等離子清洗（Plasma Cleaning）作為一種無損傷的清洗方式，有效的去除了零件表面的氧化物質(zhì)，在醫(yī)療器械領(lǐng)域內(nèi)，特別是在高分子材料粘膠應(yīng)用的場合得到了廣泛應(yīng)用，今天就來系統(tǒng)性的介紹下等離子清洗的原理和分類；歡迎各位與小編交流行業(yè)內(nèi)話題，相互學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步！

1、Pasma初步認(rèn)識

1：什么是Plasma？

Plasma是除固、液、氣外的物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，是由原子以及正負(fù)電子組成的具有導(dǎo)電特性的離子化氣體物質(zhì)。Plasma清洗，最早始于20世紀(jì)初，是利用等離子體的特性與物質(zhì)相互作用達(dá)到去除表面物質(zhì)的一種工藝。Plasma清洗機(jī)主要用于各種電子元件的制造、光學(xué)、航天航空等領(lǐng)域。

圖1，等離子體介紹示意圖

2：等離子體的物理、化學(xué)性質(zhì)

第一，由于內(nèi)部集聚了大量的帶電粒子，具有類似金屬的導(dǎo)電功能；

第二，溫度高，粒子動能大；

第三，由于其內(nèi)部發(fā)生復(fù)雜的激發(fā)、退激發(fā)過程，具有獨特的發(fā)光特性；

第四，內(nèi)部富含大量的活性物種，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

3：等離子體產(chǎn)生方式

等離子體產(chǎn)生方式有很多種，例如氣體放電，射線輻射，光電離、激光和熱電離等，其中氣體放電是最容易實現(xiàn)、應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)生方式。氣體放電的等離子體因電場和頻率的不同，具有不同特性，所產(chǎn)生的等離子體可用于等離子清洗、刻蝕和表面改性。氣體放電按電場頻率區(qū)分，分為直流放電，低頻放電，高頻放電，微波放電等多種類型。

以上四種等離子產(chǎn)生方式是目前工業(yè)應(yīng)用中最常見的，根據(jù)不同的等離子特性應(yīng)用于不同場合。就清洗應(yīng)用而言，直流輝光放電等離子密度低，效率低，且容易產(chǎn)生二次濺射污染；微波放電等離子性能最佳，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和使用成本高；射頻放電方式介于兩者之間，離子能量和密度比直流輝光放電高，且等離子穩(wěn)定，而成本與微波放電裝置相比更低，設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單，因此射頻放電是等離子清洗設(shè)備的最佳產(chǎn)生方式。

2、等離子清洗機(jī)清洗原理

一：等離子清洗機(jī)清洗原理

等離子清洗機(jī)清洗原理是利用氣體在特定的交變電場激蕩下變成等離子體，等離子體在偏壓作用下被加速產(chǎn)生動能，移動粒子轟擊待清洗器件的表面，使污染物脫離表面，同時和污染物反應(yīng)生成易揮發(fā)的化合物，使表面污染物變成附著力低的離子和氣態(tài)物質(zhì)。清潔過程可以通過與自由基氧、氫、氟或氯物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)或通過重離子（例如氬離子）的高能離子濺射來實現(xiàn)。等離子清洗機(jī)是通過等離子放電過程產(chǎn)生化學(xué)活性自由基和高能離子的設(shè)備。等離子體可以通過射頻、微波或直流輝光放電產(chǎn)生。

圖2，等離子體清洗機(jī)清洗原理示意圖

空間內(nèi)部的等離子體與材料表面發(fā)生反應(yīng)是等離子體清洗的主要機(jī)理，其中反應(yīng)大致可分為兩種：一種是氣體電離產(chǎn)生的自由基活性粒子與材料表面污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；另一種是電離產(chǎn)生的正離子和電子轟擊材料表面發(fā)生使污染物從材料表面脫落的物理反應(yīng)，下面就這兩種反應(yīng)展開的描述。

1）化學(xué)清洗

在化學(xué)清洗里常用的氣體有氫氣，氧氣，甲烷等，這些氣體在等離子體內(nèi)通過電離形成高活性的自由基與污染物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

氣體放電產(chǎn)生的等離子體中有電子、正離子、亞穩(wěn)態(tài)的分子和原子等，當(dāng)被清洗件浸沒到等離子中時，等離子體中的化學(xué)活性粒子就與材料表面的污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如果是氫離子，反應(yīng)為還原反應(yīng)；如果是氧離子，則發(fā)生氧化反應(yīng)。圖二分別是氧等離子體和氫等離子體清洗時反應(yīng)的原理圖，其中（a）表示氧等離子體反應(yīng)的過程，可以看出，氧等離子體中的活性粒子與有機(jī)污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有機(jī)污染物被分解，生成了二氧化碳；（b）則表示氫等離子反應(yīng)的過程，氫等離子中的活性粒子與氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，氧化物被還原成水。

圖3，等離子體化學(xué)清洗原理示意圖

（a）氧等離子清洗有機(jī)污物  （b）氫等離子清洗污染物

以氧氣（O2）為例其方程式為：

圖4，氧氣等離子清洗原理示意圖

化學(xué)清洗具有清洗速度高，選擇性好的特點，但是其在清洗過程中可能在被清洗表面重新產(chǎn)生氧化物，而氧化物的生成在半導(dǎo)體封裝的引線鍵合工藝中是絕對不允許出現(xiàn)的，因此在引線結(jié)鍵合工藝中若需要采用化學(xué)清洗，則需要嚴(yán)格控制化學(xué)清洗的工藝參數(shù)。

2）物理清洗

在物理清洗里常用的氣體為氬氣。其作用機(jī)理是利用等離子體里的離子作純物理的撞擊，把材料表面的原子或附著材料表面的原子打掉，如圖3所示。由于離子在壓力較低時的平均自由基較長，有著能量的累積，因此在物理撞擊時，離子的能量越高，越是有的作撞機(jī)，所以若要以物理反應(yīng)為主時，就必須控制較低的壓力下來進(jìn)行反應(yīng)，這樣清洗效果就好。其作用方程式為：

圖5，氬氣等離子清洗原理示意圖

物理清洗是半導(dǎo)體封裝工藝中最常用的等離子清洗方法。經(jīng)過氬等離子清洗后，能夠改變材料表面的微觀形態(tài)，提高表面活性和附著性能，同時不會產(chǎn)生氧化物，對提高鍵合工藝的可靠性有很大的幫助。

綜上所述，等離子清洗機(jī)清洗原理是在真空狀態(tài)下使電極之間形成高頻交變電場，區(qū)域內(nèi)氣體在交變電場的激蕩下，形成等離子體，活性等離子體對被清洗物進(jìn)行物理轟擊與化學(xué)反應(yīng)雙重作用，使被清洗物表面沾污物質(zhì)變成粒子和氣態(tài)物質(zhì)，經(jīng)過抽真空排出，而達(dá)到清洗目的。

二：等離子清洗機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作流程

等離子體清洗機(jī)包括真空室、真空系統(tǒng)、射頻電源及匹配系統(tǒng)、工藝氣路系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)等，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，真空抽到100pa以下，充入一定流量的工作氣體，開啟射頻電源及匹配系統(tǒng)，產(chǎn)生等離子體對工件進(jìn)行清洗，清洗完成后關(guān)閉射頻電源及真空泵閥和工藝氣路，打開充氣閥，使真空室恢復(fù)到大氣壓力就可以打開真空爐門，取出工件，完成整個清洗過程。

圖6，離子清洗機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1-產(chǎn)品 2-載物托盤 3-真空室 4-角閥 5-氣瓶 6-壓力控制系統(tǒng) 7-電極 8- 電極 9-等離子發(fā)生器 10-真空泵

三：等離子體清洗技術(shù)分類

正常使用或被研究的兩種等離子體清洗技術(shù)可以分為低氣壓（真空）等離子體清洗技術(shù)以及大氣壓等離子體清洗技術(shù)，下面將從這兩方面展開：

1）低氣壓（真空）等離子體清洗技術(shù)

低氣壓等離子體清洗技術(shù)，顧名思義，在低氣壓時，離子間碰撞的概率減少，能量損失少，可以產(chǎn)生高密度且均勻的等離子體，同時氣體溫度不高，這就使其得到很廣泛的應(yīng)用。輝光放電等離子體是在一定的氣壓條件下，在電極間形成輝光等離子體，因為材料的導(dǎo)電性，所以被清洗的材料物體可以放置在電極或電極之間增加的偏壓電極上；射頻等離子體是由于高壓交變電場形成，射頻單電極放電適合于能力較高和范圍較大的情況；約束等離子體是通過幾何或磁約束等離子體，使其增強(qiáng)，提高了等離子體密度。

圖7，典型的低氣壓等離子體清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)

2）大氣壓等離子體清洗技術(shù)

大氣壓等離子體清洗技術(shù)是相對于低氣壓等離子體清洗技術(shù)的，低氣壓等離子體具有低溫的特征，大氣壓等離子體可以產(chǎn)生更多的活性粒子，但是所產(chǎn)生的氣體溫度過高，且不穩(wěn)定，很容易就轉(zhuǎn)變到均勻放電及弧光放電的狀態(tài)。大氣壓放電中的電暈放電采用非對稱電極的形式，采用尖端放電的電極，另一端采用較大面積的電極，尖端放電雖然適合大氣壓的情況，但由于其產(chǎn)生的等離子體不均勻，容易產(chǎn)生局部的電弧放電，因此一般只用于局部的清洗。對于介質(zhì)阻擋放電，電極間含有絕緣介質(zhì)，產(chǎn)生低溫非平衡的等離子體，激發(fā)的電源需要一定的頻率，被清除的材料受到體積的限制，材料表面清潔度要求較高而難以滿足。微波等離子體就是將微波的能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)氣體的內(nèi)能從而達(dá)到其放電的要求。

圖8，典型的大氣壓等離子體清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)

等離子體清洗技術(shù)在很多領(lǐng)域已得到了實際應(yīng)用，尤其是在半導(dǎo)體業(yè)與光電產(chǎn)業(yè)、電子資訊工業(yè)等高科技領(lǐng)域具有重要的地位。等離子體清洗技術(shù)可以用于各種材料的表面清潔與改性，通過使用不同種類的工作氣體，不同的等離子激發(fā)頻率，不同的等離子體產(chǎn)生環(huán)境，可以到達(dá)不同的清洗效果。

3）真空等離子清洗機(jī)與大氣等離子清洗機(jī)區(qū)別對比

大氣等離子清洗機(jī)和真空等離子清洗機(jī)主要區(qū)別在于產(chǎn)生等離子體及維持條件的關(guān)鍵在于是否在真空系統(tǒng)。從當(dāng)前的實際情況看，大氣等離子體的實現(xiàn)條件簡單，設(shè)備制造及維護(hù)成本都比真空等離子體低，且離子源具有可移動性；無需真空系統(tǒng)意味著等離子體材料加工便捷，被加工材料的尺寸不受真空腔室的限制，整個工藝流程實現(xiàn)了自動化連續(xù)性生產(chǎn)，大大節(jié)約了時間成本，進(jìn)一步降低了等離子體材料的加工成本。

大氣等離子清洗機(jī)與真空等離子清洗機(jī)區(qū)別見下表

除了上表所列差異外，真空等離子清洗機(jī)由于密閉腔體容易控制氣氛，可以得到較純的等離子體。且因為壓力低，等離子體可以擴(kuò)散的距離較遠(yuǎn)，等離子體因碰撞所損失的能量也較小，因此真空等離子清洗機(jī)有較好的處理效率；

由于壓力夠低，sputter效應(yīng)也有助于提高清潔速度，甚至可以去除無機(jī)污染物；

密閉等離子清洗技術(shù)清除金屬、陶瓷、塑料表面的有機(jī)污染物，可以顯著加強(qiáng)這些表面的粘性及焊接強(qiáng)度，離子化過程能夠容易地控制和安全地重復(fù)。

如果有效的表面處理對于產(chǎn)品的可靠性或過程效率的提高是至關(guān)重要的，那么等離子技術(shù)對你也許就是最理想的技術(shù)。通過表面活化、蝕刻、表面沉積，等離子技術(shù)可以改善絕大多數(shù)物質(zhì)的性能：潔凈度、親水性、斥水性、粘結(jié)性、標(biāo)刻性、潤滑性、耐磨性。

3、Pasma在血管介入器械應(yīng)用簡介

上面介紹了Plasma清洗的原理，分類及區(qū)別，但在醫(yī)療器械領(lǐng)域中具體有哪些應(yīng)用呢，接下來就列舉最常用的一種情況：

1）粘膠表面清洗

血管介入產(chǎn)品需要使用到多種高分子材料，特別是低表面能的材料往往很難直接進(jìn)行粘膠工藝，達(dá)不到預(yù)期的效果，這是就需要對其進(jìn)行表面處理之后再進(jìn)行膠水粘結(jié)，血管介入領(lǐng)域產(chǎn)品使用到的表面能的產(chǎn)品諸如：PTFE、PE、HDPE、LDPE、LLDPE、PI、PFA、PEEK、PVC等；為了實現(xiàn)高分子材料能夠更好的實現(xiàn)連接或密封作用，往往需要對材料進(jìn)行特定的表面處理，其中等離子處理工藝就是效果較好的一種。