CONJUNTO DE ELECTRODOS QUE GENERA PLASMA.

Un conjunto (1) generador de descarga luminiscente y/o de descarga de barrera dieléctrica de plasma que comprende al menos un par de electrodos (2) separados de manera substancialmente equidistante,

estando la separación entre los electrodos adaptada para formar una zona de plasma (8) cuando se introduce un gas de proceso y se permite el paso, cuando se requiere, de un precursor o precursores gaseosos, líquidos y/o sólidos, en el que al menos uno de los electrodos (2) comprende una carcasa (20) que tiene una pared interior (5) y exterior (6), en el que la pared interior (5, 6) está formada de un material dieléctrico no poroso, y cuya carcasa (20) retiene al menos un material eléctricamente conductor substancialmente no metálico caracterizado porque se proporcionan medios para variar el tamaño funcional de cada electrodo mediante la introducción y la eliminación del citado material eléctricamente conductor no metálico

Conjunto de electrodos que genera plasma.

La presente invención se refiere a un conjunto generador de plasma que comprende al menos un par de electrodos separados, al menos uno de los cuales es substancialmente no metálico.

Cuando a la materia se le suministra energía de manera continua, su temperatura aumenta y típicamente se transforma de un sólido en un líquido y, a continuación, en un estado gaseoso. Continuar suministrando energía hace que el sistema sufra otro cambio de estado en el cual los átomos o moléculas de gas neutros se rompen debido a colisiones energéticas para producir electrones cargados negativamente, iones cargados positiva o negativamente y otras especies. Esta mezcla de partículas cargadas que exhibe un comportamiento colectivo se llama plasma. Debido a su carga eléctrica, los plasmas están altamente influenciados por campos electromagnéticos externos que los hacen fácilmente controlables. Además, su alto contenido en energía les permite conseguir procesos que son imposibles o difíciles mediante otros estados de la materia, tales como tratamiento mediante líquido o gas.

El término plasma cubre una enorme variedad de sistemas cuya densidad y temperatura varían en muchos órdenes de magnitud. Algunos plasmas están muy calientes y sus especies microscópicas (iones, electrones, etc.) están aproximadamente en equilibrio térmico, estando la introducción de energía al sistema ampliamente distribuida mediante colisiones a nivel atómico/molecular. Otros plasmas, no obstante, en particular los de baja presión (por ejemplo 100 Pa) en los que las colisiones son relativamente infrecuentes, tienen sus especies constitutivas a muy diferentes temperaturas y se llaman plasma en desequilibrio térmico. En estos plasmas no térmicos, los electrones libres están muy calientes con temperaturas de muchos miles de grados Kelvin mientras que las especies neutras e iónicas permanecen frías. Debido a que los electrones libres tiene una masa casi despreciable, el contenido total de calor del sistema es bajo y el plasma opera cerca de la temperatura ambiente permitiendo así el tratamiento de materiales sensibles a la temperatura, tales como plásticos o polímeros, sin imponer una carga térmica peligrosa a la muestra. No obstante, los electrones calientes crean, mediante colisiones de alta energía, una rica fuente de radicales y especies excitadas con una elevada energía potencial química capaz de una profunda reactividad química y física. Es esta combinación de operación a baja temperatura junto con una alta reactividad la que hace a los plasmas no térmicos tecnológicamente importantes y una herramienta muy potente para la fabricación y tratamiento de materiales, capaz de alcanzar procesos que, sien- do en absoluto alcanzables sin plasma, requerirían muy altas temperaturas o sustancias químicas peligrosas y agresivas.

Para aplicaciones industriales de la tecnología de plasma, un método conveniente es acoplar potencia electromagnética en un volumen de gas de proceso que puede ser mezclas de gases y vapores en los cuales las piezas/muestras de trabajo que se van a tratar son sumergidas o a través de las cuales se las hace pasar. Esto se logra haciendo pasar un gas de proceso (por ejemplo helio) a través de un hueco entre electrodos adyacentes a través de los cuales debe aplicarse una gran diferencia de potencial. Se forma un plasma en el hueco (llamado de aquí en adelante zona de plasma) mediante la excitación de los átomos y moléculas gaseosos provocados por los efectos de la diferencia de potencial entre los electrodos. El gas resulta ionizado en el plasma generando radicales químicos, radiación UV, partículas neutras excitadas e iones que reaccionan con la superficie de las muestras. La luminiscencia generalmente asociada con la generación de plasma se provoca porque las especies excitadas emiten luz cuando vuelven a un estado menos excitado. Mediante una correcta selección de la composición del gas de proceso, la frecuencia de la potencia de activación, el modo de acoplamiento de potencia, los parámetros de presión y otros parámetros de control, el proceso del plasma puede ser diseñado a la medida de la aplicación específica requerida por el fabricante.

Debido a la enorme variedad química y térmica de los plasmas, son adecuados para muchas aplicaciones tecnológicas, que aumentan continuamente. Los plasmas de desequilibrio térmico son particularmente efectivos para la activación superficial, la limpieza de superficies, el grabado de materiales y el recubrimiento de superficies.

La activación superficial de materiales poliméricos es una tecnología de plasma industrial ampliamente utilizada, liderada por la industria de la automoción. Así, por ejemplo, las poliolefinas, tales como el polietileno y el polipropileno, que están favorecidas por sus utilidades para el reciclaje, tienen una superficie no polar y por consiguiente una pobre disposición al recubrimiento o a la adhesión. No obstante, el tratamiento mediante plasma de oxígeno resulta en la formación de grupos polares superficiales que proporcionan una alta humectabilidad, y en consecuencia, una excelente cubrición y adhesión a metales, pinturas, adhesivos y otros recubrimientos. Así, por ejemplo, la ingeniería superficial del plasma es esencial para la fabricación de tableros de vehículos, salpicaderos, parachoques etc. y para el ensamblaje de componentes en las industrias de juguetes, etc. Están disponibles muchas otras aplicaciones en la impresión, pintura, adhesión, laminación y recubrimiento general de componentes de todas las geometrías de polímeros, plásticos, materiales cerámicos/inorgánicos, metal y otros materiales.

La creciente generalización y fuerza de la legislación ambiental en todo el mundo está creando una presión substancial en la industria para reducir o eliminar el uso de disolventes y otras substancias químicas húmedas en la fabricación, particularmente para la limpieza de componentes/superficie. En particular, las operaciones de desengrasado basadas en CFCs han sido ampliamente reemplazadas por la tecnología de limpieza de plasma que opera con oxígeno, aire y otros gases no tóxicos. Combinar una pre-limpieza basada en agua con el plasma permite que se puedan limpiar componentes muy sucios y las calidades superficiales obtenidas son típicamente superiores a las que resultan de los métodos tradicionales. Cualquier contaminación superficial orgánica es rápidamente limpiada por un plasma a temperatura ambiente y convertida en CO₂ gaseoso y agua, que puede ser eliminado de manera segura.

Los plasmas pueden ser utilizados también para el grabado de materiales voluminosos, es decir para la eliminación de los mismos de materiales no deseados. Así, por ejemplo, un plasma basado en oxígeno grabará polímeros, un proceso utilizado en la producción de placas de circuito impreso, etc. Diferentes materiales tales como metales, materiales cerámicos e inorgánicos son grabados mediante una cuidadosa selección del gas precursor y la atención a la química del plasma. Estructuras de dimensiones críticas tan pequeñas como nanómetros se producen actualmente mediante tecnología de grabado de plasma.

Una tecnología del plasma que está emergiendo rápidamente en la industria más extendida es la de deposición de recubrimiento de plasma/película fina. Típicamente, se logra un alto nivel de polimerización mediante la aplicación de plasma a gases y vapores monoméricos. Así, puede formarse una película densa, tupidamente tejida y conectada en tres dimensiones que es térmicamente estable, muy resistente químicamente y mecánicamente robusta. Tales películas son depositadas adaptándose a la forma incluso sobre las superficies más intrincadas y a una temperatura, que asegura una baja carga térmica sobre el substrato. Los plasmas son por lo tanto ideales para el recubrimiento de materiales tanto delicados y sensibles al calor como robustos. Los recubrimientos de plasma están libres de microporos incluso con capas finas. Las propiedades ópticas, por ejemplo color, del recubrimiento pueden a menudo ser personalizadas y los recubrimientos de plasma se adhieren bien incluso a materiales no polares, por ejemplo el polietileno, así como acero (por ejemplo películas anti-corrosión sobre reflectores de metal), materiales cerámicos, semiconductores, textiles, etc.

En todos estos procesos, la ingeniería del plasma produce un efecto superficial personalizado a la aplicación o producto deseado sin afectar al volumen del material de ninguna manera. El tratamiento de plasma ofrece al fabricante una herramienta versátil y poderosa que permite...

1. Un conjunto (1) generador de descarga luminiscente y/o de descarga de barrera dieléctrica de plasma que comprende al menos un par de electrodos (2) separados de manera substancialmente equidistante, estando la separación entre los electrodos adaptada para formar una zona de plasma (8) cuando se introduce un gas de proceso y se permite el paso, cuando se requiere, de un precursor o precursores gaseosos, líquidos y/o sólidos, en el que al menos uno de los electrodos (2) comprende una carcasa (20) que tiene una pared interior (5) y exterior (6), en el que la pared interior (5, 6) está formada de un material dieléctrico no poroso, y cuya carcasa (20) retiene al menos un material eléctricamente conductor substancialmente no metálico caracterizado porque se proporcionan medios para variar el tamaño funcional de cada electrodo mediante la introducción y la eliminación del citado material eléctricamente conductor no metálico.

2. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 1 en el que se proporciona una pluralidad de electrodos (2).

3. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material eléctricamente conductor substancialmente no metálico es un disolvente polar.

4. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el disolvente polar es agua, un alcohol y/o glicol.

5. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, en el que el material eléctricamente conductor no metálico es una solución salina.

6. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el material eléctricamente conductor substancialmente no metálico es seleccionado de una pasta polímero metálica y un adhesivo conductor.

7. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la pasta de polímero conductor y el adhesivo conductor son curables.

8. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que cada carcasa (20) tiene una entrada (3) o una entrada (3) o una salida (4) de manera que ningún material eléctricamente conductor no metálico puede ser introducido y eliminado del electrodo (2) por medio de la citada pared interior (3) y/o una salida (4).

9. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que en el que la pared trasera (6) del electrodo es un disipador de calor.

10. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 8, en el que uno o más serpentines (25) de refrigeración o aletas (30) de refrigeración está/están fijados a la pared trasera (6, 6a) para refrigerar el líquido conductor y el conjunto (1).

11. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los electrodos (2) son en forma de cilindros (32, 34) concéntricos.

12. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada electrodo (2) es cuboidal, comprendiendo una carcasa que tiene una cámara (11b) adaptada para recibir el material eléctricamente conductor al menos substancialmente no metálico, cuyo electrodo (2) está hecho de una sola sección de material dieléctrico (67) separada de una placa trasera (6a) metálica que está adaptada para funcionar como un disipador de calor.

13. Un conjunto de plasma a presión atmosférica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende un primer y un segundo par de electrodos planos separados paralelamente (120a, 126a y 126b, 120b), formando la separación entre cada uno de los pares de electrodos primero y segundo unas zonas de plasma primera y segunda (25, 60) caracterizado porque el conjunto comprende también un medio de transportar un substrato (70, 71, 72) sucesivamente a través de las zonas de plasma primera y segunda (25, 60) y un atomizador (74) adaptado para introducir un líquido gaseoso o atomizado y/o materiales para formar recubrimiento en una de las citadas zonas de plasma primera y segunda.

14. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la variación del tipo y concentración de especies iónicas en el líquido conductor controla la capacitancia y la impedancia de los electrodos.

15. Uso de un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes para el tratamiento de películas, fibras sintéticas y/o naturales de tejido no tejido y tejido, tejidos, fibras tejidas o no tejidas, material de celulosa y/o láminas de metal.

16. Uso de un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para el tratamiento de polvos y materiales en forma de partículas.

17. Un par de electrodos separados de manera substancialmente equidistante en los que al menos uno de los electrodos (2) comprende una carcasa (20) que tiene una pared interior (5) y exterior (6), en el que la pared interior (5) está formada de un material dieléctrico no poroso, y cuya carcasa (20) retiene substancialmente un material eléctricamente conductor al menos substancialmente no metálico caracterizado porque se proporciona medios para variar el tamaño funcional de cada electrodo mediante la introducción y la eliminación del citado material eléctricamente conductor no metálico.

18. Un método de tratamiento de un substrato mediante plasma con un conjunto generador de descarga luminiscente de plasma y/o de descarga de barrera dieléctrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 comprendiendo el citado método hacer un substrato a través de una zona de plasma (8) formada afectando un plasma entre los electrodos (2).