等離子清洗工藝介紹

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-05-11

等離子清洗工藝作為一種干法清洗工藝，具有污染物去除效率高、清洗表面無損傷以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜裝置中零件的在位清洗等優(yōu)勢(shì)，是未來非常有前景的技術(shù)方案。

等離子體及其與表面的作用

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)、液態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)存在，但是在一些特殊情況下可以以第四種狀態(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)，又稱物質(zhì)的第四態(tài)。在等離子體中存在下列物質(zhì)處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子處于激發(fā)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，但是物質(zhì)在總體上仍然保持電中性狀態(tài)。

除了在自然界已存在的等離子體外，用人工方法在一定范圍內(nèi)也可以制得等離子體。最早人們是在年，在水銀蒸汽在高壓電場(chǎng)中得放電實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)等離子體的。后來發(fā)現(xiàn)通過多種方式，如電弧放電、輝光放電、激光、火焰活沖擊波等，都可以使處于低氣壓狀態(tài)的氣體物質(zhì)轉(zhuǎn)變成等離子體狀態(tài)。如在高頻電場(chǎng)中處于低壓狀態(tài)的氧氣、氮?dú)饧淄?、水蒸汽等氣體分子在輝光放電的情況下，可以分解加速運(yùn)動(dòng)的電子和解離成帶有正、負(fù)電荷的原子和分子。這樣產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)中加速時(shí)會(huì)獲得高能量，并與周圍的分子或原子發(fā)生碰撞，結(jié)果使分子和原子中又激發(fā)出電子，而本身又處于激發(fā)狀態(tài)或離子狀態(tài)。這時(shí)物質(zhì)存在的狀態(tài)即為等離子狀態(tài)。

離子與物體表面的作用通常指的是帶正電荷的陽離子的作用，陽離子有加速?zèng)_向帶負(fù)電荷的表面的傾向，此時(shí)使物體表面獲得相當(dāng)大的動(dòng)能，足以撞擊去除表面上附著的顆粒性物質(zhì)，這種現(xiàn)象就是濺射現(xiàn)象。而通過離子的沖擊作用可以極大促進(jìn)物體表面化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的幾率。一方面電子對(duì)物體表面的撞擊作用，可促使吸附在物體表面的氣體分子發(fā)生分解或解吸，另一方面大量的電子撞擊有利引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。由于電子質(zhì)量極小，因此比離子的移動(dòng)速度要快得多。當(dāng)進(jìn)行等離子體處理時(shí)，電子要比離子更早到達(dá)物體表面，并使表面帶有負(fù)電荷，這有利于引發(fā)進(jìn)一步反應(yīng)。

等離子清洗工藝的特點(diǎn)

等離子體技術(shù)在本世紀(jì)年代起就開始應(yīng)用于化學(xué)合成、薄膜制備、表面處理和精細(xì)化工等領(lǐng)域，在大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路工藝干法化、低溫化方面，近年來也開發(fā)應(yīng)用了等離子體聚合、等離子體蝕刻、等離子體灰化及等離子體陽極氧化等全干法工藝技術(shù)〕。等離子清洗技術(shù)也是工藝干法化的進(jìn)步成果之一。與濕法相比，等離子清洗的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①在經(jīng)過等離子清洗之后，被清洗物體已經(jīng)很干燥，不必再經(jīng)干燥處理即可進(jìn)行下道工序；
②不使用有害溶劑，清洗不會(huì)產(chǎn)生有害污染物，屬于有利于環(huán)保的綠色清洗方法；
③等離子體的方向性不強(qiáng)，因此它可以深入到物體的微細(xì)孔眼和凹陷的內(nèi)部完成清洗任務(wù)，所以不必過多考慮被清洗部位形狀的影響；
④等離子清洗需要控制的真空度不高，這種真空度在工廠實(shí)際生產(chǎn)中很容易實(shí)現(xiàn)，這種裝置的設(shè)備成本不高，加上清洗過程不需要使用價(jià)格昂貴的有機(jī)溶劑，因此它的運(yùn)行成本要低于傳統(tǒng)的清洗工藝；
⑤由于不需要對(duì)清洗液進(jìn)行運(yùn)輸、儲(chǔ)存、排放等處理措施，所以生產(chǎn)場(chǎng)地很容易保持清潔衛(wèi)生；
⑥等離子體清洗的最大技術(shù)特點(diǎn)是，它不分處理對(duì)象，可處理不同的基材。無論是金屬、半導(dǎo)體、氧化物、還是高分子材料如聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酞亞胺、聚酷、環(huán)氧樹脂等高聚物都可用等離子體很好地處理。因此特別適合不耐熱和不耐溶劑的基底材料。而且還可以有選擇地對(duì)材料的整體、局部或復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分清洗；
⑦在完成清洗去污的同時(shí)，還能改變材料本身的表面性能。如提高表面的潤(rùn)濕性能改善膜的附著力等，這在許多應(yīng)用中都是非常重要的。

等離子清洗工藝機(jī)理

與濕法清洗不同，等離子清洗的機(jī)理是依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。從目前各類清洗方法來看，可能等離子體清洗也是所有清洗方法中最為徹底的剝離式的清洗。就反應(yīng)機(jī)理來看，等離子體清洗通常包括以下過程無機(jī)氣體被激發(fā)為等離子態(tài)氣相物質(zhì)被吸附在固體表面被吸附基團(tuán)與固體表面分子反應(yīng)生成產(chǎn)物分子產(chǎn)物分子解析形成氣相反應(yīng)殘余物脫離表面。
氣體被激發(fā)成等離子態(tài)有多種方式，如激光、微波、電暈放電、熱電離、弧光放電等多種方式，在電子清洗中，主要是低壓氣體輝光等離子體。一些非聚合性無機(jī)氣體N2、Ar、H2、O2等在高頻低壓下被激發(fā)，產(chǎn)生含有離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子。

一般在等離子清洗中，可把活化氣體分為兩類，一類為惰性氣體的等離子體如Ar、等另一類為反應(yīng)性氣體的等離子體如O2等。這些活性粒子能與表面材料發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)過程如圖一所示。

圖一活性粒子與表面材料的反應(yīng)過程示意圖

等離子清洗工藝的重要作用之一是提高材料表面的附著力，如在襯底上沉積膜，經(jīng)匆等離子體處理掉表面的碳?xì)浠衔锖推渌廴?，明顯改善了的附著力。等離子體處理后的基體表面，有利于改善表面沾著性和潤(rùn)濕性。在清洗過程中經(jīng)等離子體表面活化形成的自由基，能夠進(jìn)一步形成特定官能團(tuán)，這種特定官能團(tuán)的引入，特別是含氧官能團(tuán)，對(duì)改善材料的沾著性和濕潤(rùn)性起著明顯的作用。