Nettoyage et modification des surfaces par lumière UV

La lumière ultraviolette (UV) à courtes longueurs d'onde peut être utilisée pour nettoyer ou modifier des surfaces de sorte que les procédés de revêtement, d'adhésion ou de collage puissent s'effectuer efficacement. Le verre, le plastique, le métal, la céramique, le caoutchouc et d'autres matériaux peuvent être traités. Pour cette application, on utilise principalement des lampes à vapeur de mercure basse pression à rendement lumineux élevé. Ces lampes sont intégrées dans une variété de systèmes d'éclairage de SenLights.
Un domaine d'application important est le nettoyage du verre dans la fabrication d'écrans LCD.

La technologie

Introduction

Le soleil émet des UV. L'ozone de notre atmosphère est produit par une réaction chimique déclenchée par la lumière UV. La même réaction chimique peut être utilisée dans des installations de lumière UV pour traiter des surfaces.

Lumière du soleil - formation d'ozone

Le nettoyage effectif de la surface s'effectue par oxydation et scission des contaminants organiques présents à la surface. Sont essentiellement formés du dioxyde de carbone et de l'eau. Les radicaux oxygénés utilisés à cet effet sont générés par la décomposition de molécules d'ozone, elles-mêmes produites à partir de molécules d'oxygène par irradiation UV. Tant la formation de l'ozone que sa décomposition sont provoquées par l'irradiation UV haute énergie des lampes à vapeur de mercure basse pression. Ces lampes sont donc idéales pour de telles applications de nettoyage de surface.

Ozone produit par lumière UV

  • La ligne UV de 185 nm scinde les molécules d'oxygène et entraîne la formation d'ozone O3. La ligne UV de 245 nm décompose l'ozone en formant des radicaux d'oxygène hautement réactifs O• (oxygène activé).
  • Des radicaux tels que •OH, COO•, CO• et •COOH se forment et augmentent la propriété hydrophile de la surface traitée.
  • Les molécules organiques sont fragmentées par la lumière UV et oxydées par les radicaux d'oxygène. Du CO2 et de l'H2O se forment et se désorbent de la surface.
  • La surface est débarrassée des contaminants organiques et devient hydrophile.

Effets de nettoyage

On distingue essentiellement deux effets différents provoqués par la lumière UV sur une surface : le nettoyage de surface et la modification de surface. Les mécanismes de réaction sont différents, mais les deux processus améliorent les forces d'adhésion et les propriétés d'adhérence de la surface traitée. La lumière UV et également la gravure plasma offrent un effet de nettoyage nettement supérieur à une méthode de nettoyage humide conventionnelle. Des substances organiques et en particulier des graisses peuvent être éliminées de manière fiable et approfondie. Cependant cela ne concerne que des couches minces. Ainsi, le nettoyage le plus efficace consiste en une combinaison d'un nettoyage humide conventionnel suivi d'un nettoyage photochimique par traitement UV. Un rinçage final à l'eau ultrapure peut être ajouté si nécessaire pour éliminer les particules éventuellement générées lors du nettoyage photochimique. Telle est la technologie actuelle de nettoyage.

Modification de surface

Comparé au traitement plasma, le traitement photochimique des surfaces par UV présente l'avantage d'une manipulation plus simple. De plus, une irradiation UV peut être appliquée à presque toutes les géométries par l'agencement des lampes ou la conception de la forme des lampes. La méthode peut donc être utilisée, par exemple, sur des pièces moulées. Les pièces en plastique peuvent également être traitées efficacement en raison des faibles températures de procédé. Le succès du traitement dépend naturellement du matériau et de ses propriétés. En conditions propres, l'effet de nettoyage peut durer des semaines.

Effets sur l'adhésion

Après traitement par UV, la surface est nettoyée ou modifiée et les forces d'adhésion sont augmentées. La mouillabilité de la surface change et cette propriété est utilisée pour mesurer l'effet de nettoyage. Plusieurs méthodes sont employées :

Angle de contact d'une goutte d'eau.

Une bonne méthode pour déterminer la nature hydrophile d'une surface consiste à mesurer l'angle de contact d'une goutte d'eau déposée. À mesure que la mouillabilité augmente, l'angle formé par la goutte d'eau et la surface diminue. La méthode est très précise et peut être automatisée.

Angle de contact

Réactif de mouillabilité.

Une autre méthode utilise un agent mouillant spécial dont l'étalement sur la surface est observé. Il est nécessaire de mouiller des surfaces de référence et de comparer l'étalement de l'agent sur la surface de référence avec son étalement sur la surface à tester. La précision de la méthode dépend de l'expérience de l'opérateur.

Test de mouillabilité

Utilisation de grilles de mouillage.

Dans cette méthode, un vernis acrylique est appliqué sur la surface et entaillé en grille. Un film cellophane est appliqué sur le vernis puis arraché. Selon l'adhérence, davantage ou moins de carrés de vernis se détachent de la surface. Le nombre de carrés détachés est compté.

Grille de mouillage
Applications

Le développement de nouveaux produits high-tech exige de plus en plus une définition précise des propriétés de surface. La lumière UV à courtes longueurs d'onde est capable de produire des propriétés de surface reproductibles grâce à des effets de nettoyage et de modification. Cette méthode est aujourd'hui incontournable. Elle permet d'augmenter les rendements de production. Cela s'applique à de nombreuses applications différentes, des composants optoélectroniques aux applications dans le domaine des semi-conducteurs et des écrans LCD, en passant par la préparation des surfaces pour le collage ou des utilisations en technologie médicale et environnementale.

La méthode peut s'appliquer comme nettoyage à sec en atmosphère normale, présente une grande efficacité, est polyvalente et n'altère guère le produit.

Augmentation des forces d'adhésion.

L'amélioration de la surface peut s'appliquer à différents matériaux tels que les plastiques, les métaux et les matériaux inorganiques. Parmi les applications : l'étanchéité d'aquariums, le collage de pièces en plastique ou en caoutchouc, l'application de feuilles d'aluminium dans la fabrication de condensateurs, l'assemblage de têtes magnétiques, frames de semi-conducteurs, ...

Amélioration des propriétés d'adhésion.

Fixation optimale des lubrifiants, revêtements de protection des lentilles, rétroéclairages pour écrans à cristaux liquides, etc.

Amélioration des revêtements.

Cet effet peut être utilisé, par exemple, pour le revêtement de pièces de carrosserie ou le revêtement de bobines de moteurs linéaires supraconducteurs.

Effets de nettoyage.

Le nettoyage du verre ou de produits céramiques ainsi que des surfaces métalliques est une application standard de l'irradiation UV. Il est utilisé dans la fabrication des LCD et des écrans plasma, dans le nettoyage des masques lithographiques, la fabrication des oscillateurs à quartz, le nettoyage des lentilles optiques, prismes, miroirs, composants piézoélectriques et bien d'autres pièces.