TW201709775A

TW201709775A - 電弧式大氣電漿裝置

Info

Publication number: TW201709775A
Application number: TW104127701A
Authority: TW
Inventors: 洪昭南; 徐逸明; 王立民
Original assignee: 馗鼎奈米科技股份有限公司
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-03-01
Also published as: CN106486334A; JP2017045713A; US9474141B1

Abstract

一種電弧式大氣電漿裝置。此電弧式大氣電漿裝置包含第一電極、第二電極以及噴嘴。第一電極配置以連接電源供應器。第二電極具有腔室且接地，其中第一電極位於腔室中。噴嘴接合於該第二電極之底部，且具有至少二噴嘴通道。這些噴嘴通道與腔室連通。

Description

電弧式大氣電漿裝置

本發明是有關於一種電漿裝置，且特別是有關於一種電弧式大氣電漿裝置。

大氣電漿現已廣泛地應用在各領域的表面處理上，藉以提升黏著、印刷、封裝、貼晶等製程的可靠度。然而，電弧式大氣電漿因電弧負電阻的特性，而無法同時產生大面積的電弧放電，使得電弧式大氣電漿的處理範圍有限，因此使此類電漿的應用受到限制。

所幸，雖然電弧式大氣電漿無法同時產生大面積的電弧放電，但其放電密度較高，且所產生之活性物質較多，因而處理速度極快。因此，只要透過短時間掃瞄的方式，即可完成物件之表面處理。藉此，可提升電弧式大氣電漿的應用性。

目前，有一種技術係使電弧式電漿的噴嘴歪斜並旋轉。藉此設計，可利用電漿在從噴嘴噴出時，透過噴嘴的歪斜與圓週式的旋轉，來擴大電漿之噴射面積，再配合被處理物的移動，進而達到大面積處理的效果。然而，在此技術中，噴嘴為電漿裝置之一電極，而旋轉電極之一的噴嘴有相當多的缺點。舉例而言，如圖1所示，當電漿掃描速度過快以至於電漿噴嘴旋轉速度無法跟上時，會產生電漿之處理路徑100無法完全覆蓋被處理面102。如此一來，將導致電漿處理不均勻，使得處理的可靠度與品質不佳。

因此，本發明之一目的就是在提供一種電弧式大氣電漿裝置，其電漿噴嘴包含多個噴嘴通道，可增加電漿噴出量，並可使得電漿處理路徑更為緻密。如此一來，可增加電漿掃描時的處理面積，而可有效改善傳統單噴嘴通道之旋轉噴嘴電漿裝置在高速掃描時因掃描路徑變疏，所造成之處理不均勻的現象。

本發明之另一目的是在提供一種電弧式大氣電漿裝置，其電弧所產生之腔室的中心軸與噴嘴通道之中心軸可不共軸，如此一來電弧可先被噴嘴本體擋住再由噴嘴通道噴出，故可避免被處理表面因電弧直擊而局部受損，進而可提升電漿處理的均勻度與品質。

根據本發明之上述目的，提出一種電弧式大氣電漿裝置。此電弧式大氣電漿裝置包含第一電極、第二電極以及噴嘴。第一電極配置以連接電源供應器。第二電極具有腔室且接地，其中第一電極位於腔室中。噴嘴接合於該第二電極之底部，且具有至少二噴嘴通道。這些噴嘴通道與腔室連通。

依據本發明之一實施例，上述每一噴嘴通道之中心軸與腔室之中心軸平行。

依據本發明之另一實施例，上述每一噴嘴通道之中心軸與腔室之中心軸之間具有一夾角。

依據本發明之又一實施例，上述之噴嘴通道之至少一者之中心軸與腔室之中心軸平行，這些噴嘴通道之至少另一者之中心軸與腔室之中心軸之間具有夾角。

依據本發明之再一實施例，上述每一噴嘴通道之出口的形狀為圓形、橢圓形、狹縫形或多邊形。

依據本發明之再一實施例，上述之第二電極為以腔室之中心軸為旋轉軸旋轉之一旋轉電極。

依據本發明之再一實施例，上述之噴嘴之材料為金屬、或金屬與陶瓷。

依據本發明之再一實施例，上述之噴嘴通道之尺寸不同。

依據本發明之再一實施例，上述之噴嘴通道之尺寸相同。

依據本發明之再一實施例，上述之電源供應器之輸出頻率為1kHz至60kHz，電源供應器之電壓為5kV至20kV。

100‧‧‧處理路徑

102‧‧‧被處理面

200‧‧‧電弧式大氣電漿裝置

202‧‧‧第二電極

204‧‧‧噴嘴

204a‧‧‧噴嘴

204b‧‧‧噴嘴

204c‧‧‧噴嘴

204d‧‧‧噴嘴

206‧‧‧第一電極

208‧‧‧腔室

210‧‧‧中心軸

212‧‧‧開口

214‧‧‧開口

216‧‧‧電弧

218‧‧‧噴嘴通道

220‧‧‧噴嘴通道

222‧‧‧入口

224‧‧‧出口

226‧‧‧入口

228‧‧‧出口

230‧‧‧中心軸

232‧‧‧中心軸

234‧‧‧平板

236‧‧‧孔隙

238‧‧‧處理路徑

240‧‧‧被處理面

242‧‧‧電源供應器

244‧‧‧部分

246‧‧‧噴嘴通道

246a‧‧‧出口

248‧‧‧噴嘴通道

248a‧‧‧出口

250‧‧‧噴嘴通道

250a‧‧‧出口

252‧‧‧噴嘴通道

252a‧‧‧出口

254‧‧‧噴嘴通道

254a‧‧‧出口

256‧‧‧噴嘴通道

256a‧‧‧出口

258‧‧‧噴嘴通道

258a‧‧‧出口

260‧‧‧噴嘴通道

260a‧‧‧出口

262‧‧‧噴嘴通道

262a‧‧‧出口

264‧‧‧噴嘴通道

264a‧‧‧出口

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示一種習知電漿裝置在被處理表面上之電漿處理路徑的示意圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種電弧式大氣電漿裝置的裝置示意圖；〔圖3〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種電弧式大氣電漿裝置在被處理表面上之電漿處理路徑的示意圖；〔圖4A〕係繪示依照本發明之第一實施方式的一種電弧式大氣電漿裝置之噴嘴之出口的示意圖；〔圖4B〕係繪示依照本發明之第二實施方式的一種電弧式大氣電漿裝置之噴嘴之出口的示意圖；〔圖4C〕係繪示依照本發明之第三實施方式的一種電弧式大氣電漿裝置之噴嘴之出口的示意圖；以及〔圖4D〕係繪示依照本發明之第四實施方式的一種電弧式大氣電漿裝置之噴嘴之出口的示意圖。

請參照圖2，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種電弧式大氣電漿裝置的裝置示意圖。在一些實施例中，電弧式大氣電漿裝置200主要包含第一電極206、噴嘴204以及第二電極202。第一電極206配置以連接電源供應器242。第一電極206可例如為一棒狀電極，如圖2所示。第一電極206亦可為中空電極。在一些例子中，電源供應器242為高頻高壓電源供應器。在一些示範例子中，電源供應器242之輸出頻率為1kHz至60kHz，電源供應器242之電壓為5kV至20kV。

第二電極202可為管狀電極，而具有腔室208。而且，第二電極202接地。此外，第二電極202之相對二端分別具有開口212與214。工作氣體可從第二電極202之開口214導入腔室208內。腔室208具有中心軸210。第一電極206設於第二電極202之腔室208中，且鄰近開口214。第一電極206可產生電弧216通過腔室208。藉由電弧放電，可使腔室208內的工作氣體崩潰游離，而產生電漿。

在一些例子中，第二電極202為以其腔室208之中心軸210為旋轉軸而旋轉之旋轉電極。舉例而言，第二電極202可固定於一旋轉軸承(未繪示)上，而此旋轉軸承可與外部動力源連接。利用外部動力源，並經由旋轉軸承，可旋轉第二電極202，而使第二電極202以其腔室208之中心軸210為旋轉軸而旋轉。在另一些例子中，第二電極202為固定之電極，並不會旋轉。

在一些示範例子中，如圖2所示，電弧式大氣電漿裝置200可選擇性地包括平板234。平板234鄰近第二電極202之開口214，可將第一電極206固定在腔室208內。在一些例子中，平板234具有多個孔隙236，這些孔隙236可供工作氣體通過，而進到平板234下方之腔室208的反應區域中。在一些示範例子中，工作氣體的主要成分為空氣或氮氣。

噴嘴204設於第二電極202之開口212處，並與第二電極202之底部接合。也就是說，噴嘴204設於第二電極202之一側，而第一電極206設於第二電極202之相對於噴嘴204的另一側，因此噴嘴204與第一電極206彼此相對。噴嘴204具有至少二個噴嘴通道，例如圖2所示之噴嘴通道218與220。噴嘴通道218及220均與第二電極202之腔室208連通。噴嘴通道218具有入口222與出口224，而噴嘴通道220具有入口226與出口228。而第一電極206所產生之電弧216先通過腔室208，再由入口222與226分別進入噴嘴通道218與220而由出口224與228噴出。

在一些例子中，噴嘴204之材料可例如為金屬。在一些特定例子中，噴嘴204可由金屬與絕緣材料，例如陶瓷所組合而成。舉例而言，噴嘴204在介於噴嘴通道218與220之間的部分244、及/或噴嘴通道218與220之鄰近部分可由陶瓷等絕緣材料所構成，而噴嘴204與第二電極202接合之處及其附近可由金屬材料所構成。在噴嘴204之介於噴嘴通道218與220之間的部分244為絕緣時，第一電極206所產生之電弧216通過腔室208，並在噴嘴204之部分244上方旋轉，藉此可使噴出噴嘴204之電漿氣流更為均勻。而由於噴嘴204之部分244為絕緣時，可防止電弧216直擊此部分244，因此可有效延長噴嘴204之使用壽命。

此外，噴嘴通道218具有中心軸230，噴嘴通道220具有中心軸232。在一些例子中，噴嘴通道218之中心軸230以及噴嘴通道220之中心軸232均未與腔室208之中心軸210共軸。在一些例子中，這些噴嘴通道218與220中之至少一者之中心軸與腔室208之中心軸210平行，噴嘴通道218與220之其餘者之中心軸與腔室208之中心軸210之間具有一夾角而未平行。舉例而言，如圖2所示，噴嘴通道218之中心軸230並未與腔室208之中心軸210平行，而係相對於腔室208之中心軸210傾斜一角度，即噴嘴通道218之中心軸230與腔室208之中心軸210之間具有一夾角，以使所產生之電漿可斜向噴出。另一方面，噴嘴通道220之中心軸232與腔室208之中心軸210平行，以使所產生之電漿可垂直噴出。在一些示範例子中，噴嘴通道218之中心軸230與腔室208之中心軸210之間的夾角大於0度，且小於或等於90度。

在另一些例子中，噴嘴204之噴嘴通道218之中心軸230與噴嘴通道220之中心軸232可均未與腔室208之中心軸210平行，而係相對於腔室208之中心軸210傾斜一角度。其中，噴嘴通道218與220之傾斜角度可相同，亦可不同。在又一些例子中，噴嘴通道218之中心軸230以及噴嘴通道220之中心軸232均可與腔室208之中心軸210平行，以使所產生之電漿可垂直噴出。

藉由使第二電極202之腔室208的中心軸210與噴嘴通道218之入口222的中心軸230及噴嘴通道220之入口226的中心軸232不共軸，電弧216可先被噴嘴204之本體擋住再由噴嘴通道218和220噴出。如此一來，可避免被處理表面因電弧216直擊而局部受損，而可提升電漿處理的均勻度與品質。此外，如圖3所示，由於噴嘴204包含多個噴嘴通道218與220，因此可使得電弧式大氣電漿裝置200所噴出之電漿量大幅增加，並可使得電漿在被處理面240的處理路徑238更為緻密，進而可提升電漿處理之均勻度。

此外，噴嘴通道218與220的尺寸，例如通道直徑，可彼此相同。但在一些例子中，噴嘴通道218與220的尺寸可彼此均不同。在具有三個以上之噴嘴通道的例子中，這些噴嘴通道之尺寸可彼此不同，或均相同，或部分相同。噴嘴通道218與220可均勻地排列在噴嘴204中。在一些例子中，噴嘴通道218與220可不均勻地排列在噴嘴204中。此外，噴嘴通道218之出口224與噴嘴通道220之出口228的形狀可為任意形狀，例如為圓形、橢圓形、狹縫形或多邊形。藉由狹縫形等長形出口設計，可擴大自噴嘴通道218與220噴出之範圍。

請參照圖4A至圖4D，其係分別繪示依照本發明之四個實施方式的電弧式大氣電漿裝置之噴嘴之出口的示意圖。如圖4A所示，噴嘴204a具有二個噴嘴通道246與248。噴嘴通道246之出口246a與噴嘴通道248之出口248a之形狀為圓形。此外，噴嘴通道246之出口246a與噴嘴通道248之出口248a之尺寸大致相等。在圖4B所示之示範例子中，噴嘴204b具有二個噴嘴通道250與252。噴嘴通道250 之出口250a與噴嘴通道252之出口252a之形狀為狹長矩形。而且，噴嘴通道250之出口250a與噴嘴通道252之出口252a之尺寸也大致相等。

在圖4C所示之示範例子中，噴嘴204c具有三個噴嘴通道254、256與258。噴嘴通道254之出口254a、噴嘴通道256之出口256a、與噴嘴通道258之出口258a之形狀均為圓形。此外，噴嘴通道254之出口254a與噴嘴通道256之出口256a之尺寸大致相等，而噴嘴通道258之出口258a之尺寸大於噴嘴通道254之出口254a與噴嘴通道256之出口256a。這些噴嘴通道254、256與258排成一列。

在圖4D所示之示範例子中，噴嘴204d同樣具有三個噴嘴通道260、262與264。噴嘴通道260之出口260a、噴嘴通道262之出口262a、與噴嘴通道264之出口264a之形狀均為圓形。此外，噴嘴通道264之出口264a之尺寸大於噴嘴通道262之出口262a之尺寸，且噴嘴通道262之出口262a之尺寸大於噴嘴通道260之出口260a之尺寸。這些噴嘴通道260、262與264散布於噴嘴204d中而並未排成一列。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之電弧式大氣電漿裝置的電漿噴嘴包含多個噴嘴通道，因此可增加電漿噴出量，並可使得電漿處理路徑更為緻密。故，可增加電漿掃描時的處理面積，而可有效改善傳統單噴嘴通道之旋轉噴嘴電漿裝置在高速掃描時因掃描路徑變疏，所造成之處理不均勻的現象。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為在本發明之電弧式大氣電漿裝置中，電弧所產生之腔室的中心軸與噴嘴通道之中心軸可不共軸，因此電弧可先被噴嘴本體擋住再由噴嘴通道噴出，故可避免被處理表面因電弧直擊而局部受損，進而可提升電漿處理的均勻度與品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。