CN115038812B - 附件、固相粒子回收装置以及固相粒子回收系统 - Google Patents

Abstract

在固相粒子沉积装置的喷嘴运行时，也高效回收飞散的固相粒子。附件（1）由与冷喷涂装置（100）的喷嘴（130）接合的接合部（2）以及开口部（3）构成，该开口部（3）与接合部（2）结合且含有与回收部（20）连结的至少1个开口（3a、3b），该回收部回收喷嘴（130）向基板（170）喷射的、与基板（170）上的成膜无关的固相粒子（30b）。

Description

附件、固相粒子回收装置以及固相粒子回收系统

技术领域

本发明涉及一种用于固相粒子沉积装置的附件、固相粒子回收装置以及固相粒子回收系统。

背景技术

已知一种固相粒子沉积法，其为向基板喷射固相粒子（粉末），并在该基板上成膜的技术。固相粒子沉积法例如包括冷喷涂法。

冷喷涂法为通过高压气体来对粉末进行加速从而在基板上成膜的技术。未成膜的粉末在与基板碰撞后可产生下述不良影响：（1）附着于基板周边、（2）附着于室的内壁、（3）附着于周边元件等以及／或（4）因室的开闭而向外部飞散。例如，专利文献1中公开有回收成膜时飞散的粉末的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-119673号（2003年4月23日公开）。

发明内容

发明要解决的技术问题

专利文献1公开了一种吸移构件，在气溶胶与基板碰撞后，该吸移构件吸移与结构体形成无关的气溶胶。

然而，专利文献1中，喷嘴不运行，而且吸移筒没有安装在喷嘴上（参照图3）。因此，专利文献1的技术中存在如下技术问题：在喷嘴运行时，吸移筒无法回收飞散的粉末。

本发明的一形态有鉴于上述问题，目的在于实现一种在固相粒子沉积装置的喷嘴运行时，也能高效回收飞散的固相粒子的附件、固相粒子回收装置以及固相粒子回收系统。

解决技术问题的技术手段

为解决上述技术问题，本发明的一形态所涉及的附件由与固相粒子沉积装置的喷嘴接合的接合部以及开口部构成，该开口部与上述接合部结合且含有与回收部连结的至少1个开口，该回收部回收上述喷嘴向基板喷射的、与该基板上的成膜无关的固相粒子。

为解决上述技术问题，作为用于固相粒子沉积装置的固相粒子回收装置，本发明的一形态所涉及的固相粒子回收装置包括：设于所述固相粒子沉积装置的喷嘴上，并含有开口的附件；与所述开口连结，并介由该开口回收上述喷嘴向基板喷射的、与该基板上的成膜无关的固相粒子的回收部。

为解决上述技术问题，本发明的一形态所涉及的固相粒子回收系统包括：设于固相粒子沉积装置的喷嘴上，并含有开口的附件；与所述开口连结，并介由所述开口回收所述喷嘴向基板喷射的、与该基板上的成膜无关的固相粒子的回收部；设于所述基板上，并向所述开口的方向引导所述固相粒子的引导构件。

发明效果

通过本发明的一形态，在固相粒子沉积装置的喷嘴运行时，也能高效回收飞散的固相粒子。

附图说明

[图1] 本实施方式所涉及的固相粒子回收系统的概略侧面视图；

[图2] 本实施方式所涉及的冷喷涂装置的概略图；

[图3] 本实施方式所涉及的一例夹具的照片；

[图4] 本实施方式所涉及的另一例夹具的照片；

[图5] 喷嘴与基板的位置关系概略图；

[图6] 固相粒子从喷嘴飞散的情形的示图；

[图7] 回收固相粒子的情形的示图；

[图8] 本实施方式所涉及的夹具设于基板上的情形的示图；

[图9] 本实施方式所涉及的夹具的形状例。

具体实施方式

下面，参考附图对实施方式进行说明。在下述说明中，相同元件和结构元素附的是同一符号。其名称和功能也相同。因此不对其重复进行详细说明。

本实施方式能适用于固相粒子沉积装置。例如，固相粒子沉积装置包括冷喷涂或气溶胶沉积。本实施方式中，以冷喷涂为例进行说明。

〔冷喷涂〕

近年来使用一种被称作冷喷涂的膜成型法。冷喷涂这一方法的内容为：使温度低于膜材料（固相粒子）熔点或软化温度的载气形成为高速流，向该载气流中投放固相粒子并加速，保持固相状态与基板等高速碰撞从而形成膜。

冷喷涂的成膜原理如下所示。

为使固相粒子附着堆积在基板而成膜，需要某临界值以上的碰撞速度，将此速度称作临界速度。如若固相粒子以低于临界速度的速度与基板碰撞，则基板磨损，只能在基板形成小坑状的凹陷。临界速度会根据固相粒子的材质、大小、形状、温度、氧含量或基板的材质等变化。

如若固相粒子以临界速度以上的速度与基板碰撞，则会在固相粒子与基板（或已成型的膜）的接触面附近发生大剪切所导致的塑性变形。伴随着该塑性变形以及因碰撞而发生在固体内的强冲击波，接触面附近的温度也会上升，在该过程中，在固相粒子与基板、以及固相粒子与膜（已经附着的固相粒子）之间会产生固相接合。

（冷喷涂装置100）

图2为冷喷涂装置100的概略图。如图2所示，冷喷涂装置100包括罐110、加热器120、喷嘴130、给料机140、基板保持器150以及控制装置（无图示）。

罐110贮藏载气。从罐110向加热器120供应载气。作为载气的一示例，能列举出氮、氦、空气或这些气体的混合气体。对载气的压力进行调整，使其在罐110的出口处例如为70PSI以上、150PSI以下（约0.48Mpa以上、约1.03Mpa以下）。不过，罐110出口处的载气压力不限于上述范围，会根据固相粒子的材质、大小或基板的材质等适当调整。

加热器120对罐110供应来的载气进行加热。更具体来说，将载气加热为低于给料机140供应给喷嘴130的固相粒子熔点的温度。例如，在加热器120出口处进行测定时，载气的加热范围为50℃以上、500℃以下。不过，载气的加热温度不限于上述范围，会根据固相粒子的材质、大小或基板的材质等适当调整。

在加热器120进行加热后，将载气供应给喷嘴130。

喷嘴130以300m／s以上、1200m／s以下的范围对加热器120所加热过的载气进行加速，并朝向基板170喷射。此外，载气的速度不限于上述范围，会根据固相粒子的材质、大小或基板的材质等适当调整。

给料机140向喷嘴130所加速的载气流中供应固相粒子。给料机140供应的固相粒子的粒径大小在1μm以上、50μm以下。喷嘴130朝基板170一同喷射给料机140供应的固相粒子以及载气。

基板保持器150固定基板170。喷嘴130向固定于基板保持器150的基板170喷射载气以及固相粒子。例如，在1mm以上、30mm以下的范围内调整基板170表面与喷嘴130前端的距离。如若基板170表面与喷嘴130前端的距离比1mm还近，则固相粒子的喷射速度降低。这是因为喷嘴130喷出的载气会向喷嘴130内回流。此时，因载气回流时而产生的压力，有时会导致与喷嘴130连接的构件（软管等）脱离。另一方面，如若基板170表面与喷嘴130前端的距离远于30mm，则成膜效率降低。这是因为喷嘴130喷出的载气和固相粒子难以到达基板170。

不过，基板170表面与喷嘴130的距离不限于上述范围，会根据固相粒子的材质、大小或基板的材质等适当调整。

控制装置基于预先存储的信息以及／或操作员的输入控制冷喷涂装置100。更具体来说，控制装置控制从罐110向加热器120供应的载气的压力、加热器120所加热的载气的温度、给料机140所供应的固相粒子的种类及量、以及基板170表面与喷嘴130的距离等。

在冷喷涂装置100中，可使用众所周知的固相粒子进行冷喷涂。例如，固相粒子能使用镍粉末、锡粉末或锡粉末与锌粉末的混合材料等。

通过使用冷喷涂装置100，能够享受冷喷涂的优点。例如，冷喷涂具有如下优点。（1）抑制膜氧化、（2）抑制膜的热变质、（3）形成细密的膜、（4）抑制烟雾的产生、（5）必要最小限度的遮蔽、（6）通过简单的装置形成膜、（7）短时间内形成厚金属膜。

（固相粒子回收系统）

下面，通过图1对本实施方式所涉及的固相粒子回收系统40进行说明。图1为本实施方式所涉及的固相粒子回收系统40的概略侧面视图。

固相粒子回收系统40是在冷喷涂装置100（固相粒子沉积装置）回收与基板170上的成膜无关的、飞散的固相粒子的系统。固相粒子回收系统40包括夹具10（引导构件）和固相粒子回收装置25。固相粒子回收装置25包括附件1和回收部20。

附件1由接合部2和开口部3构成。接合部2和开口部3一体设置。接合部2和开口部3一体设置时，在接合部2和开口部3之间不存在明确的边界。不过，在附件1，就将发挥不同功能的两个部分进行结合这一点来说，接合部2与开口部3的结合能视作符合该点。

接合部2和开口部3也可非一体设置，并互相结合。接合部2和开口部3设为非一体时，接合部2和开口部3可通过任意方法解除结合。例如，开口部3含有与接合部2的外形相对应的开口，接合部2镶嵌在该开口。

接合部2与喷嘴130接合。接合部2可通过任意方法与喷嘴130接合。例如，接合部2通过螺纹连接、镶嵌或螺栓固定等方法与喷嘴130接合。

开口部3含有1个或数个开口。图1中，开口部3含有两个开口3a、3b。开口3a、3b含有能与软管22（后述）连结的任意形状。优选开口3a位于夹具10a（后述）的上方，且开口3b位于夹具10b（后述）的上方。

开口3a、3b优选定位于喷嘴130的前端附近。定位于前端附近，指开口3a、3b的开口中心定位为横方向上距喷嘴130侧面5mm以上、30mm以下的位置，以及开口3a、3b的开口中心定位为高度上距基板170 5mm以上、20mm以内。由此，能够提高固相粒子30b的回收效率。横方向指与供成膜的基板170的主面平行的方向。在开口3a、3b为圆形时，开口中心指圆的中心，在开口3a、3b为正方形或矩形时，开口中心指对角线的交点。

回收部20包括集尘机21和软管22。集尘机21介由开口3a、3b回收喷嘴130向基板170喷射的与基板170上的膜形成无关的固相粒子30b。

集尘机21优选具有一定风量以上的集尘能力。集尘机21的集尘能力在一定风量以上时，集尘机21能提高固相粒子30b的回收效率。集尘机21的集尘能力小于一定风量时，固相粒子30b的回收效率降低。根据开口3a、3b的形状、开口3a、3b与基板170的距离或载气压力等决定一定风量。集尘机21也可通过其他能够回收固相粒子30b的任意结构（旋风或静电等）来实现。

软管22的第1端部与开口3a、3b连结，不同于第1端部的第2端部与集尘机21连结。软管22通过螺纹连接或镶嵌等方法与开口3a、3b以及／或集尘机21连结。软管22可为任意材质及／或形状。

夹具10固定在基板170。或，夹具10以能解除固定的方式设于基板170。夹具10包括1个或数个夹具。夹具10对喷嘴130喷射出的载气流进行整流，并向开口3a、3b的方向引导固相粒子30b。夹具10优选沿喷嘴130运行的方向延展。夹具10只要发挥上述功能则材质上无限定。

图1的例子中，夹具10包括夹具10a和夹具10b。夹具10a和夹具10b设于基板170，向开口3a、3b的方向引导固相粒子30b。在下述说明中，不对夹具10a、10b（后述）做区分时，只称夹具10。

固相粒子30a为与在基板170上成膜相关的固相粒子。固相粒子30b为与在基板170上成膜不相关的固相粒子。

（夹具）

图3为本实施方式所涉及的一例夹具10的照片。如图所示，夹具10a和夹具10b设于基板170上。夹具10a和夹具10b沿喷嘴130（无图示）运行的方向延展。

夹具10a含有垂直于基板170的面11a以及形成为弧状的面12a。夹具10b含有垂直于基板170的面11b以及形成为弧状的面12b。图3中，面11a和面11b设于喷嘴130侧。

图4为本实施方式所涉及的另一例夹具10的照片。图4中，面12a和面12b设于喷嘴130侧。

图3、图4各为一例，夹具10也可由其他形状构成。作为其他形状例，能列举出正方形、长方形、三角形或圆形等截面形状。

（固相粒子的回收）

接下来，通过图5～9对回收固相粒子30b的情形进行说明。图5～9中，为易于观察，附件1和回收部20不做图示。图7～9所示箭头表示固相粒子30b的回收方向。

图5为喷嘴130与基板170的位置关系概略图。D表示喷嘴130与基板170的距离。例如，将D设定为5mm以上、15mm以下。θ表示喷嘴130相对于基板170的角度。图中，θ设定为90度。考虑到成膜效率，θ优选为75度以上、90度以下。

图6为固相粒子30b从喷嘴130飞散的情形的示图。通常，冷喷涂法中，固相粒子30b占整体大约97％，剩余的固相粒子（固相粒子30a）与在基板170上成膜相关。

在垂直于载气通过方向的截面中，喷嘴130内的载气通路越往端部则流体能量越低。因此，通过其端部的固相粒子与膜的形成无关，易向空中飞散。图6表示该情形。

固相粒子30b因载气的影响而在基板170附近移动。在横方向上距喷嘴130侧面10mm以上的区域（图中的L在10mm以上的区域）中，固相粒子30b在距基板170高度20mm以下的区域（图中的H在20mm以下的区域）显示出高的粒子分布。以下，将粒子分布高的区域称作“高分布区域”。

图7为回收固相粒子30b的情形的示图。虽没有图示，开口部3的开口3a、3b优选设于高分布区域。通过将开口3a、3b定位于高分布区域，能提高固相粒子30b的回收效率。

图8为夹具10a、10b设于基板170上的情形的示图。夹具10a位于开口3a的下方，夹具10b位于开口3b的下方。夹具10a和夹具10b对喷嘴130喷射出的载气流进行整流，并向开口3a、3b的方向引导固相粒子30b。由此，能够进一步提高固相粒子30b的回收效率。

图9所示为夹具10的形状例。图中，夹具10a的截面形状为圆形，夹具10b的截面形状为正方形。以上为一示例，夹具10可含有正方形、长方形、三角形、圆形或弧状等截面形状。夹具10只要为不与喷嘴130前端接触的尺寸即可。

夹具10也可仅为1个。不过，夹具10优选包括沿喷嘴130运行的方向延展的两个即夹具10a和夹具10b。由此，能够进一步提高固相粒子30b的回收效率。

（实施例）

下述所示为分别针对实例（1）～（3）算出的固相粒子30b回收效率。

（1）不使用夹具10：9.2％

（2）图3的实例：26.8％

（3）图4的实例：24.3％（R＝20mm）

（条件）

・（1）～（3）的实例均使用附件1。

・开口部3的开口中心：

横方向上距喷嘴130侧面10mm，高度上距基板170 20mm

・开口部3的开口半径：7.5mm

・开口部3的开口数：两个

・两个开口位置：以夹着接合部2的方式分别配置在夹具10a、10b的上方。

・集尘机21的风量：1.5m³／min

・喷嘴130的扫描速度：5mm／sec

・回收效率：根据“（回收量／投放量）×100”算出。

上述各数值为分别实施1次后所得结果值。

・喷嘴130与基板170的距离：10mm

・喷嘴130相对于基板170的角度：90度

・固相粒子：镍

・载气压力：在罐110出口处，调整为70PSI以上、150PSI以下（约0.48Mpa以上、约1.03Mpa以下）。

通常，冷喷涂法中，投放的固相粒子之中约97％会飞散。上述（1）为仅使用了附件1的实例。在该实例中，投放的固相粒子也有9.2％得到了回收。由此可知，即使在喷嘴130进行运行时，固相粒子的回收效率也会提高。回收效率越得到提高，就越能节约资源和成本。

上述（2）、（3）为使用了附件1和夹具10的实例。在这些实例中，固相粒子的回收效率进一步提高，为上述（1）的约3倍。

固相粒子沉积装置（冷喷涂或气溶胶沉积）中，有时喷嘴会运行。此时，本实施方式所涉及的固相粒子回收系统40、固相粒子回收装置25以及附件1也如上述所示发挥如下技术效果：与以往的技术相比，能大幅提高固相粒子的回收效率。

在喷嘴130内的载气通路的截面为矩形时，该技术效果更强。

具体而言，在喷嘴130内的载气通路的截面为矩形时，在垂直于载气通过方向的截面中，越往端部则流体能量越低。由此，向空中飞散的固相粒子容易增加。

对于这一点，本实施方式所涉及的附件1设于喷嘴130。因此，在喷嘴130内的载气通路的截面为矩形时，也能维持固相粒子的回收效率。即，无论喷嘴130内载气通路的截面形状为何，本实施方式所涉及的固相粒子回收系统40、固相粒子回收装置25以及附件1都能有效地进行使用。因此，本实施方式所涉及的固相粒子回收系统40、固相粒子回收装置25以及附件1也能一并解决固相粒子飞散而阻碍大量生产产品这一以往的技术问题。

上述（1）～（3）使用镍作为固相粒子，当然，使用其他固相粒子也能获得同样的技术效果。

（总结）

本发明形态1所涉及的附件由与固相粒子沉积装置的喷嘴接合的接合部以及开口部构成，该开口部与上述接合部结合且含有与回收部连结的至少1个开口，该回收部回收上述喷嘴向基板喷射的、与该基板上的成膜无关的固相粒子。

通过上述技术方案，在固相粒子沉积装置的喷嘴进行运行时，也能高效回收飞散的固相粒子。

在本发明形态2所涉及的附件中，在上述形态1中，上述开口部可与上述接合部为一体。

通过上述技术方案，易于制造附件，且无需人工结合上述接合部和上述开口部。

在本发明形态3所涉及的附件中，在本发明的形态1或2中，上述至少1个开口包括两个开口，上述两个开口可夹着上述接合部设置。

通过上述技术方案，变成夹着上述接合部回收从相反方向飞散的固相粒子，因此能够提高固相粒子的回收效率。

本发明形态4所涉及的固相粒子回收装置包括：设于上述固相粒子沉积装置的喷嘴上，并含有开口的附件；与上述开口连结，并介由该开口回收上述喷嘴向基板喷射的、与该基板上的成膜无关的固相粒子的回收部；设于上述基板，并向上述开口的方向引导上述固相粒子的引导构件。

通过上述技术方案，能发挥与上述附件相同的技术效果。

本发明形态5所涉及的固相粒子回收系统包括：设于固相粒子沉积装置的喷嘴上，并含有开口的附件；与上述开口连结，并介由该开口回收上述喷嘴向基板喷射的、与该基板上的成膜无关的固相粒子的回收部；设于上述基板上，并向上述开口的方向引导上述固相粒子的引导构件。

通过上述技术方案，能发挥与上述附件和上述固相粒子回收装置相同的技术效果。

在本发明形态6所涉及的固相粒子回收系统中，在本发明的形态5中，上述引导构件可沿上述喷嘴运行的方向延展。

通过上述技术方案，在上述喷嘴进行运行时，也能维持上述固相粒子的回收效率。

本发明形态7所涉及的固相粒子回收系统中，在本发明的形态5或6中，上述引导构件可位于上述开口的下方。

通过上述技术方案，能进一步提高上述固相粒子的回收效率。

本发明形态8所涉及的固相粒子回收系统中，在本发明的形态7中，上述开口的开口中心可定位为横方向上距上述喷嘴侧面5mm以上、30mm以下的位置，且定位为高度上距上述基板5mm以上、20mm以内。

通过上述技术方案，能够改善上述固相粒子的回收效率。

本发明形态9所涉及的固相粒子回收系统中，在本发明的形态5至8的任一形态中，上述引导构件垂直于上述喷嘴运行方向的截面的形状可为矩形、正方形、三角形、圆形或弧状。

通过上述技术方案，能够高效回收飞散的固相粒子。

本发明不限于上述各实施方式，能在权利要求所示范围内做各种变更，对不同实施方式各自所公开的技术手段进行适当组合所能得到的实施方式也包括在本发明的技术范围内。

编号说明

1 附件

2 接合部

3 开口部

3a、3b 开口

30a、30b 固相粒子

10、10a、10b 夹具（引导构件）

20 回收部

21 集尘机

22 软管

25 固相粒子回收装置

40 固相粒子回收系统

100 冷喷涂装置

110 罐

120 加热器

130 喷嘴

140 给料机

150 基板保持器

170 基板

Claims (5)

1.一种固相粒子回收系统，其包括：

附件，其设于固相粒子沉积装置的喷嘴上，并含有开口；

回收部，与所述开口连结，并介由所述开口回收所述喷嘴向基板喷射的、与所述基板上的成膜无关的固相粒子；

引导构件，其设于所述基板上，并向所述开口的方向引导所述固相粒子。

2.根据权利要求1所述的固相粒子回收系统，其特征在于：

所述引导构件沿所述喷嘴运行方向延展。

3.根据权利要求1或2所述的固相粒子回收系统，其特征在于：

所述引导构件位于所述开口的下方。

4.根据权利要求3所述的固相粒子回收系统，其特征在于：

所述开口的开口中心定位为在横方向上距所述喷嘴侧面5mm以上、30mm以下的位置，且定位为高度上距所述基板5mm以上、20mm以内。

5.根据权利要求1所述的固相粒子回收系统，其特征在于：

所述引导构件垂直于所述喷嘴运行方向的截面的形状为矩形、正方形、三角形、圆形或弧状。