CN110042348A - 等离子表面处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等离子表面处理装置及方法。等离子表面处理装置,包括:箱体、以及电极板,电极板包括置于箱体内的间隔设置的正极板和负极板,正极板和负极板之间形成用于放置一层工件的工作位。或,包括:箱体、以及间隔设置在箱体内的电极板,两个相邻电极板的极性相反,且相邻电极板之间形成用于放置一层工件的工作位。等离子表面处理方法,包括以下步骤:将工件置于箱体内的正极板和负极板之间,且在正极板和负极板之间置于一层工件,工件距离两个相邻的正极板和负极板的距离大致相同;对箱体进行抽真空处理,并向箱体内加入反应气体;对正极板和负极板通电,使箱体内的气体发生电离。
Description
技术领域
本发明涉及工件表面处理技术领域,特别是涉及一种等离子表面处理装置及方法。
背景技术
工件表面处理例如包括等离子镀膜和等离子表面处理。
等离子镀膜(plasma deposition、plasma coating)是通过对气体分子或原子进行电离产生离子,并在电磁场的作用下使离子沉积在固体表面形成膜(等离子镀膜)。
等离子表面处理(plasma treatment)是通过对气体分子或原子进行电离产生离子,并在电磁场的作用下使离子轰击到固体表面,对固体表面进行清洗同时改变固体表面的化学性质。等离子表面处理包括:等离子清洗(plasma cleaning)、等离子表面改性(plasma surface modification)。
传统的等离子镀膜或等离子表面处理装置存在以下缺陷,即装置内不同放置位置的工件其表面处理的效果不均匀。
发明内容
基于此,有必要针对上述的工件表面处理不均匀的问题,提供一种等离子表面处理装置及方法。
一种等离子表面处理装置,包括:
箱体;以及
电极板,所述电极板包括置于所述箱体内的间隔设置的正极板和负极板,所述正极板和负极板的其中一种至少有两个,所述正极板和所述负极板之间形成用于放置一层工件的工作位。
在其中一个实施例中,所述箱体内依次间隔设置多组正极板和所述负极板,所述正极板和所述负极板交替设置。
在其中一个实施例中,所述箱体为金属材料制成,且所述箱体接地。
在其中一个实施例中,沿所述正极板和所述负极板的排布方向,靠近箱体的所述电极板中至少有一个是正极板。
一种等离子表面处理装置,包括:
箱体;以及
间隔设置在所述箱体内的电极板,两个相邻电极板的极性相反,且相邻电极板之间形成用于放置一层工件的工作位。
在其中一个实施例中,所述电极板为复合板,所述电极板包括绝缘板和分别设置在所述绝缘板两侧的金属板。
在其中一个实施例中,所述每个电极板上两侧的金属板通电后电性相同或相反,且相邻的电极板中相对的面的金属板的电性相反。
在其中一个实施例中,所述电极板上设置有通孔。
在其中一个实施例中,所述金属板厚度为0.1mm-60mm,所述绝缘板的厚度为0.1mm-400mm;
所述箱体为金属材料制成,且所述箱体接地以使箱体能够作为一个电极板。
一种等离子表面处理方法,包括以下步骤:
将工件置于箱体内的正极板和负极板之间,且在所述正极板和负极板之间置于一层工件,工件距离两个相邻的正极板和负极板的距离大致相同;
对箱体进行抽真空处理,并向箱体内加入反应气体;
对正极板和负极板通中频(AC)或射频(RF)交流电,使所述箱体内的气体发生电离,以使电离后的离子在电磁场的下作用于工件表面。
有益效果:通过在相邻的电极板之间放置一层工件,这样在进行表面处理时,离子直接作用在工件表面,不会存在工件与工件相互遮挡的情况,大大提高了镀膜效率、大大提高了工件表面处理的均匀度。
附图说明
图1为本申请第一实施例中的等离子表面处理装置的结构示意图;
图2为本申请第二实施例中的等离子表面处理装置的结构示意图;
图3为本申请第三实施例中的等离子表面处理装置的结构示意图。
附图标记:100、工件;110、通孔;200、电极板;210、正极板;220、负极板;230、金属板;240、绝缘板;300、箱体;400、工作位。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使本发明公开内容的理解更佳透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反,当元件被称为“直接在”另一元件“上”时,不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
图1为一个实施例中的等离子表面处理装置的结构示意图。如图1所示,等离子表面处理装置包括箱体300以及置于箱体300内的电极板200。在一些实施例中,还可以包括用于在箱体300内产生电磁场的磁场产生装置,其中,磁场产生装置可以设置在箱体300内,也可以设置在箱体300外。在一些实施例,也可以不设置磁场产生装置,对电极板200通入中频(AC)或射频(RF)交流电之后,变化的电场就会产生电磁场。电极板200在箱体300内间隔设置,相邻的电极板200之间形成用于放置工件100的工作位400,每一个工作位400内放置一层工件100。工作时,箱体300内抽真空后,通入工作气体,对电极板200通电,使工件100两侧的电极板200分别带正电和负电,以将工作气体电离。通过调节电磁场的强度,在电磁场的作用下离子可以沉积在工件100表面形成等离子镀膜,或离子在电磁场的作用下轰击工件100表面,对工件100进行清洗同时改变工件100表面的化学性质。
通过在相邻的电极板200之间放置一层工件100,这样在进行表面处理时,离子直接作用在工件100表面,不会存在工件100与工件100相互遮挡的情况,大大提高了镀膜效率。由于工件100在相邻的电极板200之间只放置一层,在具体实施例中,该层工件100放置的位置距离两个的电极板200的距离大致相同,这样该层的全部工件100距离电极板200的距离都相同,工件100的表面处理程度大致相同,因此,还大大提高了工件100表面处理的均匀度。
例如,箱体300可以为铝合金或不锈钢等导电材料制成,也可以为不导电材料制成。箱体300为带有密封门的密封箱。箱体300连接有抽真空系统,用于对箱体300进行抽真空。箱体300还连接有充气系统,用于向箱体300内充入反应气体。反应气体根据实际工作需要进行选择,例如,氩气或氧气。
例如,电极板200包括置于箱体300内的正极板210和负极板220,在图1所示的实施例中,沿竖直方向依次布置若干正极板210和负极板220。这些正极板210和负极板220大致呈水平方向设置,且相邻的正极板210和负极板220距离大致相同。相邻的正极板210和负极板220之间形成用于放置一层工件100的工作位400。工件100可以采用吊装或底部支撑的方式进行绝缘放置。在箱体300内的正极板210和负极板220自上而下交替设置。工作时,在相邻的电极板200之间均放置一层工件100,然后将电极板200通电,多对电极板200同步工作,以对箱体300内的工件100同时进行表面处理。
在其中一个实施例中,箱体300内间隔的设置正极板210和负极板220,正极板210和负极板220的其中一个至少有两个。例如,正极板210和负极板220均有两个,这样在箱体300内形成了两个用于放置一层工件100的工作位400。既使得箱体300内一次能够处理较多数量的工件100,又提高了工件100处理的均匀度。又如,箱体300中间设置有一个负极板220,负极板220两侧分别间隔设置一个正极板210,两个正极板210分别与箱体300外壁也是间隔设置的,且箱体为金属材料,并接地。这样箱体300本身可以作为负极板200,这样负极板220与两个正极板210形成了两个工作位400,且两个正极板210分别与箱体之间又形成了两个工作位400,即通过放入三个电极板200,在箱体300内形成了四个用于放置一层工件的工作位400,从而大大提高了箱体300处理工件100的数量,提高了工作效率。
图2为一个实施例中的等离子表面处理装置的结构示意图。箱体300为金属材料制成,箱体300接地。沿正极板210和负极板220的排布方向,靠近箱体300的电极板200中至少有一个是正极板210。例如,如图2所示,电极板200在箱体300内沿竖直方向排布,沿着电极板200的排布方向,顶部的电极板200和底部的电极板200均为正极板210,且顶部的电极板200与底部的电极板200与箱体300顶部的距离大致等于底部的电极板200与箱体300底部的距离,且该距离大致等于箱体300内的相邻的电极板200之间的距离。将一层工件100放置在顶部电极板200与箱体300顶部之间,将一层工件100放置在底部电极板200与箱体300底部之间,由于箱体300是接地的,箱体300可以认为是负极,即省去了临近箱体300的负极板220,减少了箱体300的制造成本,充分利用了箱体300内的容积。
图3为一个实施例中的等离子表面处理装置的结构示意图。如图3所示,等离子表面处理装置包括箱体300以及间隔设置在箱体300内的电极板200,两个电极板200之间形成用于放置一层工件100的工作位400。其中,电极板200为复合板,复合板包括绝缘板240和分别设置在绝缘板240两侧的金属板230。在对工件100进行等离子镀膜时,靠近正极的工件100的膜厚比靠近负极的膜厚要薄一些。例如,工件100例如为PCBA板,将一层PCBA板水平排布呈一层后,放置在工作位400的中部。等离子镀膜时,PCBA板的靠近正极板210的一侧的镀膜厚度较靠近负极板220一侧的镀膜厚度更薄。进一步地,由于在两个电极板200之间只放置一层工件100,因此可以大大的减小这些工件100上的镀膜厚的差值,使得箱体300内的工件100的镀膜厚度更加均匀。
例如,电极板200中的金属板230可以采用铝合金或不锈钢等常见的金属材料。电极板200中的绝缘板240可以采用聚四氟乙烯(俗称特氟龙或铁氟龙,Teflon)等绝缘材料。图3中示意出的电极板200较图1或图2中的电极板200的厚度更加厚,但是图3中仅仅是为了更加清楚的示意出电极板200的结构,实际上,金属板230的厚度可以为0.1mm-60mm之间,绝缘板240的厚度可以为0.1mm-400mm之间。优选地,金属板230为5mm,绝缘板240为20mm,此时,电极板200的整体厚度为30mm。
在其中一个实施例中,如图3所示,电极板200上可以设置有通孔110,通孔110连通电极板200两侧的工作位400。通过设置通孔110,可以帮助箱体300内的气体分子均匀地扩散。通孔110的直径可以为1mm-500mm,优选地,为10mm。在一些实施例中,电极板200上也可以不设置通孔110。
如图3所示,电极板200的两侧的金属板230中,一个连接正极,另一个连接负极。例如,箱体300内的电极板200中,均采用上方的金属板230连接负极、下方的金属板230连接正极的方式进行接线。将四层工件100放置在工作位400中部,每层工件100距离两侧的电极板200的距离大致相同。这样每层工件100中,工件100的上方为正极板210,工件100的下方为负极板220。其区别于图1所示的实施例,图1所示的实施例中,最顶部一层的工件100上方为正极板210、下方为负极板220,次顶层的工件100中,上方为负极板220、下方为正极板210。通过图1所示的实施例与图3所示的实施例对工件100进行表面处理时,由于靠近正极的工件100的膜厚比靠近负极的膜厚要薄一些,因此两者的每个工件100的上表面的镀膜厚度要相对下表面的镀膜厚度薄一点。
在一次镀膜时,当要求箱体300内所有的工件100(包括同一层的工件100或不同层的工件100)的同一表面(例如工件100的上表面)的镀膜厚度均匀性高,或表面改性均匀度高时,宜采用图3所示的实施例。以图3所示的实施例进行工件100的表面处理,所有工件100的上表面得到的镀膜厚度或表面改性都是相同的,所有工件100的下表面得到的镀膜厚度或表面改性都是相同的。如图3所示,在箱体300中每层工件100的上方电极均为正极、下方电极均为负极,因此箱体300中不同层的工件100上表面的镀膜厚度或表面改性都是相同的。以图1所示的实施例进行表面处理,如图1所示,有的工件100上方的电极为正极、有的工件100的上方的电极为负极,靠近正极的工件100的膜厚比靠近负极的膜厚要薄一些,因此图1所示的实施例中的工件100中,有的工件100上方的镀膜厚度厚、有的工件100上方的镀膜厚度薄,导致箱体300内的工件100的厚度没有图3所示的实施例中的均匀。实验测得,采用图1所示的实施例进行镀膜时,在平均膜厚为200nm时,1signma=5nm;采用图3所示的实施例进行镀膜时,在平均膜厚为200nm时,工件100的同一表面上,1signma<2nm。而传统的等离子镀膜时,在平均膜厚为200nm时,1signma=20nm。因此,采用本申请实施例中的等离子表面处理装置进行镀膜时,膜厚的均匀度更好。
在一些实施例中,箱体300内每层工件100的厚度可以相同也可以不同。
在一些实施例中,电极板200的放置也不限于图中所示的水平放置,例如还可以将电极板200竖直放置或倾斜放置。
在一些实施例中,为了提高镀膜后的均匀性,可以采用旋转工件100或旋转电极板200的方式。例如,在镀膜时,通过马达带动工件100旋转,或通过马达带动电极板200转动。
在一些实施例中,当电极板200为复合电极板200时,还可以在每个复合电极板200两侧的金属板230上连接相同的电极,而在相邻的复合电极板200的金属板230上连接相反的电极。
在一些实施例中,可以将上述各实施例中的电极板200替换成电极发生器,以使箱体300内的离子发生电离。例如,可以将原来的电极板200替换成沿着板面排布的若干电极发生器。
在一个实施例中,提供一种等离子表面处理的方法,包括以下步骤:
将工件100置于箱体300内的正极板210和负极板220之间,且在正极板210和负极板220之间置于一层工件100,工件100距离两个相邻的正极板210和负极板220的距离大致相同;
对箱体300进行抽真空处理,并向箱体300内加入反应气体;
对正极板210和负极板220通中频(AC)或射频(RF)交流电,使箱体300内的气体发生电离,以使电离后的离子在电磁场的下作用于工件100表面。其中,正极板210和负极板220上加中频(AC)或射频(RF)交变电场后,变化的电场会产生电磁场。
在一些实施例中,通入交流电的频率10kHz-300GHz。优选的,为40kHz的中频或13.56MHz的射频。
具体地,可以先将工件100表面进行除污、去油、烘干之后,在把工件100放置在箱体300内。
工件100可以放置在箱体300的正极板210和负极板220之间的托盘或转盘中。
关上箱体300的密封门,对箱体300进行抽真空处理,例如,可以使真空度达到8.0×10-2Pa,在一些实施例中,0.8Pa也可以,然后向箱体300内充入反应气体,至20Pa-80Pa。
对正极板210和负极板220通入中频或高频高压电源,以使反应气体发生电离。在电磁场的作用下,电离后的离子开始运动,并作用在工件100表面。例如离子可以沉积在工件100表面形成镀膜,也可以轰击工件100表面,以使对工件100表面进行清洗。
在一些实施例中,还可以将箱体300接地,以使箱体300相当于负极板220,从而省去箱体300内靠近箱体300侧的负极板220,降低制造成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种等离子表面处理装置,其特征在于,包括:
箱体;以及
电极板,所述电极板包括置于所述箱体内的间隔设置的正极板和负极板,所述正极板和负极板的其中一种至少有两个,所述正极板和所述负极板之间形成用于放置一层工件的工作位。
2.根据权利要求1所述的等离子表面处理装置,其特征在于,所述箱体内依次间隔设置多组正极板和所述负极板,所述正极板和所述负极板交替设置。
3.根据权利要求1或2所述的等离子表面处理装置,其特征在于,所述箱体为金属材料制成,且所述箱体接地。
4.根据权利要求3所述的等离子表面处理装置,其特征在于,沿所述正极板和所述负极板的排布方向,靠近箱体的所述电极板中至少有一个是正极板。
5.一种等离子表面处理装置,其特征在于,包括:
箱体;以及
间隔设置在所述箱体内的电极板,两个相邻电极板的极性相反,且相邻电极板之间形成用于放置一层工件的工作位。
6.根据权利要求5所述的等离子表面处理装置,其特征在于,所述电极板为复合板,所述电极板包括绝缘板和分别设置在所述绝缘板两侧的金属板。
7.根据权利要求6所述的等离子表面处理装置,其特征在于,每个所述电极板上两侧的金属板通电后电性相同或相反,且相邻的电极板中相对的面的金属板的电性相反。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的等离子表面处理装置,其特征在于,所述电极板上设置有通孔。
9.根据权利要求6或7所述的等离子表面处理装置,其特征在于,所述金属板厚度为0.1mm-60mm,所述绝缘板的厚度为0.1mm-400mm;
所述箱体为金属材料制成,且所述箱体接地以使箱体能够作为一个电极板。
10.一种等离子表面处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
将工件置于箱体内的正极板和负极板之间,且在所述正极板和负极板之间置于一层工件,工件距离两个相邻的正极板和负极板的距离大致相同;
对箱体进行抽真空处理,并向箱体内加入反应气体;
对正极板和负极板通中频(AC)或射频(RF)交流电,使所述箱体内的气体发生电离,以使电离后的离子在电磁场的下作用于工件表面。
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