качестве плазмообразующих доступных и не дорогих газов;
  • отсутствие применения сложного и дорогостоящего вакуумного оборудования;
  • возможность встраивание процесса в существующие производственные линии;
  • экологическая чистота процесса.

Свяжитесь с нами по телефонам: +7 (812) 679-46-74, +7 (921) 973-46-74, или напишите нам на почту: office@plasmacentre.ru

Наши менеджеры подробно расскажут об имеющихся у нас технологиях нанесения покрытий, упрочнения, восстановления, придания свойств поверхности, а также о стоимости услуг компании.

Очистка поверхности металла плазмой

В процессе производства (изготовления, обработки, хранения) на поверхности металлических деталей возникают загрязнения и посторонние вещества, наличие которых нежелательно или вредно.

Очистка поверхности металла – процедура удаление загрязнений с металлической поверхности до определенного уровня ее чистоты. Очистка производится различными методами – механическим, физическим, химическим, физико-химическим и химико-термическим.

Удаление загрязнений механической очистки происходит за счет их механического разрушения протиранием, соскабливанием, фрезерованием, воздействием струей воды, воздуха, твердых частиц (чугунная дробь, стеклосферы и т.д.). Повышение производительности механической очистки достигают за счет применения механизированного инструмента (щеток, иглофрез) с электро- и пневмоприводом, а также за счет увеличения давления струй до 5-63 МПа. Достоинствами процесса механической очистки являются малая энергоемкость, универсальность, возможность удалять различные загрязнения, простота утилизации отходов, недостатком – применение ручного труда.

Механизм физической очистки заключается в растворении загрязнений в различных растворителях и удалении их с поверхности очищаемого изделия. Интенсификация процесса очистки достигается введением в зону очистки ультразвуковых колебаний, а также применением струйного облива и паров растворителей. Преимуществами физического способа очистки являются большая скорость очистки и ее высокое качество, безотходность производства, возможность механизации и автоматизации процессов очистки. В то же время этому методу свойственны вредность производства, сложность удаления отходов, применение для небольшой группы загрязнений.

Физико-химический способ очистки состоит в растворении, эмульгировании и химическом разрушении загрязнений (применение растворяюще–эмульгирующих средств с ополаскиванием в растворах синтетических моющих средств). Возможности повышения скорости и качества очистки заключаются в перемещении (колебании, вращении) очищаемого объекта в процессе очистки. Положительные стороны физико-химического способа состоят в большой скорости очистки и высоком ее качестве, малой энергоемкости процесса очистки, умеренной температурой ведения процесса (20-50 0 С), в возможности механизации и автоматизации процесса, отрицательные – применение для малой группы загрязнений, вредность производства и наличие отходов.

Химико-термический способ заключается в химическом разрушении (сгорании) загрязнений в пламени или в щелочном расплаве при высокой температуре (400-450 0 С), а так же в объемных и структурных изменениях загрязнений. Повышение производительности очистки возможно за счет оптимизации состава щелочного расплава и автоматизации процесса. Преимущества этого способа – большая скорость очистки и ее высокое качество, а также возможность автоматизации процесса, недостатки – применение для малой группы загрязнений, высокая энергоемкость процесса очистки, возможно деформации и разрушения деталей.

Электролитно-плазменная технология в режиме очистки обеспечивает высокопроизводительную и качественную очистку поверхности деталей от практически любых загрязнений – минеральных и органических консервационных смазок, ржавчины, окалины, остатков старых гальванических и лакокрасочных покрытий, эмалевой изоляции с электропроводов. Время очистки составляет 0,1-0,5 мин. Одновременно с удалением загрязнений образуется коррозионно-стойкое покрытие. Анодный электролитно-плазменный процесс очистки отличается от анодного электролизного процесса тем, что жидкий электролит не соприкасается с поверхностью обрабатываемого изделия из-за образования у поверхности детали парогазовой оболочки, отделяющей ее от электролита и приводящей к протеканию интенсивных химических и электрохимических реакций между материалом детали – анода и парами электролита. Это приводит к анодному окислению поверхности металла с однородным химическим травлением образующего окисла. Травление происходит в первую очередь на микронеровностях, где образующийся окисный слой более тонкий. Кроме того, из-за повышенной напряженности электрического поля в зазоре деталь-парогазовая оболочка-электролит именно у выступов микрорельефа происходит скругление их вершин, приводящее к снижению шероховатости поверхности обрабатываемой детали.

Способ основан на использовании явлений, происходящих у поверхности электродов электролитной ячейки при приложении к ним повышенного напряжения постоянного тока. Процесс обеспечивает комплексное физическое и химическое воздействие на материал изделия и его поверхность.

Предлагаемый способ поясняется конкретными примерами.

Обрабатывались медные обмоточные провода марок ПЭВ и ПЭВТ 0,4 и 1,0 мкм, изолированные лаками на основе полиэфиров и поливинилацеталевых эмалей. Обработка проводилась с целью подготовки концов проводов под распайку и состояла в удалении слоя изолирующей эмали и очистки поверхности провода.

Использование предлагаемого способа основано на применении электрогидродинамического режима электролитно обработки. Данный режим характерен отсутствием нагрева изделия (который снижает пояемость медного провода и требует дополнительных операций по удалению окисла) при существовании вокруг устойчивой парогазовой оболочки. Для начала процесса необходимо очистить небольшой участок провода. После погружения изделия в электролит на участке где отсутствует изоляция, образуется парогазовая оболочка. Из-за высокой температуры, развивающейся в каналах электрических разрядов, пронизывающих оболочку, происходит выжигание изоляции на поверхности провода. Так как часть поверхности, у которой изоляция обуглена, становиться проводящей, то парогазовая оболочка образуется и у нее. При этом происходит удаление остатков сожженной изоляции и очистка всей поверхности провода.

Жиры и масла всплывающие на поверхности электролита, необходимо периодически удалять (переливать, циркулировать и т.д.). Для осаждения твердых отходов (абразив, ржавчина, окалина и т.п.) устанавливается специальный поддон.

Когда при нанесении гальванического покрытия происходит сбой или покрытие оказалось не качественным при производстве, необходимо его снять перед повторной гальванической обработкой. Электролитная плазменная технология позволяет снять такое покрытия менее чем за 1 минуту. Время обработки в основном зависит от толщены гальванического покрытия и его типа. Однако общее время обычно не превышает 1 минуты. Из-за особенностей осуществления процесса гальванопокрытия изделия, режим снятия покрытия подбирается индивидуально для каждого конкретного случая разработками технологии.

ПЛАЗМЕННАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ОЧИСТКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Впервые электрическая дуга, следовательно, и низкотемпературная плазма, были использованы на практике для удаления оксидов и любых других загрязнений с поверхности алюминия и некоторых его сплавов при разработке технологий аргонно-дуговой сварки конструкций из алюминиевых сплавов [1-3]. При сварке на постоянном токе при обратной полярности очищающее действие электрической дуги в катодной области реализуется в течение всего процесса ее горения, а при сварке на переменном токе, в те полупериоды, когда изделие является катодом. Механизм очистки поверхности в катодном пятне электрической дуги от оксидов и любых других загрязнений заключается в воздействии на поверхность катода потока высокоэнергетичных ионов плазмы, генерируемых электронами эмиссии в прикатодной области дуги.

Потоком бомбардирующих ионов, ускоренных падением потенциала в катодных пятнах, очищаемой поверхности передается энергия с плотностью порядка 1011 Вт/м2. При этом, по оценкам ряда исследователей [4, 5], в катодном пятне температура достигает (5-10) – 103К, а давление пара оксидов и металла 107-108 Па. Отсюда механизм очистки металлов от оксидов и других загрязнений в катодном пятне можно представить в режиме «стоп-кадр» следующим образом. Над металлической поверхностью находится слой плотного металлического пара или слой перегретого металла, с поверхности которого в окружающее пространство со сверхзвуковой скоростью истекают струи газовой смеси металла с диссоциированными оксидами. В этой смеси компоненты с низким потенциалом ионизации (в основном атомы металлов – по уравнению Саха [6]) находятся в состоянии плазмы. Катодные пятна хаотически под воздействием собственных или внешних магнитных полей перемещаются по поверхности очищаемого изделия. Исследования показали, что скорость перемещения катодных пятен с плотностью тока порядка 1010 А/м2 зависит от толщины оксидного слоя (печная, прокатная окалина, ржавчина, другие загрязнения), давления насыщенного пара материала изделия и загрязняющих веществ на поверхности, теплопроводности, температура очищаемого изделия, конфигурации и рельефа поверхности, давления и химического состава окружающей среды.

В некоторых случаях катодная область дугового разряда на очищаемом изделии представляет собой сплошной нитевидный фронт на границе очищенного металла и оксидного покрытия. Длина или периметр нитевидного фронта катодной области может достигать сотен миллиметров. Это наиболее производительный режим плазменно-дуговой очистки.

Наибольшая производительность и высокое качество плазменной электродуговой очистки достигается при понижении давления внешней среды относительно атмосферного до 1,33х102 – 1,33 Па [7-9]. В этом диапазоне давлений электрическая дуга стабильная, парциальное давление кислорода ниже упругости диссоциации большинства оксидов металлов при температурах, реализуемых в катодной области вакуумной дуги, благодаря чему на очищаемой поверхности интенсивно протекает реакция диссоциации оксидов и других загрязнений, их ионизация и испарение (сублимация). Ионизируются в основном металлы, при этом ионы под воздействием электростатического поля, возникающего в области катодного падения потенциала, ускоряются и имплантируются в поверхность очищаемого изделия. В результате на поверхности очищенного изделия образуется слой металла, восстановленного из оксидов. Энергозатраты на очистку 1 м2 в зависимости от степени загрязненности поверхности составляют 0,3 – 2,0 кВт/ч.

Читать еще:  Краска для металлических печей термостойкая
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
Плазменная очистка Очистка жидкой химией
Процессы точно контролируются мощностью, давлением, типом газа, временем обработки и т. д.
«Отходы» безвредны и всегда выделяются в газообразной форме, которые могут выбрасываться непосредственно в атмосферу