Plasma Desmearing einfach erklärt

Unter Plasma-Desmearing (mit Niederdruckplasma) versteht man die präzise Entfernung von Bohrschmiere auf Leiterplatten (PCBs). Dies ist entscheidender Prozess in der Leiterplattenherstellung, um Rückstände (Smear) in feinen Durchkontaktierungen (Vias) moderner Multilayer-Designs zu entfernen. Die Bohrschmierentfernung sorgt dabei für zuverlässige Verbindungen vor der Metallisierung.

Dafür wird Desmearing benötigt

Das mechanische Bohren von Vias in Multilayer-Leiterplatten erzeugt Hitze, die das Harz (z.B. FR4) schmilzt. Beim Abkühlen bildet dieses Harz, oft vermischt mit Bohrmehl, eine isolierende Schicht auf den Kupferinnenlagen im Bohrloch. Diese Schicht wird als „Smear“ oder „Bohrschmiere“ bezeichnet.

Smear und auftretende Probleme

Was ist Smear?
Als Smear bezeichnet man Harzrückstände, welche durch mechanische Bohrungen von Löchern (Vias) bei der Leiterplattenherstellung entstehen. Das mechanische Bohren erzeugt Hitze, die das Harz (z.B. FR4) schmelzen lässt. Beim Abkühlen entsteht, oftmals vermischt mit Bohrmehl, eine isolierende Schicht auf den Kupferinnenlagen im Bohrloch. Diese Schicht wird als „Smear“ oder „Bohrschmiere“ bezeichnet.

Auftretende Probleme
Unbehandelte Multilayer-Leiterplatten haben oftmals Probleme mit schlechten elektrischen Verbindungen, da Smear isolierend wirkt. Eine direkte bzw. zuverlässige Kontaktierung zwischen der Innenlage und der später galvanisch abgeschiedenen Kupferhülse wird dadurch verhindert. Dies führt u.a. zu:
– Fehlstellen & Ausfälle: Ungenügende Anbindung kann zu erhöhten Widerständen, intermittierenden Kontakten oder sogar offenen Stromkreisen führen.
– Reduzierte Zuverlässigkeit: Insbesondere bei High-Reliability-Anwendungen (Medizintechnik, Automotive, Luft- und Raumfahrt) ist Smear inakzeptabel.

Desmearing-Verfahren und ihre Grenzen

Klassischerweise wird Desmearing nasschemisch durchgeführt, meist mit konzentrierten Chemikalien wie Kaliumpermanganat in stark alkalischer Lösung. Nachteile nasschemischer Verfahren:

• Einsatz aggressiver Chemikalien.
• Hoher Wasserverbrauch und Abwasserbelastung.
• Schwierige Prozesskontrolle bei feinsten Strukturen und hohen Aspektverhältnissen.
• Potenzielle Materialunverträglichkeiten bei modernen Leiterplattenmaterialien.
• Weniger gleichmäßige Ergebnisse in tiefen, engen Bohrlöchern.

Niederdruckplasma als top Lösung

Die Niederdruckplasma-Technologie bietet eine überlegene Alternative für das herkömmliche Desmearing mit Nasschemie. Bei diesem Verfahren werden Leiterplatten in eine Vakuumkammer eingebracht. Ein Prozessgas (oder Gasgemisch) wird bei niedrigem Druck (typ. 0,1 – 1 mbar) eingelassen und durch Energiezufuhr ionisiert, wodurch Niederdruckplasma bzw. Vakuumplasma entsteht.

Plasma erreicht u.a. Mikro-, Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen, wo die Nasschemie an ihre Grenzen stößt. Die ist beispielsweise unverzichtbar für HDI-Leiterplatten (High-Density Interconnect). Der Plasma-Desmear-Prozess sorgt für eine Feinstreinigung der Bohrlöcher, entfernt effektiv Smear bzw. Harzrückstände von den Oberflächen. Dies sorgt für saubere Durchkontaktierungswände und verbessert so die elektrische Leitfähigkeit.

Im Gegensatz zu chemischen Methoden ätzt oder schwächt unser Niederdruckplasma das Kupfer nicht an und verbessert sogar die Kupferhaftung an Oberflächen. Weitere Vorteile sind zudem:

• Gleichmäßige und kontrollierte Reinigung von Leiterplatten ✓
• Saubere Durchkontaktierung unabhängig von Komplexität ✓
• Klappt für PCB-Materialien wie FR4, Polyimid oder PTFE ✓
• Ideal für HF-, Mikrowellen- und Hochfrequenz-Leiterplatten ✓
• Kein Einsatz von giftigen Chemikalien sowie Entsorgungen ✓
• Erhöhte Arbeitsplatzsicherheit und Umweltschonung ✓

Kurz gesagt: Desmearing mit Niederdruckplasma ist umweltfreundlich, zuverlässig und kostengünstig.

Plasmasterilisation einfach erklärt – Definition

Die Plasmasterilisation ist ein innovatives, schnelles und hocheffektives Niedertemperaturverfahren (45 °C bis 60 °C) zur rückstandsfreien Abtötung von Keimen bzw. krankheitserregenden Mikroorganismen. Sie kommt typischerweise in pharmazeutischen oder medizinischen Bereichen zum Einsatz und häufig in der Verpackungsindustrie.

Vorteile

Das Niedertemperaturverfahren hat entscheidende Vorteile, wie Effizienz, Materialschonung, Nachhaltigkeit und Arbeitsplatzsicherheit, gegenüber herkömmlichen Sterilisationsmethoden wie z.B. Dampf (+100 °C) oder Ethylenoxid-Gas (giftig und Rückstände).

Insbesondere aufgrund der thermolabilen Vorteile für hitzeempfindliche Instrumente, eignet sich die trockene Plasmasterilisation für hitze- und feuchtigkeitsempfindliche Materialien. Dazu zählen u.a. chirurgische Materialien, Kunststoffe, Zahnarzt-Instrumente, Kabel oder auch Raumfahrtmaterialien.

Nachteile

Eine Plasmasterilisation hat weniger Nachteile, sondern eher Grenzen. So müssen das behandelte Gut absolut trocken sein und, bei dem Einsatz von Niederdruckplasma, eben vakuumfest sowie plasmabeständig. Durch die Plasmabehandlung in einer Vakuumkammer sind auch Gegenstände mit komplexen Geometrien oder Hohlräumen gut sterilisierbar, was ohne Reaktionsgefäß nicht immer gelingt.

Lösungsansatz von plasma technology: Unsere Plasmaanlagen sterilisieren deshalb nur mit Niederdruckplasma. Dies sorgt für effiziente Durchlaufzeiten und, dank der hohen Langlebigkeit unserer Produkte, sind unsere Lösungen effizient und wirtschaftlich.

Anwendung für Materialien und Produkte

Geeignete Produkte und Materialien für die Plasma-Sterilisation oder Desinfektion. Welche Produkte oder Materialien können im Niederdruckplasma desinfiziert oder sterilisiert werden?

Materialien

Neben unterschiedlichen Metallen können auch Polymere (Kunststoffe), wie beispielsweise Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere, TPU und speziell auch Silikone im Plasma gereinigt, desinfiziert und sterilisiert werden. Auch Glas, Keramik oder unterschiedliche Textilien und Membrane sind für eine Plasmasterilisation und Plasmadesinfektion geeignet.

Grundsätzlich müssen Werkstoffe bzw. Materialien plasma- oder vakuumbeständig sein, um eine Plasmabehandlung durchführen zu können. Materialien, die durch starkes Ausgasen eine erhebliche Störung des Vakuums oder des Plasmas verursachen, kommen folglich nicht für eine Behandlung im Niederdruckplasma in Frage.

Produkte

Typische Produkte, die sich für die Desinfektion oder Sterilisation im Niederdruckplasma eignen, kommen unter anderem aus pharmazeutischen, (zahn-)medizinischen Bereichen oder aus der Verpackungsindustrie. Für die Plasmasterilisation im Niederdruck müssen die Produkte in die Plasmakammern eingebracht werden können.

Fest verbaute Teile, beispielsweise Krankenhaus-Interieur, lassen sich nicht im Niederdruckplasma behandeln. Auch erreicht das Plasma keine Produkte, die bereits fertig verpackt sind. Das Plasma sterilisiert in diesem Fall nur die Verpackung, jedoch nicht das Produkt selbst.

Produktbeispiele, welche sich erfolgreich im Niederdruckplasma desinfizieren und sterilisieren lassen:

• Atemschutzmasken
• Schutzbrillen
• OP-Besteck
• Zahnarzt-Instrumente
• Katheter und Prothesen
• Endoskope (thermolabil)
• PE-, PP- und Blister-Verpackungen

Auch FFP3-Atemschutzmasken und andere Schutzausrüstung für Klinikpersonal, die normalerweise für eine einmalige Nutzung gedacht sind, lassen sich durch die Plasma-Desinfektion für einen weiteren Gebrauch wiederaufbereiten.

Verfahren und Funktionsweise

Die Gasplasma-Sterilisation ist ein schonendes und trockenes Niederdruckverfahren, welches die Zellbestandteile von vermehrungsfähigen Mikroorganismen oxidiert und vollständig zerstört. Da es i.d.R. bei Temperaturen zwischen 37 °C und 60 °C ausgeführt wird, eignet es sich hervorragend für thermolabile Materialien.

Plasmasterilisation Verfahren

Plasma schädigt bzw. inaktiviert nachweislich alle Bestandteile von Krankheitserregern wie Bakterien, Viren, Virionen, Prionen oder Pilze und deren Sporen. So werden u.a. deren Zellwände, Virushüllen oder Sporenhüllen, die Zellmembrane und die DNA-Erbinformation der Erreger zerstört. Des Weiteren befreit Plasma die Oberflächen von Verunreinigungen und Toxinen.

Bei einem Niederdruckverfahren wird das Sterilgut (gereinigt & getrocknet) wird in eine Sterilisationskammer eingebracht. Bei einem Einsatz von Niederdruckplasma, wird die Kammer evakuiert, um ein Vakuum zu erzeugen und ein Prozessgas hinzugeführt.

Durch die hohe Spaltgängigkeit des Niederdruckplasmas werden auch kleinste Hohlräume und Spalte mit der Plasma-Desinfektion bzw. Sterilisation erreicht. Je nach genutztem Prozessgas und der gewählten Behandlungsintensität und –Dauer in der Plasmaatmosphäre, werden Produkte sowohl desinfiziert als auch sterilisiert.

Plasmasterilisation Funktionsweise

Die in wissenschaftlich nachgewiesene Sterilisationswirkung von Plasma kommt durch mehrere Komponenten zustande. 
Die Komponenten und Funktionsweise im Detail: 

Hohe Reaktivität der im Plasma enthaltenen Teilchen
– Die unterschiedlichen reaktiven Spezies, die im Plasma enthalten sind, schädigen organische Moleküle von lebenden Organismen, beispielsweise Bakterien.
– Bakterien werden durch die im Plasma vorhandenen Oxide abgetötet.

Entstehende UV-Strahlung im Niederdruckplasma
– Ultraviolette Strahlung ist ein starkes Desinfektionsmittel und schädigen die Erbinformation der Keime, also die DNA-Moleküle.
– UV-Strahlung erreicht lebende Zellen, wie beispielsweise Bakterien, als auch Viren, die keinen eigenen Stoffwechsel besitzen.
– Viren werden durch die im Plasma vorhandene UV-Strahlung inaktiviert.
– Bakterien werden durch die im Plasma vorhandenen UV-Strahlung abgetötet.

Hohe kinetische Energie der Ionen und Elektronen
– Die Plasmateilchen treffen mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberflächen der Produkte und lösen vorhandene Verschmutzungen und Erreger mechanisch ab (Sputter-Effekte).
– Unabhängig von der Beschaffenheit der Teilchen, ob lebend oder nicht, können diese mechanisch gelöst, in die Gasphase überführt und durch den konstanten Gastransport aus der Behandlungskammer abgeführt werden.
– Die geladenen Teilchen zerstören Verbindungen in den Zellmembranen und erreichen damit auch die Virushüllen von behüllten Viren (zur Information: Der SARS-CoV-2 Virus ist ein behüllter Virus).

Das im Niederdruckplasma anliegende Feinvakuum
– Durch das anliegende Feinvakuum und die Temperaturerhöhung beim Kontakt mit den energiereichen Plasmaspezies werden die Organismen der Krankheitserreger ausgetrocknet.

Plasmadesinfektion

Eine Plasmadesinfektion reduziert die Anzahl krankmachender Keime, sodass von einem Gegenstand keine Infektionsgefahr mehr ausgeht. Es sind Verfahren zur gezielten, aber nicht vollständigen, Abtötung und Inaktivierung von krankmachenden (pathogenen) Keimen. Desinfizierte Gegenstände sind also nicht 100% keimfrei, sondern keimreduziert bzw. keimarm. Eine wirksame Desinfektion erzielt eine KRINKO Leitlinie von ca. 84 bis 99,9 %. Je nach genutztem Prozessgas und der gewählten Behandlungsintensität und –Dauer in der Plasmaatmosphäre werden Produkte sowohl desinfiziert als auch sterilisiert.

Unterschied zur Plasmareinigung

Unter einer Plasmareinigung versteht man im Allgemeinen die Entfernung störender Verschmutzungen und Mikroorganismen, ohne letztere jedoch abzutöten oder zu inaktivieren. In medizinischen Bereichen kann eine Reinigung beispielsweise durch Reinigungsmittel, mithilfe von Tüchern oder Staubsaugern erfolgen.

Bezogen auf Plasma entspricht die mechanische Entfernung von Mikroorganismen durch Sputter-Effekte einer einfachen Reinigung. Eine einfache Reinigung erzielt eine Keimreduktion von ca. 50-80%. Eine Plasmadesinfektion erzielt also eine deutliche höhere Keimreduktion, als eine Plasmareinigung.

Unterschied zur Plasmasterilisation

Der Kernunterschied zwischen Plasmadesinfektion und Plasmasterilisation liegt in der (prozentualen) Reduktion der Keimzahl, welche mit einer Desinfektion deutlich reduziert wird (84 bis 99,9 %) und bei einer Sterilisation komplett (100 %) rückstandslos ist. Sterile Produkte sind also frei von vermehrungsfähigen Keimen, beispielsweise Bakterien, Pilze oder Sporen. Auch Prionen, Viren oder Virionen müssen inaktiviert sein.

Eine Plasmadesinfektion kann auf lebendem Gewebe, z.B. zur Wundbehandlung mit Kaltplasma (unter 40 °C), und vor Ort angewendet werden.
Eine Plasmasterilisation führt man gewöhnlich in einer optimierten Niederdruckplasma-Anlage mit entsprechenden Durchlaufzeiten sowie Prozessgasen durch.

Passende Plasmaanlagen und Prozessgase

Die Auswahl der passenden Plasmaanlage, als auch Prozessgases, richtet sich in erster Linie nach dem zu behandelten Produkt. Ebenso sind Produktmengen, geplante Zeitpunkte einer Desinfektion oder Sterilisation und das angestrebte Ergebnis zu berücksichtigen.

Passende Plasmaanlagen zum Sterilisieren mit Niederdruckplasma:
Soll ein Sterilisationsprozess in eine Produktion integriert werden, so bieten sich großvolumige Produktionsanlagen an. Produktionsanlagen werden auf die speziellen Anforderungen der Produkte, die es zu sterilisieren gilt, angepasst und auf die bestehenden Fertigungsabläufe abgestimmt. Die Plasmaanlagen können zusätzlich mit einer Schleusenfunktion ausgestattet werden.

Passende Niederdruckplasma-Anlagen zur Plasmadesinfektion:
Für einen eher mobilen Einsatz vor Ort, zur Desinfektion nach einer ersten Benutzung von kleineren Produkten, sind sicherlich kleine Laboranlagen besser geeignet.

Als geeignete Prozessgase kommen sowohl unterschiedliche Edelgase, als auch Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff in Frage. Ebenso sind Mischungen verschiedener Gase denkbar. Die Auswahl des Prozessgases richtet sich nach dem Produkt, welches sterilisiert oder desinfiziert werden soll. Aber auch die angestrebte Wirkung des Plasmaprozesses fließt in Auswahl mit ein.

Forschungsprojekt PlasmaKlient

PlasmaKlient war ein gefördertes Forschungsprojekt (KMU-innovativ vom BMBF, heute BMFTR) mit der Hochschule Furtwangen sowie der plasma technology GmbH. Von 2019 bis 2022 wurde an einer neuartigen Plasmatechnologie geforscht, welche die Umweltfreundlichkeit von Plasmaätzprozesse verbessern sollte, indem keine FKW-Emissionen mehr freigesetzt werden.

Problemstellung und Notwendigkeit

Die weltweiten Emissionen von perfluorierten Kohlenwasserstoffen (auch FKW, F-Gase, PFC) stellen, aufgrund ihrer extrem hohen Treibhauspotenziale und Langlebigkeit in der Atmosphäre, eine maßgebliche Komponente des Klimawandels dar. Ihr Einsatz wurde vor über 35 Jahren als Alternative zu ozonschädlichen FCKW-Verbindungen in Klima- und Kühlanlagen, Sprays, Schäumen und Dämmstoffen sowie Feuerlöschmitteln forciert.

Spätestens seit der Klimakonferenz von Kigali 2016, auf der sich 150 Staaten zu einer drastischen Verbrauchsreduzierung verständigt haben, wurden auch die klimaschädlichen perfluorierten Kohlenwasserstoffe reglementiert. Für Industrieländer wurde eine stufenweise Reduktion um insgesamt 85 Prozent bis 2036 beschlossen, während die Entwicklungs- und Schwellenländer sich auf Reduktionsziele von 80 bzw. 85 Prozent bis 2047 verpflichten. Vordergründig werden diese Zielstellungen vor allem mit dem rasant wachsenden Bedarf an Klimageräten verbunden, für die sich jedoch bereits heute natürliche Ersatzkältemittel wie Ammoniak, CO2 oder Propan anbieten. Die Vorgaben gelten jedoch gleichermaßen für industrielle Produktionsverfahren.

Trocken- bzw. Plasmaätzprozesse

Herkömmliche Trocken- bzw. Plasmaätzprozesse in der Halbleiter- und Leiterplattenherstellung, setzen fluorierte Treibhausgase in erheblichen Mengen ein, als auch frei. Die als Ätzgase verwendeten Stoffe wie:

• Tetrafluormethan (CF₄),
• Hexafluorethan (C₂F₆),
• Perfluorpropan (C₃F₈) oder
• Perfluorbutadien (C₄F₆).

Diese haben die 7.390- (CF₄) bis 12.200 fache (C₂F₆) Treibhauswirkung von CO2.

Aus technologischer Sicht spielt das Plasmaätzen angesichts der immer komplexeren Schaltungsstrukturen und wachsenden Anforderungen an die Qualität der Kontaktierungs- und Verbindungsflächen eine entscheidende Rolle in der Leiterplatten- und Halbleiterherstellung. So wird der Prozess für das Rückätzen von Schaltungslagen in mehrschichtigen Leiterplattenaufbauten, die Oberflächenaktivierung und -strukturierung oder das Reinigen von Bohrungen zur Durchkontaktierung genutzt.

In der Halbleiterfertigung dient er z.B. der Substratstrukturierung aber auch der Reinigung von CVD-Beschichtungsanlagen. Alternative, FKW-freie Prozessgase, die sich durch adäquate Ätzraten, Prozessstabilitäten und Bearbeitungsergebnisse auszeichnen, bzw. Reinigungssysteme, die eine effektive und energieeffiziente Abscheidung der sehr stabilen Fluorverbindungen aus der Prozessabluft gewährleisten, stehen bislang nicht zur Verfügung. Daher ist die Gefahr groß, dass sich die absolut notwendigen FKW-Emissionsreduktionen für die Leiterplatten- und Halbleiterindustrie zeitnah zu einem ganz konkreten Problem entwickeln – nicht nur in Europa, sondern weltweit.

Zielsetzung von PlasmaKlient

Um die Klimafreundlichkeit von Plasmaätzprozessen deutlich zu verbessern und somit deren langfristige Einsatzfähigkeit sicherstellen zu können, wurde durch PlasmaKlient ein neuartiges Prozess- und Anlagenkonzept erforscht und am Beispiel für Leiterplattenanwendungen demonstrativ umgesetzt. Erreicht werden sollte das Forschungsziel über einen mehrstufigen, hermetisch kreislaufgeführten Plasmaprozess, in dem folgende Verfahrensschritte direkt miteinander verschaltet werden:

• Prozessstufe 1: Erzeugung von reaktivem Fluor aus einem Target.
• Prozessstufe 2: Überführung des Fluors in eine stabil ausregelte, hochabrasive Prozessatmosphäre der sogenannten Ätzstufe.
• Prozessstufe 3: Chemische Rekombination der unverbrauchten Fluorreste und Rückführung der Recyclingprodukte als Ausgangstarget.

Ergebnis

Anhand der Referenzanwendung aus der Leiterplattenherstellung, konnten wir das Plasmaätzen umweltfreundlicher gestalten. Es konnte nachgewiesen werden, dass effiziente, FKW-emissionsfreie Äztprozesse in einer Niederdruckplasma-Anlage möglich sind, ohne die Funktionsfähigkeit der Leiterplatten zu beinträchtigen.

Der Erfolg von PlasmaKlient legte den Grundstein, einen weiteren Plasmatechnologieprozess, künftig umwelt- bzw. klimafreundlich zu machen und somit einen Beitrag für Innovation sowie Nachhaltigkeit zu schaffen.

Forschungsprojekt PlasmaWood

Das Forschungsprojekt PlasmaWood wurde, im Rahmen des Förderprogramms „KMU-innovativ: Ressourcen- und Energieeffizienz“, vom BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung – heute BMFTR) gefördert. Zentrales Thema des Projekts war eine nachhaltige Behandlung von Holzfassaden mit Niederdruckplasma, um diese witterungsbeständiger sowie langlebiger zu machen.

Projektleitung von Jörg Eisenlohr

Unter Leitung von Jörg Eisenlohr (Geschäftsführer der plasma technology GmbH), wurde das Forschungsprojekt vom 01.10.2021 bis 31.03.2024 durchgeführt. Rund 700.000 € flossen dabei in das staatliche Förderprogramm „Erschließung des Nutzungspotenzials von Holz als nachwachsender, CO2-neutraler Baustoff“.

Niederdruckplasmatechnologie als Schlüsselfaktor

Mit der Niederdruckplasmatechnologie wurde ein umweltfreundliches Verfahren entwickelt, welches auf die nachhaltige Herstellung von witterungsbeständigen Holzfassaden ausgelegt war. Holz zählt zu den ältesten Baumaterialien der Menschheitsgeschichte, findet aber beim heutigen Gebäudebau nur wenig Anwendung. Der Hauptgrund ist die mangelnde Beständigkeit gegen Außeneinflüsse, als auch die regelmäßige sowie kostenintensive Oberflächenbehandlung, weshalb man auf die Putzfassade (87 %) setzt.

PlasmaWood hatte zum Ziel, neue Verfahrenslösungen zu schaffen, um Holzfassaden hochwertiger, witterungsbeständiger und somit wirtschaftlicher zu machen. Gerade Plasmabeschichtungen sind bekannt dafür, Materialoberflächen schmutz- und wasserabweisender zu machen oder Rostbildung vorzubeugen. Bei diesem Forschungsprojekt wurde die (Niederdruck-)Plasmatechnik erstmals für Holz angewendet und erforscht, ob neue Potenziale für den nachhaltigen Haus- und Gewerbebau freigesetzt werden können.

Testverfahren mit Plasmaanlage

Im ersten Schritt wurden kleinere Standardproben im Labormaßstab untersucht und getestet. Hierbei fielen die ersten Erkenntnisse positiv aus. Beschichtungen mit Niederdruckplasma, konnten die Haftung sowie Stabilität auf den Holzproben verbessern.

Im nächsten Schritt wurde eine Versuchsanlage entwickelt und aufgebaut, um die positiven Plasmaeffekte an größeren Holzproben zu testen. Des Weiteren wurde geforscht, ob man die Zersetzung von Pilzen vorbeugen konnte und testete zusätzliche Hilfsstoffe (biozide Additive) zur Schädlingsabwehr ein.

Erfolgreiche Holzschutzbehandlung

Die Testergebnisse waren positiv. Durch gezielte Plasmaverfahren für Holzfassadenelemente, wurden diese robuster bzw. witterungsbeständiger.

Die wesentlichen Vorteile sind u.a.:

• Witterungsbeständigere und langlebigere Holzfassaden
• Weniger Kosten für Instandhaltungen von Holzoberflächen im Außenbereich
• Energieeinsparung ggü. herkömmlichen Fassadengestaltungen
• CO₂-speicherndes Holz als neue Alternative zu gängigen Baumaterialien
• Mehr Optionen für künftige Holzfertigbauten in der Baubranche

Die Zukunft mit PlasmaWood

Aufgrund der erfolgreichen Forschungsergebnisse, eignen sich plasmabehandelte Holzelemente als nachhaltige Baustoffe. Allerdings bedarf es noch an weiteren Feinjustierungen sowie Optimierungen, um PlasmaWood wirtschaftlich tragfähiger bzw. kosteneffizienter zu machen.

Plasmabehandlungen sind also für viele Holzelemente sinnvoll, wenn es um Langlebigkeit und Nachhaltigkeit geht. Um es kosteneffizient in der Industrie anzuwenden, ähnlich wie grüner Wasserstoff, bedarf es noch an weiteren Verbesserungen.
Wir von plasma technology GmbH, forschen auch weiterhin an dem Thema, um Holz als klimafreundliches, ressourcenschonendes und wirtschaftliches Element in der Bauindustrie zu etablieren.

Plasmareinigung Definition – was ist das?

Die Plasmareinigung, auch Feinstreinigung oder Oberflächenbehandlungstechnik, ist ein trockenes, physikalisch-chemisches Reinigungsverfahren, welches Oberflächen von organischen Verunreinigungen sowie feinsten Rückständen (im Nanometerbereich) befreit.

Eine Plasmareinigung ist notwendig, wenn Oberflächen höchste Reinheitsanforderungen erfüllen müssen und nasschemische Verfahren nicht ausreichen oder vermieden werden sollen.

Infolgedessen ist wird dieses genaue, effiziente und umweltfreundliche Oberflächen-Reinigungsverfahren häufig in der industriellen Fertigung oder Medizintechnik eingesetzt. Insbesondere für Branchen, welche hochpräzise Prozesse (z.B. Kleben, Lackieren oder Montage) durchführen, ist die Technologie der Plasmareinigung von Vorteil.

Was entfernt die Plasmareinigung?

Die Plasmareinigung entfernt organische Verunreinigungen (kohlenstoffhaltige Bindungen), als auch anorganischen Verunreinigungen (nicht-kohlenstoffhaltige Bindungen). Klassische Beispiele sind Staub, Salze, feinste Partikel bzw. Rückstände, dünne Ölschichten, Trennmittel oder Fette. Ebenso wird das Reinigungsverfahren häufig zur Sterilisation oder Desinfektion, also effizienten Entfernung von Keimen, Bakterien oder Viren eingesetzt.

Für welche Materialien eignet sie sich?

Die Plasmaanwendung zur Reinigung eignet sich nicht für alle Materialien. Zuerst mal müssen sie dem Vakuum standhalten. Materialien, die ein hohes Maß an flüchtigen Bestandteilen wie Wasser gebunden haben, können sehr schwer bis gar nicht gereinigt werden.

Geschlossen porige bzw. geschlossenzellige Schaumstoffe können im Vakuum Schaden nehmen. Die Liste der Materialien, die gereinigt werden können, ist jedoch lang und reicht von Kunststoffen, Glas und Metallen bis hin zu Keramik. Treten Sie für weitere Details gerne mit uns in Kontakt.

Plasmareinigungsverfahren und Funktionsweise

Das Niederdruckplasma-Reinigungsverfahren ist ein kontaktloses, hochpräzises und trockenes Feinstreinigungsverfahren von Oberflächen mittels Plasma (ionisiertes Gas). Das Niederdruckplasma, auch Vakuumplasma, wird dabei technisch in einer Vakuumkammer erzeugt. Zur optimalen Funktionsweise in der Kammer wirken im Wesentlichen drei Verfahrensmechanismen: chemische Reinigung, physikalische Reinigung und Verbrennung.

Chemische Reinigung

Das Prozessgas in der Reinigungskammer wird durch einen Plasmagenerator mit entsprechender Frequenz angeregt. Die dadurch entstandenen Radikale und ionisierten Teilchen reagieren mit der Verunreinigung auf der Oberfläche des Produkts. Dabei entstehen H2O und CO2. Die Umwelt im Produktionsbereich bleibt von dem Prozess unbeeinflusst, z. B. kein Ozon, wie es bei atmosphärischem Plasma der Fall sein kann.

Physikalische Reinigung

Die Moleküle des Prozessgases werden durch das Frequenzfeld beschleunigt. Dabei treffen sie auf das zu reinigende Produkt. Die hohe Atommasse verursacht eine Art Mikro-Sandstrahlen. Die Verunreinigungen werden mechanisch entfernt.

Verbrennung – Reinigung mit erhöhter Temperatur

In der Kammer der Plasmaanlage werden besondere Bedingungen geschaffen, um Wärme im zu reinigenden Produkt zu erzeugen. Dadurch wird die Ausgasung flüchtiger Stoffe begünstigt, welche an der Oberfläche polymerisieren und dann gereinigt werden können. Ein selten diskutiertes, aber zielführendes Verfahren.

Umgekehrt wird durch die Steuerung der Bedingungen während der Plasmareinigung eine Erhitzung und Verfärbung des Produkts verhindert. Dies gilt vor allem für leitende Materialien. Kombinationen aus chemischer und physikalischer Plasmareinigung können äußerst effektiv sein.

Durch den Einsatz der physikalischen Reinigung bzw. Abtragung, werden die Bindungen von Verunreinigungen aufgebrochen, die dann chemisch über die Gasphase entfernt werden. Ein interessanter Nebeneffekt ist die Tatsache, dass ionisierte Teilchen in der Plasmakammer statische Aufladungen ableiten, was die Entfernung von Partikeln erleichtert.

Vorteile und Nachteile der Plasmareinigung

Die wesentlichen Vorteile einer Plasmareinigung liegen in den Punkten Präzision, Umweltfreundlichkeit und Effizienz. Als häufig genannte Nachteile werden häufig die hohen Investitions- und Betriebskosten (von Anlagen) genannt oder, dass nicht alle Materialien damit gereinigt werden können.

Vorteile

Die wichtigsten Vorteile bei Plasmaanwendungen bzw. Plasmabehandlungen von Oberflächen sind:

• Hocheffektive Feinstreinigungen im Nanometerbereich, auch in für komplexe Geometrien.
• Kein Trockenprozess, weshalb behandelte Materialien direkt weiterverarbeitet werden können.
• Erhöhung bzw. Aktivierung der Oberflächenenergie zur optimalen Haftung und Benetzbarkeit.
• Keine Belastung der Umwelt, z.B. durch giftige Chemikalien oder schädliche Flüssigabfälle.
• Besonders von Vorteil für die Halbleiter-/Elektroindustrie, Medizintechnik und Forschung (u.v.m.).

Nachteile

Beim fachgerechten Einsatz von innovativen Niederdruck-Plasmaanlagen, wie von plasma technology, gibt es wenig Nachteile gegenüber herkömmlichen Reinigungsmethoden. Dennoch gehen wir auf die klassischen Punkte ein, welche oftmals aufkommen.

• Hohe Kosten bei der Anschaffung und anschließender Wartung
  –> Dafür bieten wir hochwertige und langlebige Niederdruck-Plasmaanlagen, welche wir für Sie passgenau konzipieren. Ebenso bieten wir dafür eine kosteneffiziente Auslagerung Ihrer nötigen Plasmaanwendungen oder unsere vorteilhaften Mietanlagen.
• Materialveränderungen, wie z.B. Verformung oder Oberflächenaufrauhung
  –> Wir haben feine Pulver und sogar winzige Diamanten bis hin zu großen Bauteilen und Materialrollen gereinigt und dabei keine Beeinträchtigungen festgestellt.
• Keine Tiefenreinigung, weil Plasma nur dort wirkt wo es auftrifft
  –> Unsere großen Kammern mit einem Volumen von 8000 Litern bieten genügend Platz, und unsere modularen Plasmageneratoren sorgen dafür, dass die Leistung gleichmäßig in der Anlage verteilt wird. Das Niederdruckplasma reinigt also auch in kleinsten Rissen und Hohlräumen.

Für alle offenen Fragen oder auch Bedenken, bieten wir Ihnen jederzeit eine kompetente und transparente Expertenberatung. Wir sagen Ihnen genau, was möglich ist und weisen auch ehrlich darauf hin, wenn eine Plasmaanwendung weniger sinnvoll ist.

Vergleich zur herkömmlichen Reinigung mit Nasschemie

Herkömmliche Reinigungsmethoden (mit Nasschemie) entfernen Schmutz und Verunreinigungen durch Flüssigkeiten, wie z.B. Lösungsmittel, Säuren oder wässrige Reiniger. Infolgedessen müssen Bauteile und Materialoberflächen danach trocknen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsmethoden, ist die Plasmareinigung ist ein Trockenprozess zur präzisen Feinstreinigung von Materialoberflächen durch ionisiertes Gas (Plasma). Dabei werden Moleküle auf der Oberfläche effektiv oxidiert, gesandstrahlt oder gebunden.

Unterschied Niederdruckplasma und Atmosphärenplasma

Niederdruckplasma (ionisiertes Gas) wird in einer Vakuumkammer erzeugt, weshalb es auch Vakuumplasma genannt wird. Es eignet sich optimal zur Aktivierung, Reinigung, Beschichtung und Ätzung von Oberflächen und Bauteilen – auch mit komplexen 3D-Geometrien.

• Das breite Spektrum an Verunreinigungen, die entfernt werden können.
• Vereinfachte Kontrolle und Wiederholbarkeit aufgrund weniger Kenngrößen.
• Das Reinigungsmedium ist gasförmig und der Reinigungsprozess trocken.
• Keine Überwachung von nasschemischen Reinigungs- und Waschflüssigkeiten.
• Die Entsorgung umweltschadender und nasschemischer Flüssigkeiten entfällt.

Atmosphärenplasma wird unter Normaldruck und ohne Vakuumkammer erzeugt, weshalb es auch Atmosphärendruckplasma oder AD-Plasma genannt wird bzw. APSA (Atmospheric Plasma Soft-Ablation). Das ionisierte Gas wird hierbei unter Normaldruck (Umgebungsluft) und Zufuhr von elektrischer Energie erzeugt.
Im Vergleich zum ND-Plasma sind komplexe 3D-Geometrien oder Tiefenreinigungsbehandlungen nicht möglich. Sonstige Unterschiede sind:

• Die Atmosphäre in der Kammer ist konstant, sodass eine Rekontamination vermieden werden kann.
• Der Gasdurchsatz liegt im Bereich weniger Milliliter pro Minute und ist somit kein wesentlicher Kostenfaktor.
• Meist kann die Umgebungsluft als Prozessgas verwendet werden. Somit entstehen hier keinerlei Kosten.
• Aufgrund des niedrigen Drucks in der Kammer besteht keine Brand- oder Explosionsgefahr, wenn reaktive Gase wie Wasserstoff oder Sauerstoff verwendet werden.
• Die Abgase enthalten kein Ozon und es wird kein aktives Absaugsystem benötigt.

Fazit

Die Plasmareinigung ist ein trockenes Feinreinigungsverfahren ohne umweltschädliche Nasschemie. Das effiziente Reinigungsverfahren eignet sich für viele Bauteile bzw. Materialoberflächen in der Halbleiter-, Elektronik- oder Automobilbranche, aber auch bestens für die Medizintechnik oder Textilbranche. Eine Plasmaanwendung für Bauteile und Oberflächen ist zudem von Vorteil, wenn ein höchster Reinheitsgrad oder eine Oberflächenaktivierung benötigt wird

Insbesondere Niederdruckplasma, auch Vakuumplasma, bietet die Möglichkeit für Behandlungen mit komplexer 3D-Geometrien (nicht möglich mit Atmosphärendruckplasma), Innenflächen oder Schüttgut und erzielt feine sowie gleichmäßige Reinigungsergebnisse. Für eine (Kosten-)effiziente Arbeit mit Niederdruck-Plasmaanlagen, bietet der führende Plasmaanlagen Hersteller (plasma technology) effiziente Lösungen mit Rundum-Kundenservice.

Plasmatechnologie einfach erklärt

Die Plasmatechnologie bzw. Plasmatechnik wird zur Oberflächenbehandlung (auch Oberflächenmodifizierung) von Bauteilen und Werkstoffen eingesetzt. Bei diesem industriellen Verfahren werden Oberflächen mithilfe von Plasma, einem ionisierten Gas bzw. vierten Aggregatzustand der Materie, in Anlagen behandelt.

Plasma Oberflächenmodifizierung

Bei einer Plasma-Oberflächenmodifizierung werden Materialoberflächen, wie z.B. Metalle, Kunststoffe, Textilien oder Glas, auf molekularer Ebene gereinigt, aktiviert, beschichtet oder geätzt.

Plasmareinigung – Feinstreinigung

Die Plasmareinigung bzw. Feinstreinigung von Oberflächen ist ein zentraler Anwendungsbereich der Niederdruckplasmatechnik. Dabei werden Schmutzpartikel, durch Beschuss und chemische Reaktionen mit ionisierten Gasen, von Materialoberflächen entfernt und sauber über die Vakuumpumpe abgeführt.

Ergänzend dazu kann das Mikrosandstrahlen eingesetzt werden, um hartnäckige Rückstände mechanisch zu beseitigen und Oberflächen gezielt zu bearbeiten. Dieser kombinierte Ansatz sorgt für eine rückstandsfreie Reinigung und bereitet die Bauteile optimal für nachfolgende Verarbeitungs- oder Beschichtungsprozesse vor.

Detaillierte sowie ausführliche Informationen erfahren Sie auch in unserem detaillierten Beitrag zur Plasmareinigung.

Plasmaaktivierung

Die Plasmaaktivierung erhöht die Oberflächenenergie von Materialien bzw. Werkstoffen, entfernt Feinstverschmutzungen und modifiziert die Haftung für bessere industrielle Klebe-, Lackier- oder Druckarbeiten.

Des Weiteren verbessert diese Form der Plasmatechnik die Haltbarkeit und Qualität von Beschichtungen und Lacken sowie die Festigkeit von Klebeverbindungen.

Mittels Plasmaätzung bzw. Plasmastrukturierung tragen die reaktiven Spezies des Plasmas Material von der Werkstoffoberfläche ab. Durch die entstandene Mikrostruktur wird eine größere Oberfläche geschaffen, die dem Auftrag mehr Haftungsstellen zur Verfügung stellt und insbesondere für Flüssigkeiten eine bessere Benetzbarkeit bietet.

Plasmabeschichtung und PVD-Beschichtung

Die Plasmabeschichtung ist ein Produktionsverfahren der Plasmatechnologie, bei der Materialien mit einer hauchdünnen Schicht (Dünnschichttechnik) überzogen werden. Durch Zuführung von Monomeren, werden Polymere abgeschieden und dem beschichteten Werkstück neue Oberflächeneigenschaften verliehen.

Der gewählte Monomertyp sowie Prozessgase, entscheiden über die Funktionalität (hydrophil, hydrophob, antifog, antikratz, etc.) der polymerisierten Schicht. Ebenfalls können haftvermittelnde Funktionsschichten (Plasma-Primer) als Verbindung zwischen dem Ausgangsmaterial und nachfolgender Beschichtung erzeugt werden. Die Plasmabeschichtung, wie die Aktivierung, ist eine effiziente Plasmatechnik zur Veredelung von Materialoberflächen und erhöht deren Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit.

Bei einer PVD-Beschichtung werden aus der Oberfläche eines Targets (z.B. eine Metallplatte) Atome ausgelöst, die sich auf die Oberflächen eines Bauteils anlagern. Mit diesem Verfahren können Oberflächen beispielsweise metallisiert werden. Die Schichten sind hierbei sehr dünn (im nm-Bereich) und verändern somit das Bauteilvolumen nicht.

Plasmaätzen (Mikrosandstrahlen)

Plasmaätzen ist eine präzise Abtragung von kleinsten Materialmengen im Mikrobereich, um extrem feine Oberflächeneigenschaften zu modifizieren bzw. feinste Strukturen zu erzeugen. Die Plasmaätzung von Polymeroberflächen wird durch längere Einwirkzeiten erzielt.

Durch den Abtrag und der damit einhergehenden Aufrauung der Oberfläche steht für den Beschichtungsstoff eine größere Oberfläche bereit. Gerade bei den Hochleistungskunststoffen wie PTFE, POM, PA und PEEK ist eine Plasmaätzung der Oberfläche zur Verbesserung der Haftung notwendig. Gerade in der Halbleiter- und Mikroelektronikindustrie ist dieses Plasmatechnik-Verfahren ein wichtiger Faktor.

Plasma Oberflächenbehandlung einfach zusammengefasst

• Die Plasmareinigung ist eine Feinstreinigung von Materialoberflächen zur präzisen Entfernung organischer Verunreinigungen, wie z.B. Öl, Fett oder Trennmittel.
• Die Plasmaaktivierung, auch Funktionalisierung, erhöht die Energie von Materialoberflächen, um die Haftung zu verbessern und sie benetzbarer zu machen.
• Bei einer Plasmabeschichtung wird eine funktionale und hauchdünne Schicht (meist im Nanometerbereich) aufgetragen, um hydrophobe, hydrophile oder korrosionsschützende Effekte zu erzielen.
• Das Plasmaätzen ist ein gezielter Materialabtrag, der eine präzise Oberflächenstrukturierung (auch Reinigung, aber mit Subtraktion, statt Funktionalisierung) im Nanobereich ermöglicht.

Plasmabehandlungsanlagen

Eine Plasmabehandlungsanlage reinigt, aktiviert, beschichtet bzw. modifiziert unterschiedlichste Materialoberflächen, wie Metall, Kunststoff, Glas oder Textilien. Die zwei bekanntesten, als auch fortschrittlichsten Arten von Plasmaanlagen sind dabei Niederdruckplasma-Anlagen sowie Atmosphärendruck-Plasmaanlagen.

Niederdruckplasma-Anlagen

In einer Niederdruckplasma-Anlage (Vakuumplasma) wird künstliches Plasma, mittels Energiezufuhr, in einer Vakuumkammer erzeugt. In diese wird das zu Behandlungsstück platziert und zielgerichtet modifiziert. Durch den Einsatz von Niederdruckplasma in der geschlossenen Kammer, sind auch effiziente Plasmabehandlungen für 3D-Geometrien möglich.

Während des Prozesses wird kontinuierlich frisches Gas zugeführt und das verbrauchte Gas abgesaugt. Der Druckbereich liegt dabei meist zwischen 0,1 bis 1,0 mbar. Nach Beendigung der Behandlung wird die Kammer belüftet und das Behandlungsgut entnommen.

Atmosphärendruckplasma-Anlagen

Mit einer Atmosphärendruckplasma-Anlage (Openair-Plasma) wird Plasma unter Umgebungsbedingungen erzeugt und auf eine Vakuumkammer verzichtet. Da diese nicht nötig ist, sind diese etwas günstiger zu erwerben und kann man diese Art für Inline-Verfahren (z.B. Produktionsstraßen) anwenden.

Der Nachteile dieser Anlagen liegen u.a. in der geringeren Präzision oder begrenzten Wirkungsbereich sowie Geometrie, wenn man Plasmabehandlungen, im Vergleich zu Niederdruckplasma, mit Atmosphärendruck durchführt.

Plasmatechnik Einsatz- und Anwendungsgebiete

Die (Niederdruck-)Plasmatechnik hat viele Einsatz- und Anwendungsgebiete und wird deshalb in unterschiedlichen Branchen genutzt. Zu den häufigsten Einsatzgebieten bzw. industriellen Branchen zählen z.B. Automobil, Halbleiter, Kunststoff, Verpackung, Metall, Textil oder Medizin.

Infolgedessen muss die Plasmatechnologie viele Anforderungen der Industrie erfüllen und für gezielte Prozesse und Techniken angepasst sein. Gerade hierfür sind wir, als führenden Plasmaanlagen Hersteller, von plasma technology spezialisiert. Eine Übersicht zu unseren Kunden und Branchen, welche auf die innovative Plasmatechnologie setzen folgt hier:

Automobilbranche

Die Plasmatechnologie ist für die Automobilindustrie ein essenzieller Faktor zur Behandlung von vielen Bauteilen.

• Entfernen von Fertigungsrückständen durch Plasmareinigung.
• Entfernen von Silikonrückständen durch Plasmareinigung.
• Plasmaaktivierung als Klebe- oder Lackiervorbehandlung.
• Plasmaätzen von Hochleistungskunststoffen.
• Plasmabeschichtung als Haftvermittler (Plasmaprimer).

Elektro- bzw. Elektronikbranche

Für die Elektroindustrie bzw. Elektronikbranche ist die Plasmatechnik extrem wichtig, wenn es um feinste Beschichtungen oder Reinigungen von Komponenten geht.

• Bondvorbehandlung durch Plasmareinigung.
• Bohrlochreinigung durch Desmearing.
• Entfernen von Silikonrückständen durch Plasmareinigung.
• Lötvorbehandlung durch Plasmareinigung.
• PECVD-Beschichtung und Plasmaätzen.

Kunststoffbranche, Verpackungs- und Elastomertechnik

In der Kunststoffbranche bzw. Verpackungstechnik sowie Elastomertechnik, ist die Plasmatechnologie eine präzise, schonenden und umweltfreundliche Methode zur Optimierung von Oberflächen wie z.B. PP, PE, EPDM oder PC.

• Entfernen von Fertigungsrückständen durch Plasmareinigung.
• Entfernen von Silikonrückständen durch Plasmareinigung.
• Entfernen bzw. Abtötung von Bakterien oder Keimen durch Plasma-Sterilisation.
• Plasmaaktivierung als Klebe- oder Lackiervorbehandlung.
• Plasmaätzen von Hochleistungskunststoffen.
• Plasmabeschichtung als Haftvermittler (Plasmaprimer).

Medizintechnik

In der Medizintechnik ist kaltes Plasma essenziell zur Sterilisation, Wundheilung und Dermatologie, um Keime und Bakterien effektiv abzutöten. Ebenso ist die Plasmatechnik hierbei wichtig, um medizinische Geräte zu beschichten u.v.m.

• Entfernen von Fertigungsrückständen durch Plasmareinigung.
• Entfernen von Silikonrückständen durch Plasmareinigung.
• Entfernen von Oxiden durch Reduktion der Oberfläche mit Plasma.
• Korrosionsbeständige Oberflächen durch Plasmabeschichtung.
• Plasmabeschichtung zur Verbesserung der Gleiteigenschaften.
• Entfernen von Bakterien oder Keimen durch Plasma-Sterilisation.
• Aktivieren von Kunststoffoberflächen zur Weiterverarbeitung.

Metallbranche

Für die Metallbranche ist die Plasmatechnik ein unverzichtbares Hochleistungsverfahren, weil mit extrem hohen Temperaturen gearbeitet wird. Ob präzises Plasmaschneiden, Aktivierungen, Feinstreinigungen, Beschichtungen oder Plasmaätzen, in dieser Industriebranche benötigt es vielseitige Plasmaprozesse bzw. Verfahren.

• Entfernen von Fertigungsrückständen durch Plasmareinigung.
• Entfernen von Silikonrückständen durch Plasmareinigung.
• Entfernen von Oxiden durch Reduktion der Oberfläche mit Plasma.
• Plasmabeschichtung als Korrosionsschutz.
• Plasmabeschichtung zur Verbesserung der Gleiteigenschaften.
• Plasmabeschichtung als Haftvermittler (Plasmaprimer).

Textilbranche

Die Plasmatechnik eine umweltfreundliche, schonende und moderne Methode zur Veredelung von Textilien. So sind die Hydrophobierung (Wasserabweisung), Hydrophilierung (Benetzbar- Färbbarkeit) oder Funktionalisierung (Reinigung), wichtige Plasmaeffekte für die Textilbranche.

• Verbesserung der Benetzbarkeit von Textilien durch Plasmavorbehandlung.
• Verbesserung der Gleiteigenschaften.
• Plasmabeschichtung mit hydrophoben Eigenschaften.
• Plasmabeschichtung mit hydrophilen Eigenschaften.

Definition Plasma – was ist das?

Plasma ist (in der Physik) ein hochenergetisches, ionisiertes Gas und der vierte Aggregatzustand der Materie, aus welche diese zu über 99 % (sichtbar) besteht. Es entsteht, wenn einem Gas so viel Energie zugeführt wird, z.B. Hitze oder elektrische Spannung, dass sich die Elektronen von den Atomen lösen (Ionisierung).

Plasma ist also ein ionisiertes Gas, bei welchem Moleküle und Atome ihre Elektronen abgegeben haben und elektrisch leitfähig sind. Da es auf elektromagnetische Felder reagiert, ist es oft leuchtend. So sieht man Plasmaeffekte in der Natur, beispielsweise als Polarlichter oder Blitze, aber insbesondere als Sonnen bzw. Sterne.

Eine vereinfachte Darstellung zur Zusammensetzung von Plasma sehen Sie in diesem Schaubild.

Heißes Plasma und Kaltplasma

Den Unterschied einfach erklärt: Heißes Plasma ist heiß, also thermisch und Kaltplasma kalt, also nicht thermisch, weshalb der Unterschied in der Temperatur liegt.
Bei heißem Plasma befinden sich geladene Ionen, freie Elektronen und teilweise neutrale Atome, in einem extrem heißen Zustand (oft Millionen °C) und sind im thermischen Gleichgewicht.
Bei kaltem Plasma sind nur die Elektronen angeregt bzw. heiß und Ionen oder Atome haben Raumtemperatur (Umgebungstemperatur) und sind nicht im thermischen Gleichgewicht.

Niederdruckplasma einfach erklärt

Niederdruckplasma ist ein technisch erzeugtes Plasma, das nichtthermisch bzw. kalt ist und der Druck deutlich niedriger als der Erdatmosphärendruck. Man erzeugt es, indem man ein Gas in einer evakuierten Vakuumkammer, mithilfe von Energiezufuhr, in einen ionisierten Zustand versetzt. Man nennt es deshalb auch häufig Vakuumplasma.

Technische Herstellung in einer Niederdruck-Plasmaanlage
Eine Niederdruck-Plasmaanlage besteht im Wesentlichen aus einer Vakuumkammer, Vakuumpumpe, Gaszufuhrsystem, Mittel- oder Hochfrequenzgenerator und einer Elektrode. Betrieben wird sie mittels Stroms. Im ersten Schritt wird ein Werkstück in die Vakuumkammer platziert und die Vakuumpumpe saugt die Luft ab, wodurch ein Unterdruck bzw. Niederdruck entsteht.

Mithilfe von Strom wird ein elektrisches Feld erzeugt. Zwischen dem elektrischen Feld wird ein Gas bzw. Prozessgas (z.B. O₂) mit einem Druck von ca. 0,1 mbar zugeführt. Der Druckbereich liegt bei 0,1 bis 1,0 mbar. Das Gas wird durch Zuführung von Energie (i.d.R. Strom) ionisiert und ein Plasma entsteht.
Bei geringem Druck von < 100 Pa (1 mbar) wird in einer Vakuumkammer ein kaltes Plasma erzeugt. Durch das Anlegen elektromagnetischer Felder werden die in der Kammer enthaltenen Gase oder Gasgemische ionisiert und somit in den hochreaktiven Plasmazustand überführt.

Atmosphärendruckplasma einfach erklärt

Atmosphärendruckplasma (ADP) wird mithilfe von Druckluft bzw. Umgebungsdruck, technisch erzeugt und ohne Einsatz einer Vakuumkammer. Es unterscheidet sich zum Niederdruckplasma (NDP) im Wesentlichen also vom Arbeitsdruck.

Wesentliche Unterschiede in der Technik
Prozesse mit Atmosphärendruckplasma sind gut für Inline-Prozesse und haben zeitliche Vorteile gegenüber Plasma-Prozessen mit Niederdruckplasma.
NDP-Prozesse sind dafür deutlich flexibler bei der Wahl der Prozessgase, optimal für gleichmäßige und feinste Plasmabehandlungen, als auch der Bearbeitung von Werkstoffen mit komplexen 3D-Geometrien.

Mehr über Plasmaeffekte und Anwendungsgebiete von Niederdruck-Plasmaanlagen erfahren Sie in unserem Infobeitrag über unsere Plasmatechnik.
Für alle weiteren Fragen, nehmen Sie einfach Kontakt zu unserem erfahrenen Expertenteam auf.