Hersteller von Leiterplatten, elektronischen Komponenten, Baugruppen und Aggregaten, die sich für die Materialvorbehandlung bei anspruchsvollen Lösungen interessieren, werden bei Plasmatreat fündig: Die atmosphärische Plasmadüsentechnologie Openair schafft neuartige Möglichkeiten, erlaubt sie doch eine simultane Feinstreinigung, Aktivierung oder auch Beschichtung von Materialoberflächen – und zwar berührungslos. Die Doppelwirkung von mikrofeiner Reinigungskraft und hoher Aktivierung in ein und demselben Arbeitsgang übertrifft die Effektivität herkömmlicher Systeme bei weitem. Die Vorbehandlung mit Openair-Plasma bewirkt eine relevante und exakt justierbare Steigerung der Adhäsionsfähigkeit und Benetzbarkeit der Materialoberfläche. Die Folge ist eine langzeitstabile Haftung von Klebstoffen und Beschichtungen auch bei allerhöchster Beanspruchung.
Wie wirkt Openair?
Plasma beruht auf einem einfachen physikalischen Prinzip. Durch Energiezufuhr ändern sich die Aggregatzustände: aus fest wird flüssig, aus flüssig gasförmig. Wird einem Gas weitere Energie zugeführt, so wird es ionisiert – die Elektronen erhalten eine höhere kinetische Energie und verlassen die Schale. Es entstehen freie Elektronen, Ionen und Molekülfragmente und das Gas geht in den Plasmazustand über (4. Aggregatzustand). Durch die Entwicklung von Plasmadüsen gelang es Plasmatreat vor rund 20 Jahren, den früher industriell kaum genutzten Aggregatzustand „inline“ in Produktionsprozesse zu integrieren und Plasma unter Normaldruck in großem Umfang nutzbar zu machen. Mit der heute weltweit angewandten Technik hat das Unternehmen ein umweltfreundliches und hochwirksames Vorbehandlungsverfahren geschaffen. Denn anders als beim Niederdruckplasma benötigt AD-Plasma keine Vakuumkammer, sondern arbeitet unter ganz normalen Luftbedingungen.
Aufgrund seines niedrigen Wärmeeintrags bezeichnet man es auch als „kaltes Plasma“. Openair-Plasma sorgt für die mikrofeine Reinigung der Oberflächen von insbesondere Kunststoffen, Metall, Glas und Keramik und gleichzeitig für ihre hohe Aktivierung. Nachfolgende Prozesse wie das Beschichten, Verkleben oder Bedrucken lassen sich unmittelbar nach der Behandlung vornehmen. Die typischen Erwärmungen von Kunststoffoberflächen während der Plasmabehandlung betragen weniger als 30 °C. Dabei ist die Einwirkzeit des mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche auftreffenden Plasmas so kurz, dass weder thermische noch andere Beeinträchtigungen an den Bauteilen auftreten. Zudem kommen bei elektronischen Bauteilen besonders schonend arbeitende Rotationsdüsen zum Einsatz, welche die Vorbehandlungswirkung durch das Rotationsprinzip gleichmäßig auf die Arbeitsflächen verteilen. Dabei wird die Oberfläche mehrmals kurzzeitig pulsartig überstrichen, was eine effektive Form der Reinigung und Aktivierung bei gleichzeitig geringem Wärmeeintrag darstellt. Die Intensität des Plasmastrahls ist so hoch, dass beim Einsatz feststehender Einzeldüsen Bearbeitungsgeschwindigkeiten von mehreren 100 m/min erreicht werden können. Dabei kann ein einzelner Plasmastrahl, abhängig von der Leistung der Plasmadüse, bis zu 50 mm lang sein und eine Behandlungsbreite von 25 mm erzielen. Die Plasmaquelle wird je nach erforderlicher Behandlungsleistung im Abstand von bis zu 40 mm mit einer Geschwindigkeit von bis zu 600 m/min relativ zur Oberfläche des Behandlungsmaterials bewegt. Durch den Einsatz von rotativen Plasmadüsen lässt sich eine Wirkbreite bis 130 mm pro Düse, bei Behandlungsgeschwindigkeiten von bis zu 40 m/min, erreichen.
Trifft das Plasma auf eine Kunststoffoberfläche, so werden sauerstoff- und stickstoffhaltige Gruppierungen in die meist unpolare Polymermatrix eingebaut. Die Oberfläche wird modifiziert. Möglich wird diese Wirkung durch die im Plasma vorhandenen energiereichen Radikale, Ionen, Atome und Molekülfragmente, die ihre Energie an die Oberfläche des zu behandelnden Materials abgeben und dadurch chemische Reaktionen initiieren. Die entstandenen funktionellen Hydroxyl-, Carbonyl-, Carboxyl-, und Ethergruppen (aber auch Sauerstoffverbindungen des Stickstoffs) gehen mit Klebstoff und Lacken teils sehr feste chemische Bindungen ein und tragen so zur Verbesserung der Haftung bei.
Live erleben: Plasma- und Desmear-Prozess
Mit der Vorführung des Openair-Plasmaprozesses will Plasmatreat für einen Publikumsmagneten sorgen: Auf einem Bildschirm kann der Besucher die digitale Animation eines Plasmaprozesses beobachten und im selben Moment vor sich in einer Roboterzelle die der Präsentation entsprechende reale Vorbehandlung erleben. Der Sechsachsroboter steuert nicht nur die Plasmadüsen, sondern auch die gesamte Bildschirmpräsentation. Er verfügt über ein automatisches Werkzeugwechselsystem, sodass der Betrachter sowohl den Einsatz schonender, großflächiger Rotationsdüsen wie auch den der punktuell intensiv arbeitenden statischen Düsen erleben kann. Beispielhaft gezeigt werden in einem kontinuierlichen Ablauf unter anderem die Reinigung und Aktivierung einer Kunststoffoberfläche sowie der kombinierte Einsatz von Feinstreinigung und ortsselektiv aufgebrachter Plasmabeschichtung auf Aluminium zur anschließenden Verklebung.
Zu den besonderen Höhepunkten gehört die Vorführung eines neuen Desmear-Verfahrens, das die Besucher während der gesamten Messe live erleben können. Der Prozess ermöglicht erstmals die Reinigung von zur Kontaktierung hergestellten Leiterplatten- oder Multilayer-Bohrlöchern mit Atmosphärendruckplasma. Bislang wird dieser wichtige Arbeitsschritt meist in aufwändigen chemischen oder Niederdruckplasma-Verfahren geleistet, für die der Fertigungsprozess unterbrochen werden muss. Im Gegensatz dazu kann das Desmearing im Openair-Verfahren inline unter normalen Umgebungsluftbedingungen durchgeführt werden, was zu einer relevanten Platzeinsparung, Prozessvereinfachung, Prozessbeschleunigung und zur deutlichen Kostenreduktion führt. „Gerade in der Verbindung mit der Nutzung von Arbeitsgasen ist unsere Technik in der Lage, ein stark abrasives Plasma auszubilden, das eine ausgezeichnete Ortsselektivität und eine hohe Abtragsrate bewirkt“, erklärt Peter Langhof, Market Manager Elektronik von Plasmatreat.
Ebenfalls live erfahren können Besucher ein handliches, computerkompatibles Gerät zur direkten Kontaktwinkelmessung, das ihnen erlaubt, an eigenen Bauteilen die Benetzbarkeit auf nahezu jedem dreidimensionalen Produkt vor und nach der Plasmabehandlung manuell zu testen. Weitere Highlights sind das junge FPC-Plasmaverfahren (Fine Powder Coating), bei dem in Sekunden funktionale Schichten und Effekte auf Materialoberflächen erzeugt werden und die an einem Bildschirm gezeigte Reduktion von Leadframe-Kupferoberflächen mit atmosphärischem Plasma zur Haftungserhöhung bei der Ankontaktierung.
Productronica 2013: Halle B2, Stand 117
Atmosphärendruck-Plasmatechnik
Durch eine hohe Prozesssicherheit und umfangreiche Überwachungsfunktionen lassen sich mit Openair einige Arbeitsschritte einsparen. Diese Plasmatechnik konditioniert Oberflächen in dreierlei Hinsicht. Je nach Prozess und Produkt steht dabei entweder die Reinigung oder die Aktivierung oder zusätzlich auch die Nanobeschichtung der Oberfläche im Vordergrund. Alle drei Aspekte verbessern die Haftung bei nachfolgenden Kleb,- Bedruckungs-, Lackier- oder anderen Beschichtungsprozessen.
Marisa Robles Consée
(mrc)
