Funcionalização de superfícies por plasma

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Palestra realizada no dia 1 de junho de 2011 na UCS para um público de cerca de 50 pessoas, no contexto da Semana Acadêmica do CCET. Organização: Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies e Curso de Engenharia de Materiais da UCS.

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Funcionalização de superfícies por plasma

  1. 1.
  2. 2. Metalurgia<br />
  3. 3.
  4. 4.
  5. 5.
  6. 6.
  7. 7.
  8. 8.
  9. 9.
  10. 10.
  11. 11.
  12. 12.
  13. 13. metro<br />
  14. 14.
  15. 15.
  16. 16. Eletrodo de alta tensão<br />Linhas de campo<br />Eletrodo aterrado<br />Concentração de elétrons<br />③ Fase de formação da baínhacatódica<br />① Fase de Towsend<br />Canal de descarga<br />Carga de superfície<br />② Fase de ionização ou streamer<br />④ Fase de extinção<br />
  17. 17.
  18. 18.
  19. 19.
  20. 20.
  21. 21.
  22. 22.
  23. 23.
  24. 24. Medidor de pressão<br />Gerador de microondas 300W<br />Surfaguide<br />Sistema de aquecimento<br />Folha de cobre<br />TudoemQuartzo<br />Tuboem Pyrex <br />Fluxímetros<br />Pressão:<br />~ 5 mbar<br />N2<br />H2<br />O2<br />Borbulhador de APTMS<br />Bomba de vácuo<br />
  25. 25.
  26. 26. Pré-tratamento:<br />Tratamento APTMS:<br />N2 + H2<br />N2 + APTMS<br />Condiçõesexperimentais:<br /><ul><li>Fluxo de N2: 1 slm
  27. 27. Fluxo de H2: entre 20 e 100 sccm
  28. 28. Potência: 200 W
  29. 29. Pressão: 1.8 mbar
  30. 30. Tempo de tratamento: 1 min
  31. 31. Temperatura de tratamento: 25 e 70°C</li></ul>Condiçõesexperimentais:<br /><ul><li>Fluxode N2: 1 slm
  32. 32. Fluxo de gásportador de APTMS: 2 slm de N2
  33. 33. Potência: 200 W
  34. 34. Pressão: 5 mbar
  35. 35. Tempo de tratamento: 2 min
  36. 36. Temperatura de tratamento: 25 e 70°C</li></li></ul><li>Pré-tratamento:<br />Tratamento APTMS:<br />N2 + H2<br />N2 + APTMS<br />Epóxi<br />Revestimento<br />Baixaadesãorevestimento/substrato:<br />Peel-test<br />Cobre<br />Força de pelagem (N.mm-1)<br />Distância de pelagem (mm)<br />
  37. 37. Pré-tratamento:<br />Tratamento APTMS:<br />N2 + O2<br />N2 + APTMS<br />Condiçõesexperimentais:<br /><ul><li>Fluxo de N2: 1 slm
  38. 38. Fluxo de O2: 100 sccm
  39. 39. Potência: 200 W
  40. 40. Pressão: 1.8 mbar
  41. 41. Tempo de tratamento: 1 min
  42. 42. Temperatura de tratamento: 25 e 70°C</li></ul>Condiçõesexperimentais:<br /><ul><li>Fluxo de N2: 1 slm de N2
  43. 43. Fluxo de gásportador de APTMS: 2 slm de N2
  44. 44. Potência: 200 W
  45. 45. Pressão: 5 mbar
  46. 46. Tempo de tratamento: 2 min
  47. 47. Temperatura de tratamento: 25 e 70°C</li></li></ul><li>Pré-tratamento:<br />Tratamento APTMS:<br />N2 + O2<br />N2 + APTMS<br />Tratamento a 70°C:<br />Peel-test<br />70°C<br />Epóxi<br />Força de pelagem (N.mm-1)<br />Revestimento<br />?<br />Ruptura interfacial oucoesiva<br />25°C<br />Revestimento<br />Cobre<br />Distância de pelagem (mm)<br />
  48. 48.
  49. 49.
  50. 50.
  51. 51.
  52. 52. Pré-tratamento:<br />Tratamento APTMS:<br />N2 + O2<br />N2 + APTMS<br />Tratamento a 70°C:<br />Peel-test<br />70°C<br />Epóxi<br />Força de pelagem (N.mm-1)<br />Revestimento<br />?<br />Ruptura interfacial oucoesiva<br />25°C<br />Revestimento<br />Cobre<br />Distância de pelagem (mm)<br />
  53. 53. Tratamento APTMS:<br />Pré-tratamento:<br />N2 + APTMS +O2<br />N2 + O2<br />Condiçõesexperimentais:<br /><ul><li>Fluxo de N2: 1 slm
  54. 54. Fluxo de O2: 100 sccm
  55. 55. Fluxo de gásportador de APTMS: 2 slm de N2
  56. 56. Potência: 200 W
  57. 57. Pressão: 5.1 mbar
  58. 58. Tempo de tratamento: 2 min
  59. 59. Temperatura de tratamento: 70°C</li></ul>Condiçõesexperimentais:<br /><ul><li>Fluxo de N2: 1 slm
  60. 60. Fluxo de O2: 100 sccm
  61. 61. Potência: 200 W
  62. 62. Pressão: 1.8 mbar
  63. 63. Tempo de tratamento: 1 min
  64. 64. Temperatura de tratamento: 70°C</li></li></ul><li>(N2 + O2) + N2 + APTMS + O2 : 1.1 N.mm-1<br />Pré-tratamento<br />Fase de revestimento<br />Epóxxi<br />Revestimento<br />?<br />Rupturacoesivaou interfacial<br />Revestimento<br />Cobre<br />
  65. 65. Tratamento 1:<br />(N2 + H2) + N2 + APTMS (0.1 N.mm-1)<br />Tratamento 2:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS (0.65 N.mm-1)<br />Tratamento 3:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS + O2(1.1 N.mm-1)<br />
  66. 66. Perfilemprofundidadeusando XAES<br />Revestimento<br />Cobre (PVD)<br />Wafer de silício<br />
  67. 67. XPS(X-rayphotoelectronspectroscopy)<br />Níveis específicos de energia do elemento<br />Raio-X<br />Fotoelétron<br />Energia de Ligação (eV)<br />Raio-X<br />Fotoelétron<br />Intensidade<br />XAES(X-rayexcitedAugerelectronspect.)<br />Elétron Auger-KLL<br />Elétron excitado pelos raios-X<br />Energia Cinética (eV)<br />Níveis específicos de energia do elemento<br />
  68. 68. Perfilemprofundidadeusando XAES<br />Revestimento<br />Cobre (PVD)<br />Wafer de silício<br />
  69. 69. Tratamento 1:<br />(N2 + H2) + N2 + APTMS (0.1 N.mm-1)<br />
  70. 70. Revestimento<br />Tratamento 1:<br />(N2 + H2) + N2 + APTMS (0.1 N.mm-1)<br />C-X<br />Presença de carbono = baixaadesãorevestimento/substrato?<br />Cobre<br />
  71. 71. Tratamento 2:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS (0.65 N.mm-1)<br />
  72. 72. Revestimento<br />Revestimento<br />Tratamento 2:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS (0.65 N.mm-1)<br />Ausência de carbonona interface = boa adesãorevestimento/substrato?<br />Revestimento<br />Cobre<br />
  73. 73. Tratamento 3:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS + O2(1.1 N.mm-1)<br />
  74. 74. Contaminação de superfície:<br />C-X<br />Cobre<br />Limpezadafolha de cobre: <br />COx<br />Cobre<br />
  75. 75. Contaminação de superfície:<br />C-X<br />Copper<br />Limpeza+ oxidaçãodafolha de cobre: <br />COx<br />Cu-O-Si…<br />Responsávelpela boa adesão com o APTMS?<br />Óxido de Cobre<br />Cobre<br />
  76. 76. Cu + N2+O2 plasma<br />Cu decapadoem 5% H2SO4<br />Satélite Cu2+ <br />Intensidade (u.a.)<br />Intensidade (u.a.)<br />Formação de CuO<br />Energia de ligação (eV)<br />Energia de ligação (eV)<br />
  77. 77. Tratamento 3:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS + O2(1.1 N.mm-1)<br />
  78. 78. Tratamento 3:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS + O2(1.1 N.mm-1)<br />Cu 2p<br />Aparentemente o óxidofoireduzidopelo precursor!<br />CuOnão é observado!<br />Satélite Cu2+<br />Intensity (a.u.)<br />Cobre<br />Revestimento<br />Binding energy (eV)<br />
  79. 79.
  80. 80. (N2 + H2) + N2 + APTMS = 1% at. F<br />Tratamento 1:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS = 1% at. F<br />Tratamento 2:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS + O2 = 0% at. F<br />Tratamento 3:<br />
  81. 81.
  82. 82. (N2 + H2) + N2 + APTMS = 1.7% at. F<br />Tratamento 1:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS = 1.6% at. F<br />Tratamento 2:<br />(N2 + O2) + N2 + APTMS + O2 = 1.4% at. F<br />Tratamento 3:<br />
  83. 83.
  84. 84.
  85. 85. DBD Convencional =1 N.mm-1<br />Tocha DBD =0.95 N.mm-1<br />
  86. 86.
  87. 87. DBD Convencional =1 N.mm-1<br />Tocha DBD =0.95 N.mm-1<br />

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