FPC等離子清洗機清洗原理介紹

1、什么是等離子體

等離子體是物質的一種存在狀態(tài)，通常物質以固態(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，如太陽表面的物質和地球大氣中電離層中的物質。這類物質所處的轉態(tài)稱為等離子體轉態(tài)，又稱為物質的第四態(tài)。

在等離子體中存在下列物質，處于高速運動轉態(tài)的電子，處于激發(fā)轉態(tài)的中性原子、分子、原子團（自由基）；離子化的原子、分子、分子解離反應過程中生成的紫外線，未反應的分子，原子等，但物質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際上是不同的，具體溫度是與微粒的動能即運動速度及質量有關的。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，當采用直流高壓或高頻電壓做電場時，由于電子本身的質量很小，在電場中容易得到加速，從而可獲得平均可達數電子伏特的高能量，對于電子，此能量的對應溫度為幾萬度k，而離子由于質量較大，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，所以用溫度計測得的溫度與外界環(huán)境的溫度相差無幾，所以實際上是低溫等離子體。

當氣體處于高壓狀態(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烈，因此在實際應用中很少使用，目前投入實際應用的只有低溫等離子體。

活潑氣體和不活潑氣體等離子體

根據產生等離子體時使用的氣體的化學性質不同，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），氮氣（N2），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機理是不同的，活潑氣體的等離子體具有更強的化學反應活性。

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（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表面相互作用有著重要的作用。下面對它門 的作用分別進行介紹。

A、原子團等自由基與物體表面的反應

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在化學反應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，在變成較小分子的同時生成新的自由基，這種反應過程還可能繼續(xù)進行下去，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合的同時，回釋放出大量的結合能，這種能量又成為引發(fā)新的表面反應的推動力，從而引發(fā)物體表面上的物質發(fā)生化學反應而被去除。

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)化學反應。由于電子質量極小，因此比離子的移動速度要快得多。當進行等離子體處理時，電子要比離子更早到達物體表面，并使表面帶有負電荷，這有利于引發(fā)進一步反應。

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電荷的表面的傾向，此時物體表面獲得相當大的動能，足以撞擊去除掉表面上附著的顆粒性物質，我們把這種現象稱為濺射現象。而通過離子的沖擊作用可以極大促進物體表面化學反應發(fā)生的幾率。

紫外線與物體表面的反應

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

綜上所述，可知等離子清洗機是利用等離子體內的各種具有高能量的物質的活化作用，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；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是在清洗完成之后物體已被徹底干燥。經過等離子體處理的物體表面往往形成許多新的活性基團，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行的濕法清洗所無法比擬的優(yōu)點。

等離子清洗機由真空室，真空泵，高頻電源，電極，氣體導入系統，工件傳送系統和控制系統等部分組成。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，啟動運行裝置，開始排氣，使真空室內的真空程度達到10Pa左右的標準真空度。一般排氣時間大約需要幾分鐘。

2. 向真空室內引入等離子清洗用的氣體，并保持腔內壓強穩(wěn)定。根據清洗材質的不同，可分貝使用氧氣、氬氣、氫氣、氮氣、四氟化碳等氣體。

3. 在真空室內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)生等離子化和產生等離子體，讓在真空室產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。