【哈利森(Harrison)等离子技术分享】等离子清洗机一般用途简述

电子工业清洗是一个很广的概念,包括任何与去除污染物有关的工艺,但针对不同的对象,清洗的方法有很大的区别。目前在电子工业中已广泛应用的物理化学清洗方法,从运行方式来看,大致可分为两种:湿法清洗和干法清洗。湿法清洗已经在电子工业生产中广泛应用,清洗主要依靠物理和化学(溶剂)的作用,如在化学活性剂吸附、浸透、溶解、离散作用下辅以超声波、喷淋、旋转、沸腾、蒸气、摇动等物理作用下去除污渍,这些方法清洗作用和应用范围各有不同,清洗效果也有一定差别。CFC清洗在过去的清洗工艺中,从清洗效力及后续工序上都占有很重要的地位

HARRISON哈利森等离子清洗机一般用途简述

 

一、概述

 电子工业清洗是一个很广的概念,包括任何与去除污染物有关的工艺,但针对不同的对象,清洗的方法有很大的区别。目前在电子工业中已广泛应用的物理化学清洗方法,从运行方式来看,大致可分为两种:湿法清洗和干法清洗。湿法清洗已经在电子工业生产中广泛应用,清洗主要依靠物理和化学(溶剂)的作用,如在化学活性剂吸附、浸透、溶解、离散作用下辅以超声波、喷淋、旋转、沸腾、蒸气、摇动等物理作用下去除污渍,这些方法清洗作用和应用范围各有不同,清洗效果也有一定差别。CFC清洗在过去的清洗工艺中,从清洗效力及后续工序上都占有很重要的地位,但由于其损耗大气臭氧层,而被限制使用。对于替代工艺,在清洗过程中,不可避免的存在需后续工序的烘干(ODS类清洗不需烘干,但污染大气臭氧层,目前限制使用)及废水处理,人员劳动保护方面的较高投入,特别是在电子组装技术,精密机械制造的进一步发展,对清洗技术提出越来越高的要求。环境污染控制也使得湿法清洗的费用日益增加。相对而言,干法清洗在这些方面有较大优势,特别是以等离子清洗技术为主的清洗技术已逐步在半导体、电子组装、精密机械等行业开始应用。因此,有必要了解等离子清洗的机理及其应用工艺。

 

 

二、等离子体清洗机理 

 等离子体是正离子和电子的密度大致相等的电离气体。由离子、电子、自由激进分子、光子以及中性粒子组成。是物质的第四态。 

 通常情况下,人们普遍认为的物质有三态:固态、液态、气态。区分这三种状态是靠物质中所含能量的多少。气态是物质的三个状态中最高的能量状态 。 

 给气态物质更多的能量,比如加热,将会形成等离子体。当到达等离子状态时,气态分子裂变成了许许多多的高度活跃的粒子。这些裂变不是永久的,一旦用于形成等离子体的能量消失,各类粒子重新结合,形成原来的气体分子。 

 等离子体技术在本世纪六十年代起就开始应用于化学合成、薄膜制备、表面处理和精细化工等领域,在大规模或超大规模集成电路工艺干法化、低温化方面,在近年来也开发应用了等离子体聚合、等离子体蚀刻、等离子体灰化及等离子体阳极氧化等全干法工艺技术。 

等离子清洗技术也是工艺干法化的进步成果之一,与湿法清洗不同,等离子清洗的机理是依靠处于“等离子态”的物质的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。从目前各类清洗方法来看,可能等离子体清洗也是所有清洗方法中最为彻底的剥离式的清洗。 

 干法工艺与湿法清洗的主要区别如下:  

 就反应机理来看,等离子体清洗通常包括以下过程: 

a.无机气体被激发到等离子态。 

b.气相物质被吸附在固体表面。 

c.被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子。 

d.产物分子解析形成气相。 

e.反应残余物脱离表面。 

 气体被激发到等离子态有多种方式,如激光、微波、电晕放电、热电离、弧光放电等多种方式,在电子清洗中,主要是低压气体辉光等离子体。一些非聚合性无机气体(Ar2、N2、H2、O2等)在高频低压下被激发,产生含有离子、激发态分子,自由基等多种活性粒子,一般在等离子清洗中,可把活化气体分为两类,一类为惰性气体的等离子体(如Ar2、N2 等);另一类为反应性气体的等离子体(如O2、H2 等)。这些活性粒子能与表面材料发生反应,其反应过程如下: 电子--气体分子--激发----激发态分子--------清洗(浸蚀、溅射) 离解 自由基离子中性分子在这一过程中等离子体能有效地使材料表面层中产生大量自由基,这种作用在高分子表面特别明显。在半导体领域,反应性等离子体的研究很早就十分活跃。如,CF4和O2混合的等离子体清洗。我们可以通过控制CF4的流量来控制反应的进度。

 

等离子清洗技术的最大特点是不分处理对象的基材类型,均可进行处理,如金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料(如:聚丙烯、聚脂、聚酰亚胺、聚氯乙烷、环氧、甚至聚四氟乙烯)等原基材料都能很好地处理,并可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。清洗的重要作用之一是提高膜的附着力,如在Si衬底上沉积Au膜,经Ar等离子体处理掉表面的碳氢化合物和其它污染,明显改善了Au的附着力。等离子体处理后的基体表面,会留下一层含氟化物的灰色物质,可用溶液去掉。同时有利于改善表面沾着性和润湿性。在清洗过程中经等离子体表面活化形成的自由基,能够进一步加成特定官能团,这种特定官能团的引入,特别是含氧官能团,对改善材料的沾着性和湿润性能起着明显的作用。实验表明:不仅引入氧的等离子体,而且,Ar,N等的等离子体同样能导入含氧的官能团。如:-OH、-OOH等,最典型的是当高分子材料与氧等离子体接触时在刚生成的自由基位置羟基化或羧基化。其反应为: 

R+O→RO 

R+O2→ROO 

 针对不同的等离子体,可能都会有一定种类的副产物出现,如四氟化碳与氧的等离子体在和聚合物发生反应裂解成水蒸汽、二氧化碳、和少量氢氟酸,这些氢氟酸是反应的副产品,有毒,但可用碱式湿法洗涤器去除。 等离子工艺常规的化学清洗具有若干优势,等离子由于使用电能催化化学反应而不是热能,因此提供了一个低温环境。等离子排除了由于湿式化学清洗带来的危险,并且与其它清洗方式相比的最大优势在于清洗后无废液。总之,等离子工艺是一种简单到几乎不需管理的清洗工艺。

 

 

三、等离子体清洗的应用 

 一般来讲,清洗/蚀刻意思是去除产生干扰的材料。清洗效果的两个实例是去除氧化物以提高钎焊质量和去除金属、陶瓷、及塑料表面有机污染物以改善粘接性能,这是因为玻璃、陶瓷和塑料(如聚丙烯、PTFE等)基本上是没有极性的,因此这些材料在进行粘合、油漆和涂覆之前要进行表面活化处理。等离子体最初应用于硅片及混装电路的清洗以提高键接引线和钎焊的可靠性。如:去除半导体表面的有机污染以保证良好的焊点连接、引线键合和金属化,以及PCB、混装电路 MCMS(多芯片组装)混装电路中来自键接表面由上一工序留下的有机污染,如残余焊剂、多余的树脂等。清洗的各种例子不胜枚举。在诸如此类的应用中我们将列举一些典型的等离子体清洗工艺。 

1 蚀刻工艺 

 某种程度来讲,等离子清洗实质上是等离子体刻蚀的一种较轻微的情况。进行干式蚀刻工艺的设备包括反应室、电源、真空部分。工件送入被真空泵抽空的反应室。气体被导入并与等离子体进行交换。等离子体在工件表面发生反应,反应的挥发性副产物被真空泵抽走。等离子体刻蚀工艺实际上便是一种反应性等离子工艺。近期的发展是在反应室的内部安装成搁架形式,这种设计的是富有弹性的,用户可以移去架子来配置合适的等到离子体的蚀刻方法:反应性等离子体(RIE),顺流等离子体(downstream),直接等离子体(direction plasma)。 所谓直接等离子体,亦称作反应离子蚀刻,是等离子的一种直接浸蚀形式。它的主要优势是高的蚀刻率和高的均匀性。直接等离子体具有较低浸蚀但工件却暴露在射线区。顺流等离子是种较弱的工艺,它适合去除厚为10-50埃的薄层。在射线区或等离子中,人们担心工件受到损坏,目前,这种担心还没有证据,看来只有在重复的高射线区和延长处理时间到60-120分钟才可能发生,正常情况下,这样的条件只在大的薄片及不是短时的清洗中。

 

2 在引线的键合中 

 在等离子清洗的工装设计采用一些特殊结构可以满足用户每小时清洗500到1000个引线框的要求。这种工艺对COB'S(裸芯片封装)或其它的封装都采用相同的工艺条件便能提供给用户一种简单而有效的清洗。板上芯片连接技术(DCA)中,无论是焊线芯片工艺、倒装芯片、卷带自动结合技术中,整个芯片封装工艺中,等离子清洗工艺都将作为一种关键技术存在。对整个IC封装的可靠性产生重要影响。 

以COB'S为例: 

芯片粘接(Die bonding)-固化(Cure)-等离子清洗(Plasma cleaning)-线焊(Wire bond)-包装-固化 

3 BGA封装工艺 

 在BGA工艺中,对表面清洁和处理都是非常严格的,焊球与基板的连接要求一个洁净表面以保证焊接的一致性和可靠性。等离子体处理它可以保证不留痕迹,BGA焊盘要求等离子处理来确保良好的粘接性能,并且,已有批量和在线式的清洗工艺。 

4 混装电路 

 混装电路出现的问题是引线与表面的虚接,这主要归因于电路表面的焊剂、光刻胶及其它一些残留物质。针对这种清洗,要用到氩的等离子体清洗,氩等离子体可以去除锡的氧化物或金属,从而改变电性能,此外,键接前的氩等离子体还用于清洗金属化、芯片粘接和最后封装前的铝基板。 

5 硬盘 

 用等离子清洗来去除由上一步溅镀工艺留下的残余物,同时基材表面经过处理,对改变基材的润湿性,减小摩擦,很有好处。 

6 去除光致抗蚀剂 

 在晶片制造工艺中,使用氧等离子体去除晶片表面抗蚀剂(photoresist)。干式工艺唯一的缺点是等离子体区的活性粒子可能会对一些电敏感性的设备造成损害。为了解决这一问题,人们发展了几种工艺,其一是用一个法拉第装置以隔离轰击晶片表面和电子和离子;另一种方法是将清洗蚀刻对象置于活性等离子区之外。(顺流等离子清洗)蚀刻率因电压,气压以及胶的量而定,典型的刻蚀率为每分钟1000埃,正常需要10 分钟时间。 

7 液晶显示器生产中的清洗: 

 在液晶清洗中的干式清洗,使用的活化气体是氧的等离子体,它能除去油性污垢和脏物粒子,因为氧等离子体可将有机物氧化,形成气体排出。它的唯一问题是需要在去除粒子后加入一个除静电装置清洗工艺如下: 

研磨---吹气----氧等离子体----除静电通过干式洗净工艺后的电极端子与显示器,增强了偏光板粘贴的成品率,并且电极端与导电膜间的粘附性也大大改善。 

8 精密零件清洗: 

 在经过机械加工的零件表面主要残留物为油类污染,采用O2等离子体去除会特别有效。

 

 

四、结束语 

 在最近的研究中人们还在提到等离子体清洗造成材料表面的溅射损伤。实际上,只要能量控制合适,轻度的表面损伤反而可以极大地增强附着力。在某些情况下成为不可或缺的工艺,如:用Ar等离子体去除一些材料表面氧化物。当然,一些工艺试验表明,采用分步工艺法进行清洗,可以把这种损伤减小到最底程度。另外,国外已经展开了对等离子体清洗残余物毒性的深入研究,相信,不久以后,等离子清洗设备和工艺就会以其在健康、环保、效益、安全等诸多方面的优势逐步取代湿法清洗工艺,特别是在精密件清洗和新半导体材料研究和集成电路器件制造业中,等离子清洗应用前景广阔。我们针对等离子清洗的工艺也已经进行了一定研究和设备的研制,希望今后和国内外同行就干法清洗工艺方面进行有益的探讨和交流。

 

等离子清洗应用

 

等离子体和固体、液体或气体一样,是物质的一种状态,也叫做物质的第四态。从通常的能量排布:气体>液体>固体的角度来说,等离子的能量比气体更高,能表现出一般气体所不具有的特性,所以也被称为物质的第四态。当气体电离生成电子正离子一般在段时间内发生结合,回到中性分子状态,这个过程产生的电子、离子的一部分能量以电磁波等不同形式消耗,在分子离解时常生成自由基,生成的电子结合中性原子,分子形成负离子。因此,整个等离子体是电子正负离子激发态原子,原子以及自由基的混合状态。因为各种化学反应都是在高激发态下进行的,与经典的化学反应完全不同。这样使等离子体的原子或分子的本性通常都发生改变,即使是较稳定的惰性气体也会变得具有很强的化学活泼性。等离子体在电磁场的作用下高速运动,冲击物体表面,起到清洗、刻蚀、活化、改性的目的。 

应用: 

 

1. 电子行业  

1.1 灌装 - 提高灌注物的粘合性  

 灌装是指通过灌注树脂来保护电子元件。灌装前的等离子活化可以确保良好的密封性,减少电流泄露,提供很好的邦定性能。灌装提供了绝缘性,还可以防止潮湿、高/低温、物理及电子应力的影响。  

1.2 邦定板的清洁 - 改善打线效果  

 大气式等离子清洗机在邦定板的清洁领域。在生产中,等离子笔可以很容易的集成到邦定机上,实现在线式清洁。等离子笔的清洁效果比类似电晕放电等技术要好的多,而且处理的温度也更低。低运行成本(工艺气体是压缩空气)、低设备成本使等离子笔在邦定清洁领域大受欢迎。  

1.3 改善塑胶材料的胶接性能  

 等离子技术很适合处理胶接前的塑料、金属、陶瓷、玻璃等材料。在处理时可以在原子级别使表面粗糙化,从而提供更多的表面结合位置,改善粘合效果。 同时,还可以通过等离子中的活性原子化学性的改变表面,从而在基体材料表面形成很强的化学键。这些急性键可以帮助水和粘合剂浸润到所有塑料缝隙中。这样就可以极大地改善粘合性能。在有些应用中,结合力甚至可以提高50倍以上。  

2. 生物医疗 

2.1 活化 - 改善细胞和生物材料对临床诊断平台的粘附性  

 免疫诊断、细胞培养基及其他临床诊断培养基的平台大多是聚合物材料。这些材料具有很好的惰性、机械稳定性。它们不能提供足够的结合点来使细胞和具有生物活性的分子有效的结合在它们的表面。为了细胞繁殖和生物分子吸附,必须对合成聚合物平台的表面进行改性来改善它们的性能。  

2.2 氨化 - 氨化为聚合物材料提供可结合生物和传感器分子的结合点  

 在生物科学材料技术中,特别是细胞培养和医学诊断平台中,表面氨化是一个很重要的工艺。氨基可以为惰性聚合物平台提供一个吸附生物和传感器分子的结合点。  

2.3 其他功能性 - 改善生物活性分子对细胞培养平台的选择性粘合  

3.医疗器械  

3.1 微流体器件 微流体装置需要亲水性的表面以便于分析物可以持续平缓的流经  

用等离子体处理可以氧化微通道的表面,使它们变成亲水性,从而防止气泡的形成。电动抽吸时的表面电荷密度同样会影响流动速率。等离子体可以有效地促进带电表面的电渗透流动。这是用等离子处理微流体器件的又一个好处。  

3.2 医用导管 - 通过减少蛋白质在导管上粘合来尽量减少凝血酶原,提高生物相容性。  

为了在提高体内材料的生物相容性,等离子处理通过对表面进行特殊的改性从而大大提高了这些涂层的结合力度。这是通过活化惰性表面来实现的。这种处理的工艺取决于特定的基体材料、抗凝血酶的合成物以及期望的产品寿命。 

3.3 药物输送 - 解决药物粘附在计量腔壁上的问题  

 带有计量腔体的药物输送装置不允许药物粘附在其内壁上。通过等离子增加化学气相沉积(PECVD)可以把这种涂层很容易的粘附在大多数材料表面。 

3.4 防止生物污染 - 提高体内和体外医疗器械的生物相容性  

材料的表面能决定了浸润性、可印刷性、化学稳定性和生物污染等性能。通常,高表面能的材料是亲水性的,对细胞和蛋白质等生物材料是可浸润的;低表面能的材料则表现出疏水和"不粘"的性质。  

4. 光学领域  

4.1 镜片清洗  

 清洗是等离子体最常见的应用。等离子清洁通常用来去除有机薄膜。去除表面上的有机污染层后就得到了非常清洁的表面。 

4.2 隐形眼镜 - 提高隐形眼镜的浸润性  

 等离子体广泛的应用在隐形眼镜的生产中。等离子用来在镀膜前活化镜片材料,也可用来侵蚀表面,暴露出下面的表层。 

4.3 光纤 - 改善光纤连接器的光学传输  

 玻璃纤维的有机污染会降低传输率,影响一致性。即使保持光学 路径的清洁,塑料气泡、粘合剂的防气、指纹等也会造成有机污染。等离子可以分解这些表面污染,使之变成惰性的和挥发性的气体。  

5. 橡胶  

5.1 表面摩擦力 - 减少密封条和O型圈的表面摩擦力  

具有弹性和可变形性的聚合物可用来制作密封条和O型圈。但这些性能也会导致表面的摩擦和磨损。等离子体通过可控的化学和物理改性可减少摩擦力。  

5.2 粘结 - 提高粘合剂对橡胶的粘结力  

 橡胶材料很难粘合在橡胶或其他材料上。使用等离子体中的离子加速撞击表面或化学刻蚀来选择性的改变表面形态, 从而提供更多的结合点,提高粘合性。  

6. 印刷电路板(PCB)  

6.1 去孔内胶渣 孔内去胶渣是目前等离子技术在PCB领域应用较多、较广的工艺。胶渣也是以碳氢化合物为主,能够与等离子中的离子或自由基很容易的发生反应,生成挥发性的碳氢氧化合物,最后由抽真空系统带出。 

6.2 特氟隆具有低传导性,是保证信号快速传输、绝缘性好的很好的材料。但这些特性又使特氟隆很难进行电镀。因此在镀铜之前必须先用等离子活化特氟隆的表面。  

6.3 去除碳化物 激光钻孔时产生的碳化物会影响孔内镀铜的效果。可以用等离子体来去除孔内的碳化物。针对FPC而言,在经压制,丝印等高污染工序后同样会有细小残胶留于铜面,在后续表面处理时造成漏镀,异色等问题,同样用等离子可去除表面残胶。  

6.4 清洁功能电路板(FPC/PCB)表面清洁。 

7. 光盘领域  

7.1 清洁 - 光盘模板清洁  

7.2 钝化 - 模板钝化  

 第一次电铸生成的模板叫"父版". 在用"父版"生成"母版"前, 首先要对"父版"进行氧化钝化。同样地,在用"母版"生成"子版"前,也要对"母版"进行钝化。  

7.3 改善 - 消除复制污点  

聚碳酸脂较差的脱模性会使得当模板从模具上卸下时易被划伤和阻塞。使用等离子体技术去除光刻胶时,可以减少大约70%的这些缺陷,硬斑点可减少10%,而DVD上的水纹则全部被消除。    

• 用于半导体工业、太阳能以及平板显示器  

1 半导体行业  

1.1 晶圆制造: 光刻胶的去除  

1.2 微机电系统(MEMS): SU-8胶的去除  

1.3 芯片封装: a) 引线焊盘的清洁 b) 倒装芯片底部填充 c) 改善封胶的粘合效果  

1.4 失效分析: 拆装  

2 太阳能电池: 太阳能电池片的刻蚀  

3 平板显示  

3.1 ITO面板的清洁活化  

3.2 光刻胶的去除  

3.3 邦定点的清洁(COG) 

• 高分子材料 

等离子体技术在高分子科学上的应用,大致可分为三个方面:(1)等离子体聚合;(2)等离子体引发聚合;(3)高分子材料的等离子体表面改性。 

• 膜材料 

离子体增强化学气相沉积(FACVD)、反应离子镀(ARE)、等离子体增强外延生长(PAE)等。低温等离子体在薄膜技术中的应用,无疑是以等离子体化学反应为基础,充分研究和利用等离子体化学反应将在下列方面优化薄膜工艺:  

1、膜材质多样化,由单一的金属、介质膜,发展到有机化合物、高分子、金属有机化合物及它们的复合膜; 

2、膜结构多样化,已制备出非晶、微晶、多晶及交联状薄膜; 

3、膜性高功能化,通过控制反应物种、配比、反应条件,可以获得迭层、复合、共混、共聚等多种形态的薄膜,满足高功能要求, 

4、膜品质高优化。充分发挥化学键结合和过渡、界面层理论,可以在各种基体上实现薄膜的超薄、致密、无针孔、均匀、结合强度高的薄膜; 

5、膜生长低温化,部分无机化合物薄膜用CVD和FACVD在低温下生长,是等离子体化学反应降低成膜温度的一个例子。等离子体化学成膜的基本原理是在室温或较低温度时,从外部给气体施加电磁场形成等离子态,这时由于气体发生离解,产生蒸气压很低的物质,它在固体表面沉积形成薄膜。等离子体反应薄膜沉积可分为溅射、离子镀、等离子化学气相沉积、等离子表面改性和聚合等类型。其中最引人注目的是等离子化学气相沉积方面的研究,最具代表性的是等离子体氮化硅膜(P-SiN)和等离子体氧化硅膜(P-SiO,P-PSG)。 

哈利森是生产小型、中大型和特型等离子清洗/刻蚀设备的专业公司,在世界处于领先地位。哈利森采用先进的集成化技术开发生产射频频率为40KHz 、13.56MHz,以及代表等离子应用最先进技术的2.45GHz的等离子清洗机。等离子清洗设备应用于:等离子体清洗、刻蚀、灰化、涂镀和表面处理。通过其处理,能够改善材料表面的润湿能力,进行涂覆、镀等操作,能够增强粘合力、键合力,同时去除有机污染物、油污或油脂。作为等离子体应用技术的世界领先者,diener等离子设备广泛应用于航空国防、光电电子、集成电路、生命科学、纳米材料、半导体、科研、材料物理、汽车制造、光学仪器等领域。

 

等离子技术在橡胶塑料行业的应用

 

1、等离子清洗原理概述 

等离子体是物质的一种存在状态,通常物质以固态、液态、气态三种状态存在,但在一些特殊的情况下有第四中状态存在,如地球大气中电离层中的物质。等离子体状态中存在下列物质:处于高速运动状态的电子;处于激活状态的中性原子、分子、原子团(自由基);离子化的原子、分子;未反应的分子、原子等,但物质在总体上仍保持电中性状态。等离子清洗/刻蚀技术是等离子体特殊性质的具体应用。等离子清洗/刻蚀机产生等离子体的装置是在密封容器中设置两个电极形成电场,用真空泵实现一定的真空度,随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,受电场作用,它们发生碰撞而形成等离子体,这些离子的活性很高,其能量足以破坏几乎所有的化学键,在任何暴露的表面引起化学反应,不同气体的等离子体具有不同的化学性能,如氧气的等离子体具有很高的氧化性,能氧化光刻胶反应生成气体,从而达到清洗的效果;腐蚀性气体的等离子体具有很好的各向异性,这样就能满足刻蚀的需要。利用等离子处理时会发出辉光,故称之为辉光放电处理。

2、等离子技术在橡塑行业产品上的作用机理 

我们在工业应用中发现一些橡胶塑料件在进行表面连接的时候会出现粘接困难的问题,这是因为聚丙烯、PTFE等橡胶塑料材料是没有极性的,这些材料在未经过表面处理的状态下进行的印刷、粘合、涂覆等效果非常差,甚至无法进行。有些工艺用一些化学药剂对这些橡塑表面进行处理,这样能改变材料的粘接效果,但这种方法不易掌握,化学药剂本身具有毒性,操作非常麻烦,成本也较高,而且化学药剂对橡塑材料原有的优良性能也有影响。利用等离子技术对这些材料进行表面处理,在高速高能量的等离子体的轰击下,这些材料结构表面得以最大化,同时在材料表面形成一个活性层,这样橡胶、塑料就能够进行印刷、粘合、涂覆等操作,如图2所示。应用等离子技术对橡塑表面处理,其操作简单,处理前后没有有害物质产生,处理效果好,效率高,运行成本低。 

3、等离子技术在橡胶、塑料行业的应用 

 等离子表面处理技术的应用领域包括橡胶、复合材料、玻璃、布料、金属等,涉及各行各业,这篇文章中我们主要介绍其在橡胶、塑料领域一些行业的具体应用。 

3.1等离子技术在汽车行业的应用 

3.1.1 点火线圈 

随着汽车行业的发展,其各方面性能要求越来越高。点火线圈有提升动力,最明显的效果是提升行驶时的中低速扭距;消除积碳,更好的保护发动机,延长发动机的寿命;减少或消除发动机的共振;燃油充分燃烧,减少排放等诸多功能。要使点火线圈充分发挥它的作用,其质量、可靠度、使用寿命等要求必须达到标准,但是目前的点火线圈生产工艺尚存在很大的问题——点火线圈骨架外浇注环氧树脂后,由于骨架在出模具前表面含大量的挥发性油污,导致骨架与环氧树脂结合面粘合不牢靠,成品使用中,点火瞬间温度升高,会在结合面微小的缝隙中产生气泡,损坏点火线圈,严重的还会发生爆炸现象。点火线圈骨架使用等离子处理后,不仅可去除表面的难挥发性油污,而且可大大提高骨架表面活性,即能提高骨架与环氧树脂的粘合强度,避免产生气泡,同时可提高绕线后漆包线与骨架触点的焊接强度。这样一来点火线圈在生产过程中各方面性能得到明显改善,提高了可靠度和使用寿命。图3为天津某公司正在处理的点火线圈。 

3.1.2发动机油封片 

发动机曲轴油封起防止发动机机油从发动机中渗漏和防止异物进入发动机内部的作用。曲轴油封是发动机的零件之一,在高温下与机油相接触,因此需要采用耐热性和耐油性优良的材料。目前高档轿车普遍使用聚四氟乙烯材料,随着汽车性能要求的不断提高,越来越多的厂家也已逐步使用该材料,其应用前景非常广泛。聚四氟乙烯材料各方面性能优异,耐高温,耐腐蚀、不粘、自润滑、优良的介电性能、很低的摩擦系数,但未经处理的PTFE材料表面活性差,其一端与金属之间的粘接非常困难,产品无法满足质量要求。为了解决这一技术上的难题,就要设法改变PTFE(聚四氟乙烯)与金属粘接的表面性能,而不能影响另一面的性能。工业中用莱钠溶液处理虽然能在一定程度上提高粘接效果,但是却改变了原有PTFE的性能。经实验证明,用等离子体轰击需粘接的PTFE表面后,其表面活性明显增强,与金属之间的粘接牢固可靠,满足了工艺的要求,而另一面保持原有的性能,其应用也越来越被广泛认同。 

  

3.1.3汽车行业其他方面的应用 

随着经济的发展,消费者对汽车的性能要求越来越高,如汽车的外观、操作舒适性可靠性、使用耐久性等要求也不断提高。为了满足消费者的要求,各汽车厂家在生产汽车时更注重细节方面的优化改进,如进行 

(1)仪表板在柔性聚氨酯(PU)涂覆前处理 

(2)控制面板在粘合前处理 

(3)内部PP零件植缛前处理 

(4)汽车门窗密封件的处理 

以前未经任何处理仪表盘或控制面板涂覆效果非常差,不耐磨,容易掉漆等现象,用化学方法处理虽然能改变涂覆的效果,但同时也改变了仪表盘等基材的性能,使得其强度有所降低。目前很多厂家已经使用等离子技术来处理这些基材,通过等离子体轰击,材料表面微观层面活性增强,能明显改善涂覆效果。根据实验得知,用等离子清洗机处理不同材料需要选用不同工艺参数,才能达到更好的活化效果。 

 

3.2等离子技术在电子行业的应用 

3.2.1硬盘塑料件 

科学的发展,技术的不断进步,电脑硬盘的各项性能也不断提高,其容量越来越大,碟片数量随之增多,转速也高达7200转/分,这对硬盘结构的要求也越来越高,硬盘内部部件之间连接效果直接影响硬盘的稳定性、工作可靠性、使用寿命,这些因素直接关系到数据的安全性。为了确保硬盘的质量,知名硬盘生产厂家对内部塑料件在粘接前均进行各种处理,目前应用较多的是等离子处理技术,使用该技术能有效清洁塑料件表面油污,并能增加其表面活性,即能提高硬盘部件的粘接效果。实验表明,硬盘中使用等离子处理过的塑料件在使用过程中持续稳定运行时间显著增加,可靠性及抗碰撞性能有明显的改善。图示为某公司硬盘塑料件在等离子清洗机中进行处理的照片。   

3.2.2耳机听筒 

耳机中的线圈在信号电流的驱动下带动振膜不停的振动,线圈和振膜以及振膜与耳机壳体之间的粘接效果直接影响耳机的声音效果和使用寿命,如果它们之间出现脱落就会产生破音,严重影响耳机的音效和寿命。振膜的厚度非常薄,要提高其粘接效果,使用化学方法处理,直接影响振膜的材质,从而影响音效。众多厂家正准备使用新技术来对振膜进行处理,等离子处理就是其中之一,该技术能有效提高粘接效果,满足需求,且不改变振膜的材质。经实验,用等离子清洗机处理生产的耳机,各部分之间的粘接效果明显改善,在长时间高音测试下也不会有破音等现象发生,使用寿命也有很大的提高。 

3.2.3手机外壳 

 手机的种类繁多,外观更是多彩多样,其颜色鲜艳,Logo醒目,但使用手机的人都知道,手机在使用一段时间后,其外壳容易掉漆,甚至Logo也变得模糊不清,严重影响手机的外观形象。知名手机品牌厂家为了寻找解决这些问题的方法,曾使用化学药剂对手机塑料外壳进行处理,其印刷粘接的效果有所改善,但这是降低手机外壳的硬度为代价,为了寻求更好的解决方案,等离子技术脱颖而出。等离子表面处理技术不仅可以清洗外壳在注塑时留下的油污,更能最大程度的活化塑料外壳表面,增强其印刷、涂覆等粘接效果,使得外壳上涂层与基体之间非常牢固地连接,涂覆效果非常均匀,外观更加亮丽,并且耐磨性大大增强,长时间使用也不会出现磨漆现象。 

3.3等离子技术在国防行业的应用 

3.3.1航空航天电连接器 

电连接器中的绝缘体与封线体之间的粘接效果一直影响着国产电连接器的发展,尤其在航空航天中对电连接器的要求更苛刻,未经表面处理的绝缘体与封线体之间的粘接效果非常差,即使使用专用配方的胶,其粘接效果也达不到要求;另外,如果绝缘体和封线体之间粘接不紧密,就可能会产生漏电,使得电连接器的耐压值提不上去。 

目前国内指定生产航空电连接器的厂家,经过技术研究攻关,正逐步应用推广等离子清洗技术清洗连接件表面,通过等离子清洗,不仅能去除表面油污,而且可增强其表面活性,这样在粘接时,在连接件上涂胶非常容易且非常的均匀,使得粘接效果明显改善。经国内多个生产大厂使用测试,用等离子处理后的电连接器,其抗拉能力成数倍增加,耐压值有显著提高。 

  

3.3.2凯夫拉处理 

凯夫拉材料是一种芳纶复合材料,这种新型材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型,而受到人们的重视。由于“凯夫拉”材料坚韧耐磨、刚柔相济,具有刀抢不入的特殊本领,在军事上被称之为“装甲卫士”。 

凯夫拉成型后需要与其他部件进行粘接,但该材料是疏水材料,不易涂胶,要获得好的粘接效果需要对其进行表面处理,目前主要运用等离子对其进行表面活化处理。处理过的凯夫拉表面活性增强,粘接效果有明显的改善,通过等离子处理工艺参数的不断优化,其效果会进一步提高,应用的范围也越来越广。 

 

3.4等离子技术在医疗行业的应用 

3.4.1静脉输液器 

输液器末端输液针在使用过程中,拔出时针座与针管之间会出现脱离现象,一旦脱离,血液会随针管流出,如不及时正确处理,对病人会造成严重威胁。为了确保这类事故的发生,对针座进行表面处理是非常必要的。针座孔非常小,普通方法难处理,而等离子体是一种离子状态的气体,对微小的孔也可以有效处理。应用等离子对其进行表面活化处理,可改善表面活性,提高其与针管的粘接强度,以确保它们之间不会脱离。下图为针座在等离子清洗机中进行表面清洗活化处理。 

 

3.4.2导尿管的处理 

导尿管给需要留置导尿的患者带来了福音,在临床上的应用越来越广,但随着其应用的增多,导尿管拔除困难的情况也越来越常见。特别是长期留置的导尿管,有时由于橡胶的老化会造成气囊管腔的阻塞,强行拔除时可能会引起严重的并发症。为了防止硅橡胶与人体接触表面的老化,需要对其表面进行氧等离子处理。用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR-ATR) 和表面接触角研究天然胶乳导尿管经氧等离子体处理前后的表面结构、性能和化学成分的变化,结果表明用氧等离子体处理后的导尿管表面变滑,表面接触角由84°减少至67°,表面无有害基团产生,说明氧等离子体处理是一种有效的表面处理方法。 

另外,可用等离子处理硅橡胶以增加其表面活性,然后在表面涂度一层不易老化的疏水材料,其效果也非常好。 

3.5等离子技术在纺织纤维行业的应用 

无纺布的优越性能使其应用范围非常广泛,在医疗卫生、家庭装饰、服装、工业、农业中均有应用。根据不同需要,无纺布在生产制作过程中要在表面进行阻燃处理、烧毛处理、泼水处理、止滑处理、抗静电处理、涂层处理、抗菌防臭处理、印花处理、无纺布与各种纺织品的针刺复合处理,以及无纺布与各种材料(塑料、胶膜、纺织品等)粘合等,为了达到非常好的印花、粘合等效果,需要对无纺布基体进行表面处理。等离子卷筒型清洗机是专门用于无纺布电缆等细长件的表面处理,该机处理效果好、效率高,适合大批量生产加工。 

4、等离子技术应用展望 

等离子技术在橡塑行业的应用已非常成熟,其相关产值逐年增加,国外市场比国内市场产值高,但国内可发展空间大,应用前景诱人。 

经济的发展,人们的生活水平不断提高,对消费品的质量要求也越来越高,等离子技术随之逐步进入生活消费品生产行业中;另外,科技的不断发展,各种技术问题的不断提出,新材料的不断涌现,越来越多的科研机构已认识到等离子技术的重要性,并投入大量资金进行技术攻关,等离子技术在其中发挥了非常大的作用。我们深信等离子技术应用范围会越来越广;技术的成熟,成本的降低,其应用会更加普及。 

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