DE19612510A1 - Cleaning workpieces with plasma - Google Patents

Cleaning workpieces with plasma

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DE19612510A1
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Joachim Buechler
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    • B08CLEANING
    • B08BCLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23GCLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G5/00Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents

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  • Metallurgy (AREA)
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Abstract

Cleaning of workpieces takes place using a plasma produced by gas discharge.

Description

Gegenstand der Anmeldung, AnwendungsbereicheSubject of registration, areas of application

Die Anmeldung beschreibt eine Anordnung und ein Verfahren zur Reinigung und Entfettung von Teilen, insbesondere aus Metallen, mittels einer Niederdruck- Gasentladung (Plasma). Die Reinigung und Entfettung von Teilen ist in der industri­ ellen Praxis vielfältig erforderlich. Bei der Herstellung und Bearbeitung werden Me­ tallteile verschmutzt, z. B. durch Bohröl. Weiterhin werden Öle und Wachse zur temporären Konservierung von Metallteilen zwischen den Fertigungsschritten ver­ sendet. Vor einer Oberflächenbehandlung durch Lackieren (ggfs. mit Vorbehand­ ungsschritten wie Phosphatierung) oder Galvanisieren wie auch vor Montagevor­ hängen müssen die Teile gereinigt und ggfs. entfettet werden. Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht dieses mit ökonomischen und ökologischen Vorteilen ge­ genüber dem Stand der Technik.The application describes an arrangement and a method for cleaning and Degreasing of parts, especially from metals, by means of a low pressure Gas discharge (plasma). Parts are cleaned and degreased in industry practice is required in many ways. Me tall parts dirty, e.g. B. by drilling oil. Furthermore oils and waxes become temporary preservation of metal parts between production steps sends. Before a surface treatment by painting (if necessary with pretreatment steps such as phosphating) or galvanizing as well as before assembly the parts must be cleaned and degreased if necessary. The one described here The process enables this with economic and ecological advantages compared to the state of the art.

Stand der TechnikState of the art

Die Reinigung und Entfettung erfolgt derzeit in der im allgemeinen durch chemische Bäder. Die chemischen Bäder bestehen aus Laugen oder Säuren von naturgemäß aggressivem Verhalten. Da sich die Chemikalien bei Benutzung verbrauchen, fallen große Mengen (Sonder)mülls zur Entsorgung an oder es werden aufwendige Auf­ bearbeitungsanlagen benötigt. Weiterhin werden die Bäder zur besseren Aktivierung häufig beheizt, was einen erheblichen Energieaufwand erfordert. Anschließende Trocknungsschritte benötigen ggfs. ebenfalls viel Energie.The cleaning and degreasing is currently done in general by chemical Baths. The chemical baths consist of alkalis or acids by nature aggressive behavior. As the chemicals use up in use, fall large quantities (special) waste for disposal or there are expensive up  processing systems needed. Furthermore, the baths are used for better activation often heated, which requires a considerable amount of energy. Subsequent Drying steps may also require a lot of energy.

Mechanische Verfahren, wie Schleifen, Polieren, Bürsten, Sandstrahlen oder Glas­ perlen werden häufig zusätzlich, jedoch nur selten alternativ eingesetzt. Da sich mechanische und chemische Wirkung kaum substituieren, sind damit zur Reinigung und Entfettung von Teilen häufig zwei Arbeitsgänge nötig.Mechanical processes such as grinding, polishing, brushing, sandblasting or glass pearls are often used additionally, but only rarely as an alternative. That I Mechanical and chemical effects hardly substitute, are therefore for cleaning and degreasing of parts often requires two operations.

Aufgabenstellung für die vorliegende Erfindung war es, ein neues Verfahren zur Reinigung und Entfettung von Metallteilen zu schaffen, das dieses in einem Arbeits­ schritt leistet (chemische und mechanische Wirkung) und keine chemischen Bäder benötigt, um die Umwelt- und Entsorgungsproblematik präventiv zu lösen. Weiterhin soll das Verfahren wenig Energie benötigen. Außerdem soll durch die entfallende Entsorgung bzw. Aufbearbeitung von Reinigungsbädern ein Kostenvorteil erzielt werden.The task for the present invention was to develop a new method Cleaning and degreasing metal parts to create this in one working step (chemical and mechanical effect) and no chemical baths needed to preventively solve the environmental and disposal problems. Farther the process should use little energy. In addition, due to the omitted Disposal or processing of cleaning baths achieved a cost advantage will.

In der Plasmatechnik gibt es diverse Beschichtungs- und Ätzverfahren (siehe z. B. Rutscher/Deutsch: Plasmatechnik, VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1983). Das Plas­ maätzen wird in der Halbleiterindustrie eingesetzt, während beim Kathodenzerstäu­ ben ein sogenanntes Sputterätzen als Vorbehandlungsschritt für die anschließende Beschichtung dient.There are various coating and etching processes in plasma technology (see e.g. Rutscher / German: Plasmatechnik, VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1983). The Plas Maatzen is used in the semiconductor industry, while cathode sputtering a so-called sputter etching as a pretreatment step for the subsequent one Coating serves.

Beschreibung der VerfahrensDescription of the procedure

Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch einen Plasmabehandlungsschritt in einem Plasmabehandlungsapparat (Fig. 1) gelöst. Hierzu wird das Werkstück (1) in eine Vakuumkammer (2) eingebracht, welche durch eine Vakuumpumpenanord­ nung (3) evakuiert wird. Daraufhin wird ein Prozeßgas eingelassen (4) und mittels einer Spannungsversorgung (5) eine Gasentladung gezündet. The task is solved according to the invention by a plasma treatment step in a plasma treatment apparatus ( FIG. 1). For this purpose, the workpiece ( 1 ) is placed in a vacuum chamber ( 2 ) which is evacuated by a vacuum pump arrangement ( 3 ). A process gas is then admitted ( 4 ) and a gas discharge is ignited by means of a voltage supply ( 5 ).

Die Spannungsversorgung wird dabei für die Reinigung von Metallteilen vorzugs­ weise eine Gleichspannungsquelle sein, deren negativer Pol elektrisch leitend mit dem zu behandelnden Werkstück verbunden wird und deren positiver Pol an die Kammer (Masse) angeschlossen wird. Alternativ können Wechselspannungs-, Mit­ telfrequenz-, Hochfrequenz-, oder Mikrowellenversorgungen mit diversen Elektro­ den- und Antennenkonfigurationen verwendet werden. Dies ist insbesondere zur Reinigung von nichtleitenden Teilen notwendig.The power supply is preferred for cleaning metal parts as a DC voltage source, the negative pole of which is electrically conductive the workpiece to be treated is connected and its positive pole to the Chamber (mass) is connected. Alternatively, AC, With telfrequency, high-frequency, or microwave supplies with various electronics and antenna configurations are used. This is especially for Cleaning of non-conductive parts necessary.

Die Reinigungswirkung beruht auf zwei Mechanismen: Der chemischen und der physikalischen Ätzwirkung. In der Gasentladung entstehen geladene (ionisierte) Teilchen, die aufgrund der thermischen Plasmaenergie eine kinetische Energie (Geschwindigkeit) besitzen und durch elektrische Feldstärken beschleunigt werden. Diese Teilchen prallen auf die Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes und bewirken eine mechanische Reinigung derselben. Weiterhin entstehen im Plasma Radikale des ionisierten Gases, die je nach Zusammensetzung des Prozeßgases eine wirksame chemische Ätzwirkung hervorrufen. Edelgase wie Argon bewirken demnach eine primär mechanische Reinigung, während Reaktivgase unterschiedli­ che chemische Reinigungswirkungen erzeugen. Durch Mischung des Prozeßgases kann die Kombination dieser Reinigungswirkungen beeinflußt werden.The cleaning effect is based on two mechanisms: the chemical and the physical caustic effect. In the gas discharge, charged (ionized) Particles that are kinetic energy due to the thermal plasma energy Possess (speed) and are accelerated by electric field strengths. These particles hit the surface of the workpiece to be treated and cause mechanical cleaning of the same. Furthermore arise in the plasma Radicals of the ionized gas, depending on the composition of the process gas cause an effective chemical etching effect. Cause noble gases such as argon therefore primarily mechanical cleaning, while reactive gases differ generate chemical cleaning effects. By mixing the process gas the combination of these cleaning effects can be influenced.

Der Vorteil dieses Verfahrens ist, daß keine Bäder benötigt werden und die damit verbundenen Probleme, wie Umweltbelastung, Entsorgung und Aufbereitung ver­ mieden werden. Die Plasmaheizung ist sehr effektiv und damit energiesparend. Falls für spezielle Verschmutzungen als Prozeßgasanteil giftige Reaktivgase ver­ wendet werden müssen, so werden diese durch die Radikalbildung sehr effizient eingesetzt. Es werden also nur sehr geringe Mengen benötigt, die einfacher ent­ sorgt werden können als bei herkömmlichen Verfahren.The advantage of this method is that no baths are required and therefore related problems, such as environmental pollution, disposal and reprocessing be avoided. The plasma heating is very effective and therefore energy saving. If, for special contaminants, process gases contain toxic reactive gases must be used, these become very efficient due to the radical formation used. So only very small amounts are required, which ent easier can be taken care of than with conventional methods.

Claims (10)

1. Verfahren und Anordnung zur Reinigung von Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reinigung ein Plasma verwendet wird, das durch eine Gasentladung erzeugt wird.1. A method and arrangement for cleaning parts, characterized in that a plasma is used for cleaning, which is generated by a gas discharge. 2. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsprozeß in einer Vakuumkammer durchgeführt wird, die mittels Va­ kuumpumpen evakuiert wird, in die ein Prozeßgas eingelassen wird, und in der mittels einer elektrischen Stromquelle eine Gasentladung gezündet wird.2. The method and arrangement according to claim 1, characterized in that the Cleaning process is carried out in a vacuum chamber using Va vacuum pumps is evacuated, into which a process gas is admitted, and in the a gas discharge is ignited by means of an electrical power source. 3. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Gleichspannung verwendet wird.3. The method and arrangement according to claim 2, characterized in that DC electrical voltage is used. 4. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Wechselspannung verwendet wird.4. The method and arrangement according to claim 2, characterized in that AC electrical voltage is used. 5. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Mittelfrequenzspannung verwendet wird.5. The method and arrangement according to claim 2, characterized in that a medium frequency electrical voltage is used. 6. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Hochfrequenzspannung verwendet wird. 6. The method and arrangement according to claim 2, characterized in that a high frequency electrical voltage is used.   7. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mikrowellen verwendet werden.7. The method and arrangement according to claim 2, characterized in that Microwaves are used. 8. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßgas ein Edelgas oder Inertgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon, verwendet wird.8. The method and arrangement according to claim 2, characterized in that as Process gas an inert gas or inert gas, such as. As nitrogen or argon used becomes. 9. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßgas ein Reaktivgas (z. B. Sauerstoff, Chlor, Fluorkohlenstoff) verwendet wird.9. The method and arrangement according to claim 2, characterized in that as Process gas uses a reactive gas (e.g. oxygen, chlorine, fluorocarbon) becomes. 10. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßgas ein Gemisch aus verschiedenen Gasen verwendet wird.10. The method and arrangement according to claim 2, characterized in that as Process gas a mixture of different gases is used.
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