不同材质工件等离子清洗的气体选择，核心遵循 “材质特性 + 处理目标” 双原则：惰性气体（Ar、N₂）以物理轰击为主，适合去氧化 / 颗粒；活性气体（O₂、H₂、CF₄）以化学反应为主，适合去有机物 / 刻蚀；混合气体兼顾双重效果。以下是分材质的气体选择指南、典型配比及应用案例：
一、 金属材质
金属（（铜、铝、不锈钢、钛合金、钨等））清洗核心目标是 去除表面氧化层、颗粒杂质、油污，同时避免二次氧化，气体选择需匹配金属化学稳定性。
推荐气体及配比
处理目标 | 推荐气体 | 配比 / 纯度 | 核心作用机制 |
去除氧化层 / 颗粒 | 高纯 Ar（99.999%） | 纯 Ar 气 | 离子物理轰击，剥离致密氧化层（如 CuO、Al₂O₃），无化学残留 |
还原顽固氧化层 | Ar/H₂混合 | Ar:H₂=9:1 | H₂自由基还原金属氧化物，Ar 离子辅助剥离，适合不锈钢、钛合金 |
去除表面油污 | O₂/Ar 混合 | O₂:Ar=7:3 | O₂自由基氧化油污为 CO₂/H₂O，Ar 离子增强清洗均匀性 |
精密件防氧化 | 高纯 N₂ | 纯 N₂气 | 低温等离子体轻度活化，形成惰性保护层，适合连接器端子 |
关键注意事项
避免单独使用O₂气清洗铜、铁等易氧化金属，高功率下会加剧表面氧化；
钛合金、医用不锈钢等精密件，优先选用 Ar/H₂混合气，还原 + 物理协同，避免表面微坑；
焊接前金属件（如 BGA 焊盘），建议 Ar 气预处理，去除氧化层后立即焊接，防止二次污染。
典型案例
铜引线框架去氧化：纯 Ar 气，300W，处理 3 分钟 → 氧化层厚度从 50nm 降至 1nm，键合拉力提升 50%；
不锈钢手术器械清洁：O₂/Ar=7:3，400W，处理 4 分钟 → 油污残留＜0.1μg/cm²，满足医疗灭菌标准。
二、 塑料材质
塑料（PP、PE、ABS、PC、PI、PTFE 等）清洗核心目标是 表面活化（提升粘接 / 印刷附着力）、去除脱模剂 / 油污，气体选择需避免损伤塑料分子链。
推荐气体及配比
塑料类型 | 处理目标 | 推荐气体 | 配比 | 核心作用 |
PP/PE（非极性） | 印刷 / 粘接活化 | O₂/Ar 混合 | O₂:Ar=8:2 | O₂自由基引入羟基（-OH）、羧基（-COOH），提升表面能；Ar 离子增强均匀性 |
ABS/PC（极性） | 去油污 + 活化 | 纯 O₂气 | — | 氧化去除表面油污，同时轻度刻蚀增加粗糙度 |
PI/PET（柔性热敏） | FPC 覆盖膜活化 | 纯 Ar 气 | — | 物理轰击轻度粗糙化，避免 O₂气高温氧化损伤基材 |
PTFE（氟塑料） | 提升粘接性 | O₂/N₂混合 | O₂:N₂=1:1 | 打破表面 C-F 键，引入极性基团，解决 PTFE “难粘接” 问题 |
关键注意事项
热敏塑料（如 PI、PET）严禁使用高功率 O₂气，易导致表面碳化、脆化；
PTFE 材质惰性极强，需选用 O₂/N₂混合气 + 中功率（200-300W），才能有效打破 C-F 键；
塑料活化后需在 24 小时内 完成后续粘接 / 印刷，否则极性基团会逐渐失效。
典型案例
PP 汽车保险杠活化：O₂/Ar=8:2，200W，处理 2 分钟 → 表面能从 30mN/m 升至 68mN/m，喷漆附着力达 0 级；
PI 柔性电路板活化：纯 Ar 气，120W，处理 3 分钟 → 覆盖膜剥离强度从 0.8N/mm 升至 1.8N/mm，弯折 10 万次无脱层。
三、 玻璃 / 陶瓷材质（光学镜片、陶瓷基板、石英等）
玻璃 / 陶瓷清洗核心目标是 超净清洁（去除指纹 / 抛光粉）、提升镀膜 / 金属化附着力，气体选择需保护表面光洁度。
推荐气体及配比
处理目标 | 推荐气体 | 配比 | 核心作用机制 |
光学镜片超净清洁 | O₂/N₂混合 | O₂:N₂=1:1 | O₂自由基去除有机指纹，N₂气抑制过度氧化，避免表面雾度上升 |
陶瓷基板金属化前活化 | Ar/O₂混合 | Ar:O₂=9:1 | Ar 离子物理轰击去除烧结残留，O₂自由基活化表面，提升金属镀层附着力 |
石英器件清洁 | 高纯 O₂气 | — | 氧化去除有机污染物，石英化学稳定性强，无损伤风险 |
关键注意事项
精密光学镜片严禁使用纯 Ar 气高功率处理，离子轰击会导致表面划痕，降低透光率；
陶瓷基板去胶渣（如 Al₂O₃基板），可选用 CF₄/O₂混合气（CF₄:O₂=4:6），轻度刻蚀提升表面粗糙度。
典型案例
相机光学镜片清洁：O₂/N₂=1:1，100W，处理 3 分钟 → 表面颗粒＜0.1μm，透光率提升 0.3%，膜层附着力提高 。
四、 半导体 / 精密器件（硅晶圆、MEMS、GaN/SiC、光刻胶）
半导体清洗核心目标是 纳米级清洁、光刻胶去除、TSV 孔清洗，气体选择需满足 无金属污染、高均匀性 要求。
推荐气体及配比
处理目标 | 推荐气体 | 配比 | 适用设备 | 核心效果 |
晶圆光刻胶灰化 | O₂/CF₄混合 | O₂:CF₄=4:1 | 射频（13.56MHz） | O₂氧化光刻胶，CF₄辅助刻蚀残留，灰化率＞99.9%，无胶渣 |
TSV 深孔清洗 | 高纯 Ar 气 | — | 射频（13.56MHz） | 强穿透性，清除深孔内聚合物残留，深宽比＞15:1 |
GaN/SiC 器件清洁 | 高纯 N₂气 | — | 微波（2.45GHz） | 低损伤活化，避免金属离子污染，提升器件阈值电压稳定性 |
MEMS 器件防粘连 | Ar/O₂混合 | Ar:O₂=7:3 | 射频（13.56MHz） | 轻度刻蚀释放应力，解决 MEMS 结构粘连问题 |
关键注意事项
严禁使用含氯 / 含氟以外的腐蚀性气体，避免污染晶圆；
GaN/SiC 等第三代半导体，优先选用 微波等离子 + 高纯 N₂气，无电极污染，低损伤；
光刻胶灰化后需用 Ar 气吹扫，清除腔体内残留氟化物。
典型案例
300mm 晶圆 TSV 孔清洗：纯 Ar 气，200W，处理 1 分钟 → 孔内颗粒去除率 99.9%，键合良率 99.6%；
GaN 器件表面清洁：纯 N₂气，150W，处理 2 分钟 → 表面态密度降至 1×10¹⁰/cm²・eV，器件稳定性提升 30%。
五、 复合材料（碳纤维复材、玻璃纤维增强塑料）
复合材料清洗核心目标是 提升树脂 - 纤维界面结合力，气体选择需保护树脂基体，同时活化纤维表面。
推荐气体及配比
首选 Ar/O₂混合气（Ar:O₂=8:2）：Ar 离子物理轰击清洁纤维表面，O₂自由基活化树脂基体，引入极性基团，提升界面结合力；
避免单独使用高功率 O₂气：会导致树脂基体碳化，降低复合材料力学性能。
典型案例
碳纤维复材（CFRP）活化：Ar/O₂=8:2，200W，处理 4 分钟 → 树脂 - 纤维界面结合力提升 25%，拉伸强度达 2800MPa。
六、 气体选择通用原则
物理优先还是化学优先
去氧化 / 颗粒 / 深孔残留 → 选惰性气体（Ar、N₂）；
去有机物 / 油污 / 光刻胶 → 选活性气体（O₂、CF₄）；
兼顾清洁 + 活化 → 选混合气体。
材质敏感性优先
热敏 / 精密件 → 选低活性气体（Ar、N₂）+ 低功率；
惰性材质（PTFE）→ 选高活性气体（O₂）+ 中功率。
环保与成本
常规工业件优先选Ar、O₂、N₂，成本低且无有毒废气；
含氟气体（CF₄）需配套废气处理装置，仅用于半导体 / 陶瓷刻蚀。
