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电子行业的冷等离子体

电子行业的冷等离子体–新型等离子体手持设备piezobrush®PZ3 

无论是塑料部件的键合或标记,金属接触垫上的引线键合工艺或者储能设备的生产:粘合在电子行业的许多领域对产品质量和工艺稳定性起着决定性的作用。等离子体正越来越多地用于电子工业为这些粘合工艺最佳地准备各种材料的表面。这项技术可以进行选择性处理塑料、金属或复合材料上的功能性表面,以改善许多后续工艺。传统的常压等离子体系统必须永久性地集成到具有适当气体供应、抽取和安全概念的系统中,冷等离子体手持设备piezobrush®PZ3则提供了简单和手动优化表面的可能性。      

改进了对壳体零件的粘合工艺 

各种各样的材料和材料组合用于封装电子装配和设备,例如铝、标准塑料(如ABS、PC、PA或PP)以及纤维增强的复合材料。除了产生功能界面以及在终端用户区引人注目的外观外,壳体还主要用于保护电子免受外部影响和污染。因此,壳体零件的牢固粘接对于整个产品的质量至关重要。典型使用的壳体材料的表面经常防污和防潮,但也排斥胶粘剂、印刷油墨或清漆。在许多情况下,这会导致壳体粘接的粘合不足,或者导致标记或设计元件的低劣质量。这些问题主要是由于所用材料不足的润湿性。通过用冷的大气压等离子体处理表面,润湿性能以针对性的方式被改善。这可以通过分析测试液体(例如水)与塑料表面之间的接触角证明:接触角越小,液滴越平坦,润湿性越好(见图)。

等离子体处理前后的表面的润湿性
等离子体处理前后的表面的润湿性

高润湿性是优化后续工艺(例如粘接)的必要参数。得益于Piezobrush®PZ3手持设备中使用的紧凑且廉价的压电直接放电(PDD)技术®,初创和较小型公司现在可以承担得起使用等离子体来改善壳体零件的表面性能。例如,这使用在Animal Care Technologies GmbH用于牢固粘接专门开发的Colicheck的壳体的两个零件。 Colicheck被用作脚铐套到马腿上,以追踪马的健康状况,并检测和报告绞痛的早期症状。作为腿套,Colicheck的壳体必须非常结实且粘接牢固。利用relyon等离子体的等离子体技术,可以实现壳体专业的粘合接头。

“只有通过使用relyon等离子体压电刷PZ2,我们成功地在我们的塑料壳体零件之间产生了可靠和持久的粘接。由于等离子体处理,塑料壳的ABS材料和TPE中间环与所用的聚合物胶粘剂都显示几乎不分离的粘接。没有压电刷的等离子体处理,我们质量要求的足够的胶粘剂粘接将是不可能的。”动物护理技术股份有限公司的多丽丝·霍夫曼说。

冷等离子体技术

传统的等离子体系统在低压范围内工作,因此被设计为配有部件的腔室,在等离子体处理后被抽空并再次排空。或者,在大气压下也有在线能力的等离子体解决方案,但是,这需要集成工作,例如安装抽吸装置和实施过程控制,以防止塑料等基材的过度处理或温度损坏。此外,直接接触等离子体火焰会危害员工的健康。 

piezobrush®PZ3等离子体手持设备更易于操作。使用PDD Technology®产生的等离子体放电不引起明显的热损失,因此只需要18 W的功率。这使手动操作的piezobrush®对操作员无害也对温度敏感材料(如薄塑料片)。也对于采购成本,与传统系统相比,piezobrush®体现了低得多的障碍,因此也适用于初创或小批量生产。

piezobrush®PZ3紧凑和高效的原因在于其可插拔的可更换模块:piezobrush®PZ3的核心是TDK的CeraPlas压电等离子体发生器。大约7厘米长的元件通过几个维度高效地转换小的输入电压,以便冷等离子体在室温条件下可以被点燃,而不需要附加特殊气体。该等离子体不超过50℃温度,是高反应离子、自由基和中性粒子的混合物。特别的氧基反应物对塑料的功能化尤其有效。通过使用piezobrush®PZ3和标准模块处理典型的疏水性塑料,这些氧物种作为极性端基聚集在表面分子上。这些在这里充当功能性“锚定”,可以与胶粘剂或油墨形成稳定的粘接,例如(见图)。

在后期处理如键合或印刷之前的表面的等离子体活化
在后期处理如键合或印刷之前的表面的等离子体活化

piezobrush PZ3也能使用为了金属或半导体的超精细清洗。然而,这仅可能使用近场模块对导电的基材。Blickfeld GmbH,例如,使用piezobrush®灵活轻松地修饰各种材料的表面特性,如半导体元件。以这种方式,它们为了后续工艺被优化。该公司基于获得专利的硅MEMS反射镜和商用组件开发了自己的LiDAR技术。

连接技术中的工艺优化  

piezobrush®PZ3的冷等离子体技术可以改善不仅壳体和组件的工艺,手持设备也用于连接技术。例如,电缆的绝缘护套通常是一个挑战。不仅在组装过程中,而且在标记过程中。这里使用了种类繁多的塑料,它们的表面对胶粘剂或印刷油墨有排斥作用。典型的材料例如PE、PVC、PC、PTFE(Teflon®)或PI(Kapton®)。粘合问题可能发生在诸如连接器的粘接、封装或二次成型等过程中,这些问题只有在温度或交变载荷下才会变得值得注意。这些问题可能发生在电缆护套面,也可能发生在连接器材料面。这通过对相应表面进行等离子体预处理最大程度地减少。

即使在标记电缆护套时,例如通过喷墨打印工艺,在这些特殊材料上打印的图像可能质量低劣,并且当缠绕电缆时标记可能被擦掉。在PTFE基材上的打印示例表明,即使在这种高度排斥的材料上,标准喷墨油墨也能更好地粘附到测试样片的等离子体处理过的面(见图)。

在未处理和等离子体处理过的聚四氟乙烯样品上打印
在未处理和等离子体处理过的聚四氟乙烯样品上打印

不仅对于例如胶粘剂或油墨等液体粘合剂,对要润湿的表面使用piezobrush®进行预处理,可以显著提高粘合。在引线键合领域,TPT wire Bonder GmbH&Co.KG公司通过使用piezobrush®和相关模块“Nearfield”对其进行处理,使在电池接触面上的引线键合的剪切力值提高二倍以上(见图)。

电池上AI线的引线键合
电池上AI线的引线键合

等离子体支持的储能系统的生产工艺 

除了改善电池的接触外,使用冷大气压等离子体在其他能量存储设备的生产中,某些工艺也可以被优化。例如,等离子体技术有助于改善双极板与液体电解液的润湿性,如使用在燃料电池中。原则上,Piezobrush®PZ3手持设备可用于选择性地修饰表面的润湿性。尤其是对于带有液体电解液的储能系统,在内部结构方面仍然有很多的研究潜力。就有关的此类电池的外部区域,壳体的质量再次成为关键因素:这些电池必须在坚固性和密封性方面达到最高要求,借助冷等离子体技术可以轻松满足这要求。

概要

在电子工业里等离子体的piezobrush®PZ3应用的现今选择中,其紧凑的冷等离子体技术可能的广泛用途变得显而易见:从粘合工艺,例如在标准但也可特殊的材料上粘接或印刷,到应用在引线键合,用于研发项目,例如在储能领域。容易手持和直观操作使piezobrush®PZ3成为从预开发到小批量生产的等离子体预处理的理想工具。