AURORA 250, 450 und 1000: Niederdruck-Plasmasysteme zum Reinigen, Aktivieren und Ätzen
Bauteile mit komplexen Geometrien, schwer zugänglichen Bereichen oder hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität erfordern oft mehr als nur eine selektive Behandlung von außen. Eine kontrollierte Prozessumgebung ermöglicht die Behandlung des gesamten Bauteils, mehrerer Teile oder geeigneter Schüttgüter innerhalb eines Kammerzyklus. AURORA 250, 450 und 1000 sind Niederdruck-Plasmasysteme für die vollflächige Behandlung in einer Vakuumkammer. Je nach Anwendung reinigen, aktivieren oder ätzen sie Bauteiloberflächen zur Vorbereitung auf das Kleben, Beschichten, Bedrucken, Vergießen oder Umspritzen.
Drei Kammergrößen, eine konfigurierbare Plasmaanregung sowie eine Auswahl an Tür- und Werkstückhandhabungskonzepten ermöglichen die Anpassung des Systems an die Prozessentwicklung, die Serienfertigung oder die Integration in automatisierte Produktionsabläufe. Die Modelle AURORA 250, 450 und 1000 begründen die Prinzipien der konfigurierbaren Plattform, die im gesamten AURORA-Plasma-Portfolio zum Einsatz kommen. Plasmaanregung, Gasversorgung, Steuerung, Handhabung und Prozesskonfiguration werden je nach Anwendung ausgewählt. Das an einem AURORA-System gewonnene Prozesswissen kann den Transfer auf ein anderes Systemkonzept unterstützen.
Drei Kammergrößen, eine Plattform
Die Modelle AURORA 250, 450 und 1000 folgen dem gleichen konfigurierbaren Systemkonzept und bieten dabei unterschiedliche Kammergrößen. Die Wahl des geeigneten Systems hängt von den Bauteilabmessungen, der Kammerbeladung, der erforderlichen Handhabung und der vorgesehenen Produktionsumgebung ab. Die Kammergrößen ermöglichen eine kontrollierte Plasmabehandlung innerhalb des verfügbaren Prozessvolumens, wobei die erreichbare Behandlungsgleichmäßigkeit von der Bauteilgeometrie, der Beladung, der Werkstückhandhabung, der Plasmaanregung und dem ausgewählten Prozessrezept abhängt. Aus diesem Grund wird die Gleichmäßigkeit der Behandlung für jede spezifische Anwendung validiert.
Je nach Anwendung können verschiedene Optionen zur Werkstückhandhabung genutzt werden. Ein Drehtisch dreht die in einer Vorrichtung befestigten Bauteile während der Behandlung und kann je nach Bauteilgeometrie und Beladungskonzept eine gleichmäßigere Plasmaeinwirkung unterstützen. Bei geeigneten Schüttgütern hält eine Drehtrommel die Teile während des gesamten Prozesses in Bewegung. Ob eine Trommelbehandlung geeignet ist, wird anhand von Faktoren wie der Teilgeometrie, der mechanischen Empfindlichkeit und der Beladungsmenge bewertet.
Das Türkonzept lässt sich an die Bauteilhandhabung und das Produktionslayout anpassen. Eine Schwingtür ermöglicht den direkten manuellen Zugang zur Kammer, während eine Auszugstür das Beladen mit Trays oder Vorrichtungen erleichtern kann. Für die Integration in automatisierte Produktionsumgebungen ermöglicht eine Inline-Tür, dass die Kammer Teil eines automatisierten Materialflusses wird.
| AURORA 250 | AURORA 450 | AURORA 1000 | |
|---|---|---|---|
| Kammerabmessungen, B × T × H | 250 × 250 × 250 mm | 400 × 490 × 433 mm | 1000 × 1000 × 1000 mm |
| Anwendungsbereich | Kleinere Bauteile, Prozessentwicklung und geringere Produktionsmengen | Mittelgroße Bauteile oder mehrere Teile in einem Bearbeitungszyklus | Größere Bauteile oder mehrere Teile in einem Bearbeitungszyklus |
| Werkstückhandhabung | Drehtisch oder Drehtrommel | Drehtisch oder Drehtrommel | Drehtisch oder Drehtrommel |
| Türkonzepte | Schwenktür, Ausziehtür oder Inline-Tür an der Vorder- oder Seite | Schwenktür, Ausziehtür oder Inline-Tür an der Vorder- oder Seite | Schwenktür, Ausziehtür oder Inline-Tür an der Vorder- oder Seite |
Konfigurierbare Plasma-Anregung
Ein 2,45-GHz-Mikrowellengenerator mit einem Leistungsbereich von 100 bis 1.000 W sorgt für die primäre Plasmaanregung. Je nach Anwendung kann eine optionale Anregung mit 13,56 MHz und 40 kHz den verfügbaren Prozessbereich erweitern. Die Anregungsquellen können je nach Systemkonfiguration einzeln oder in zugelassenen Kombinationen betrieben werden. Die gewählte Frequenz beeinflusst die Plasmadichte, die Ionenwechselwirkung und die Art und Weise, wie Energie auf den Prozess übertragen wird. Die Frequenz allein bestimmt jedoch nicht das Oberflächenergebnis. Prozessgas, Druck, Leistung, Behandlungsdauer, Bauteilgeometrie und Beladung müssen gemeinsam berücksichtigt werden.
Die geeignete Anregung oder Frequenzkombination wird während der Prozessentwicklung entsprechend dem Zielkriterium, dem Material, der Geometrie, dem Prozessgas und den Betriebsbedingungen festgelegt.
| Anregung | Prozesscharakteristik | Anwendungsaspekte |
|---|---|---|
| 2,45 GHz Mikrowelle | Ermöglicht eine hohe Plasmadichte bei niedriger Ionenenergie | Wird häufig für die Reinigung, Aktivierung und Bauteile mit Anforderungen an eine geringe thermische Belastung in Betracht gezogen |
| 13,56 MHz RF | Bietet eine zusätzliche Möglichkeit zur Steuerung der Wechselwirkung zwischen Plasma und Oberfläche | Wird eingesetzt, wenn der Prozess ein anderes Verhältnis zwischen Plasmadichte und Ionenwechselwirkung erfordert |
| 40 kHz | Ermöglicht eine stärkere Wechselwirkung der Ionen mit der Oberfläche | Kann für einen kontrollierten Materialabtrag und andere ionenunterstützte Prozesse relevant sein |
Reinigung, Aktivierung, Ätzen und Oxidreduktion auf den Modellen AURORA 250, 450 und 1000
Welches Oberflächenziel erreicht wird, hängt nicht von der Kammergröße ab. Es ergibt sich aus dem Rezept: Prozessgas, Plasmaanregung, Behandlungsdauer und der Art der Beladung der Bauteile. Alle drei Kammergrößen bieten die gleichen Prozessmöglichkeiten, sodass die an einem System gewonnenen Prozesskenntnisse als Ausgangspunkt für ein anderes System dienen, wenn sich die Stückzahlen oder Bauteilgrößen ändern.
Prozessgase und Prozesssteuerung
Die Gasversorgung wird entsprechend dem erforderlichen Plasmaprozess konfiguriert. Zwei Massendurchflussreglerkanäle sind serienmäßig enthalten. Optional sind bis zu zwei zusätzliche Gaseinlässe erhältlich. Gasdurchfluss, Druck, Plasmaleistung und Behandlungsdauer sind Bestandteil des Prozessrezepts. Das ausgewählte Prozessgas beeinflusst die Wechselwirkung des Plasmas mit der Oberfläche, jedoch bestimmt kein einzelnes Gas allein das Ergebnis. Gaszusammensetzung, Druck, Anregung, Leistung, Behandlungsdauer, Material und der ursprüngliche Zustand der Oberfläche werden bei der Prozessentwicklung gemeinsam bewertet. Das geeignete Gas oder Gasgemisch wird ausgewählt und anhand repräsentativer Musterteile anhand des Zielkriteriums validiert.
| Prozessgas | Typisches Prozessziel | Anwendungsspezifische Wirkung |
|---|---|---|
| Sauerstoff, O2 | Reinigung und Aktivierung | Kann die Oxidation organischer Rückstände und die Modifizierung von Polymeroberflächen unterstützen |
| Argon, Ar | Physikalische Plasmawechselwirkung und Prozessunterstützung | Chemisch inertes Prozessgas, das einzeln oder als Bestandteil eines anwendungsspezifischen Gaskonzepts eingesetzt werden kann |
| Stickstoff, N2 | Aktivierung und Oberflächenmodifizierung | Kann abhängig vom Material und Prozess eine stickstoffbasierte Oberflächenmodifizierung unterstützen |
| Wasserstoff, H2 | Reduktion und Reinigung | Kann unter validierten Prozessbedingungen die Reduktion geeigneter Metalloxide unterstützen |
| Formiergas | Reduktionsorientierte Prozesse | Kann eine kontrollierte wasserstoffhaltige Prozessatmosphäre bereitstellen |
| Luft oder O2/N2-Gemische | Reinigung und Aktivierung | Kann ein anwendungsspezifisches Gleichgewicht zwischen oxidativer und stickstoffhaltiger Plasmachemie ermöglichen |
Prozesssteuerung mit der Plasmatreat PCU
Ein stabiler Plasmaprozess erfordert mehr als nur ein gespeichertes Rezept. Prozesssteuerung, Überwachung, Validierung und Produktionsintegration müssen Hand in Hand gehen. Die Plasmatreat Plasma Control Unit (PCU) unterstützt das Prozesssteuerungskonzept für das AURORA-System. Die PCU bietet eine spezielle Grundlage für die Integration relevanter Prozessinformationen in das übergreifende Steuerungs- und Qualitätssicherungskonzept.
Die spezifische PCU-Konfiguration wird entsprechend dem Plasmaprozess, den Validierungsanforderungen und der Produktionsumgebung ausgewählt. Während der Prozessentwicklung ermittelt Plasmatreat, welche Prozessparameter für das gewünschte Oberflächenergebnis relevant sind. Das validierte Prozessfenster bildet dann die Grundlage für das Rezepturmanagement, die Prozessüberwachung und die Produktionsdokumentation. Aufgezeichnete Systemparameter können dokumentieren, ob ein Zyklus innerhalb der definierten Prozesseinstellungen abgeschlossen wurde. Anwendungsspezifische Oberflächenmessungen überprüfen, ob das gewünschte Behandlungsergebnis erreicht wurde. Eine industrielle SPS mit Touchscreen-Bedienfeld steuert das System. Die Rezepturspeicherung sowie eine mehrstufige Benutzer- und Zugriffsverwaltung schützen validierte Parametersätze vor unbeabsichtigten Änderungen.
Die Prozessdatenerfassung und die Systemschnittstellen unterstützen die Integration in die Produktions- und Qualitätssicherungsumgebung. Ethernet- und USB-Schnittstellen sowie die Fernwartung per VPN sind enthalten. Schnittstellen zu Produktionssystemen werden entsprechend dem Integrationskonzept definiert. Die PCU, die Systemsteuerung und anwendungsspezifische Verifizierungsmethoden bilden komplementäre Bestandteile der Prozesssteuerungsstrategie. Die Unternehmensführung von Plasmatreat positioniert Prozesssteuerung, messbare Ergebnisse, Validierung und Qualitätssicherung als Kernbestandteile der Kundenlösung und nicht als isolierte Hardwarefunktionen.
AURORA 250, 450 und 1000 bearbeiten Bauteile in festgelegten Kammerzyklen, die aus Beladung, Evakuierung, Behandlung und Entlüftung bestehen. Verschiedene Tür-, Steuerungs- und Handhabungskonzepte ermöglichen den manuellen Betrieb oder die Integration in eine automatisierte Fertigung.
Im manuellen Modus belädt der Bediener die Kammer, wählt das validierte Rezept aus und startet den Zyklus, während der automatische Betrieb nach Erhalt des erforderlichen Freigabesignals beginnt. Je nach Konfiguration können automatisches Türöffnen, Sanftanlauf und sanftes Entlüften das Produktions- und Handhabungskonzept unterstützen. Mit einer Inline-Tür an der Vorderseite oder Seite lässt sich die Kammer an eine automatisierte Beschickung per Förderband oder Roboter anschließen. Die geeignete Lösung hängt von der Komponente, der Beschickungsmethode, der Zyklusabfolge, dem verfügbaren Platz, den umgebenden Anlagen, den Systemschnittstellen sowie den Anforderungen an die Prozesssteuerung und Qualitätssicherung ab. Plasmatreat betrachtet die Produktionsintegration als integralen Bestandteil der gesamten Prozesslösung und arbeitet mit den Kunden zusammen, um Materialfluss, Bauteilhandhabung, Schnittstellen und Qualitätssicherung auf den validierten Plasmaprozess abzustimmen.
Wenn Standardkonfigurationen den spezifischen Anforderungen hinsichtlich Kammerzugang, Handhabung oder Schnittstellen nicht gerecht werden, erarbeitet Plasmatreat gemeinsam mit dem Kunden eine anwendungsspezifische Systemkonfiguration und fungiert dabei als Partner in den Bereichen Technologie, Prozess, Entwicklung, Validierung und Integration.
Funktionsbeschichtung mit AURORA-Systemen
Manche Anwendungen erfordern mehr als nur Reinigung, Aktivierung oder Ätzen. Wenn eine spezifisch definierte Oberflächenfunktion benötigt wird, bietet die funktionelle Plasma-Beschichtung PlasmaPlus® einen alternativen Lösungsansatz. Die Anlagen AURORA 250, 450 oder 1000 können so konfiguriert werden, dass sie die für ausgewählte PlasmaPlus®-Beschichtungsverfahren erforderliche Niederdruck-Prozessumgebung bereitstellen. Die erforderlichen Beschichtungsanlagen, die Prozesskonfiguration und das Systemkonzept werden entsprechend der Anwendung und der gewünschten Oberflächenfunktion ausgewählt.
PlasmaPlus® ist die Technologie von Plasmatreat für die funktionelle Plasmabeschichtung. Es handelt sich dabei nicht um eine Erweiterung der Reinigung oder Aktivierung. Reinigung und Aktivierung nutzen die vorhandenen Eigenschaften einer Oberfläche, während PlasmaPlus® durch einen Beschichtungsprozess spezifisch definierte Oberflächenfunktionen hinzufügt.
Machbarkeitstest
Repräsentative Musterteile werden behandelt, und das Oberflächenergebnis wird anhand des definierten Zielkriteriums bewertet.
Der Test liefert eine technische Grundlage für die Auswahl des Plasmaprozesses, der Rezeptur, des Konzepts zur Bauteilhandhabung und der Anlagenkonfiguration.
Worin besteht der Unterschied zwischen AURORA 250, AURORA 450 und AURORA 1000?
Der wesentliche Unterschied liegt in der Kammergröße.
Die AURORA 250 verfügt über eine Kammer mit den Maßen 250 × 250 × 250 mm. Die AURORA 450 bietet eine Kammer mit den Maßen 400 × 490 × 433 mm, und die AURORA 1000 verfügt über eine Kammer mit den Maßen 1000 × 1000 × 1000 mm
Die Systeme basieren auf demselben konfigurierbaren Plattformkonzept mit Optionen für Plasmaanregung, Gasversorgung, Türen und die Handhabung der Bauteile. Die Wahl des geeigneten Systems hängt von den Abmessungen der Bauteile, den Beladungsbedingungen und den Produktionsanforderungen ab.
Benötige ich eine Ansteuerung mit 13,56 MHz oder 40 kHz?
Die geeignete Anregung hängt vom gewünschten Oberflächeneffekt, dem Material, der Bauteilgeometrie, dem Prozessgas und der Beladung ab.
Die 2,45-GHz-Mikrowellenquelle sorgt für die primäre Plasmaanregung. Optional kann eine Anregung mit 13,56 MHz oder 40 kHz geprüft werden, wenn die Anwendung eine andere Plasma-Oberflächen-Wechselwirkung oder einen kontrollierten Materialabtrag erfordert.
Die geeignete Konfiguration wird im Rahmen der Prozessentwicklung festgelegt.
Wie lange dauert ein Prozesszyklus?
Die Evakuierung dauert je nach Konfiguration und Kammerbeladung zwischen 15 und 60 Sekunden. Die Behandlung beginnt nach 10 Sekunden.
Der gesamte Zyklus umfasst zudem das Beladen, Entlüften und Entladen. Die tatsächliche Zykluszeit hängt vom Material, dem Beladungskonzept, der Systemkonfiguration und den Zielkriterien ab und wird während der Prozessentwicklung festgelegt.
Können AURORA-Systeme in eine automatisierte Fertigungslinie integriert werden?
Ja. Durch Inline-Türen an der Vorderseite oder an der Seite sowie einen automatischen Betrieb kann die Kammer als Station innerhalb einer automatisierten Produktionsumgebung eingesetzt werden.
Die Beschickung kann an ein Förderband oder eine Roboterhandhabung angeschlossen werden. Plasmatreat bewertet gemeinsam mit dem Kunden den Materialfluss, die Bauteilhandhabung, die Schnittstellen, die Zyklusabfolge sowie die Anforderungen an die Prozesssteuerung.
Wie wird das Behandlungsergebnis überprüft?
Die geeignete Prüfmethode hängt vom jeweiligen Zielkriterium ab.
Die Benetzbarkeit lässt sich mit Testtinten oder mittels Kontaktwinkelmessung beurteilen. Die Haftung wird anhand einer Prüfmethode bewertet, die den jeweiligen nachgelagerten Prozess und die Qualitätsanforderungen widerspiegelt.
Die aufgezeichneten Systemparameter dokumentieren den abgeschlossenen Prozesszyklus. Anwendungsspezifische Messungen überprüfen den resultierenden Oberflächenzustand.
Welche Funktion hat die Plasmatreat-PCU?
Die Plasmatreat-Plasma-Steuereinheit (PCU) unterstützt das Prozesssteuerungskonzept für das AURORA-System.
Ihre Konfiguration wird entsprechend dem Plasmaprozess, den Validierungsanforderungen, dem Qualitätssicherungskonzept und der Produktionsumgebung ausgewählt.
Können die Modelle AURORA 250, AURORA 450 oder AURORA 1000 funktionale Beschichtungen auftragen?
Die Modelle AURORA 250, 450 und 1000 lassen sich für ausgewählte PlasmaPlus®-Beschichtungsverfahren konfigurieren.
Für eine funktionale Beschichtung sind geeignete Beschichtungsanlagen sowie eine anwendungsspezifische System- und Prozesskonfiguration erforderlich. Bei der Festlegung des Systemkonzepts werden die erforderliche Oberflächenfunktion und das Beschichtungsverfahren berücksichtigt.