(57)【要約】【課題】アーク型大気圧プラズマ装置を提供する。【解決手段】電力供給源に接続されるように配置される第１の電極と、第１の電極が位置するチャンバーを有する接地される第２の電極と、前記第２の電極の底に接合され、チャンバーと連通する少なくとも２つのノズル通路を有するノズルと、を備えるアーク型大気圧プラズマ装置。【選択図】図２
2017045713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給源に接続されるように配置される第１の電極と、
前記第１の電極が位置するチャンバーを有する接地される第２の電極と、
前記第２の電極の底に接合され、前記チャンバーと連通する少なくとも２つのノズル通路を有するノズルと、
を備えるアーク型大気圧プラズマ装置。
【請求項２】
複数の前記ノズル通路の各々の中心軸は、前記チャンバーの中心軸と平行である請求項１に記載のアーク型大気圧プラズマ装置。
【請求項３】
複数の前記ノズル通路の各々の中心軸と前記チャンバーの中心軸との間に夾角がある請求項１又は２に記載のアーク型大気圧プラズマ装置。
【請求項４】
前記ノズル通路の少なくとも一方の中心軸は、前記チャンバーの中心軸と平行であり、前記ノズル通路の少なくとも他方の中心軸と前記チャンバーの前記中心軸との間に夾角がある請求項１又は２に記載のアーク型大気圧プラズマ装置。
【請求項５】
複数の前記ノズル通路の各々の出口は、円状、楕円状、スリップ状又は多角形である請求項１から４の何れか１項に記載のアーク型大気圧プラズマ装置。
【請求項６】
前記第２の電極は、前記チャンバーの中心軸を回転軸として回転する回転電極である請求項１から５の何れか１項に記載のアーク型大気圧プラズマ装置。
【請求項７】
前記ノズルの材料は、金属、又は金属とセラミックである請求項１から６の何れか１項に記載のアーク型大気圧プラズマ装置。
【請求項８】
前記ノズル通路は、異なるサイズを有する請求項１から７の何れか１項に記載のアーク型大気圧プラズマ装置。
【請求項９】
前記ノズル通路は、同じサイズを有する請求項１から７の何れか１項に記載のアーク型大気圧プラズマ装置。
【請求項１０】
前記電力供給源の出力周波数は、１ｋＨｚ〜６０ｋＨｚであり、前記電力供給源の電圧は、５ｋＶ〜２０ｋＶである請求項１から９の何れか１項に記載のアーク型大気圧プラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ装置に関し、特に、アーク型大気圧プラズマ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、大気圧プラズマは、接着、印刷、パッケージング、ダイボンディング等のプロセスの信頼性を向上させるために、各分野の表面処理に広く適用されている。しかしながら、アーク型大気圧プラズマは、アークの負抵抗の特性の原因で、大面積のアーク放電を同時に発生できず、処理範囲が限られるので、このようなプラズマの適用が制限される。
【０００３】
ありがたいことに、アーク型大気圧プラズマは、大面積のアーク放電を同時に発生できないが、放電密度が高く、発生した活物質が多いため、処理速度が極めて速い。そのため、短時間で走査するだけで、対象に対する表面処理を完成することができる。これにより、アーク型大気圧プラズマの適用性を向上させることができる。
【０００４】
現在、アーク型プラズマのノズルを傾斜にして回転させる技術がある。この設計によって、プラズマがノズルから吐き出される場合、ノズルの傾斜と円周式回転によって、プラズマの噴射面積を拡大することができ、更に、被処理物の移動に合わせて、更に、大面積処理の効果を達成することができる。しかしながら、この技術において、ノズルは、プラズマ装置の電極であるが、回転電極の１つとして、多く欠点がある。例としては、図１に示すように、プラズマの走査速度が速すぎて、プラズマノズルの回転速度がプラズマの走査速度に追いつけない場合、プラズマの処理経路１００が被処理面１０２全体を被覆できない可能性がある。このように、プラズマ処理が不均一になって、処理の信頼性と品質が不良になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのため、本発明の目的の一つは、プラズマノズルが少なくとも２つのノズル通路を含むため、プラズマの吐き出し量を向上させ、プラズマの処理経路をより緻密にすることのできるアーク型大気圧プラズマ装置を提供することにある。このように、プラズマの走査時の処理面積を増加し、従来の単一ノズル通路の回転ノズルプラズマ装置の高速走査場合の走査経路の疎らによる処理の不均一の現象を効果的に改善することができる。
【０００６】
本発明の別の目的は、アークを阻むためのマルチ通路に設計されたノズルを有し、プラズマだけがノズル通路から吐き出されるため、被処理表面がアークに直接当たられて部分的に破損しないようにし、更に、プラズマ処理の均一度と品質を向上させることのできるアーク型大気圧プラズマ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上述目的によると、電力供給源に接続されるように配置される第１の電極と、第１の電極が位置するチャンバーを有する接地される第２の電極と、前記第２の電極の底に接合され、チャンバーと連通する少なくとも２つのノズル通路を有するノズルと、を備えるアーク型大気圧プラズマ装置を提供する。
【０００８】
本発明の一実施例によると、前記複数のノズル通路の各々の中心軸は、チャンバーの中心軸と平行である。
【０００９】
本発明の別の実施例によると、前記複数のノズル通路の各々の中心軸とチャンバーの中心軸との間に夾角がある。
【００１０】
本発明のまた別の実施例によると、前記ノズル通路の少なくとも一方の中心軸は、チャンバーの中心軸と平行であり、これらのノズル通路の少なくとも他方の中心軸とチャンバーの中心軸との間に夾角がある。
【００１１】
本発明のもう１つの実施例によると、前記複数のノズル通路の各々の出口は、円状、楕円状、スリップ状又は多角形である。
【００１２】
本発明のもう１つの実施例によると、前記第２の電極は、チャンバーの中心軸を回転軸として回転する回転電極である。
【００１３】
本発明のもう１つの実施例によると、前記ノズルの材料は、金属、又は金属とセラミックである。
【００１４】
本発明のもう１つの実施例によると、前記ノズル通路は、異なるサイズを有する。
【００１５】
本発明のもう１つの実施例によると、前記ノズル通路は、同じサイズを有する。
【００１６】
本発明のもう１つの実施例によると、前記電力供給源の出力周波数は、１ｋＨｚ〜６０ｋＨｚであり、電力供給源の電圧は、５ｋＶ〜２０ｋＶである。
【００１７】
下記図面の説明は、本発明の上記または他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のプラズマ装置の被処理表面におけるプラズマの処理経路を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るアーク型大気圧プラズマ装置を示す装置模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るアーク型大気圧プラズマ装置の被処理表面におけるプラズマの処理経路を示す模式図である。
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態に係るアーク型大気圧プラズマ装置のノズルの出口を示す模式図である。
【図４Ｂ】本発明の第２の実施形態に係るアーク型大気圧プラズマ装置のノズルの出口を示す模式図である。
【図４Ｃ】本発明の第３の実施形態に係るアーク型大気圧プラズマ装置のノズルの出口を示す模式図である。
【図４Ｄ】本発明の第４の実施形態によるアーク型大気圧プラズマ装置のノズルの出口を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２を参照されたい。図２は、本発明の一実施形態に係るアーク型大気圧プラズマ装置を示す装置模式図である。ある実施例において、アーク型大気圧プラズマ装置２００は、主に、第１の電極２０６と、ノズル２０４と、第２の電極２０２と、を備える。第１の電極２０６は、電力供給源２４２に接続されるように配置される。第１の電極２０６は、例えば、図２に示すように、棒状の電極であってよい。第１の電極２０６は、中空電極であってもよい。ある例において、電力供給源２４２は、高周波高圧の電力供給源である。ある例示的な例において、電力供給源２４２は、出力周波数が１ｋＨｚ〜６０ｋＨｚであり、電圧が５ｋＶ〜２０ｋＶである。
【００２０】
第２の電極２０２は、チャンバー２０８を有する管状電極であってもよい。そして、第２の電極２０２は接地する。また、第２の電極２０２の対向する両端は、それぞれ開口２１２、２１４を有する。作動ガスは、第２の電極２０２の開口２１４からチャンバー２０８内に導入されてよい。チャンバー２０８は、中心軸２１０を有する。第１の電極２０６は、開口２１４に近接するように、第２の電極２０２のチャンバー２０８の中に設けられる。第１の電極２０６は、チャンバー２０８を通過するアーク２１６を発生させることができる。アーク放電によって、チャンバー２０８内の作動ガスが潰れ遊離して、プラズマを発生させることができる。
【００２１】
ある例において、第２の電極２０２は、そのチャンバー２０８の中心軸２１０を回転軸として回転する回転電極である。例としては、第２の電極２０２は、外部動力源と接続する回転軸受け（図示せず）に固定されてもよい。外部動力源によって、回転軸受けを介して、第２の電極２０２をそのチャンバー２０８の中心軸２１０を回転軸として回転させることができる。別の例において、第２の電極２０２は、回転しないように固定される電極である。
【００２２】
ある例示的な例において、図２に示すように、アーク型大気圧プラズマ装置２００は、平板２３４を選択的に備えてもよい。平板２３４は、第２の電極２０２の開口２１４に近接し、第１の電極２０６をチャンバー２０８内に固定できるようになっている。ある例において、平板２３４は、作動ガスを通過させて平板２３４の下方のチャンバー２０８の反応領域の中に入らせる複数の隙間２３６を有する。ある例示的な例において、作動ガスの主成分は、空気又は窒素ガスである。
【００２３】
ノズル２０４は、第２の電極２０２の底と接合するように、第２の電極２０２の開口２１２に設けられる。つまり、ノズル２０４が第２の電極２０２の一側に設けられ、第１の電極２０６が第２の電極２０２のノズル２０４に対する他側に設けられるため、ノズル２０４と第１の電極２０６とは、互いに対向する。ノズル２０４は、例えば、図２に示すようなノズル通路２１８、２２０の少なくとも２つのノズル通路を有する。ノズル通路２１８及び２２０の何れも第２の電極２０２のチャンバー２０８と連通する。ノズル通路２１８は、入口２２２と出口２２４を有する。ノズル通路２２０は、入口２２６と出口２２８を有する。アークにより発生したプラズマは、チャンバー２０８を通過してから、入口２２２、２２６からそれぞれノズル通路２１８、２２０に入って、出口２２４、２２８から吐き出される。
【００２４】
ある例において、ノズル２０４の材料は、例えば、金属であってもよい。ある特定な例において、ノズル２０４は、金属とセラミックのような絶縁材料からなってもよい。例としては、ノズル２０４のノズル通路２１８とノズル通路２２０との間の部分２４４、及び／又はノズル通路２１８、２２０の近接部分は、セラミック等の絶縁材料からなってよい。ノズル２０４と第２の電極２０２との接合部及びその近傍は、金属材料からなってよい。ノズル２０４のノズル通路２１８とノズル通路２２０との間の部分２４４が絶縁である場合、第１の電極２０６により発生したアーク２１６は、チャンバー２０８を通過して、ノズル２０４の部分２４４の上方で回転し、これにより、ノズル２０４から吐き出されるプラズマ気流がより均一になる。ノズル２０４の部分２４４が絶縁である場合、アーク２１６がこの部分２４４に直接当たらないようにすることができるため、ノズル２０４の寿命を効果的に長くすることができる。
【００２５】
また、ノズル通路２１８は、中心軸２３０を有する。ノズル通路２２０は、中心軸２３２を有する。ある例において、ノズル通路２１８の中心軸２３０及びノズル通路２２０の中心軸２３２の何れもチャンバー２０８の中心軸２１０と同軸ではない。ある例において、これらのノズル通路２１８、２２０は、少なくとも一方の中心軸がチャンバー２０８の中心軸２１０と平行であり、他の一方の中心軸がチャンバー２０８の中心軸２１０と平行ではなく、夾角を有する。例としては、図２に示すように、ノズル通路２１８の中心軸２３０は、チャンバー２０８の中心軸２１０と平行ではなく、チャンバー２０８の中心軸２１０に対してある角度で傾斜する。つまり、発生したプラズマを斜に吐き出すように、ノズル通路２１８の中心軸２３０とチャンバー２０８の中心軸２１０との間に夾角を有する。一方、発生したプラズマを垂直に吐き出すように、ノズル通路２２０の中心軸２３２がチャンバー２０８の中心軸２１０と平行である。ある例示的な例において、ノズル通路２１８の中心軸２３０とチャンバー２０８の中心軸２１０との夾角は、０°より大きく９０°以下である。
【００２６】
別の例において、ノズル２０４のノズル通路２１８の中心軸２３０とノズル通路２２０の中心軸２３２との何れも、チャンバー２０８の中心軸２１０と平行ではなく、チャンバー２０８の中心軸２１０に対してある角度で傾斜する。ノズル通路２１８、２２０の傾斜角度は、同じであっても、異なってもよい。また別の例において、発生したプラズマを垂直に吐き出すように、ノズル通路２１８の中心軸２３０及びノズル通路２２０の中心軸２３２の何れも、チャンバー２０８の中心軸２１０と平行であってもよい。
【００２７】
ノズル２０４のマルチ通路の設計によって、アーク２１６は、先にノズル２０４の本体に阻まれて、プラズマだけがノズル通路２１８、２２０から吐き出される。このように、被処理表面がアーク２１６に直接当たられて部分的に破損しないようにし、プラズマ処理の均一度と品質を向上させることができる。また、図３に示すように、ノズル２０４が複数のノズル通路２１８、２２０を含むため、アーク型大気圧プラズマ装置２００から吐き出されたプラズマ量を大幅に向上させ、プラズマの被処理面２４０における処理経路２３８をより緻密にし、更に、プラズマ処理の均一度をさらに向上させることができる。
【００２８】
また、ノズル通路２１８、２２０のサイズ、例えば、通路の直径は、互いに同じであってもよい。しかし、ある例において、ノズル通路２１８、２２０のサイズは、何れも互いに異なってもよい。３つ以上のノズル通路を有する例において、これらのノズル通路のサイズは、互いに異なっても、何れも同じであっても、部分的に同じであってもよい。ノズル通路２１８、２２０は、ノズル２０４の中に均一に配列されてもよい。ある例において、ノズル通路２１８、２２０は、ノズル２０４の中に不均一に配列されてもよい。また、ノズル通路２１８の出口２２４とノズル通路２２０の出口２２８とは、例えば、円状、楕円状、スリップ状又は多角形のような、如何なる形状であってもよい。スリップ状等の長い出口の設計によって、ノズル通路２１８、２２０から吐き出す範囲を拡大することができる。
【００２９】
図４Ａ〜図４Ｄを参照されたい。図４Ａ〜図４Ｄは、それぞれ本発明の４つの実施形態に係るアーク型大気圧プラズマ装置のノズルの出口を示す模式図である。図４Ａに示すように、ノズル２０４ａは、２つのノズル通路２４６、２４８を有する。ノズル通路２４６の出口２４６ａとノズル通路２４８の出口２４８ａとは、円状である。また、ノズル通路２４６の出口２４６ａとノズル通路２４８の出口２４８ａとは、サイズがほぼ同じである。図４Ｂに示す例示的な例において、ノズル２０４ｂは、２つのノズル通路２５０、２５２を有する。ノズル通路２５０の出口２５０ａとノズル通路２５２の出口２５２ａとは、細長い長方形である。そして、ノズル通路２５０の出口２５０ａとノズル通路２５２の出口２５２ａとも、サイズがほぼ同じである。
【００３０】
図４Ｃに示す例示的な例において、ノズル２０４ｃは、３つのノズル通路２５４、２５６、２５８を有する。ノズル通路２５４の出口２５４ａと、ノズル通路２５６の出口２５６ａと、ノズル通路２５８の出口２５８ａとは、何れも円状である。また、ノズル通路２５４の出口２５４ａとノズル通路２５６の出口２５６ａとはサイズがほぼ同じであるが、ノズル通路２５８の出口２５８ａのサイズがノズル通路２５４の出口２５４ａとノズル通路２５６の出口２５６ａより大きい。これらのノズル通路２５４、２５６、２５８が一列に配列される。
【００３１】
図４Ｄに示す例示的な例において、ノズル２０４ｄは、同様に、３つのノズル通路２６０、２６２、２６４を有する。ノズル通路２６０の出口２６０ａと、ノズル通路２６２の出口２６２ａと、ノズル通路２６４の出口２６４ａとは、何れも円状である。また、ノズル通路２６４の出口２６４ａのサイズがノズル通路２６２の出口２６２ａのサイズより大きく、ノズル通路２６２の出口２６２ａのサイズがノズル通路２６０の出口２６０ａのサイズより大きい。これらのノズル通路２６０、２６２、２６４は、一列に配列されず、ノズル２０４ｄの中に散布される。
【００３２】
上述の実施形態から、本発明のメリットとしては、本発明のアーク型大気圧プラズマ装置のプラズマノズルが少なくとも２つのノズル通路を含むため、プラズマの吐き出し量を向上させ、プラズマの処理経路をより緻密にすることができることが判明される。その故に、プラズマの走査時の処理面積を増加し、従来の単一ノズル通路の回転ノズルプラズマ装置の高速走査場合の走査経路の疎らによる処理の不均一の現象を効果的に改善することができる。
【００３３】
上述の実施形態から、本発明の別のメリットとしては、本発明のアーク型大気圧プラズマ装置において、アークを阻むためのマルチ通路に設計されたノズルを有し、プラズマだけがノズル通路から吐き出されるため、被処理表面がアークに直接当たられて部分的に破損し、更に、プラズマ処理の均一度と品質を向上させることができることが判明される。
【００３４】
本発明の実施例を前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本発明の思想と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、したがって、本発明の保護範囲は、下記添付の特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。
【符号の説明】
【００３５】
１００、２３８  処理経路
１０２、２４０  被処理面
２００  アーク型大気圧プラズマ装置
２０２  第２の電極
２０４、２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ  ノズル
２０６  第１の電極
２０８  チャンバー
２１０、２３０、２３２  中心軸
２１２、２１４  開口
２１６  アーク
２１８、２２０、２４６、２４８、２５０、２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２、２６４  ノズル通路
２２２、２２６  入口
２２４、２２８、２４６ａ、２４８ａ、２５０ａ、２５２ａ、２５４ａ、２５６ａ、２５８ａ、２６０ａ、２６２ａ、２６４ａ  出口
２３４  平板
２３６  隙間
２４２  電力供給源
２４４  部分。
【図１】
2017045713.tif 000003
【図２】
2017045713.tif 000004
【図３】
2017045713.tif 000005
【図４Ａ】
2017045713.tif 000006
【図４Ｂ】
2017045713.tif 000007
【図４Ｃ】
2017045713.tif 000008
【図４Ｄ】
2017045713.tif 000009