In verschiedenen Fertigungsprozessen ist die Optimierung von Oberflächen entscheidend für die Produktqualität. Die Excimer-Technologie hat sich als fortschrittliche Methode für die Oberflächenbehandlung etabliert. Die Stärken liegen in der äußerst effektiven und präzisen Aufbereitung und Aktivierung von Materialschichten. Da die erzeugte UV-Strahlung nahezu keine Wärmeenergie transportiert, sind auch Schäden durch Hitze ausgeschlossen. Die hohe Photonenenergie kann wiederum viele Bindungen aufbrechen. In diesem Beitrag erläutern wir die Grundlagen, Vorteile und industriellen Anwendungen der Excimer-Technologie.
Grundlagen der Excimer-Technologie
Die Excimer-Technologie basiert auf der Bildung von unstabilen, angeregten Gasmolekülen (sog. Excimeren), die durch eine elektrische Entladung erzeugt werden. Beim rasch erfolgenden Zerfall geben sie die Energie in Form von energiereicher Strahlung – hoch-energetische Photonen – in einem engen Wellenlängenbereich ab.
Es können unterschiedliche Edelgase oder Edelgashalogenidverbindungen zum Einsatz kommen, die jeweils eine charakteristische, meist spektral eng begrenzte Strahlung abgeben, wie z.B. Xenon (172 nm), Kryptonchlorid (222nm), Xenonjodid (253 nm) oder Xenonchlorid (308 nm). Für die Anregung der Excimere kommt eine DBD – Dielectric Barrier Discharge (dielektrische Entladung mit Sperrschicht) – zwischen einer inneren Elektrode und den äußeren Elektroden auf dem gasdichten Glasgefäß zur Anwendung.
Dabei wird für die Anregung eine Wechselspannung im Bereich von mehreren 1000 Volt verwendet. Die von Radium Tech eingesetzte, gepulste Wechselspannung steigert die Effizienz bei Xenon auf ca. 40 Prozent.
Mit Hilfe von Excimer-Strahlern lassen sich obere Materialschichten bearbeiten, ohne darunter liegende Schichten zu beschädigen, die Eindringtiefe der Strahlung hängt im Wesentlichen von den Substrat-Eigenschaften ab. Da die erzeugte UV-Strahlung nahezu keine Wärmeenergie transportiert, sind auch Schäden durch Hitze ausgeschlossen. Damit ist die Excimer-Technologie besonders wertvoll für die Bearbeitung empfindlicher Materialien.
Anwendungsbereiche und Materialien
Anwendung finden Excimere auch in Gaslasern, den sogenannten Excimerlasern. Bei diesen besteht das laseraktive Medium vorrangig aus Edelgas-Halogeniden (also eigentlich Exciplexen), wodurch elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich erzeugt werden kann. Ein bekanntes Anwendungsfeld ist das Augenlasern in der Medizin. Excimerlaser sind aber nicht zu verwechseln mit den hier angesprochenen Excimer-Lampen.
In der Praxis werden Excimer-Lampen häufig in der Möbel- und Fußbodenfertigung zur Mattierung von Lacken eingesetzt. Ebenso kommen sie in der Mikrochip-Fertigung, zur Reinigung von medizinischen Geräten und für optimal haftende Lacke und Beschichtungen zur Anwendung. Mit Excimerstrahlern lassen sich beispielsweise Werkstücke aus Kunststoff, Metall und Glas behandeln.
Durch die hohe Energie der Photonen können spezifische Oberflächen erzeugt werden, die für die Weiterverarbeitung im Fertigungsprozess oder für den Endgebrauch entscheidend sind. Daraus ergibt sich die Vielseitigkeit und Effizienz der Technologie in den verschiedenen industriellen Szenarien. Neben dem Erzeugen von Strukturen ist manchmal auch der UV-Reinigungseffekt gewünscht.
Vorteile der Excimer-Technologie
Optimierung von Fertigungsprozessen
Durch Excimer-Technologie lassen sich z.B. Acryl-Lacke ohne Mattierungsmittel mattieren, was die Haltbarkeit und Oberflächenbeschaffenheit verbessert. Die Strahlung ist ohne Aufheizen sofort nutzbar und abschaltbar, was Effizienz und Energieverbrauch optimiert. Mehr zum Thema finden sie unter Excimer-Mattierung.
Verbesserte Oberflächenaktivierung
Durch die Aufbereitung der Oberflächenstruktur können die Haftkräfte an den Kontaktflächen von Materialien (sog. Adhäsionseigenschaften) verbessert werden. Die UV-Oberflächenaktivierung ist nützlich in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, wo starke und dauerhafte Verbindungen besonders wichtig sind.
Schonung empfindlicher Oberflächen
Ein wesentlicher Vorteil der Excimer-Technologie ist die Fähigkeit, empfindliche Oberflächen präzise zu bearbeiten, ohne sie zu beschädigen. Dies ist entscheidend in der Elektronik- und Halbleiterindustrie, wo Materialintegrität entscheidend für die Funktionsfähigkeit ist.
Effiziente Oberflächenreinigung
Die Excimer-UV-Technologie ermöglicht zudem eine effiziente Reinigung von Oberflächen, indem sie Verunreinigungen und Oxidschichten entfernt. Dies verbessert nicht nur die Ästhetik, sondern auch die Langlebigkeit von Bauteilen, Maschinen oder Werkstoffen.
Fazit: Vielseitig einsetzbare Excimerstrahler
Wie dieser Beitrag zeigt, kombiniert die Excimer-Technologie viele Vorteile für die Oberflächenbehandlung in verschiedenen Industrien. Die Fähigkeit, empfindliche Materialien präzise und schonend zu bearbeiten oder zu reinigen, macht sie zum wertvollen Werkzeug. Die Technologie begünstigt eine effiziente und qualitativ hochwertige Fertigung. Hier bei Radium TECH bieten wir verschiedene Xenon-Excimerstrahler an und fertigen aber auch Excimerlampen mit anderen Excimeren und damit anderen Wellenlängen.
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