DE10332921A1 - Treating surface of components with low pressure plasma comprises using vacuum chamber having opening which is closed before evacuation, introduction and ionization of process gas - Google Patents

Treating surface of components with low pressure plasma comprises using vacuum chamber having opening which is closed before evacuation, introduction and ionization of process gas Download PDF

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Abstract

Treating the surface of components with a low pressure plasma comprises using a vacuum chamber (1) having an opening (13) which is closed before evacuation, introduction and ionization of a process gas using a part of the surface of the component to be treated.

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.The The invention relates to a method for treating the surface of Components with low pressure plasma in a fillable with process gas Vacuum chamber, wherein the process gas by means of electrical energy is ionizable and after ionization on the surface of the Acts component and a device for carrying out the Process.

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.at the low pressure plasma method becomes the component placed in a closable container, The then closed and by means of a vacuum pump to one Working pressure brought from 0.01 to 10 mbar. At this pressure, the Process gas fed into the vacuum chamber and ionized.

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.The For this required electrical energy can be different Way be coupled into the vacuum chamber. It is many times an electrode housed in the vacuum chamber, which is powered by DC, Low, medium, or high frequency is richly fed. The process can be done continuously, with the gas flow regulated by pumps can be. The treatment times in the low-pressure plasma method lie between 1 and 30 min. The size of the vacuum chamber is aimed look for the big one of the component to be treated and can a receiving volume of 5000 l and more.

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.plasmas in the low pressure range, this will heat up Component only slightly. This is an advantage for many materials. The process is suitable only for small components, which in one not too big Vacuum chamber are to accommodate. The low-pressure plasma system can then realized at a reasonable cost and for the most diverse Applications such as cleaning, activation, etching, coating and the like. be used.

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.It Object of the invention, a method of the type mentioned so simplify that it also for large-scale components with reasonable investment can be used.

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.These The object is achieved according to the invention in that a vacuum chamber with an opening is used and that the opening the vacuum chamber before evacuation, introduction and ionization the process gas by means of a part of the surface of the component to be treated tight is closed.

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.at This process forms the surface to be treated of the Component itself a part of the vacuum chamber and therefore can effortlessly also for The vacuum technology can be designed small and even mobile. Of the Energy consumption is small and the overall treatment of large-scale components such as Plates, foils and the like. There are several possibilities.

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.So can be provided according to an embodiment of the method, that for large components a device moving the component or the vacuum chamber used with which a relative movement between the component surface and the vacuum chamber opening is mentioned, until the entire surface to be treated of the component of a treatment would undergo.

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.the same Effect can also be achieved by the fact that with large-area components with the openings several vacuum chambers, the entire surface area to be treated the component is covered and that the vacuum chambers preferably filled with gas at the same time and the process gas is ionized.

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.Of the tight closure and maintenance of the same can be by ensuring that around the openings (s) of the vacuum chamber (s) Is arranged sealing element, on which for sealing closure the opening a part of the surface area of the component applied and by the negative pressure in the vacuum chamber is held.

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.to easy derivation of the relative movement between component and vacuum chamber is preferably provided that with the movement device the large-area component at the openings all vacuum chambers is moved past.

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.Of the continuous process can be done by the process gas while the movement process of the device continuously supplied and is ionized and that during the process contaminated gas from the vacuum chamber (s) is sucked off.

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.A Apparatus for carrying out of the method is formed in the simplest case, that a one-sided with an opening provided with a vacuum chamber with an introduction to a plasma generator connected electrode is provided that in the opening Upstream sealing element is embedded in the vacuum chamber and that the vacuum chamber with a connection for a vacuum pump and a Connection for the introduction of the process gas is provided. Such vacuum chambers can be operated and moved simultaneously.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher beschrieben.The The invention is based on a schematically illustrated in the drawing embodiment described in more detail.

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.In the new low-pressure plasma method, in contrast to the prior art, the component to be treated 2 not in a closable vacuum chamber 1 introduced, but forms at least with a part of its surface itself the closure for the opening 13 the vacuum chamber 1 , The opening 13 the vacuum chamber 1 is from a sealing element 4 surrounded, which is elastic and at the vacuum chamber 1 something protrudes, leaving the component 2 can be created and the opening 13 tightly closes. The so with the component 2 closed vacuum chamber 1 is at the beginning of the process with a vacuum pump 8th at the connection 5 is connected, evacuated and brought to the required negative pressure of about <10 mbar. In the process, the component becomes 2 on the sealing element 4 recorded. About the connection 6 then becomes the process gas 9 introduced with a negative pressure of 0.1 to 1 mbar and to the in the vacuum chamber 1 housed electrode 3 the plasma generator 7 turned on, the for the ionization of the process gas 9 required electrical energy supplies. During the working time required for the ionization of 1 to 30 min. can via the vacuum pump 8th at the connection 5 polluted gas to be sucked. The electrode 3 is about a feeder 12 in an isolator 11 electrically isolated from the vacuum chamber 1 with the plasma generator 7 connected.

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 the embodiment shown, the component 2 with a device 10 movable in the arrow direction, so that its surface areas successively the closure of the opening 13 the vacuum chamber 1 can take over. In this way, large-area components 2 with a small low-pressure plasma vacuum chamber 1 be treated. Here is the movement of the device 10 matched to the treatment duration of the plasma system. This can be adjusted so that a continuous operation is achieved, which is then terminated when the entire surface of the component 2 has been treated. The component 2 can then from the vacuum chamber 1 removed, cleaned and prepared for a new process.

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.In the same way, also several small vacuum chambers 1 of this kind to different surface areas of the component 2 set up and operated in parallel. The vacuum chambers 1 can even with their openings 13 the entire surface area of the component to be treated 2 cover or by means of the device 10 to be moved over it.

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.The small vacuum chambers 1 have the advantage that they can be produced inexpensively, used mobile and can be operated with a simple process effort. Thereby comes the advantage of the partial treatment of the component surface and the possibility of movement with the device 10 as an added benefit. In addition, this embodiment of the low-pressure plasma method provides a versatile adaptation of the method steps and the device for carrying out the method.

Claims (7)

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.Process for treating the surface of components with low-pressure plasma in a vacuum chamber that can be filled with process gas, wherein the process gas is ionizable by means of electrical energy and after ionization acts on the surface of the component, characterized in that a vacuum chamber ( 1 ) with an opening ( 13 ) and that the opening ( 13 ) of the vacuum chamber ( 1 ) before evacuation, introduction and ionization of the process gas by means of a part of the surface of the component to be treated ( 2 ) is sealed tight. 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.Method according to Anspurch 1 , characterized in that in large-area components ( 2 ) one the component ( 2 ) or the vacuum chamber ( 1 ) moving device ( 10 ) is used, with a relative movement between the component surface and vacuum chamber opening ( 13 ) is carried out until the entire surface of the component to be treated ( 2 ) has undergone a treatment. 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.A method according to claim 1, characterized in that in large-area components ( 2 ) with the openings ( 13 ) several vacuum chambers ( 1 ) the entire surface area of the component to be treated ( 2 ) and that the vacuum chambers ( 1 ) preferably simultaneously filled with gas and the process gas is ionized. 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.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that around the openings) ( 13 ) of the vacuum chamber (s) ( 1 ) a sealing element ( 4 ) is arranged, on which for the tight closure of the opening ( 13 ) a part of the surface area of the component ( 2 ) and by the negative pressure in the vacuum chamber ( 1 ) is held. 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.Method according to claim 3 or 4, characterized in that with the movement device ( 10 ) the large-area component ( 2 ) at the openings ( 13 ) of all vacuum chambers ( 1 ) moved over becomes. 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.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the process gas during the movement process of the device ( 10 ) is continuously supplied and ionized and that during the process contaminated gas from the or the vacuum chamber (s) ( 1 ) is sucked off. 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.Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a one-sided with an opening ( 13 ) provided vacuum chamber ( 1 ) with an introduction ( 12 ) for one on a plasma generator ( 7 ) connected electrode ( 3 ), that around the opening ( 13 ) a sealing element ( 4 ) projecting into the vacuum chamber ( 1 ) and that the vacuum chamber ( 1 ) with a connection ( 5 ) for a vacuum pump ( 8th ) and a connection ( 6 ) for the introduction of the process gas ( 9 ) is provided.
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