常压大气等离子清洗机工作原理及其示意图低温等离子清洗机在微电子领域得到了广泛的应用,但是在绝大数条件下,等离子体的产生需要在低气压条件下实现,真空等离子清洗机设备价格昂贵、真空环境操作的复杂性大大地限制了其在其他领域的广泛应用。为了摆脱对真空环境的依赖,大气等离子清洗机的出现解决了这一问题。
大气压冷等离子体是在约101.325kPa下的气体环境中产生的非平衡态等离子体。由于放电冷离子体的特殊性,它们都很难达到热平衡态,电子温度远大于离子温度,形成低温非平衡态等离子体。等离子体在大气压开放环境条件下的产生和应用,使得等离子体自身的产生变得简单、设备的制造和维护成本大大降低。同时,等离子体源具有更好的移动性,在进行材料处理、辅助机械加工过程中更易于操作。两种常见的大气等离子清洗机大气等离子清洗机工作原理
图1为大气等离子清洗机工作原理示意图,其主要由电源系统、等离子喷枪系统及气源系统三部分组成。当交流高压电源以几kHz,数kV输出时,在棒状电极末端,距离金属喷嘴最近的地方易形成极高电场,出现尖端放电;工作气体在这个区域被交流高压电源充分电离,产生等离子体;并随着工作气体的不断涌入,等离子体被吹出喷嘴,形成一段距离有限且发光的等离子体射流,伴随嘶嘶声。
图1 大气等离子清洗机工作原理示意图(1)电源系统
等离子体放电所使用的电源可为射频电源、高压直流电源、低频交流电源等。而高压直流电源需要较为复杂的阻抗匹配,射频电源会产生较强的电场辐射,需要对设备进行电磁屏蔽。因此,大气等离子清洗机大都选用低频交流电源作为电源系统。
低温等离子体电源由接触调压器和交流电源两部分组成。交流电源的输出频率为30~100kHz,中心频率60kHz,输出电压0~30kV,额定功率500W;接触调压器额定输入电压220V,输出电压0~250V。
(2)气源系统
气源系统的作用是将合适压强及流量的工作气体输送至电极系统,其主要包括工作气体源、减压阀及气体质量流量控制器。
工作气体经由气源释放后,通过调节气体减压阀降低所需压强后,进入气体质量流量控制器,通过调节气体质量流量控制器参数,调整合适的气体流量,气体随后通入等离子体发生器。由于气体流量对等离子体放电特性有着重要的影响,因此我们需要对工作气体的流量进行精准调控。气体质量流量控制器流量调节范围0~50L,灵敏度0.1L。
(3)等离子喷枪系统
等离子体喷枪是由一个圆柱体的金属射频电极和圆筒状的金属地电极构成,在圆柱体电极和圆筒地电极之间有一个圆筒状的放电缝隙,在电极的一端用绝缘材料密封,另一端设有一个喷口,当工作气体通过该电极之间的缝隙时被击穿电离形成等离子体,在气体压力推动下,然后从喷口向外喷出,从喷口向外喷出的等离子体束流的长度取决于放电功率和进气量。常压大气等离子清洗机工作原理及其示意图00224416