微波等离子清洗机原理

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2024-01-10

微波等离子清洗机，设备结构由五部分组成：外壳框架系统、微波放电系统、真空系统、供气系统和控制系统。其清洗过程是：在真空腔内压力到达一定范围时充入工艺气体,当腔内压力为动态平衡时，利用微波源振荡产生的高频交变电磁场将氧、氩、氢等工艺气体电离，生成等离子体，活性等离子体对被清洗物进行物理轰击与化学反应双重作用，使被清洗物表面物质变成粒子和气态物质，经过抽真空排出，而达到清洗目的。

微波等离子清洗机结构示意图

纳恩科技微波等离子清洗机

等离子体是物质常见的固态、液态、气态以外的第四态，主要由电子、正离子、自由基、光子以及其他中性粒子组成，其正负电荷总是相等的，所以称为等离子体。由于等离子体中的电子、正离子和自由基等活性粒子的存在，很容易与固体表面发生物理或化学反应，生成产物为CO2和H2O等无污染的气体，随真空泵排出，从而达到清洗的目的。

微波等离子发生原理

微波等离子是由工作频率为2.45GHz的微波激发工艺气体放电,在正负极磁场作用下的谐振腔体内产生等离子体，该谐振腔体位于反应仓体旁边，磁控管连接微波发生器，因为整个放电过程不需要正负电极，所以产生自偏压极小，从根本上避免了静电放电损伤。

微波等离子清洗机清洗原理

常用等离子体电源激发频率有3种：激发频率40kHz的等离子体为超声等离子，发生反应为物理反应；13.56MHz等离子体为射频等离子体，发生反应为物理和化学反应；频率达到2.45GHz的等离子体为微波等离子体，离子浓度最高，发生反应为化学反应，典型的工艺是氧气或氢气等离子体工艺。用氧等离子通过化学反应，能够使非挥发性有机物变成易挥发性的CO2和水蒸气，去除沾污物，使表面清洁；用氢等离子可通过化学反应去除金属表面氧化层，清洁金属表面。

氧气等离子体其主要的形成过程如下：

上述反应式（1）表示氧气在微波高能电场作用下，初步生成O2阳离子和高速运动的自由电子；式（2）表示氧气在激发态的自由电子的轰击作用下变为激发态，生成了自由电子的过程；式（3）表示激发态的氧气分子在高速运动的自由电子作用下生成大量的氧自由基、氧正离子和激发态的自由电子。用氧气等离子清洗，其中氧气主要与污染物发生氧化反应，特别是对有机沾污物清洗效果尤为明显，清洗过程反应如下：

O2*+有机物→CO2+H2O

式（4）表明，处于激发态的氧气分子与有机物发生反应，生成CO2和水蒸气，对有机物溶剂沾污比较有效，具有清洗效率高、可选择性好等优点。但是其比较明显的缺点是容易将待清洗物的金属表面或粘接材料表面氧化，因此在实际生产工艺中，常用氢等离子体将待清洗物进行还原清洗，去除金属表面氧化层，清洁金属表面。为了达到更好的效果，可在氢气中加入一定量的惰性气体氮气，将化学反应和物理反应相结合进行清洗。其过程反应如下：

H2*+氧化物→H2O+单质或其他

式（5）表明，激发态的氢气与氧化物发生化学反应，将氧化物还原为单质和水蒸气；氮气等离子体经过物理碰撞，与H2清洗起到协同的作用。通过两种气体的清洗能有效地将待清洗物表面的氧化物去除。

微波等离子清洗机清洗优点

微波等离子清洗机的优点在于：
（1）无内部电极，可避免放电污染，能量转换效率高，可产生大范围的高密度等离子体；
（2）无损伤工艺，自偏压极小；
（3）高电子密度，制备各种功能薄膜材料的速率较快；（离子冲击小，对器件的损伤小；
（4）不产生紫外线辐射。

正是因为具有以上优点，微波等离子在一些工艺中具有不可替代性，例如一些电敏感器件制程中的去胶和清洗。由于激发频率高，离子动能小，化学等离子作用在微波等离子中占主要部分，可以实现更均匀有效地清洗，在清洗中没有物理等离子体所产生的物理冲击和溅射现象，在高可靠性要求的器件尤其是军用器件生产工艺过程中，微波等离子清洗机成为关键首选的设备。