2.1.3. Ätzen

Beim Plasmaätzen werden Prozessgase verwendet, die das zu ätzende Material in die Gasphase umsetzen können (Bsp.: Ätzen von Silizium mit fluorhaltigen Gasen, Abb. 48 - 50). Das mit dem Grundmaterial angereicherte Gas wird abgesaugt, Frischgas wird zugeführt. Somit wird ein kontinuierlicher Abtrag erreicht. Durch eine gegen das verwendete Prozessgas resistente Ätzmaske (z.B.: Chrom) können Bereiche geschützt werden. Eine Oberfläche kann so gezielt strukturiert werden. Diese Strukturierungenbefinden sich im Nanometerbereich.

2.1.3.1. Ätzen von Metallen

Das Ätzen von Metallen ist prinzipiell möglich. Es funktioniert nur mit wenigen Metallen. Anwendungsbeispiel: Aluminium kann z.B. mit Chlor angeätzt werden.

2.1.3.2. Ätzen von Kunststoffen

Vor allem Kunststoffoberflächen werden mit diesen Prozessen angeätzt. Die Ätzung ist bei schwer lackier- und verklebbaren Kunststoffen wie POM oder PTFE sehr wichtig. Durch die vergrößerte Oberfläche wird eine bessere Klebehaftung erreicht.

Typische Ätzgase sind Sauerstoff, verschiedene Fluor- / Chlor-Gasverbindungen, aber auch Wasserstoff.

Bilder mit freundlicher Genehmigung von Dr. Ing. Adreas Hegenbarth, IKV Aachen

Beispiel für die Veränderung der Oberflächenmikrostruktur durch Plasmaätzen: Der Ätzangriff erfolgte durch ein mikrowellenangeregtes Sauerstoffplasma, Substratmaterial ist Polycarbonat. Das auf dem rechten Bild erkenbare feinglobulare Gefüge ensteht durch die Wechselwirkung zwischen Kunststoffoberfläche und Plasma.

2.1.3.3. Ätzen von Gläsern und Keramiken

Das Plasmaätzen von Gläsern im Vakuum ist zeitaufwändig und teuer. Das Glas wird von den ionisierten Gasteilchen nur langsam abgebaut. Glas besteht zum größten Teil aus SiO₂ und kann daher prinzipiell mit fluorierten Kohlenwasserstoffen (unter Zugabe von Sauerstoff) geätzt werden. Die niedrige Abtragungsrate und die damit verbundene lange Prozesszeit verteuern die Kosten für diese Prozesse.

2.1.4. Beschichten mittels Plasmapolymerisation

Mit Niederdruckplasma ist es auch möglich, Bauteile zu beschichten (Abb. 51 - 53).

In den Rezipienten werden dazu Monomere eingeleitet, die dann unter dem Einfluss des
Plasmas polymerisieren.
Die Prozesstechnik ist wesentlich aufwändiger als beim Aktivieren und Entfetten.
Beispiele für Anwendungen sind:

• Barriereschichten in Kraftstofftanks
• kratzfeste Schichten auf Scheinwerfern und CDs
• PTFE-ähnliche Schichten
• hydrophobe Schichten usw.

Die mit Plasmapolymerisation erreichten Schichtdicken liegen im Bereich von einem Mikrometer. Die Haftung der Schichten auf der Oberfläche ist sehr gut.

Die Entwicklung kundenspezifischer Schichten kostet in der Regel viel Zeit. Dies muss finanziell berücksichtigt werden.

Es gibt drei Beschichtungsverfahren, die sich bereits etabliert haben:

1. Hydrophobe Schichten: Monomer: z.B. Hexamethyldisiloxan
2. PTFE-ähnliche Schichten: Monomer: fluorhaltige Prozessgase siehe auch Kap. 2.1.5.6. "Epilamisieren".
3. Hydrophile Schichten: Vinylacetat

Beispielfotos für Beschichtungen:

Kratzfestbeschichtung auf Polycarbonat

Hydrophilbeschichtung auf Metall:

Der Wassertropfen ist zur besseren Sichtbarkeit eingefärbt.

Hydrophobbeschichtung auf Textilien (Baumwolle): Der Wassertropfen ist zur besseren Sichtbarkeit eingefärbt.

2.1.4.1. Beschichten von Metallen mittels Plasmapolymerisation

Das Beschichten von Metallen mittels Plasmapolymerisation erlaubt verschiedene Effekte,

z.B. eine bis zu mehreren Wochen anhaltende Aktivierung und neben dem Aufbringen von dekorativen auch funktionellen Schichten.

2.1.4.2. Beschichten von Kunststoffen mittels Plasmapolymerisation

Kunststoffe lassen sich weitestgehend unkompliziert per Plasmapolymerisation beschichten. So lassen sich z.B. CDs und DVDs kratzfest beschichten, ohne dass deren Qualität darunter leidet. Es lassen sich PTFE-ähnliche Schichten aufbringen, um die Gleitfähigkeit der Behandlungsgüter zu erhöhen. Des weiteren ist es möglich, gezielt funktionelle Gruppen an der Kunststoffoberfläche anzubringen (z.B. Aminogruppen für Bioanalytikanwendungen).

2.1.4.3. Beschichten von Gläsern und Keramiken mittels Plasmapolymerisation

Die einzige Schwierigkeit, Gläser und Keramiken zu beschichten, besteht darin, die Oberfläche dementsprechend vorzubereiten (siehe Kapitel 2.1.2.3. und 2.1.3.3.). Sobald diese Schwierigkeit überwunden ist, steht der Anwendungsvielfalt von Beschichtungen nichts mehr im Wege. Die jeweilige Haftfestigkeit der Beschichtung muss im Einzelfall geprüft werden. Bei "Unverträglichkeit" zwischen Schicht und Substratmaterial müssen eventuell Zwischenschichten als Haftvermittlung aufgebracht werden. Ein Beispiel für eine erfolgreiche hydro- und oleophobe Beschichtung ist auf dem Foto zu sehen.

Bezeichnung der Tropfen (Reihenfolge bei beiden Gläsern gleich):