等離子清洗機的原理及應用

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，有效地避免了因液體清洗介質對被清洗物帶來的二次污染。等離子清洗機外接一臺真空泵，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，使表面分子的化學鍵發生重組，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、光電子學、電子學、材料科學、生命科學、高分子科學、生物醫學、微觀流體學等領域。 

　　等離子清洗機的應用，起源于20世紀初，隨著高科技產業的快速發展，其應用越來越廣，目前已在眾多高科技領域中，居于關鍵技術的地位，等離子清洗技術對產業經濟和人類文明影響zui大，*電子資訊工業，尤其是半導體業與光電工業。 

　　等離子清洗機已應用于各種電子元件的制造，可以確信，沒有等離子清洗機及其清洗技術，就沒有今日這么發達的電子、資訊和通訊產業。此外，等離子清洗機及其清洗技術也應用在光學工業、機械與航天工業、高分子工業、污染防治工業和量測工業上，而且是產品提升的關鍵技術，比如說光學元件的鍍膜、延長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、人工關節、骨骼或心臟瓣膜的抗摩耗層等皆需等離子技術的進步，才能開發完成。 

　　等離子技術是一新興的領域，該領域結合等離子物理、等離子化學和氣固相界面的化學反應，此為典型的高科技產業，需跨多種領域，包括化工、材料和電機，因此將挑戰性，也充滿機會，由于半導體和光電材料在未來得快速成長，此方面應用需求將越來越大。 

　　2 、等離子清洗機的技術原理

　　2.1 什么是等離子體 

　　等離子體是物質的一種存在狀態，通常物質以固態、業態、氣態3種狀態存在，但在一些特殊的情況下可以以第四中狀態存在，如太陽表面的物質和地球大氣中電離層中的物質。這類物質所處的狀態稱為等離子體狀態，又稱位物質的第四態。

　　等離子體中存在下列物質。處于高速運動狀態的電子；處于激活狀態的中性原子、分子、原子團（自由基）；離子化的原子、分子；分子解離反應過程中生成的紫外線；未反應的分子、原子等，但物質在總體上仍保持電中性狀態。

一、金屬表面去油及清潔 

      金屬表面常常會有油脂、油污等有機物及氧化層，在進行濺射、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生以下效果：

1.1灰化表面有機層

－表面會受到化學轟擊（氧下圖）

 －在真空和瞬時高溫狀態下，污染物部分蒸發

－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生化學反應（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行處理。

1.3焊接

通常，印刷線路板在焊接前要用化學助焊劑處理。在焊接完成后這些化學物質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量也是有害的，也需要進行等離子清潔。

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（例如半導體行業用鉻做覆蓋材料）。 

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環境，還能達到更好效果。（下圖） 

等離子結構可以使表面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。可以應用于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入反應艙，氣體在等離子環境下匯聚合。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、類似PTFE材質的涂鍍、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。