FPC等離子清洗機(jī)清洗原理介紹

1、什么是等離子體

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)所處的轉(zhuǎn)態(tài)稱為等離子體轉(zhuǎn)態(tài)，又稱為物質(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)動轉(zhuǎn)態(tài)的電子，處于激發(fā)轉(zhuǎn)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，但物質(zhì)在總體上仍保持電中性狀態(tài)。

2、等離子體的種類

低溫和高溫等離子體

根據(jù)等離子體的溫度可分為高溫等離子體和低溫等離子體兩類，在等離子體中，不同的微粒的溫度實(shí)際上是不同的，具體溫度是與微粒的動能即運(yùn)動速度及質(zhì)量有關(guān)的。把等離子體中存在的離子的溫度用Ti表示，電子的溫度用Te表示，而原子，分子，或原子團(tuán)等中性粒子溫度用Tn表示。對于Te大大高于Ti和Tn的場合，即低壓氣體的場合，此時氣體的壓力只有幾百個帕斯卡，當(dāng)采用直流高壓或高頻電壓做電場時，由于電子本身的質(zhì)量很小，在電場中容易得到加速，從而可獲得平均可達(dá)數(shù)電子伏特的高能量，對于電子，此能量的對應(yīng)溫度為幾萬度k，而離子由于質(zhì)量較大，很難被電場加速，因此溫度僅有幾千度。由于氣體粒子溫度較低（具有低溫特性），因此把這種等離子體稱為低溫等離子體。有人可能會問：溫度達(dá)幾千度怎么還是低溫。要知道在這時，粒子的溫度與用溫度計(jì)測出的溫度是不同的。由于這時的氣體密度很低，所以用溫度計(jì)測得的溫度與外界環(huán)境的溫度相差無幾，所以實(shí)際上是低溫等離子體。

當(dāng)氣體處于高壓狀態(tài)并從外界獲得大量能量時，粒子之間的相互碰撞頻率大大增加，各種微粒的溫度基本相同，即Te基本與Ti及Tn相同。我們把這種條件下得到的等離子體稱為高溫等離子體，太陽就是自然界中的高溫等離子體，由于高溫等離子體對物體表面的作用過于強(qiáng)烈，因此在實(shí)際應(yīng)用中很少使用，目前投入實(shí)際應(yīng)用的只有低溫等離子體。

活潑氣體和不活潑氣體等離子體

根據(jù)產(chǎn)生等離子體時使用的氣體的化學(xué)性質(zhì)不同，可分為不活潑氣體等離子體和活潑氣體等離子體兩類，不活潑氣體如氬氣（Ar），氮?dú)猓∟2），氟化氮（NF3）四氟化碳（CF4）等，活潑氣體和氧氣（O2），氫氣（H2）等，不同類型的氣體在清洗過程中的反應(yīng)機(jī)理是不同的，活潑氣體的等離子體具有更強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性。

等離子體與物體表面的作用

在等離子體中除了氣體分子，離子和電子外，還存在受到能量激勵的處于激發(fā)狀態(tài)的電中性的原子或原子團(tuán)（又稱自由基），以及等離子體發(fā)射出的光線。其中的波長短，能量搞得紫外光在等離子體與物質(zhì)表面相互作用有著重要的作用。下面對它門 的作用分別進(jìn)行介紹。

A、原子團(tuán)等自由基與物體表面的反應(yīng)

B、由于這些自由基呈電中性，存在壽命較長，而且在等離子體中的數(shù)量多于離子，因此自由基在等離子體中發(fā)揮著重要的作用。自由基的作用主要表現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)過程中的能量傳遞的“活化”作用，處于激發(fā)狀態(tài)的自由基具有較高的能量，因此易于與物體表面分子結(jié)合時會形成新的自由基，新形成的自由基同樣處于不穩(wěn)定的高能量狀態(tài)，很可能發(fā)生分解反應(yīng)，在變成較小分子的同時生成新的自由基，這種反應(yīng)過程還可能繼續(xù)進(jìn)行下去，最后分解成水，二氧化碳之類的簡單分子，在另一些情況下，自由基與物體表面分子結(jié)合的同時，回釋放出大量的結(jié)合能，這種能量又成為引發(fā)新的表面反應(yīng)的推動力，從而引發(fā)物體表面上的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被去除。

C、電子與物體表面的作用

一方面對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)生分解或吸附，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，因此比離子的移動速度要快得多。當(dāng)進(jìn)行等離子體處理時，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)。

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，陽離子有加速沖向帶負(fù)電荷的表面的傾向，此時物體表面獲得相當(dāng)大的動能，足以撞擊去除掉表面上附著的顆粒性物質(zhì)，我們把這種現(xiàn)象稱為濺射現(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。

紫外線與物體表面的反應(yīng)

紫外線具有很強(qiáng)的光能，（h）可使附著在物體表面的物質(zhì)的分子鍵發(fā)生斷裂而分解，而且紫外線具有很強(qiáng)的穿透能力，可透過物體的表層并深入達(dá)數(shù)微米而產(chǎn)生作用。

綜上所述，可知等離子清洗機(jī)是利用等離子體內(nèi)的各種具有高能量的物質(zhì)的活化作用，將吸附在物體表面的污垢徹底剝離去除。

下面以氧氣等離子體去除物體表面油脂污垢為例，說明這些作用。從分析可以看出，等離子體對油脂污垢的作用，類似于使油脂污垢發(fā)生燃燒反應(yīng)；但不同之處在于是在低溫情況下發(fā)生的“燃燒”。

在氧氣等離子體中的氧原子自由基，激發(fā)態(tài)的氧氣分子，電子以及紫外線的共同作用下，油脂分子最終被氧化成水和二氧化碳分子，并從物體表面被清除。

可以看出，用等離子體清除油污的過程是一個使有機(jī)大分子逐步降解的過程，最終形成的是水喝二氧化碳等小分子，這些小分子以氣態(tài)形式被排除。等離子清洗的另一個特點(diǎn)是在清洗完成之后物體已被徹底干燥。經(jīng)過等離子體處理的物體表面往往形成許多新的活性基團(tuán)，使物體表面發(fā)生“活化”而改變性能，可以大大改善物體表面的浸潤性能和黏著性能，這對許多材料是非常重要的。因此等離子清洗具有許多用溶劑進(jìn)行的濕法清洗所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

等離子清洗機(jī)由真空室，真空泵，高頻電源，電極，氣體導(dǎo)入系統(tǒng)，工件傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成。整個清洗過程大致如下；

1. 被清洗的工件送入真空式并加以固定，啟動運(yùn)行裝置，開始排氣，使真空室內(nèi)的真空程度達(dá)到10Pa左右的標(biāo)準(zhǔn)真空度。一般排氣時間大約需要幾分鐘。

2. 向真空室內(nèi)引入等離子清洗用的氣體，并保持腔內(nèi)壓強(qiáng)穩(wěn)定。根據(jù)清洗材質(zhì)的不同，可分貝使用氧氣、氬氣、氫氣、氮?dú)?、四氟化碳等氣體。

3. 在真空室內(nèi)的電極與接地裝置之間施加高頻電壓，使氣體被擊穿，并通過輝光放電而發(fā)生等離子化和產(chǎn)生等離子體，讓在真空室產(chǎn)生的等離子體完全籠罩住被處理工件，開始清洗作業(yè)，一般清洗處理持續(xù)幾十秒到幾十分鐘不等。

4. 清洗完畢后切斷電源，并通過真空泵將氣體和氣化的污垢抽走排出。