Anais do 12 O Encontro d Iniciação Cintífica Pós-Graduação do ITA XII ENCITA / 2006 Instituto Tcnológico d Aronáutica São José dos Campos SP Brasil Outubro 23 a 26 2006 TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE DA CERÂMICA VERDE COM PLASMA DE ARGÔNIO E DE OXIGÊNIO Mauro Santos d Olivira Junior Faculdad d Tcnologia d São Paulo FATEC-SP Praça Coronl Frnando Prsts 30 Bolsista PIBIC-CNPq mauro_so@hotmail.com Prof. M. Robrto Katsuhiro Yamamoto Faculdad d Tcnologia d São Paulo FATEC-SP Praça Coronl Frnando Prsts 30 Laboratório d Sistmas Intgrávis LSI-PSI-EPUSP Av. Prof. Luciano Gualbrto 158 Trav. 3 katsu@fatcsp.br Rsumo. Plasmas frios são bastant utilizados m procssos d corrosão dposição d films finos m tratamntos d suprfíci d divrsos matriais. A caractrística hidrofóbica ou hidrofílica d uma suprfíci pod sr obtida por mio d tratamnto com plasma d um gás spcífico. Uma das técnicas mais utilizadas para avaliar a modificação da suprfíci é a mdida do ângulo d contato dvido a sua simplicidad. A crâmica vrd fabricada com a tcnologia LTCC (Low Tmpratur Co-Fird Cramic) é um matrial muito utilizado na fabricação d microstruturas dispositivos fluídicos m qu muitas vzs rqurm a colagm d pqunos tubos na suprfíci da crâmica para ntrada saída d fluidos qu dvm star firmmnt adridos à suprfíci. Nst trabalho foi ralizado o studo do tratamnto d suprfíci da crâmica vrd com plasma para mlhorar a adrência da cola póxi. Amostras d crâmica vrd sintrizadas foram xpostas aos plasmas d argônio d oxigênio m divrsas condiçõs d potência d RF prssão vazão do gás tmpo d xposição. O projto fatorial com três fators dois nívis foi utilizado para obtr uma condição ótima d procsso. O mnor valor d ângulo d contato foi d 105 para o plasma d Ar nas condiçõs d 20 W 500 mtorr 50 sccm 10 s. Ensaios d tração foram ralizados m amostras com cinco valors distintos d ângulos d contato para vrificar a xistência d corrlação ntr o ângulo d contato a força d tração qu stá rlacionada com a adrência da cola póxi. Palavras chav: plasmas frios tratamnto d suprfíci crâmica vrd dispositivos fluídicos. 1. Introdução Plasmas frios são plasmas qu possum baixo grau d ionização ausência d quilíbrio térmico ou sja a tmpratura dos létrons é muito maior qu a tmpratura dos íons dmais partículas qu constitum o plasma como mostram (Conrads 2000 Bogarts 2002). Nos últimos anos o studo d tratamnto d suprfíci por plasma vm mostrando avanços significativos. As indústrias d microltrônica opto-ltrônica fabricação d placas d circuito imprsso ntr outras stão buscando soluçõs nssas tcnologias d procssos d tratamnto por plasma para modificação prparação rmoção d contaminants da suprfíci d matriais; para mlhorar a adrência a dposição d outros matriais; para altrar a prmabilidad a rflxão óptica a condutividad. Isso rqur o ajust d divrsos parâmtros para a xposição dos matriais ao plasma como a naturza do gás vazão potência aplicada prssão tmpo d tratamnto. Ao modificar cada um dsss parâmtros consgu-s obtr rsultados difrnts nas análiss após o tratamnto como mostram (March Plasma Systm 2001; Hgmann 2003 Mühlhan 1999). Golonka L. J. mostra qu as crâmicas vrds conhcidas também pla sigla LTCC são muito utilizadas na fabricação d MCM (Multichip Modul) na tcnologia d ncapsulamnto m 3 dimnsõs ntr outras divrsas aplicaçõs dvido às suas xclnts propridads físicas. O uso dsss matriais na indústria rqur mlhorias m algumas das suas propridads o tratamnto d suprfíci com plasma dss matrial ainda não proporcionou muitas publicaçõs no mio cintífico. Em microssistmas fluídicos gralmnt após a obtnção dos dispositivos pqunos tubos mtálicos plásticos ou d vidro são colados gralmnt com o uso da cola póxi na suprfíci da crâmica vrd para utilizar como ntrada saída d fluidos. Nst trabalho foi ralizado o studo do tratamnto d suprfíci da crâmica vrd com plasma d argônio d oxigênio m divrsas condiçõs d procsso com o objtivo d mlhorar a adrência da cola póxi. 2. Plasmas frios Plasma é um gás total ou parcialmnt ionizado composto d partículas carrgadas como íons létrons partículas nutras como átomos moléculas radicais qu mantém nutralidad d cargas. A dnsidad d partículas carrgadas (íons létrons) no plasma a tmpratura dos létrons são os parâmtros qu dfinm o tipo d plasma grado.
Os plasmas utilizados m procssos d tratamnto d suprfíci corrosão dposição d films aprsntam grau d ionização tipicamnt ntr 10-6 10-2 confrindo ionização a uma pquna fração do gás contido dntro do rator qu são produzidos m prssõs baixas ntr 1 mtorr 1 Torr na rgião d dscarga luminosa. As raçõs químicas qu ocorrm no plasma principalmnt quando s utilizam gass rativos são bastant complxas nvolvm muitas raçõs. Gralmnt as raçõs são iniciadas plas colisõs d létrons nrgéticos com as moléculas do gás formando várias spécis rativas qu são importants para o dsmpnho dos procssos d corrosão d dposição. As colisõs ntr létrons moléculas podm sr tanto lásticas quanto inlásticas. Nas colisõs lásticas a transfrência d nrgia do létron para a molécula é dsprzívl havndo somnt a altração da dirção do létron sm havr mudança significativa na sua vlocidad. Nas colisõs inlásticas o létron prd grand part da sua nrgia qu s transfr m forma d nrgia intrna da molécula. As spécis produzidas pla colisão ntr létrons moléculas por sua vz podm ragir ntr si ou com outras moléculas prsnts no plasma produzindo novos íons radicais. Além das raçõs qu ocorrm no plasma as spécis produzidas no plasma podm ragir nas suprfícis qu stjam m contato dirto com o plasma. Estas raçõs são particularmnt importants m procssos d corrosão d dposição d tratamnto d suprfíci. No plasma na rgião d dscarga luminosa também ocorr o procsso d dxcitação ou rlaxação: * 2 2 A A + hν qu é o rsponsávl pla fotomissão confrindo a luminosidad ao plasma. Outro procsso possívl d ocorrr é a fotoionização: + 2 h ν + A A + 2 Nas quaçõs mncionadas antriormnt A rprsnta o átomo a constant h é a constant d Planck é o létron ν é a frqüência da radiação mitida. No plasma as dnsidads d partículas com carga positiva ngativa são iguais. Para mantr a dnsidad iônica ltrônica m quilíbrio é ncssário havr o procsso d ionização para balancar o procsso d prdas por rcombinação caso contrário o plasma sria xtinto. Então para mantr o plasma é ncssária uma font d nrgia xtrna. Na prática sta font d nrgia é um campo létrico qu pod agir dirtamnt sobr as partículas carrgadas. Os plasmas utilizados m procssos d tratamnto d suprfíci corrosão dposição são gralmnt grados ntr dois ltrodos aos quais s aplica uma difrnça d potncial qu cria um campo létrico suficint para ocasionar a ruptura do gás por avalanch: o campo létrico aclra os létrons livrs xistnts no gás ao colidirm com as moléculas do gás pod ocasionar a ionização daqula molécula s os létrons tivrm adquirido uma nrgia cinética igual ou suprior à nrgia d ionização durant o su prcurso dntro do gás. Uma vz qu uma molécula é ionizada produz-s mais um létron livr st por sua vz pod ionizar uma outra molécula assim sucssivamnt. 2.1. Formação da bainha Considrmos um substrato isolado ltricamnt colocado m contato com o plasma como mostrado na Fig. 1. plasma Γ _ létrons Γ i + íons Substrato Figura 1. Um substrato imrso no plasma. Os létrons por srm mnors mais lvs qu os íons aprsntam mobilidad muito maior qu a dos íons. Consqüntmnt quando o substrato é colocado m contato com o plasma no momnto inicial o fluxo d létrons qu incidm na suprfíci do substrato é muito maior qu o dos íons isto é: Γ >> Γ i. Com isto os létrons comçam a carrgar ngativamnt a suprfíci do substrato criando uma rgião d campo létrico d modo a rplir o xcsso d
létrons qu chgam à suprfíci. O stado d quilíbrio é atingido quando ambos os fluxos s igualam isto é: Γ = Γ i. Nst momnto surg a bainha qu é uma rgião gralmnt scura pois a dnsidad d létrons nsta rgião é rduzida dvido à rpulsão daquls plo campo létrico formado sab-s qu os létrons são ssnciais nos procssos d xcitação ionização dos quais provém a fotomissão ocasionados pla dxcitação ou rcombinação dos mtastávis ou dos íons rspctivamnt. No quilíbrio o substrato adquir um potncial V f dnominado potncial flutuant ngativo m rlação ao potncial d plasma V p como mostra a Fig. 2. Vp plasma V f substrato bainha Figura 2. Formação da bainha ao rdor d um substrato flutuant. Como somnt os létrons qu possum nrgia suprior a (V p - V f ) consgum vncr a barrira d potncial imposta pla bainha atingir a suprfíci do substrato a fração d létrons qu ftivamnt atingm o substrato considrando a distribuição maxwlliana d nrgia dos létrons é dada pla Eq. (1): ( V p V f = xp (1) kt n ) n ond é a carga lmntar n é a dnsidad ltrônica na rgião do plasma n é a dnsidad ltrônica ftiva qu ating a suprfíci do substrato k é a constant d Boltzmann. Impondo a condição Γ = Γ i na suprfíci do substrato no rgim prmannt (corrnt total nula) sabndo-s qu: v ( V p V f Γ = n ) xp (2) 4 kt v 8kT = (3) πm ond T é a tmpratura d létrons m é a massa do létron. Considrando-s o critério d Bohm sgundo o qual s prssupõ a xistência d uma rgião d pré-bainha ond xist uma quda d potncial d: 1 kt 2 (4) qu aclra os íons os quais ntram na rgião d bainha propriamnt dita com a vlocidad d Bohm dada por: kt v B = (5) m i ond m i é a massa do íon o fluxo d íons na suprfíci do substrato é dado por: kt Γ i = 06ni (6) m i Logo fazndo Γ = Γ i lmbrando-s qu n = n i no plasma rsulta:
1 kt mi V p V f = ln( ) (7) 2 23m A Eq. (7) mostra qu o potncial na bainha formada m torno d um substrato flutuant dpnd da tmpratura d létrons das massas do íon do létron. Quanto maior for a tmpratura d létrons maior srá o potncial na bainha quanto maior for a razão ntr as massas do íon do létron maior srá também o potncial na bainha. 2.2. Plasmas d rádio frqüência (RF) Gralmnt os plasmas utilizados m procssos d corrosão dposição tratamnto d suprfíci são grados com a aplicação d uma tnsão altrnada d rádio frqüência tipicamnt d 1356 MHz (ssa frqüência foi adotada convncionalmnt para qu não haja intrfrência m outros quipamntos por xmplo m mios d comunicação como sistmas d comunicação d aviõs). A utilização dst tipo d xcitação prmit qu o plasma s form msmo quando xist matrial dilétrico sobr os ltrodos. Além disso aumnta-s bastant a ficiência d ionização pois nsta frqüência os létrons consgum acompanhar a variação da tnsão aumntando consqüntmnt o númro d colisõs ionizants. Dntr os vários tipos d quipamntos qu utilizam RF na gração d plasmas um dos mais conhcidos utilizados é o sistma d corrosão por íons rativos (RIE - Ractiv Ion Etching). No sistma RIE utiliza-s um capacitor d bloquio ntr o grador d RF o catodo a configuração é assimétrica ou sja a ára do catodo é mnor qu a ára do anodo como ilustrado na Fig. 3. Va V b Figura 3. Sistma assimétrico com acoplamnto capacitivo mostrando a variação spacial do potncial médio ntr os ltrodos. Uma particularidad dst tipo d sistma é qu o plasma impõ um potncial no catodo dnominado potncial d autopolarização dnotado por V dc na Fig. 3. Obsrva-s qu a rgião ftiva da formação do plasma não é ncssariamnt na suprfíci do catodo. Considrando o grador d RF d onda quadrada para facilitar o ntndimnto as formas d onda das tnsõs V a V b rspctivamnt na saída do grador no catodo ficam como as indicadas na Fig. 4a 4b rspctivamnt. Figura 4. Evolução tmporal dos potnciais da corrnt no catodo.
A tnsão V b s dsloca para baixo até o momnto m qu a corrnt total s torna nula Fig. 4c pois o capacitor bloquia a corrnt contínua. Com isto atingido o rgim prmannt o catodo fica com um componnt DC ngativo qu é o potncial d autopolarização. Para uma forma snoidal da tnsão d RF gralmnt utilizado m quipamntos d procsso o comportamnto é idêntico ao dscrito antriormnt como mostrado na Fig. 5 para o rgim prmannt. Figura 5. Variação tmporal da tnsão no catodo para uma forma d onda snoidal. O potncial d autopolarização a formação da bainha são muito importants m procssos qu rqurm bombardamnto iônico da suprfíci da amostra por xmplo m corrosão por íons rativos (RIE) m spirramnto catódico (SPUTTERING) m tratamntos d suprfíci. 3. Crâmica vrd A tcnologia da crâmica vrd (LTCC) foi dsnvolvida pla DuPont inicialmnt para aplicaçõs m ncapsulamnto d circuitos híbridos dvido às suas xclnts propridads térmicas mcânicas létricas ao su baixo custo fácil usinagm como mostra (Li 2002). As fitas d LTCC ou crâmicas vrd são matriais compostos d vidro crâmica. A crâmica usualmnt utilizada no procsso d nchimnto para a obtnção da crâmica vrd é a alumina Al 2 O 3 mas também pod contr outros tipos d crâmicas. A composição usual também inclui pastas d vidro para procssos m baixa tmpratura para um mlhor rndimnto obtr um matrial compatívl com a tcnologia d films spssos. Um trciro componnt do composto é um matrial orgânico para a ftivação das ligaçõs control da viscosidad ants do procsso d sintrização. Elas são comrcializadas m rolos d fita com divrsos tipos d spssura na faixa d 100 a 400 µm como mostra (Gongora-Rubio 2001). Com a possibilidad d laminação d várias camadas da fita crâmica a transfrência d padrõs d alta rsolução a sintrização m uma só tapa possibilitou divrsas aplicaçõs para a indústria. A sintrização é ralizada gralmnt com o prfil d tmpratura mostrado na Fig.6. Est prfil aprsnta 2 patamars: no primiro a 350 ºC durant 30 min ocorr a quima d componnts orgânicos da crâmica vrd; no sgundo a 850 ºC durant 30 min ocorr o procsso d sintrização. Ants do primiro patamar ntr os dois patamars a rampa d tmpratura é d aproximadamnt 10 C/min. Após o término do procsso d sintrização ocorr o dcaimnto da tmpratura até a tmpratura ambint d manira natural para vitar possívis problmas d ruptura mcânica dvido ao alto gradint d tmpratura como mostra (Gongora-Rubio 2004). Figura 6. Prfil d tmpratura utilizado na tapa d sintrização.
Todas as dimnsõs da crâmica vrd sofrm uma rdução d aproximadamnt 13 % nas dirçõs x y z após o procsso d sintrização como mostra (Yamamoto 2005). 4. Ângulo d contato Dtrmina-s o ângulo d contato mdindo-s o ângulo formado ntr as intrfacs líquido-gás sólido-líquido. Essas três fass ncssariamnt dvm sr imiscívis. A Fig. 7 ilustra as rtas tangnts às intrfacs a dfinição do ângulo d contato θ qu é o ângulo intrno a gota como mostra (Hnrik 2005). Com a utilização d água DI (dionizada) s o ângulo d contato obsrvado nas amostras for >90 diz-s qu a suprfíci da amostra é hidrofóbica s o ângulo for <90 a suprfíci é dita hidrofílica ou sja a água s spalha com maior facilidad pla suprfíci dvido à baixa tnsão suprficial ntr o líquido o sólido como mostram (Hgmann 2003 Hnrik 2005). Figura 7. Dfinição do ângulo d contato. 5. Procdimntos Exprimntais 5.1. Prparação das amostras A crâmica vrd (Grn Tap LTCC 951AX) com spssura d 250 µm fabricada pla DuPont Elctronics foi cortada m amostras com dimnsõs d 14 15 cm 2 10 20 cm 2 ants da sintrização. Após a sintrização as dimnsõs mdidas foram aproximadamnt 12 13 cm 2 08 17 cm 2 rspctivamnt ou sja houv um ncolhimnto médio d aproximadamnt 15% nas dirçõs x y como ilustra a Fig. 8. Figura 8. Amostra d crâmica vrd ants (squrda) dpois (dirita) da sintrização. A laminação das 5 camadas d crâmica vrd para a prática dos tsts d tração foi ralizada com a prnsa da Lacta Aparlhos Cintíficos Eltrônicos Ltda. a uma tmpratura d 100 ºC prssão d aproximadamnt 50 kgf/cm 2 (corrspondnt à força d 3 tonlada-força) durant 10 min. A sintrização d todas as amostras utilizadas nas xpriências foi ralizada sguindo o prfil d tmpratura mostrado na Fig. 6 do itm 3. 5.2. Exposição ao plasma As amostras d crâmica vrd foram xpostas ao plasma d O 2 Ar dntro do rator d RIE como squmatizado na Fig. 9. A câmara (anodo) possui janlas d vidro qu facilitam a visualização da dscarga. O gás d procsso é controlado por mio d um controlador d fluxo d massa da MKS Instrumnts a prssão no intrior da câmara é mdida por mio d um manômtro capacitivo Baratron da MKS Instrumnts. O plasma é grado por mio d um grador d RF d 1356 MHz (RFX-600 da Advancd Enrgy) com potência máxima d 600 W conctado a uma malha d acoplamnto (ATX-600 da Advancd Enrgy). O sistma d vácuo é composto por uma bomba mcânica E2M80 - PFPE da Edwards qu pod atingir uma prssão bas d 68 mtorr. O sistma complto pod sr visto na ilustração da Fig. 9. A utilização do projto fatorial tm como objtivo stablcr condiçõs d procssos para a xposição da crâmica vrd no procsso d tratamnto por plasma.
Figura 9. Dsnho squmático do rator RIE. 5.3. Mdida do ângulo d contato O fluido utilizado para a mdida do ângulo d contato foi o ml diluído. A sua scolha ocorru dvido à possibilidad d obsrvação quantificação do ângulo d contado ntr as intrfacs ar-líquido líquido-sólido msmo dpois da xposição da crâmica vrd ao plasma fato qu não foi obsrvado para água DI msmo para pqunos valors d potência tmpo d xposição (aproximadamnt 1 s) como mostra a Fig. 10. Figura 10. Gota d água m uma amostra d crâmica vrd após um sgundo d xposição ao plasma d Ar. Como obsrvado na Fig. 10 não foi possívl obtr uma focalização do prfil da gota d água na suprfíci da crâmica vrd impossibilitando a mdida do ângulo dvido à caractrística hidrofílica da suprfíci após a xposição ao plasma d Ar a uma prssão d 1 Torr vazão d 100 sccm potência d 8 W por 1 s. Dvido ao fato da gota tr s spalhado considravlmnt pla suprfíci ocorru a sua vaporação m poucos instants após o gotjo. Como o ml utilizado nas xpriências é diluído m água não possui proporçõs composição conhcidas a tnsão suprficial não foi dtrminada impossibilitando um cálculo mais aprofundado a quantificação d outros possívis parâmtros rfrnt ao ângulo d contato. 6. Rsultados 6.1. Após a xposição ao plasma As condiçõs d xposição das amostras ao plasma stablcidas após tsts prliminars foram: potência d 10 W vazão d 100 sccm prssão d 100 mtorr tmpo d xposição d 10 sgundos. As mdidas d ângulo d contato após a xposição ao plasma d Ar O 2 (Fig. 11) foram ralizadas para a vrificação da rcupração no tmpo do ângulo d contato m rlação à amostra não tratada. A margm d rro (pontilhado) foi fita m dias próximos às mdidas após a xposição ao plasma.
60 60 55 55 50 50 ângulo d contato ( ) 45 40 35 30 25 margm d rro amostra não tratada ângulo d contato ( ) 45 40 35 30 25 margm d rro amostra não tratada 20 20 15 15 10 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 tmpo (min) 10 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 tmpo (min) Figura 11. Variação do ângulo d contato no tmpo após a xposição ao plasma d Ar (squrda) d O 2 (dirita). Na Fig. 11 obsrva-s qu a rcupração do ângulo d contato ultrapassou o su stado antrior algo não obsrvado m um polímro conform mostrado na Fig. 12 no qual o ângulo d contato fica bm abaixo do su stado não tratado como mostra (Hgmann 2003). 90 ângulo d contato ( ) 80 70 60 50 40 30 20 PC não tratado PC tratado com plasma d N2 10 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 tmpo (dias) Figura 12. Variação do ângulo d contato no tmpo para uma amostra d PC tratado com plasma d N 2. As mdidas do ângulo d contato aprsntados nss capítulo foram ralizadas após uma hora d xposição ao plasma pois o ângulo d contato obtido logo após a xposição ao plasma é muito pquno (aproximadamnt 10 ) dificultando a sua mdida. 6.2. Rsultados obtidos através do projto fatorial As condiçõs d procsso do projto fatorial stão mostradas na Tabla 1. Os rsultados xprimntais stão mostrados nas Tablas 2 3. As mdidas do ângulo d contato foram ralizadas após uma hora da xposição ao plasma. Tabla 1. Fators nívis scolhidos para os procssos com plasmas d Ar O 2. Fators + A Vazão (sccm) 50 100 B Prssão (mtorr) 250 500 C Potência (W) 10 20 As amostras foram colocadas sobr o catodo ond xist uma rgião d campo létrico lvado dnominada bainha (ilustrada na Fig. 13) rsponsávl pla aclração d íons positivos para a suprfíci da amostra.
Figura 13. Exposição ao plasma com a influência do Vdc. Tabla 2. Condiçõs xprimntais para o plasma d Ar as variaçõs do Vdc o ângulo d contato. A B C -Vdc a. c. ± σ (V) ( ) 1 66 1825 ± 005 2 + 60 1665 ± 065 3 + 40 1340 ± 050 4 + + 45 1680 ± 020 5 + 130 1990 ± 120 6 + + 130 2025 ± 035 7 + + 87 1050 ± 010 8 + + + 86 2255 ± 045 Os rsultados obtidos para o plasma d Ar mostrados na Tabla 2 organizados m forma d cubo podm sr vistos na Fig. 14. Figura 14. Cubos com a indicação do nívl baixo ( ) para o nívl alto (+) a squrda o Vdc a dirita o ângulo d contato xposição ao plasma d Ar. Tabla 3. Condiçõs xprimntais para o plasma d O 2 as variaçõs do Vdc o ângulo d contato. A B C -Vdc a. c. ± σ (V) ( ) 1 68 1830 ± 070 2 + 67 2350 ± 080 3 + 47 2260 ± 020 4 + + 44 2225 ± 025 5 + 122 1560 ± 010 6 + + 113 2255 ± 005 7 + + 78 1985 ± 005 8 + + + 80 1875 ± 005
Os rsultados obtidos para o plasma d O 2 mostrados na Tabla 3 organizados m forma d cubo podm sr vistos na Fig. 15. Figura 15. Cubos com a indicação do nívl baixo ( ) para o nívl alto (+) a squrda o Vdc a dirita o ângulo d contato xposição ao plasma d O 2. Para os dois tipos d plasma o Vdc aprsntou comportamntos smlhants. Obsrva-s nos dois cubos o aumnto do Vdc com aumnto da potência a diminuição da prssão sm influência significativa com a vazão dos gass. Para o plasma d Ar o mnor ângulo d contato ocorr no vértic 7 qu corrspond a maior potência maior prssão mnor vazão nquanto qu para o plasma d O2 o mnor ângulo d contato ocorr no vértic 5 qu corrspond a maior potência mnor prssão mnor vazão ou sja a condição d ângulo d contato mínimo s localiza na arsta 5-7 para ambos os plasmas difrindo somnt na prssão. Vaskova t al. (2005) mostra uma comparação do comportamnto da dnsidad d létrons do plasma d Ar (Fig. 16) a squrda O 2 (Fig. 16) a dirita com a variação da prssão. Para o plasma d Ar a dnsidad d létrons aumnta com a prssão porém para o plasma d O 2 após prssão ntr 80 100 mtorr a dnsidad d létrons comça a diminuir. dnsidad d létrons (10E16cm³) 3 25 2 15 1 05 ÂRGONIO 50W 100W 150W dnsidad d létrons (10E16cm³) 3 25 2 15 1 05 OXIGÊNIO 50W 100W 150W 0 0 50 100 150 200 250 300 prssão (mtorr) 0 0 50 100 150 200 250 300 350 prssão (mtorr) Figura 16. Curva caractrística da dnsidad d létrons do plasma d Ar (a squrda) O 2 (a dirita) m função da prssão para 3 valors d potência como mostra (Vaskova 2005). Esss dados xplicam o comportamnto difrnciado do ângulo d contato m função da prssão para os plasmas d Ar d O 2 mncionado antriormnt. Pod-s concluir qu a modificação da suprfíci da crâmica vrd stá rlacionada dirtamnt com a dnsidad d létrons pois quanto maior a dnsidad d létrons maior srá a dnsidad d íons positivos consqüntmnt maior srá o bombardamnto iônico da suprfíci da amostra. 6.3. Rsultados dos tsts d tração Tsts d tração prliminars foram fitos com a utilização d amostras com uma camada. Os rsultados mostraram qu amostras tratadas com plasma adquiriram uma adrência mlhor à cola póxi rsultando no rompimnto da crâmica (Fig. 17b). No caso da amostra sm tratamnto (Fig. 17a) houv o dsprndimnto da cola da crâmica na rgião da bas do gancho.
(a) (b) Figura 17. Amostra não tratada (a) amostra tratada (b) após o tst d tração. 7. Conclusão Nst trabalho foi ralizado um studo sobr tratamnto d suprfíci da crâmica vrd com plasmas d Ar O 2 para mlhorar a adrência da cola póxi. O mprgo do projto fatorial foi indispnsávl para a dtrminação das condiçõs adquadas d xposição da crâmica vrd ao plasma. A técnica d caractrização mprgada foi a mdida do ângulo d contato. Através dssa técnica os rsultados indicaram qu procssos d baixa potência pquno tmpo d xposição são suficints para s altrar a suprfíci das amostras d crâmica vrd mdindo-s o valor do ângulo d contato para as difrnts condiçõs d procsso. O mnor valor d ângulo d contato para o plasma d Ar foi d 105 obtido nas condiçõs d 20 W d potência 500 mtorr d prssão 50 sccm d vazão. Para o plasma d O 2 o mnor valor do ângulo d contato foi d 156 obtido nas condiçõs d 20 W 250 mtorr 50 sccm. O uso d uma solução sm caractrísticas conhcidas como o ml diluído para a ralização das mdidas do ângulo d contato mostrou qu não é possívl obtr rprodutibilidad m xpriências futuras pois msmo obtndo uma solução com proporçõs conhcidas inicialmnt ocorr variação na proporção com o passar do tmpo mudando suas caractrísticas. No tst d tração não foi possívl concluir s há corrlação ntr a adrência da cola póxi o ângulo d contato dvido ao problma na obtnção d amostras smlhants com áras d contato iguais. 8. Agradcimntos Ao Laboratório d Sistmas Intgrávis da Escola Politécnica da Univrsidad d São Paulo LSI/PSI/EPUSP por possibilitar a ralização dss trabalho. Ao PIBIC-CNPq plo apoio financiro através da bolsa d iniciação cintífica. 9. Rfrências Bogarts A. t al. 2002 Gas discharg plasmas and thir aplications Spctrochimica Acta Part B v.57 p.609-958. Conrads H.; Schmidt M. 2000 Plasma gnration and plasma sourcs Plasma Sourcs Sci. Tchnol. v.9 p.441-454. Golonka L. J. 2005 Nw application of LTCC tchnology 28 th Int. Spring Sminar on Eltronics Tchnology Poland p.148-152. Gongora-Rubio M. R. t al. 2001 Ovrviw of low tmpratur co-fird cramics tap tchnology for mso-systm tchnology (MsST) Snsors and Actuators A 89 p.222-241. Gongora-Rubio M. R. t al. 2004 LTCC manifold for havy mtal dtction systm biomdical and nviromntal fluids Snsors and Actuators B 103 p.468-473. March Plasma Systms. 2001 Surfac prparation for Improvd Adhsion Application not March Plasma Systms Inc. Hgmann D.; Hrwig B.; Ohr C. 2003 Plasma tratmnt of polymrs for surfac and adhsion improvmnt Nuclar Instrumnts and Mthods in Physics Rsarch B v.208 p.281-286. Hnrik B. 2005 Thortical microfluidics MIC Dpartamnt of Micro and Nanotchnology Tchnical Univrsity of Dnmark Lctur Nots scond dition Dnmark p.76-78. Li J.; Ananthasursh G. K. 2002 Thr-dimnsion low-tmpratur co-fird cramic shlls for miniatur systms application Institut of Physics Publishing J. Micromch. Microng. 12 p.198-203. Mühlhan C. t al. 1999 Improvmnt of bonding proprtis of polypropyln by low-prssur plasma tratmnt Surfacs and Coatings Tchnology v.116-119 p.783-787.
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