低溫等離子清洗機(jī)在微電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是在絕大數(shù)條件下，等離子體的產(chǎn)生需要在低氣壓條件下實(shí)現(xiàn)，真空等離子清洗機(jī)設(shè)備價(jià)格昂貴、真空環(huán)境操作的復(fù)雜性大大地限制了其在其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。為了擺脫對真空環(huán)境的依賴，大氣等離子清洗機(jī)的出現(xiàn)解決了這一問題。
大氣壓冷等離子體是在約101.325kPa下的氣體環(huán)境中產(chǎn)生的非平衡態(tài)等離子體。由于放電冷離子體的特殊性，它們都很難達(dá)到熱平衡態(tài)，電子溫度遠(yuǎn)大于離子溫度，形成低溫非平衡態(tài)等離子體。等離子體在大氣壓開放環(huán)境條件下的產(chǎn)生和應(yīng)用，使得等離子體自身的產(chǎn)生變得簡單、設(shè)備的制造和維護(hù)成本大大降低。同時(shí)，等離子體源具有更好的移動(dòng)性，在進(jìn)行材料處理、輔助機(jī)械加工過程中更易于操作。
兩種常見的大氣等離子清洗機(jī)
大氣等離子清洗機(jī)工作原理
圖1為大氣等離子清洗機(jī)工作原理示意圖，其主要由電源系統(tǒng)、等離子噴槍系統(tǒng)及氣源系統(tǒng)三部分組成。當(dāng)交流高壓電源以幾kHz，數(shù)kV輸出時(shí)，在棒狀電極末端，距離金屬噴嘴最近的地方易形成極高電場，出現(xiàn)尖端放電；工作氣體在這個(gè)區(qū)域被交流高壓電源充分電離，產(chǎn)生等離子體；并隨著工作氣體的不斷涌入，等離子體被吹出噴嘴，形成一段距離有限且發(fā)光的等離子體射流，伴隨嘶嘶聲。
圖1 大氣等離子清洗機(jī)工作原理示意圖
（1）電源系統(tǒng)
等離子體放電所使用的電源可為射頻電源、高壓直流電源、低頻交流電源等。而高壓直流電源需要較為復(fù)雜的阻抗匹配，射頻電源會產(chǎn)生較強(qiáng)的電場輻射，需要對設(shè)備進(jìn)行電磁屏蔽。因此，大氣等離子清洗機(jī)大都選用低頻交流電源作為電源系統(tǒng)。
低溫等離子體電源由接觸調(diào)壓器和交流電源兩部分組成。交流電源的輸出頻率為30~100kHz，中心頻率60kHz，輸出電壓0～30kV，額定功率500W；接觸調(diào)壓器額定輸入電壓220V，輸出電壓0~250V。
（2）氣源系統(tǒng)
氣源系統(tǒng)的作用是將合適壓強(qiáng)及流量的工作氣體輸送至電極系統(tǒng)，其主要包括工作氣體源、減壓閥及氣體質(zhì)量流量控制器。
工作氣體經(jīng)由氣源釋放后，通過調(diào)節(jié)氣體減壓閥降低所需壓強(qiáng)后，進(jìn)入氣體質(zhì)量流量控制器，通過調(diào)節(jié)氣體質(zhì)量流量控制器參數(shù)，調(diào)整合適的氣體流量，氣體隨后通入等離子體發(fā)生器。由于氣體流量對等離子體放電特性有著重要的影響，因此我們需要對工作氣體的流量進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。氣體質(zhì)量流量控制器流量調(diào)節(jié)范圍0~50L，靈敏度0.1L。
（3）等離子噴槍系統(tǒng)
等離子體噴槍是由一個(gè)圓柱體的金屬射頻電極和圓筒狀的金屬地電極構(gòu)成，在圓柱體電極和圓筒地電極之間有一個(gè)圓筒狀的放電縫隙，在電極的一端用絕緣材料密封，另一端設(shè)有一個(gè)噴口，當(dāng)工作氣體通過該電極之間的縫隙時(shí)被擊穿電離形成等離子體，在氣體壓力推動(dòng)下，然后從噴口向外噴出，從噴口向外噴出的等離子體束流的長度取決于放電功率和進(jìn)氣量。
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