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大氣電漿技術(shù)與傳統(tǒng)真空電漿同樣具有高能粒子，卻無(wú)真空電漿所需的密閉式反應(yīng)腔體及真空抽氣系統(tǒng)，在近幾年受到許多人的矚目。所為大氣電漿，亦即在常溫常壓的環(huán)境中即能實(shí)施操作，可大幅降低生產(chǎn)成本和加速生產(chǎn)效率。工業(yè)技術(shù)上的表面處理技術(shù)，主要是提升工件表面之親水性，或異質(zhì)物接合的黏著強(qiáng)度。目前常用的方式包含：化學(xué)藥劑蝕刻、火焰處理法、臭氧法及真空電漿處理等。但，上述技術(shù)通常具有環(huán)保考量、高成本，與生產(chǎn)效率緩慢等缺點(diǎn)。而大氣壓電漿技術(shù)的崛起，在許多的領(lǐng)域造成革命性的震撼，傳統(tǒng)需真空或濕式制程才能達(dá)到的目的，在常溫常壓的條件下，即有新的解決方法。
電漿技術(shù)簡(jiǎn)介
電漿(Plasma)乃一群部分離子化之氣體(Partially Ionized Gas)，其內(nèi)部組成包括帶電荷之電子、離子，不帶電的中性氣體原子(或分子)與自由基(Radicals)等物種。若以操作壓力范圍來(lái)進(jìn)行區(qū)分，又可分為高溫電漿及低溫電漿。亦即，當(dāng)操作壓力大于500 Torr 時(shí)，其產(chǎn)生的電漿因內(nèi)部電子、離子和中性原子(或分子)的碰撞效應(yīng)極為頻繁，故電子溫度(Te)與氣體溫度(Tg)趨近于一致；此時(shí)中性原子(或分子)溫度可高達(dá)幾萬(wàn)或幾十萬(wàn)K，稱之為高溫電漿(Thermal Plasma)。而當(dāng)操作壓力小于 50 Torr，因平均自由路徑相較為大，此時(shí)電子因被外加電場(chǎng)加速而獲得能量。
在較低之操作壓力下時(shí)，離子溫度(Ti)遠(yuǎn)比電子溫度低，且中性原子或分子因無(wú)法被電場(chǎng)加速，加上受電子或離子的碰撞頻率頗低，因此其整體溫度接近室溫，稱之為低溫電漿 (Non-Thermal Plasma)。
電漿的生成主要靠由電漿內(nèi)部物種的連續(xù)碰撞反應(yīng)，亦即靠著電子在電場(chǎng)中加速獲得極高的動(dòng)能，以碰撞進(jìn)行能量傳遞，解離氣體分子。就原子而言，當(dāng)傳遞的能量累積至足夠造成原子內(nèi)電子的遷移，即產(chǎn)生一離子與二次電子(此電子又將受電場(chǎng)加速而重覆上述反應(yīng))。
而電子動(dòng)能與電場(chǎng)間可由電場(chǎng)對(duì)電子作功之累積表示，即電子動(dòng)能相當(dāng)于電場(chǎng)作用力與距離之乘積，亦即電子所獲得的能量相當(dāng)于粒子帶電量、電場(chǎng)大小及其粒子平均自由路徑之相乘積。故在電子帶電量固定下，欲提升電子動(dòng)能則需由增加電場(chǎng)，或提升平均自由路徑，也就是降低碰撞頻率等技術(shù)上著手。這也就是一般電漿制程多半以高電壓，以及低壓真空環(huán)境下操作之主因。然而，低壓真空制程包含高設(shè)備成本，同時(shí)限制產(chǎn)品推動(dòng)連續(xù)制程的應(yīng)用，無(wú)法降低制作成本；故電漿制程若能于大氣條件下進(jìn)行，這對(duì)于產(chǎn)品成本無(wú)非是絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)；而常壓下電子與其它中性物種碰撞頻率極高，其電子在尚未獲得足夠能量進(jìn)行離子化碰撞前便把累積的能量釋出。是故，于大氣環(huán)境下產(chǎn)生電漿，其方法有二︰提供大量電流來(lái)加熱氣體分子，此型式又稱為常壓熱電漿；或者提供高壓電場(chǎng)，使電子在有限的距離中累積足夠能量來(lái)產(chǎn)生離子化碰撞，此型式為常壓低溫電漿。然而對(duì)于制程應(yīng)用而言，一大氣壓且低溫之電漿制程為業(yè)界所樂(lè)見(jiàn)的。
大氣電漿之分類
大氣電漿(或稱為常壓電漿)乃指于一大氣壓或接近一大氣壓之狀態(tài)下所產(chǎn)生的電漿，相較于低壓真空電漿技術(shù)，常壓電漿系統(tǒng)比真空電漿系統(tǒng)省去龐大的真空腔體與真空泵，于設(shè)備成本上有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)；更遑論加速生產(chǎn)效率，與減少真空制程步驟和大量維護(hù)成本之效益。
表一整理幾種常見(jiàn)的大氣電漿系統(tǒng)之特性；其中，常壓噴射電漿設(shè)備及介電質(zhì)放電系統(tǒng)因常壓低溫(Non-thermal Plasma)之電漿制程特性，易整合于產(chǎn)品制作流程上，同時(shí)有效解決電暈放電系統(tǒng)之均勻度，因此也最備受矚目。
表一大氣電漿系統(tǒng)之特性列表
1. 噴射式電漿(Plasma Jet)
其特色為電漿面積小、能量集中、處理效率高、產(chǎn)生的臭氧濃度較低、靜電累積較小。其應(yīng)用效果是大氣電漿中最佳選擇，但受限于處理面積狹小，通常可多支并聯(lián)成一寬幅式處理系統(tǒng)。目前的應(yīng)用包括了：表面改質(zhì)、光阻去除、電漿蝕刻、液晶面板芯片貼合、卷帶式載板制程清潔、手機(jī)組裝貼合、生醫(yī)材料殺菌及涂布/印刷前處理。
2006 年，本公司所研發(fā)之常溫常壓噴射式電漿，在常壓常溫的環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，只消耗空氣和電，即可輕易直接和既有的生產(chǎn)工藝配合，無(wú)論是塑料、橡膠、金屬、紡織品、紙類還是玻璃都能大提升工件表面能(>65 達(dá)因)。通過(guò)這樣的處理工藝，制品的表面狀態(tài)才能充分滿足后續(xù)的涂裝、粘接、印刷等工藝的要求，始可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代制造工藝所追求的高質(zhì)量，高可靠性，高效率，低成本和環(huán)保等目標(biāo)。
此外，本公司的零電勢(shì)常壓噴射式電漿，比起第一代噴射式電漿處理工藝，電極壽命長(zhǎng)達(dá)一萬(wàn)小時(shí)；在某些潔凈的環(huán)境與制程下，電極壽命更長(zhǎng)達(dá)三萬(wàn)小時(shí)，也更適合處理敏感易損的表面。例如 DVD、電容器、電路基板等。這些表面覆蓋金屬電路制品，透過(guò)零電位差電漿的處理，不但不會(huì)受到任何的損傷，更是簡(jiǎn)潔而易于掌握，且完全環(huán)保的工藝。
2. 介電質(zhì)放電(DBD)
其特色為線型電漿，適合大面積且平整面之工件表面處理。其操作頻率介于 1~40kHz，操作電壓大于 10KV。此工藝的缺點(diǎn)為:絲狀的微放電之電流集中于一些小點(diǎn)，容易損壞電極板上做表面處理的材料，且電漿反應(yīng)的效率遠(yuǎn)低于噴射電漿 10 倍以上；各項(xiàng)研究上更指出，DBD 約有 92%能源損耗在熱能的產(chǎn)生。且 DBD 必須使用氮氣，或者氦氣、氖氣等昂貴的惰性氣體，始得以順利點(diǎn)燃電漿。此外，其電漿模塊均勻度制作的困難度，電極壽命與可靠度都備受質(zhì)疑，因此一直未被工業(yè)界正式大量采用。
大氣電漿預(yù)處理特性
在干凈而剛打過(guò)蠟的汽車涂裝表面特別容易彈開(kāi)雨滴是什么原因呢？此乃因?yàn)椋?/span>涂裝表面的能量非常的低，相對(duì)于水的表面張力(72 mN/m)非常大之故。傳統(tǒng)噴涂預(yù)處理工藝，為了確保噴涂質(zhì)素良好，工件表面必須徹底清潔 (亦即增加表面能)，否則容易影向涂層的附著力。
涂裝前處理程序：
ㄧ、退火 (只適用于塑料)
作用: 由于塑料在涂裝時(shí)容易變形，故必須在涂裝前，將塑料加熱到稍低于熱變形時(shí)的溫度以減低內(nèi)應(yīng)力。大氣電漿溫度低于 80℃，藉由移動(dòng)速度可調(diào)整加工溫度，同時(shí)達(dá)到薄膜表面退火之目的。
