Plasmatreat: Openair Plasma Oberflächen-Vorbehandlung

Plasmatreat hat mit seiner Openair Plasma Technologie ein innovatives Surface Coating zur Oberflächenvorbehandlung von Kunststoff, Metall oder Glas entwickelt. Durch seine Aktivierungskraft erhöht das Openair-Plasma die Oberflächenenergie deutlich. Zwei Anwendungsbeispiele verdeutlichen die innovative Entwicklung für die Plasmavorbehandlung.

Inhalt

• Plasma Oberflächenbehandlung in der Chip Herstellung
  • Plasmatreatment Unit mit umfassenden Optionen
• Abriebfest Metall und Kunststoff lackieren mit Open Air Plasma
  • Optimale Lack Haftung dank Plasma Aktivierung
  • Abriebfest Kunststoff lackieren oder bedrucken
  • Funktionale Nanobeschichtungen für schwierige Fälle
• Plasmatechnologie für die Oberfläche in der Industrie – Video 
• Was ist Openair Plasma?

Plasma Oberflächenbehandlung in der Chip Herstellung

Bisher wurde in der Halbleiterindustrie für viele Anwendungen Vakuumplasma eingesetzt. Aber auch hier kommt es zunehmend auf Schnelligkeit in der Herstellung der Halbleiterbauteile an, während die Präzision und Qualität gewährleistet bleiben muss. Das Familienunternehmen Plasmatreat aus Steinhagen hat sich diesen gestiegenen Herausforderungen gestellt und ein vollautomatisiertes Inline-System zur selektiven Behandlung mit Openair Plasma entwickelt.

Die flexibel anpassbare, potentialfreie Hochgeschwindigkeitsbehandlung gestattet im Gegensatz zum Vakuumplasma Verfahren einen schnellen Inline Process unter atmosphärischen Bedingungen. Das Verfahren eignet sich für die Behandlung von Oberflächen wie bei der Feinstreinigung oder der Aktivierung und Plasmabeschichtung. Diese Technologie lässt sich in der Halbleiterherstellung vielfältig einsetzen. Beispielsweise gestattet es für Leadframe und Packaging Prozesse eine Mikrofeinstreinigung. So ersetzt es effizient und kostengünstig die Vakuumkammer bei der Produktion von Chipverpackungen.

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Weitere Anwendungen des Openair-Plasma Verfahrens finden sich in Wire- und Die-Bonding, Thermal-Compress-Bonding und Pre-Molding. „Als etablierter Systemlieferant haben wir die Anfrage eines langjährigen Kunden angenommen und für ihn ein spezielles System, die Plasma Treatment Unit (PTU) entwickelt.

Um uns an seine Geschwindigkeitsvorgaben zu halten, haben wir bei dieser PTU mit einem Dual-lane-concept gearbeitet. So behandeln wir Bauteile parallel auf zwei Förderbändern innerhalb eines Systems. Diese PTU kann inline, auf definierten Ablagevorrichtungen 8 bis 128 Bauteile für den nachfolgenden Thermal-Compress-Bonding-Prozess selektiv vorbehandeln und ist auf den maximalen Durchsatz ausgelegt“, erklärt Nico Coenen, Market Segment Manager Electronics bei Plasmatreat.

Plasmatreatment Unit mit umfassenden Optionen

Die PTU wurde auf den spezifischen prozesstechnischen Ablauf in der Halbleiterfertigung ausgelegt und ist nahtlos in Produktionslinien integrierbar. Mit ihr lassen sich verschiedene Kinematiken und Automatisierungen umsetzen, darunter das passgenaue Handling von Baugruppen und Bauteilen. Zudem erlaubt das Openair-Plasma von Plasmatreat eine effiziente Oberflächenbehandlung. „Da wir bereits vollautomatisierte Systeme für andere Industrien produzieren, mussten wir die für die Entwicklung und Umsetzung dieses Kundensystems erforderliche interne Konstruktions- und Automatisierungskompetenz nicht erst aufbauen“, so Nico Coenen.

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„Um möglichst hohe Taktzeiten garantieren zu können, galt es bereits während der Konzeptionsphase ganzheitlich zu denken, mehrere Prozessschritte auf einmal zu berücksichtigen und zielgenau umzusetzen“, betont Herr Coenen. Plasmatreat hat beispielsweise das Dual-lane-concept für die Hochgeschwindigkeitsbehandlung von bis zu 1,5 m/s entwickelt. Das Konzept eignet sich für verschiedene Anwendungen. Es ist auf Jedec Trays und Leadframes ausgelegt und verfügt über verschiedene, an die Taktzeit angepasste Bearbeitungskonzepte. Die Kommunikation erfolgt innerhalb der Fertigungslinie über die Standard-Equipment-Interface-Protokollschnittstelle der Halbleiterindustrie SECS/GEM.

Alle Arbeitsschritte werden in der PTU aufgezeichnet und mittels Barcodes auf den Chips rückverfolgbar gemacht. Es wird dokumentiert, wo die einzelnen Bauelemente selektiv oder z. B. nur die Oberseite eines Bauteils mit Plasma behandelt wurden. Die Prüfkapazitäten dazu hat Plasmatreat am Standort in Steinhagen ausgebaut und ein Reinraum der Klasse 6 eingerichtet.

Abriebfest Metall und Kunststoff lackieren mit Openair Plasma

Plasmatreat hat mit seiner Open Air Plasma Technologie ein innovatives Surface Coating zur Oberflächenvorbehandlung von Plastik, Metall oder Glas entwickelt. Durch seine Aktivierungskraft erhöht das Openair-Plasma die Oberflächenenergie deutlich. Damit lassen sich die Werkstoffe abriebfest lackieren bzw. bedrucken. Anwender erhalten eine ausgezeichnete Optik und langzeitstabile Lack Haftung.

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Lässt sich ein Material schlecht oder gar nicht auftragen bzw. bedrucken, liegt das meist an seiner geringen Oberflächenenergie und schlechten Haftungseigenschaften. Erst wenn die Oberflächenenergie des Materials höher ist als die der entsprechenden Tinte, wird die Benetzbarkeit homogen. Das Plastik oder andere Material erhält eine optimale Haftung von Druckfarbe und Lack.

Optimale Lack Haftung dank Plasma Aktivierung

Aufgrund ihrer geringen Polarität verfügen Kunststoffe nur über eine geringe Oberflächenenergie. Damit sind sie ohne Vorbehandlung so gut wie nicht lackierbar. Die langzeitstabile Haftung von Lacken auf Kunststoffen bei makelloser Optik erfordert also eine effektive Oberflächenvorbehandlung, ganz egal ob für die Automobilindustrie, Weiße Ware oder Bauelemente.

Kontaminationen lassen sich so entfernen und die Oberflächen Energie deutlich erhöhen. Die gründlich gereinigten Oberflächen erhalten eine bessere Benetzbarkeit, und zwar gänzlich ohne nass-chemische Substanzen. Die Technologie beeinflusst zudem die benötigte Farbmenge positiv.

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Mit der Open Air Plasma Technologie von Kunststoff, Metall und Glas wird die Oberflächenenergie aktiviert. Gleichzeitig bilden sich Haftungsgruppen. Das führt zu einer Verbesserung der vollflächigen Benetzbarkeit und in Folge zu einer langzeitstabilen Lack Haftung der Lackierung. Durch eine hochwirksame Feinstreinigung oder bei Kunststoffen durch die schonende Aktivierung der Oberfläche können Anwender schwierige Oberflächen wie die des Kunststoffs lackieren oder bedrucken. 

Im Gegensatz zu den herkömmlichen nasschemischen Methoden wie der Grundierung sind keine Trocknungsprozesse und Zwischenlagerungen erforderlich. Anschließend lassen sich die Bauteile nach ihrer Reinigung und Aktivierung mit Atmosphärendruck Plasma sofort lackieren. Die Plasma Aktivierung kann anschließend für großformatige Teile oder für die ortsselektive Behandlung komplexer Bauteile realisiert werden. Sie ist bei wasserlöslichen und lösemittelhaltigen Lacken gleichermaßen wirksam.

Abriebfest Kunststoff lackieren oder bedrucken

Durch die Vorbehandlung mit dem Atmosphärendruckplasma verbessert sich die Haftung der Tinte auf dem zu druckenden oder zu lackierenden Objekt, die Leuchtkraft der Druckfarbe wird intensiviert und ein gleichmäßiger Farbverlauf ermöglicht. Die verbesserte Adhäsion der Kunststoffteile etc. führt zu einer hohen Beständigkeit gegen Abrieb sowie Feuchtigkeit und garantiert eine lange Haltbarkeit des Drucks.

Alle Druckverfahren, Formen und Materialien profitieren von einer Vorbehandlung mit Open Air Plasma, sei es Digitaldruck, Tampondruck, Siebdruck oder Offsetdruck. Die Bauteile können flach oder dreidimensional sein mit kleinen bis großen Fächen.

Selbst schwierige Oberflächen der Kunststoffe Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC), Glas oder Metall lassen sich hochwertig ohne zusätzliche Haftvermittler lackieren und bedrucken. Das gilt auch für lösemittelfreie Farben, die eine besonders hohe Oberflächenenergie des zu bedruckenden Mediums erfordern.

Funktionale Nanobeschichtungen für schwierige Fälle

Schwierig zu bedruckenden Materialen erfordern normalerweise vor dem Lack oder Farbe auftragen eine lösungsmittelhaltige Grundierung und verschiedene Ätzverfahren der Oberflächen. Diese Verfahren haben viele Nachteile. Sie sind kompliziert anzuwenden, prozessunsicher, kostspielig und umweltschädlich.

Korrosionsschutz zur Vorbehandlung von Metall Oberflächen

Mittels dem Plasmaplus Verfahren kann darauf verzichtet werden. Stattdessen erhalten die Oberflächen eine durchsichtige Nanobeschichtung. Der Beschichtungsstoff bzw. Präkursor wird direkt in die Open Air Plasma Düse eingebracht und fügt sich so nahtlos in den Vorbehandlungsprozess ein. Der Plasmaprozess ist trocken, kalt, ortsselektiv und sehr schnell.

Die Plasmatreat Technologie zum Metall und Kunststoffteile lackieren oder bedrucken garantiert eine durchgängige Prozesskontrolle und Reproduzierbarkeit. Sie ist inlinefähig und auch in bestehende Anlagen unkompliziert integrierbar. Die Lakckierung kann sofort im Anschluss erfolgen. Insbesondere bei Glas, Metall und hochwertigem Kunststoff bietet die Plasmaplus Print Beschichtung Vorteile hinsichtlich Haftung, Kratzfestigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit.

Plasmatechnologie für die Oberfläche in der Industrie 

Plasmatreat stellt aus auf der Fakuma 2021.

Technisches Allgemeinwissen

Was ist Open Air Plasma?

Die Open Air Plasma Technologie ist eine Feinstreinigung unter atmosphärischen Bedingungen zur Vorbehandlung von Oberflächen für z. B. Lackierungen. Das Open Air Plasma bietet eine hohe Prozessgeschwindigkeit, Prozesssicherheit, die genaue Reproduzierbarkeit und die Inline-Integrierbarkeit. Auch in Sachen Umweltfreundlichkeit setzt die Open Air Plasma Technik Maßstäbe. Auf den Einsatz chemischer Primer kann vollständig verzichtet werden und die VOC-Emissionen lassen sich reduzieren.