DE10332921A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln der Oberfläche von Bauteilen mit Niederdruckplasma - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln der Oberfläche von Bauteilen mit Niederdruckplasma in einer mit Prozessgas füllbaren Vakuumkammer, wobei das Prozessgas mittels elektrischer Energie ionisierbar ist und nach der Ionisation auf die Oberfläche des Bauteils einwirkt. Ist dabei vorgesehen, dass eine Vakuumkammer mit einer Öffnung verwendet wird und dass die Öffnung der Vakuumkammer vor dem Evakuieren, dem Einbringen und der Ionisation des Prozessgases mittels eines Teils der Oberfläche des zu behandelnden Bauteils (2) dicht verschlossen wird, dann können bei vielfältiger Anpassungsmöglichkeit auch großflächige Bauteile mit kostengünstiger Anlage behandelt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln der Oberfläche von Bauteilen mit Niederdruckplasma in einer mit Prozessgas füllbaren Vakuumkammer, wobei das Prozessgas mittels elektrischer Energie ionisierbar ist und nach der Ionisation auf die Oberfläche des Bauteils einwirkt und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Bei dem mit Niederdruckplasma arbeitenden Verfahren wird das Bauteil in einen verschließbaren Behälter gebracht, der dann verschlossen und mittels einer Vakuumpumpe bis auf einen Arbeitsdruck von 0,01 bis 10 mbar gebracht. Bei diesem Druck wird das Prozessgas in die Vakuumkammer zugeführt und ionisiert.
  • Die dazu erforderliche elektrische Energie kann auf unterschiedliche Weise in die Vakuumkammer eingekoppelt werden. Dabei ist vielfach eine Elektrode in der Vakuumkammer untergebracht, die von Gleichspannung, Nieder-, Mittel-, oder Hochfrequenz reich gespeist wird. Der Prozess kann kontinuierlich erfolgen, wobei der Gasdurchsatz mit Pumpen geregelt werden kann. Die Behandlungszeiten im Niederdruckplasma-Verfahren liegen zwischen 1 und 30 min. Die Größe der Vakuumkammer richtet sich dabei nach der Große des zu behandelnden Bauteils und können ein Aufnahmevolumen von 5000 l und mehr haben.
  • Plasmen im Niederdruckbereich erwärmen das Bauteil nur leicht. Das ist bei vielen Materialien ein Vorteil. Das Verfahren eignet sich bis jetzt nur für kleine Bauteile, die in einer nicht all zu großen Vakuumkammer unterzubringen sind. Die Niederdruckplasmaanlage kann dann mit vertretbarem Kostenaufwand realisiert und für die verschiedensten Anwendungen, wie Reinigung, Aktivierung, Ätzung, Beschichtung und dgl. eingesetzt werden.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so zu vereinfachen, dass es auch für großflächige Bauteile mit vertretbarem Anlagenaufwand einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Vakuumkammer mit einer Öffnung verwendet wird und dass die Öffnung der Vakuumkammer vor dem Evakuieren, dem Einbringen und der Ionisation des Prozessgases mittels eines Teils der Oberfläche des zu behandelnden Bauteils dicht verschlossen wird.
  • Bei diesem Verfahren bildet die zu behandelnde Oberfläche des Bauteils selbst einen Teil der Vakuumkammer und kann daher im Aufwand auch für die Vakuumtechnologie klein und sogar mobil ausgelegt werden. Der Energieverbrauch ist klein und zur Gesamtbehandlung der großflächigen Bauteile wie Platten, Folien und dgl. gibt es verschiedene Möglichkeiten.
  • So kann nach einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass bei großflächigen Bauteilen eine das Bauteil oder die Vakuumkammer bewegende Vorrichtung verwendet wird, mit der eine Relativbewegung zwischen Bauteil-Oberfläche und Vakuumkammer-Öffnung angeführt wird, bis die gesamte zu behandelnde Oberfläche des Bauteils einer Behandlung unterzogen würde.
  • Denselben Effekt kann man auch dadurch erreichen, dass bei großflächigen Bauteilen mit den Öffnungen mehrerer Vakuumkammern der gesamte zu behandelnde Oberflächenbereich des Bauteils abgedeckt wird und dass die Vakuumkammern vorzugsweise gleichzeitig mit Gas gefüllt und das Prozessgas ionisiert wird.
  • Der dichte Verschluss und die Aufrechterhaltung desselben lässt sich dadurch sicherstellen, dass um die Öffnungen) des oder der Vakuumkammer(n) ein Dichtungselement angeordnet wird, an dem zum dichten Verschluss der Öffnung ein Teil des Oberflächenbereiches des Bauteils angelegt und durch den Unterdruck in der Vakuumkammer gehalten wird.
  • Zur einfachen Ableitung der Relativbewegung zwischen Bauteil und Vakuumkammer ist vorzugsweise vorgesehen, dass mit der Bewegungs-Vorrichtung das großflächige Bauteil an den Öffnungen aller Vakuumkammern vorbei bewegt wird.
  • Der kontinuierliche Prozess kann dadurch ablaufen, dass das Prozessgas während des Bewegungsvorganges der Vorrichtung kontinuierlich zugeführt und ionisiert wird und dass während des Prozesses verunreinigtes Gas aus der oder den Vakuumkammer(n) abgesaugt wird.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im einfachsten Fall so ausgebildet, dass eine einseitig mit einer Öffnung versehene Vakuumkammer mit einer Einführung für eine an einem Plasmagenerator angeschlossene Elektrode versehen ist, dass in die Öffnung ein Dichtungselement abstehend in die Vakuumkammer eingelassen ist und dass die Vakuukammer mit einem Anschluss für eine Vakuumpumpe und einem Anschluss für die Einleitung des Prozessgases versehen ist. Derartige Vakuumkammern können auch gleichzeitig betrieben und bewegt werden.
    •
  • Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
  • Bei dem neuen Niederdruckplasma-Verfahren wird im Gegensatz zum Stand der Technik das zu behandelnde Bauteil 2 nicht in eine verschließbare Vakuumkammer 1 eingebracht, sondern bildet zumindest mit einem Teil seiner Oberfläche selbst den Verschluss für die Öffnung 13 der Vakuumkammer 1. Die Öffnung 13 der Vakuumkammer 1 wird von einem Dichtungselement 4 umgeben, das elastisch ist und an der Vakuumkammer 1 etwas vorsteht, so dass das Bauteil 2 angelegt werden kann und die Öffnung 13 dicht verschließt. Die so mit dem Bauteil 2 verschlossene Vakuumkammer 1 wird zu Beginn des Prozesses mit einer Vakuumpumpe 8, die an dem Anschluss 5 angeschlossen ist, evakuiert und auf den erforderlichen Unterdruck von ca. < 10 mbar gebracht. Dabei wird das Bauteil 2 an dem Dichtungselement 4 festgehalten. Über den Anschluss 6 wird dann das Prozessgas 9 mit einem Unterdruck von 0,1 bis 1 mbar eingebracht und an die in der Vakuumkammer 1 untergebrachte Elektrode 3 der Plasmagenerator 7 angeschaltet, der die für die Ionisation des Prozessgases 9 erforderliche elektrische Energie liefert. Während der für die Ionisation erforderlichen Arbeitszeit von 1 bis 30 min. kann über die Vakuumpumpe 8 am Anschluss 5 verunreinigtes Gas abgesaugt werden. Die Elektrode 3 ist über eine Zuführung 12 in einem Isolator 11 elektrisch isoliert von der Vakuumkammer 1 mit dem Plasmagenerator 7 verbunden.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 2 mit einer Vorrichtung 10 in Pfeilrichtung bewegbar, so dass seine Oberflächenbereiche nacheinander den Verschluss der Öffnung 13 der Vakuumkammer 1 übernehmen können. Auf diese Weise können großflächige Bauteile 2 mit einer kleinen Niederdruckplasma-Vakuumkammer 1 behandelt werden. Dabei ist die Bewegung der Vorrichtung 10 auf die Behandlungsdauer der Plasmaanlage abgestimmt. Dies kann dabei so abgestimmt sein, dass eine kontinuierliche Betriebsweise erreicht wird, die dann beendet wird, wenn die gesamte Oberfläche des Bauteils 2 behandelt worden ist. Das Bauteil 2 kann dann von der Vakuumkammer 1 abgenommen, diese gereinigt und für einen neuen Prozess vorbereitet werden.
  • In gleicher Weise können auch mehrere kleine Vakuumkammern 1 dieser Art auf unterschiedliche Oberflächenbereiche des Bauteils 2 aufgesetzt und parallel betrieben werden. Die Vakuumkammern 1 können selbst mit ihren Öffnungen 13 den gesamten zu behandelnden Oberflächenbereich des Bauteils 2 abdecken oder mittels der Vorrichtung 10 über denselben bewegt werden.
  • Die kleinen Vakuumkammern 1 haben den Vorteil, dass sie kostengünstig herstellbar sind, mobil eingesetzt und mit einfachem Prozessaufwand betrieben werden können. Dabei kommt der Vorteil der partiellen Behandlung der Bauteil-Oberfläche und die Bewegungsmöglichkeit mit der Vorrichtung 10 als weiterer Vorteil hinzu. Zudem gibt diese Ausgestaltung des Niederdruckplasma-Verfahrens eine vielfältige Anpassung der Verfahrensschritte und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Behandeln der Oberfläche von Bauteilen mit Niederdruckplasma in einer mit Prozessgas füllbaren Vakuumkammer, wobei das Prozessgas mittels elektrischer Energie ionisierbar ist und nach der Ionisation auf die Oberfläche des Bauteils einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vakuumkammer (1) mit einer Öffnung (13) verwendet wird und dass die Öffnung (13) der Vakuumkammer (1) vor dem Evakuieren, dem Einbringen und der Ionisation des Prozessgases mittels eines Teils der Oberfläche des zu behandelnden Bauteils (2) dicht verschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei großflächigen Bauteilen (2) eine das Bauteil (2) oder die Vakuumkammer (1) bewegende Vorrichtung (10) verwendet wird, mit der eine Relativbewegung zwischen Bauteil-Oberfläche und Vakuumkammer-Öffnung (13) ausgeführt wird, bis die gesamte zu behandelnde Oberfläche des Bauteils (2) einer Behandlung unterzogen wurde.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei großflächigen Bauteilen (2) mit den Öffnungen (13) mehrere Vakuumkammern (1) der gesamte zu behandelnde Oberflächenbereich des Bauteils (2) abgedeckt wird und dass die Vakuumkammern (1) vorzugsweise gleichzeitig mit Gas gefüllt und das Prozessgas ionisiert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass um die Öffnungen) (13) des oder der Vakuumkammer(n) (1) ein Dichtungselement (4) angeordnet wird, an dem zum dichten Verschluss der Öffnung (13) ein Teil des Oberflächenbereiches des Bauteils (2) angelegt und durch den Unterdruck in der Vakuumkammer (1) gehalten wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Bewegungs-Vorrichtung (10) das großflächige Bauteil (2) an den Öffnungen (13) aller Vakuumkammern (1) vorbei bewegt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas während des Bewegungsvorganges der Vorrichtung (10) kontinuierlich zugeführt und ionisiert wird und dass während des Prozesses verunreinigtes Gas aus der oder den Vakuumkammer(n) (1) abgesaugt wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine einseitig mit einer Öffnung (13) versehene Vakuumkammer (1) mit einer Einführung (12) für eine an einem Plasmagenerator (7) angeschlossene Elektrode (3) versehen ist, dass um die Öffnung (13) ein Dichtungselement (4) abstehend in die Vakuumkammer (1) eingelassen ist und dass die Vakuukammer (1) mit einem Anschluss (5) für eine Vakuumpumpe (8) und einem Anschluss (6) für die Einleitung des Prozessgases (9) versehen ist.
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