3. Prozesstechnik im Atmosphärendruckplasma

3.1. Anwendungen

Atmosphärische Plasmatechnologie führt zur Steigerung der Qualität in der Produktion durch Oberfächenaktivierung und/oder -reinigung.

Folgende Anwendungen sind mit dem atmospherischem Plasmasystem "PlasmaBeam" möglich:

1. Feinstreinigung und Aktivierung der durch die Reaktion im Aktivgasstrahl enthaltenen reaktiven Teilchen (Radikale, siehe Kapitel 2.1.1., 2.1.2.)
2. Zusätzlich werden durch den druckluftbeschleunigten Aktivgasstrahl die losen, anhaftenden Partikel von der Oberfläche entfernt.

Der PlasmaBeam eignet sich als Vorbehandlungsgerät für folgende Prozesse:

• Kleben
• Bonden
• Drucken
• Kaschieren
• Löten
• Schweißen

Folgende Oberflächen können behandelt werden:

• Kunststoff
• Metall
• Glas
• Keramik
• Hybridmaterialien

Abb. 164: Zwei Plasmabeams in Einsatz

Der Aktivgasstrahl aus der Plasmadüse ist immer frei von gefährlichem Spannungspotential. Die Spannung ist so gering, dass sie kaum messbar ist. Das ermöglicht die Verwendung des Gerätes für die verschiedenen Prozesse in der Elektronikindustrie wie z.B.:

• Bond pads-Reinigung vor dem "wire bonding"
• Reinigung und Aktivierung von LCD-Kontakten vor dem "heat-seal bonding"
• Aktivierung von Chip-Oberflächen vor dem Bedrucken
• Aktivierung von Gehäusen, in welche Elektronik eingebaut ist
• Plasmabehandlung von elektrischen, spannungsemfindlichen Baugruppen vor dem Vergießen

Abb. 165: Unterschied: Kunststoff ohne und mit Plasmabehandlung

Für eine gute Oberflächenbehandlung mit dem PlasmaBeam ist folgendes wichtig:

1. Die Behandlung soll immer in Bewegung durchgeführt werden.
2. Die Behandlungsgeschwindigkeit (v) und der Abstand zwischen Plasmadüse und der zu bearbeitenden Oberfläche (d) sind die wichtigsten Parameter für das Erreichen der gewünschten Oberflächeneigenschaften. Die Änderung von diesen Parametern kann den Vorbehandlungseffekt drastisch verändern.

Abb. 166: Funktionsschema

3.2. Aufbau- und Funktionsprinzip

Die Anlage besteht aus drei Einheiten:

Versorgungseinheit

• elektrischer Netzanschluss
• Prozessgas- und Kühlgasanschluss
• Hochspannungsgenerator
• Strommessblock
• Gassteuerungsblock
• Frontplatte mit Bedienelementen

Gas- und Stromzuleitung im flexiblem Rohr

Plasmaerzeuger

Die Zentralelektrode, äußere Elektrode und Isolator bilden eine Entladungszone

• Der Hochspannungsgenerator erzeugt eine Spannung von bis zu 10 kV, die für die Erzeugung der elektrischen Entladung notwendig ist.
• Die Versorgungsspannung und das Prozessgas werden durch die flexible Zuleitung zugeführt.
• Der Luftstrom trägt die im Lichtbogen entstehenden aktiven Teilchen (Ionen, Elektronen, angeregte Gasatome und Gasmoleküle) aus der Entladungszone heraus.
• Der Strom des aktiven Gases wird durch die spezielle Düsenform auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert.

Abb. 168: Funktionsprinzip eines atmosphären Plasmasytems

Abb. 169: Plasmastrahl

Steuerung und Prozesssicherheit

Plasmastrom und Gasdruck werden intern gemessen. Bei Strom- und / oder Gasdruckfehlern schaltet sich das Plasma automatisch aus. Die Fehlersignale können optional bei halbautomatischem Bedienungsmodus auf den SUB-D Anschluss (z.B. für ein SPS-System) geleitet werden.

3.3. Teilebezeichnung eines atmospärischen Plasmasystems

3.3.1. Vorderseite

Abb. 170: Bestandteile eines atmosphärischen Plasmasystems

3.3.2. Rückseite:

Abb. 171: Rückseite Plasmabeam

3.3.3 Plasmaerzeuger

Abb. 172: Plasmaerzeuger

3.4. Prozessgase

Als Standardgas verwendet man üblicherweise saubere Druckluft. Feuchte und verölte Druckluft kann die Prozessergebnisse sowie die Lebensdauer des Geräts stark beeinflussen.

Andere Gase, wie z.B. O₂ oder N₂, können nach Absprache mit Diener electronic verwendet werden. Um Oxide zu reduzieren kann man beispielsweise ein Formiergas verwenden (z.B. N₂H₂-Gemisch). Es dürfen keine fluorhaltigen Gase verwendet werden!

3.5. Abgase

Bei Betrieb des PlasmaBeams mit Druckluft entstehen Stickoxyde (NO_x). Aus gesundheitlichen Gründen muss die Anlage mit ausreichender Absaugung (Absaugleistung ca. 200 m³/h) betrieben werden. Außerdem wird dadurch vermieden, dass Metalle in der Umgebung des PlasmaBeams korrodieren.

3.6. Technische Daten eines Standard-Systems

Technische Änderungen vorbehalten