DE3440651C1 - Process and device for the surface pretreatment of workpieces by means of low-pressure plasma - Google Patents

Process and device for the surface pretreatment of workpieces by means of low-pressure plasma

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DE3440651C1 DE19843440651 DE3440651A DE3440651C1 DE 3440651 C1 DE3440651 C1 DE 3440651C1 DE 19843440651 DE19843440651 DE 19843440651 DE 3440651 A DE3440651 A DE 3440651A DE 3440651 C1 DE3440651 C1 DE 3440651C1
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Guido Dipl.-Chem. Dr. 8024 Oberhaching Bell
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/14Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by plasma treatment

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

The invention relates to a process and a device for the surface pretreatment of workpieces by means of low-pressure plasma, in which the low-pressure plasma is produced continuously by means of at least one or more microwave generators, and the workpieces are continuously exposed to the low-pressure plasma by means of a continuous through-pass plant. The through-pass plant has an inlet sluice, a reactor having at least one or more microwave generators, an outlet sluice, associated vacuum pumps and a transport device. The workpieces are made exclusively of plastic.

Description

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Oberflächenvorbehandlung von Werkstücken mittels Niederdruckplasma, Fig. 2 einen Schnitt gemäß 1141 in Fig. 1, F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Mikrowellengenerators. The following is an embodiment of the invention based described in the drawing. 1 shows schematically an apparatus for surface pretreatment of workpieces by means of low-pressure plasma, FIG. 2 shows a section according to 1141 in FIG. 1, Fig. 3 shows an embodiment of a microwave generator.

Die Durchlaufanlage 1, durch die Werkstücke 25 transportiert werden, weist eine Einlaßschleuse 2 auf. The continuous system 1, through which workpieces 25 are transported, has an inlet lock 2.

Die Einlaßschleuse 2 kann durch ein Eintrittstor 3 und ein Austrittstor 4 an ihrer Einlaßseite bzw. ihrer Auslaßseite geöffnet bzw. verschlossen werden. Die Einlaßschleuse 2 ist an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe über die Leitung 5 angeschlossen und hat ein Belüftungsventil 30. Die Einlaßschleuse 2 ist an einen Reaktor 6 angeflanscht. Der tunnelförmige Reaktor 6 hat mehrere z. B. acht Mikrowellengeneratoren 7, die ringförmig auf dem tunnelförmigen Reaktor 6 angeordnet sind. Jeder Mikrowellengenerator 7 hat ein Vakuumgefäß 8.The inlet lock 2 can through an entry gate 3 and an exit gate 4 are opened or closed on their inlet side or their outlet side. The inlet lock 2 is connected to a vacuum pump, not shown, via the line 5 connected and has a ventilation valve 30. The inlet lock 2 is on a Flanged reactor 6. The tunnel-shaped reactor 6 has several z. B. eight microwave generators 7, which are arranged in a ring on the tunnel-shaped reactor 6. Any microwave generator 7 has a vacuum vessel 8.

Jedes Vakuumgefäß ist über eine Leitung 10 an ein nicht dargestelltes Gaszuführsystem angeschlossen. Das Vakuum wird über die Leitung 11 angelegt. Jedes Vakuumgefäß 8 hat eine Öffnung 9. Die Öffnungen 9 weisen in die Durchlaufanlage 1.Each vacuum vessel is via a line 10 to a not shown Gas supply system connected. The vacuum is applied via line 11. Each Vacuum vessel 8 has an opening 9. The openings 9 point into the continuous system 1.

Die Abmessungen der metallischen Gehäusekörper, d. h. der Resonatoren jedes Mikrowellengenerators, nämlich das Verhältnis Breite zur Höhe zur Tiefe, sind eine Funktion der Wellenlänge Lambda. The dimensions of the metallic housing body, i.e. H. of the resonators of each microwave generator, namely the ratio of width to height to depth a function of the wavelength lambda.

Der Reaktor 6 ist an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe über die Leitung 11 angeschlossen. The reactor 6 is connected to a vacuum pump, not shown, via the Line 11 connected.

Nachfolgend an den Reaktor 6 ist eine Auslaßschleuse 12 angeflanscht. Die Auslaßschleuse 12 kann durch ein Eintrittstor 13 und ein Austrittstor 14 an ihrer Einlaßseite bzw. ihrer Auslaßseite geöffnet bzw. verschlossen werden. Die Auslaßschleuse 12 ist an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe über die Leitung 15 angeschlossen und hat ein Belüftungsventil 32. An outlet lock 12 is flanged onto the reactor 6 downstream. The outlet lock 12 can pass through an entry gate 13 and an exit gate 14 their inlet side or their outlet side are opened or closed. the The outlet lock 12 is connected to a vacuum pump (not shown) via the line 15 connected and has a ventilation valve 32.

Eine aus angetriebenen Rollen 16 bestehende Transportvorrichtung beginnt vor der Einlaßschleuse 2 und endet nach der Auslaßschleuse 12, d. h. sie durchläuft die Einlaßschleuse 2, den Reaktor 6 und die Auslaßschleuse 12. A transport device consisting of driven rollers 16 starts before the inlet lock 2 and ends after the outlet lock 12, i. H. she passes through the inlet lock 2, the reactor 6 and the outlet lock 12.

Der Zeitpunkt des Öffnens bzw. des Schließens der Eintrittstore 3 bzw. 13 und der Austrittstore 4 bzw. 14 und der Betrieb der Vakuumpumpen über die Leitungen 5 bzw. 15 wird über nicht dargestellte Lichtschranken bzw. Taster gesteuert. The time of opening or closing of the entrance gates 3 or 13 and the exit gates 4 or 14 and the operation of the vacuum pumps via the Lines 5 and 15 are controlled via light barriers or buttons, not shown.

Bei einer besonders günstigen Ausbildung jedes der Mikroweilengeneratoren 7 ist das Vakuumgefäß 20 (Fig.3) etwa halbkugelig ausgebildet, wobei die Öffnung der Halbkugel in die Durchlaufanlage 1, d. h. in den Reaktor 6 zeigt. Die Gaszuführung erfolgt hier durch die Bodenplatte 21 mit einer Zuführung 22. Das Vakuumgefäß 20 besteht aus Quarz oder Al203. With a particularly favorable design, each of the micro wave generators 7, the vacuum vessel 20 (Figure 3) is approximately hemispherical, with the opening the hemisphere into the continuous system 1, d. H. in the reactor 6 shows. The gas supply takes place here through the base plate 21 with a feed 22. The vacuum vessel 20 consists of quartz or Al203.

Die Werkstücke 25 werden vor der Einlaßschleuse auf die Rollen 16 gelegt. Während das Eintrittstor 3 geöffnet ist, ist das Austrittstor 4 geschlossen, und die Rollen 16 befördern ein Werkstück 25 in die Einlaßschleuse. The workpieces 25 are placed on the rollers 16 in front of the inlet lock placed. While the entry gate 3 is open, the exit gate 4 is closed, and the rollers 16 convey a workpiece 25 into the inlet lock.

Nachdem das Werkstück 25 sich in der Einlaßschleuse 2 befindet, wird das Eintrittstor 3 geschlossen und über die Leitung 5 in der Einlaßschleuse ein Vakuum erzeugt. After the workpiece 25 is in the inlet lock 2, is the entrance gate 3 is closed and via the line 5 in the inlet lock Vacuum created.

Nachdem das Vakuum in der Einlaßschleuse 2 und im Reaktor 6 gleich sind, wird das Austrittstor 4 geöffnet, und das Werkstück 25 bewegt sich auf den Rollen weiter durch den Reaktor 6. Sofort nachdem das Werkstück 25 die Einlaßschleuse 2 verlassen hat, wird das Austrittstor 4 wieder geschlossen. Die Einlaßschleuse wird daraufhin über das Belüftungsventil 30 auf Umgebungsdruck gebracht und das Eintrittstor 3 geöffnet, so daß ein weiteres Werkstück 25 kontinuierlich in die Einlaßschleuse 2 transportiert werden kann.After the vacuum in the inlet lock 2 and in the reactor 6 the same are, the exit gate 4 is opened and the workpiece 25 moves onto the Roll on through reactor 6. Immediately after workpiece 25 enters the inlet lock 2, the exit gate 4 is closed again. The inlet lock will then Brought to ambient pressure via the ventilation valve 30 and the entry gate 3 opened, so that another workpiece 25 continuously enters the inlet lock 2 can be transported.

Beim Durchlaufen des Reaktors 6 auf den Rollen 16 wird das Werkstück 25 durch das im Reaktor 6 vorhandene Niederdruckplasma oberflächenvorbehandelt. Vor Erreichen des Eintrittstors 13 der Auslaßschleuse 12 ist die Auslaßschleuse 12 auf das gleiche Vakuum wie das im Reaktor 6 vorhandene Vakuum evakuiert worden. When passing through the reactor 6 on the rollers 16, the workpiece 25 surface-pretreated by the low-pressure plasma present in the reactor 6. Before reaching the entrance gate 13 of the outlet lock 12 is the outlet lock 12 has been evacuated to the same vacuum as the vacuum present in the reactor 6.

Das Eintrittstor 13 wird geöffnet, das Werkstück 25 wird kontinuierlich in die Auslaßschleuse 12 transportiert, das Austrittstor 13 wird wieder geschlossen. Nach Schließen des Austrittstors 13 wird die Auslaßschleuse 12 über das Belüftungsventil 32 auf Umgebungsdruck gebracht und danach das Austrittstor 14 geöffnet, so daß kontinuierlich ohne Unterbrechungen das Werkstück 25 mittels der Rollen 16 nach außen transportiert werden kann. Die Länge der Durchlaufstrecken der Einlaßschleuse 2, des Reaktors 6 und der Auslaßschleuse 12 ist so ausgelegt, daß bei taktweisem Öffnen und Schließen der Eintrittstore 3 bzw. 13 und der Austrittstore 4 bzw. 14 der Betrieb der Transportvorrichtung kontinuierlich erfolgen kann.The entrance gate 13 is opened, the workpiece 25 becomes continuous transported into the outlet lock 12, the exit gate 13 is closed again. After closing the outlet gate 13, the outlet lock 12 is via the ventilation valve 32 brought to ambient pressure and then the outlet gate 14 opened so that continuously the workpiece 25 is transported to the outside by means of the rollers 16 without interruptions can be. The length of the passages of the inlet lock 2, the reactor 6 and the outlet lock 12 is designed so that with cyclical opening and closing the entry gates 3 and 13 and the exit gates 4 and 14 the operation of the transport device can be done continuously.

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Claims (9)

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung von Werkstücken mittels Niederdruckplasma, bei dem ein Werkstück zur Oberflächenbehandlung in einen Reaktor gebracht wird, bei dem danach der Reaktor geschlossen wird, bei dem dann Vakuum im Reaktor erzeugt wird, bei dem danach im Reaktor das Niederdruckplasma mittels eines Mikrowellengenerators erzeugt wird, bei dem danach der Reaktor geöffnet und das oberflächenvorbehandelte Werkstück entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, - daß das Niederdruckplasma in einer mittels Schleusen verschließbaren als Reaktor ausgebildeten Durchlaufanlage mittels Mikrowellengenerator kontinuierlich erzeugt wird, - daß die Werkstücke kontinuierlich durch den Reaktor transportiert und dem Niederdruckplasma ausgesetzt werden und - daß die Oberflächenvorbehandlung bei Werkstücken aus Kunststoff angewendet wird. Claims: 1. Method for surface pretreatment of workpieces by means of low-pressure plasma, in which a workpiece for surface treatment in a Reactor is brought, in which then the reactor is closed, in which then Vacuum is generated in the reactor, in which then the low-pressure plasma in the reactor is generated by means of a microwave generator, in which the reactor is then opened and the surface-pretreated workpiece is removed, characterized in that - That the low-pressure plasma in a closable by means of locks as a reactor trained continuous system generated continuously by means of a microwave generator - That the workpieces are continuously transported through the reactor and the Are exposed to low pressure plasma and - that the surface pretreatment of workpieces made of plastic is applied. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem an eine Vakuumanlage angeschlossenen Reaktor, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen, dadurch gekennzeichnet, - daß die Vorrichtung als kontinuierlich arbeitende Durchlaufanlage (1) ausgebildet ist, welche auf der Einlaßseite des Reaktors (6) eine Einlaßschleuse (2) aufweist, die an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist und die ein Belüftungsventil (30) aufweist, auf der Auslaßseite des Reaktors (6) eine Auslaßschleuse (12) aufweist, die an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist und die ein Belüftungsventil (32) aufweist, beginnend vor der Einlaßschleuse (2) und endend nach der Auslaßschleuse (12) eine durch die Einlaßschleuse (2), durch den Reaktor (6) und durch die Auslaßschleuse (12) verlaufende kontinuierlich fördernde Transportvorrichtung aufweist und - daß die Einrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen aus mindestens einem oder mehr Mikrowellengeneratoren (7) besteht. 2. Apparatus for performing the method according to claim 1, with a reactor connected to a vacuum system, and with a device for Generating microwaves, characterized in - that the device as continuous working continuous system (1) is formed, which on the inlet side of the reactor (6) has an inlet lock (2) which is connected to a vacuum pump and which has a vent valve (30) on the outlet side of the reactor (6) has an outlet lock (12) which is connected to a vacuum pump and which has a ventilation valve (32), starting in front of the inlet lock (2) and ending after the outlet lock (12) one through the inlet lock (2), through the Reactor (6) and through the outlet lock (12) running continuously conveying Has transport device and - that the device for generating microwaves consists of at least one or more microwave generators (7). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern des Öffnens und Schließens der Einlaßtore (3 bzw. 13) und Auslaßtore (4 bzw. 14) und zum Starten und Stoppen der Vakuumpumpen der Einlaßschleuse (2) und der Auslaßschleuse (12) Taster oder Lichtschranken angeordnet sind. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that for controlling the opening and closing of the inlet gates (3 or 13) and outlet gates (4 or 14) and for starting and stopping the vacuum pumps of the inlet lock (2) and the outlet lock (12) buttons or light barriers are arranged. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung ein angetriebene Rollen (16) aufweisendes Rollensystem ist. 4. Apparatus according to claim 2 and / or 3, characterized in that that the transport device has a roller system having driven rollers (16) is. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung ein angetriebenes Förderband ist. 5. Apparatus according to claim 2 and / or 3, characterized in that that the transport device is a driven conveyor belt. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mikrowellengene- rator (7) als eine als Gigahertzresonator dienende Metallkammer ausgebildet ist, in der ein Vakuumgefäß (8) für die Plasmaanregung angeordnet ist. 6. Device according to claims 2 to 5, characterized in that that every microwave gene rator (7) as a metal chamber serving as a gigahertz resonator is formed, in which a vacuum vessel (8) is arranged for the plasma excitation. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumgefäß (8) als Röhre ausgebildet ist. 7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the vacuum vessel (8) is designed as a tube. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumgefäß (8) als Halbkugel ausgebildet ist, wobei die Öffnung der Halbkugel in die Durchlaufanlage (1) weist. 8. Apparatus according to claim 6, characterized in that the vacuum vessel (8) is designed as a hemisphere, the opening of the hemisphere in the continuous system (1) has. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mikrowellengenerator (7) eine Leistung von 1 bis 2 kW hat. 9. Device according to claims 2 to 8, characterized in that that each microwave generator (7) has a power of 1 to 2 kW. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung von Werkstücken mittels Niederdruckplasma gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method for surface pretreatment of workpieces by means of low-pressure plasma according to the preamble of claim 1. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2. The invention also relates to an apparatus for performing the Method according to claim 1 according to the preamble of claim 2. Es ist bereits eine gattungsgemäße Vorrichtung für Oberflächenkonversionen und entnehmbar auch ein gattungsgemäßes Verfahren für Oberflächenkonversionen im Niederdruckplasma bekannt (DE-OS 32 18 307). It is already a generic device for surface conversions and a generic method for surface conversions in the Low pressure plasma known (DE-OS 32 18 307). Diese bekannte Vorrichtung umfaßt einen Reaktor und einen Mikrowellengenerator. Der Reaktor ist direkt mit dem Mikrowellengenerator über ein Generatorfenster verbunden. Der Reaktor wird über eine Tür mit zu behandelnden Siliciumscheiben bestückt. Die Tür wird geschlossen. Der Reaktor wird gegebenenfalls beheizt und über einen Stutzen mit Vakuum beaufschlagt und mit Reaktionsgas versorgt. Der Mikrowellengenerator wird in Be#trieb genommen und das Niederdruckplasma erzeugt. Nach Ablauf der Oberflächenkonversion wird der Mikrowellengenerator abgeschaltet, der Reaktor belüftet und auf Umgebungsdruck gebracht, die Tür geöffnet und die Siliciumscheiben entnommen. Dann beginnt der Zyklus neu. This known device comprises a reactor and a microwave generator. The reactor is directly connected to the microwave generator via a generator window. The reactor is equipped with silicon wafers to be treated via a door. the Door is closed. The reactor is optionally heated and via a nozzle applied with a vacuum and supplied with reaction gas. The microwave generator is put into operation and the low-pressure plasma is generated. After the surface conversion has expired the microwave generator is switched off, the reactor ventilated and brought to ambient pressure brought the door open and removed the silicon wafers. Then the begins Cycle new. Dieses bekannte Verfahren bzw. diese bekannte Vorrichtung arbeiten verfahrenstechnisch zufriedenstellend. This known method and this known device work procedurally satisfactory. Für eine Großserienproduktion und für große Teile komplizierter Geometrie ist dieses bekannte Verfahren bzw. diese bekannte Vorrichtung aus wirtschaftlichen Gründen und auch aus technischen Gründen nicht einsetzbar. For large-scale production and for large parts with complex geometries is this known method or this known device from economic Reasons and also for technical reasons not usable. Die Kosten für die Oberflächenbehandlung bei Großserien von Massenartikeln sind bei diesem diskontinuierlich arbeitenden Verfahren bzw. bei dieser Vorrichtung unvertretbar hoch. Außerdem ist bei großen Teilen komplizierter Geometrie die Gleichmäßigkeit der Oberflächenkonversion nicht ausreichend. The cost of surface treatment for high volume mass-produced items are in this discontinuous process or in this device unreasonably high. Also, with large parts of complicated geometry, there is uniformity the surface conversion is not sufficient. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenvorbehandlung von Werkstücken zur Verfügung zu stellen, das auf Grund seiner Verfahrensweise bzw. der Ausbildung der Vorrichtung den Anwender in die Lage versetzt, kostengünstig qualitativ hochwertig oberflächen behandelte Werkstücke herzustellen. The invention is therefore based on the object of a method and to provide a device for the surface pretreatment of workpieces, the user due to its procedure or the design of the device enables high quality surfaces to be treated in a cost-effective manner To manufacture workpieces. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 bzw. die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 gelöst Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. This task is made possible by the characterizing measures of the claim 1 or the characterizing features of claim 2 solved further advantageous Refinements of the invention can be found in the subclaims.
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