微波等離子清洗原理

等離子清洗的應用起源于20世紀初,隨著高科技產業的快速發展,等離子清洗適用于各種基材類型,對金屬、半導體、氧化物、有機物和大多數高分子材料也能進行很好的處理,并可實現復雜結構的清洗。等離子清洗工藝中不使用任何化學溶劑,具有對環境污染小、清洗質量好等優點,在半導體制造、微電子封裝、光學工業、機械與航天工業、精密儀器等領域得到了廣泛的應用。

微波等離子清洗的原理

等離子體

等離子體是物質常見的固態、液態、氣態以外的第四態,主要由電子、正離子、自由基、光子以及其他中性粒子組成,其正負電荷總是相等的,所以稱為等離子體。

微波等離子發生原理

微波等離子是由工作頻率為2.45GHz的微波激發工藝氣體放電,在正負極磁場作用下的諧振腔體內產生等離子體,該諧振腔體位于反應倉體旁邊,磁控管連接微波發生器,因為整個放電過程不需要正負電極,所以產生自偏壓極小,從根本上避免了靜電放電損傷。

微波等離子清洗原理

常用等離子體電源激發頻率有3種:激發頻率40kHz的等離子體為超聲等離子,發生反應為物理反應;13.56MHz等離子體為射頻等離子體,發生反應為物理和化學反應;頻率達到2.45GHz的等離子體為微波等離子體,離子濃度最高,發生反應為化學反應,典型的工藝是氧氣或氫氣等離子體工藝。用氧等離子通過化學反應,能夠使非揮發性有機物變成易揮發性的CO2和水蒸氣,去除沾污物,使表面清潔;用氫等離子可通過化學反應去除金屬表面氧化層,清潔金屬表面。

氧氣等離子體其主要的形成過程如下:

微波等離子清洗原理

上述反應式(1)表示氧氣在微波高能電場作用下,初步生成O2陽離子和高速運動的自由電子;式(2)表示氧氣在激發態的自由電子的轟擊作用下變為激發態,生成了自由電子的過程;式(3)表示激發態的氧氣分子在高速運動的自由電子作用下生成大量的氧自由基、氧正離子和激發態的自由電子。用氧氣等離子清洗,其中氧氣主要與污染物發生氧化反應,特別是對有機沾污物清洗效果尤為明顯,清洗過程反應如下:

O2*+有機物——CO2+H2O(4)

式(4)表明,處于激發態的氧氣分子與有機物發生反應,生成CO2和水蒸氣,對有機物溶劑沾污比較有效,具有清洗效率高、可選擇性好等優點。

但是其比較明顯的缺點是容易將待清洗物的金屬表面或粘接材料表面氧化,因此在實際生產工藝中,常用氫等離子體將待清洗物進行還原清洗,去除金屬表面氧化層,清潔金屬表面。為了達到更好的效果,可在氫氣中加入一定量的惰性氣體氮氣,將化學反應和物理反應相結合進行清洗。其過程反應如下:

H2*+氧化物——H2O+單質或其他(5)

式(5)表明,激發態的氫氣與氧化物發生化學反應,將氧化物還原為單質和水蒸氣;氮氣等離子經過物理碰撞,與H2清洗起到協同的作用。通過兩種氣體的清洗能有效地將待清洗物表面的氧化物去除。

綜上所述微波等離子清洗原理就是通過物理、化學作用對被清洗物表面進行處理,實現去除分子水平污染物的一種工藝過程,同時也可提高其表面活性。了解更多等離子清洗知識,敬請關注國產等離子清洗機廠家東信高科。