JP2008041355A - プラズマ表面処理装置及び表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板状又はフィルム状の被処理体の、表面処理が必要な領域にのみ、短時間で表面処理を行なうことができるプラズマ表面処理装置及び表面処理方法の提供。
【解決手段】板状又はフィルム状の被処理体４を載置する第１電極５と、第１電極５と相対的に接近・離間する第２電極２と、第２電極２に取付けられ、第１、第２電極５，２を接近させたとき第１電極５上の被処理体４に当接する面に、被処理体４の表面処理面を囲む凹部７が形成された誘電体３と、第１，第２電極５、２間に高周波高電圧を印加して被処理体４に当接した誘電体３の凹部７内で誘電体バリア放電８を発生させる電源１と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリント配線基板やガラス基板等の被処理体をプラズマに晒して表面処理を行なうプラズマ表面処理装置及び表面処理方法に関するものである。

従来、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、パソコン、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイなどの電子機器では、多くのプリント配線基板やガラス基板が使用され、これらの基板表面には、様々な材料が接着されたり、インクや薄膜によるコーティングが行われる。このとき、基板の接着面、コーティング面の表面状態が重要になる。

基板表面が濡れにくい材質の場合や、有機物で汚染されている場合には、接着やコーティングの品質を維持することができない。そこで、この問題を解決するために、大気圧下又は大気圧近傍下で、プラズマ生成用ガスをプラズマ励起し、生成した活性種により基板（被処理体）の表面処理を行なって表面を改質する方法が試みられている。

例えば、大気圧下で、対向配置した誘電体被覆電極間に高電圧を印加し、放電によりプラズマ生成用ガスをプラズマ励起し、生成した活性種を基板表面に移送して表面処理を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２５３７３０４号公報

（特許文献１）に記載された方法は、基板表面（被処理体）が金属又は合金の場合でもアーク放電が発生することがなく、大面積基板の表面処理が可能である。しかしながら、対向配置した誘電体被覆電極間にガスを供給する必要があり、ガスとして空気を用いると処理時間が増加し、処理時間を短縮するためには、希ガス等の添加が必要になるという問題があった。さらに、表面処理が不要な面も同時に処理されるため、表面処理が不要な耐プラズマ性のない部材にダメージを与えるおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、板状又はフィルム状の被処理体の、表面処理が必要な領域にのみ、短時間で表面処理を行なうことができるプラズマ表面処理装置及び表面処理方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、板状又はフィルム状の被処理体を載置する第１電極と、第１電極と相対的に接近・離間する第２電極と、第２電極に取付けられ。第１、第２電極を接近させたとき第１電極上の被処理体に当接する面に、該処理体の表面処理面を囲む凹部が形成された誘電体と、第１、第２電極間に高周波高電圧を印加して被処理体に当接した誘電体の凹部内で誘電体バリア放電を発生させる電源と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかるプラズマ表面処理装置は、被処理体の所定の表面処理面のみを、高密度のプラズマで表面処理することができるので、表面処理面に付着した有機汚染物質の除去、官能基の付与及び濡れ性の向上等が短時間で可能となり、表面処理面への材料の接着、インクや薄膜によるコーティング等の品質を向上することができる、という効果を奏する。

本願の第１の発明は、板状又はフィルム状の被処理体を載置する第１電極と、第１電極と相対的に接近・離間する第２電極と、第２電極に取付けられ、第１、第２電極を接近させたとき第１電極上の被処理体に当接する面に、該処理体の表面処理面を囲む凹部が形成された誘電体と、第１、第２電極間に高周波高電圧を印加して被処理体に当接した誘電体の凹部内で誘電体バリア放電を発生させる電源と、を備えることを特徴とするプラズマ表面処理装置であり、被処理体の表面処理面が誘電体と接触しないので、表面処理面に傷をつけることもなく、汚染物質を付着させることもないという作用を有する。

また、凹部により形成される閉空間内の大気中において、安定した誘電体バリア放電を発生させることが可能で、専用ガスが不要となり、表面処理面を直接、高密度プラズマに晒すという作用を有する。また、誘電体バリア放電を行う領域を、被処理体の表面処理面及びその周辺に限定できるため、被処理体全面を処理する場合よりも、消費電力を大幅に低減するという作用を有する。

また、第２電極に誘電体が取付けられているので、アーク放電の発生が抑制され、アーク放電による表面処理面へのダメージを抑制するという作用を有する。また、板状又はフィルム状の被処理体を挟んで表面処理を行うので、被処理体の反りが規制され、安定した誘電体バリア放電が行なわれるという作用を有する。

本願の第２の発明は、誘電体に形成された凹部の深さが、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ表面処理装置であり、誘電体表面に誘電体バリア放電を発生させる空間を確保するという作用を有する。

本願の第３の発明は、第１電極と被処理体との間に誘電体を介在させることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ表面処理装置であり、両面プリント配線基板のように、被処理体の両面に金属があるような被処理体であっても、異常放電の発生が抑制され、異常放電による表面処理面へのダメージを抑制するという作用を有する。

本願の第４の発明は、第２電極は複数の電極を有し、凹部が形成された複数の誘電体が該複数の電極にそれぞれ取付けられ、第１電極に載置された複数の被処理体を同時に表面処理することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のプラズマ表面処理装置であり、生産性を高めるという作用を有する。

本願の第５の発明は、誘電体バリア放電により発生した物質を排気する排気装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のプラズマ表面処理装置であり、表面処理時に発生するオゾンや窒素酸化物等の物質を強制排気してプラズマ表面処理装置の連続運転を可能とするという作用を有する。

本願の第６の発明は、第１電極を、被処理体を載置する位置と、第２電極の直下の位置と、表面処理後の被処理体を搬出する位置と、に移動させる搬送装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のプラズマ表面処理装置であり、生産性を高めるという作用を有する。

本願の第７の発明は、被処理体はプリント配線基板であり、表面処理面は、異方性導電フィルムの接着面又はワイヤーボンディング面であることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載のプラズマ表面処理装置であり、プリント配線基板を挟んで表面処理を行うので、プリント配線基板の反りが規制され、安定した誘電体バリア放電を行なうことができる。

本願の第８の発明は、板状又はフィルム状の被処理体を第１電極に載置するステップと、凹部が形成された誘電体を取付けた第２電極と第１電極とを互いに接近させ、誘電体を被処理体に当接させ、凹部により被処理体の表面処理面を囲むステップと、凹部内で、誘電体バリア放電を発生させるステップと、第１、第２電極を互いに離間させるステップと、を備えることを特徴とするプラズマ表面処理方法であり、被処理体の表面処理面が誘電体と接触しないので、表面処理面に傷をつけることもなく、汚染物質を付着させることもないという作用を有する。また、凹部により形成される閉空間内の大気中において、安定した誘電体バリア放電を発生させることが可能で、専用ガスが不要となり、表面処理面を直接、高密度プラズマに晒すという作用を有する。また、誘電体バリア放電を行う領域を、被処理体の表面処理面及びその周辺に限定できるため、被処理体全面を処理する場合よりも、消費電力を大幅に低減するという作用を有する。また、第２電極に誘電体が取付けられているので、アーク放電の発生が抑制され、アーク放電による表面処理面へのダメージを抑制することができるという作用を有する。また、板状又はフィルム状の被処理体を挟んで表面処理を行うので、被処理体の反りが規制され、安定した誘電体バリア放電が行なえるという作用を有する。

本願の第９の発明は、第１電極と被処理体との間に誘電体を介在させて誘電体バリア放電を発生させることを特徴とする請求項８記載のプラズマ表面処理方法であり、両面プリント配線基板のように、被処理体の両面に金属があるような被処理体であっても、異常放電の発生が抑制され、異常放電による表面処理面へのダメージを抑制する、という作用を有する。

本願の第１０の発明は、第２電極は複数の電極を有し、凹部が形成された複数の誘電体が該複数の電極にそれぞれ取付けられ、第１電極に載置された複数の被処理体を同時に表面処理することを特徴とする請求項８又は９に記載のプラズマ表面処理方法であり、生産性を高めるという作用を有する。

本願の第１１の発明は、誘電体バリア放電により発生した物質を強制排気することを特徴とする請求項８〜１０いずれかに記載のプラズマ表面処理方法であり、表面処理時に発生するオゾンや窒素酸化物等の物質を強制排気してプラズマ表面処理装置の連続運転を可能とするという作用を有する。

本願の第１２の発明は、第１電極を、被処理体を載置する位置と、第２電極の直下の位置と、表面処理後の被処理体を搬出する位置と、に移動させることを特徴とする請求項８〜１１いずれかに記載のプラズマ表面処理方法であり、生産性を高めるという作用を有する。

以下に、本発明にかかるプラズマ表面処理装置及び表面処理方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。なお、これらの図面において、同一又は同等の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明のプラズマ表面処理装置の実施の形態１を示す斜視図であり、図２は、実施の形態１を示す平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。

図１〜図３に示すように、実施の形態１のプラズマ表面処理装置１００は、平板状又はフィルム状の被処理体４を載置する矩形平板状の第１電極５と、第１電極５に対向するように設置され、第１電極５と相対的に接近・離間する四角柱状の第２電極２と、第２電極２に取付けられ、第１、第２電極５、２同士を接近させたとき第１電極５上の被処理体４に当接する面に、被処理体４の表面処理面６を囲む矩形の凹部７が形成された誘電体３と、を備えている。第１、第２電極５、２のいずれかを図示しない昇降装置で昇降させるようにすればよい。

第１、第２電極５、２間には、電源１により、高周波高電圧としての交流高電圧又はパルス高電圧が印加される。被処理体４は、第１、第２電極５、２を相対的に接近させ、誘電体３の外周部を被処理体４に当接させたとき、凹部７が被処理体４の表面処理面６を囲むように、第１電極５上に位置決めされる。凹部７は、被処理体４の表面処理面６との間に、閉空間を形成する。

閉空間に大気が存在する状態で、電極５、２間に交流高電圧又はパルス高電圧を印加すると、閉空間内で誘電体バリア放電８が発生し、誘電体バリア放電８による高密度プラズマに被処理体４の表面処理面６が晒され、１〜３秒で表面処理が行なわれる。

バリア放電の電圧は、４〜２０ｋＶ、周波数は、５ｋＨｚ以上とするのが望ましい。また、誘電体３の凹部７の深さは、０．１〜２ｍｍ、凹部７の底面と第２電極２の下面との間の距離は、０．５〜１．５ｍｍとするのが望ましい。

次に、図４〜図６を参照して、本発明のプラズマ表面処理方法の実施の形態１について説明する。図４は、第１電極５と第２電極２とを離間させ被処理体４を第１電極５上に載置した状態を示す図であり、図５は、第１、第２電極５、２を接近させ、誘電体３の下面を被処理体４の上面に当接させ、放電を行なっている状態を示す図であり、図６は、第１、第２電極５、２を離間させた状態を示す図である。

図４に示すように、第１のステップでは、第１電極５と第２電極２とを離間させ被処理体４を第１電極５上に載置する。

図５に示すように、第２のステップでは、第１、第２電極５、２を接近させ、誘電体３の下面を被処理体４の上面に当接させ、誘電体３の凹部７により被処理体４の表面処理面６を囲む。第３のステップでは、凹部７内で、誘電体バリア放電８を発生させ、表面処理面６を高密度プラズマに直接晒し、表面処理する。

図６に示すように、第４のステップでは、第１、第２電極５、２を離間させ、被処理体４を開放する。

被処理体４の一例としては、フレキシブルプリント配線基板があげられ、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）接着面や、ワイヤーボンディング面の表面処理に利用することができる。近年、異方性導電フィルムの接着面積が小さくなっているが、実施の形態１のプラズマ表面処理装置１００を用いれば、所定の領域のみを短時間で表面処理することができ、実装の信頼性が高い。

以上説明した実施の形態１のプラズマ表面処理装置１００及び表面処理方法によれば、被処理体４の所定の表面処理面６のみを、高密度のプラズマで表面処理することができるので、表面処理面６に付着した有機汚染物質の除去、官能基の付与及び濡れ性の向上等が短時間で可能となり、表面処理面６への材料の接着、インクや薄膜によるコーティング等の品質を向上することができる。

また、被処理体４の表面処理面６が誘電体３と接触しないので、表面処理面６に傷をつけることもなく、汚染物質を付着させることもない。また、凹部７により形成される閉空間内の大気中において、安定した誘電体バリア放電８を発生させることが可能で、専用ガスが不要となり、表面処理面６を直接、高密度プラズマに晒すことができる。

また、誘電体バリア放電８を行う領域を、被処理体４の表面処理面６及びその周辺に限定できるため、被処理体４の全面を処理する場合よりも、消費電力を大幅に低減することができる。また、第２電極２に誘電体３が取付けられているので、アーク放電の発生が抑制され、アーク放電による表面処理面６へのダメージを抑制することができる。

また、板状又はフィルム状の被処理体４を挟んで表面処理を行うので、被処理体４の反りが規制され、安定した誘電体バリア放電８が行なわれる。また、誘電体３に形成された凹部の深さを、０．１ｍｍ以上とすることにより、誘電体３の表面に誘電体バリア放電８を発生させる空間を確保することができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明のプラズマ表面処理装置の実施の形態２を示す斜視図であり、図８は、実施の形態２を示す縦断面図である。

図７及び図８に示すように、実施の形態２のプラズマ表面処理装置２００は、矩形平板状の第１電極１３と、三つのセルに仕切られ、それぞれのセルに被処理体１１を設置し、第１電極１３上に載置されるプラスチックトレイ１２と、第１電極１３に対向するように設置され、三叉状に形成され、プラスチックトレイ１２の三つのセルに対向する三つの電極を有し、第１電極１３に対して接近・離間する第２電極９と、第２電極９の三つの電極にそれぞれ取付けられ、第１電極１３に対向する面に凹部１０ａが形成された誘電体１０とを備えている。

第１、第２電極１３、９間には、電源１により、高周波高電圧としての交流高電圧又はパルス高電圧が印加される。被処理体１１は、第１、第２電極１３、９を互いに接近させ、誘電体１０の第１電極１３に対向する面の外周部を被処理体１１に当接させたとき、凹部１０ａが被処理体１１の表面処理面を囲むように、プラスチックトレイ１２上に位置決めされる。凹部１０ａは、被処理体１１の表面処理面との間に、閉空間を形成している。

閉空間に大気が存在する状態で、電極１３、９間に交流高電圧又はパルス高電圧を印加すると、閉空間内で誘電体バリア放電１４が発生し、誘電体バリア放電１４による高密度プラズマに被処理体１１の表面処理面が晒され、１〜３秒で表面処理が行なわれる。

バリア放電の電圧は、４〜２０ｋＶ、周波数は、５ｋＨｚ以上とするのが望ましい。また、誘電体３の凹部１０ａの深さは、０．１〜２ｍｍ、凹部１０ａの底面と第２電極９の下面との間の距離は、０．５〜１．５ｍｍとするのが望ましい。

実施の形態２のプラズマ表面処理装置２００は、第２電極９が三つの電極を有しているので、一度に三つの被処理体１１を表面処理することができる。

また、両面プリント配線基板を表面処理する場合、裏面にも配線層があるため、第１電極１３との間に異常放電が生じる恐れがあるが、実施の形態２のように、第１電極１３上に誘電体であるプラスチックトレイ１２を設置することにより、両面プリント配線基板の裏面の配線層と第１電極１３とが接触しないようにすれば、異常放電の発生が抑制され、異常放電による両面プリント配線基板へのダメージをなくすことができる。

次に、図９〜図１１を参照して、本発明のプラズマ表面処理方法の実施の形態２について説明する。図９は、第１、第２電極１３、９を離間させ、第１電極１３を搬送用一軸ロボット１６の一方側に位置させた状態を示す図であり、図１０は、搬送用一軸ロボット１６により、第１電極１３を第２電極９の直下に位置させ、第２電極９を降下させた状態を示す図であり、図１１は、第２電極９を上昇させて被処理体１１を開放し、第１電極１３を搬送用一軸ロボット１６の他方側に位置させた状態を示す図である。

図９に示すように、第１のステップでは、第１電極１３と第２電極９とを離間させ、プラスチックトレイ１２を載置した第１電極１３を、搬送装置としての搬送用一軸ロボット１６の一方側に位置させ、三つの被処理体１１（図８参照）をプラスチックトレイ１２上に載置する。

図１０に示すように、第２のステップでは、搬送用一軸ロボット１６により、第１電極１３を第２電極９の直下に位置させ、第２電極９を降下させ、誘電体１０の下面を被処理体１１の上面に当接させ、凹部１０ａにより被処理体１１の表面処理面を囲む。第３のステップでは、凹部１０ａ内で、誘電体バリア放電１４を発生させ、表面処理面を高密度プラズマに直接晒し表面処理する。誘電体バリア放電時には、オゾンや窒素酸化物が生成されるので、これらを、第２電極９の上方に設置された局所排気装置１５により連続的に排気する。オゾンや窒素酸化物等の物質を強制排気するので、実施の形態２のプラズマ表面処理装置２００の連続運転が可能である。

図１１に示すように、第４のステップでは、第２電極９を上昇させて被処理体１１を開放し、第１電極１３を搬送用一軸ロボット１６の他方側に位置させる。他方側の位置で被処理体１１を搬出し、その後、被処理体１１の表面処理面に、導電フィルムの接着やコーティングが行われる。表面処理が短時間で済み、さらに、搬送装置を用いているので、一連の作業を生産性よく行なうことができる。

なお、プラスチックトレイ１２のセル数及び第２電極９の電極数は、二つ又は四つ以上としてもよい。また、平板状のプラスチックトレイ１２、局所排気装置１５及び搬送用一軸ロボット１６を、実施の形態１のプラズマ表面処理装置１００に用いてもよい。

以上のように、本発明にかかるプラズマ表面処理装置及び表面処理方法は、プリント配線基板やガラス基板の表面処理に有用である。

本発明のプラズマ表面処理装置の実施の形態１を示す斜視図 実施の形態１を示す平面図 図２のＡ−Ａ´線に沿う断面図 第１電極と第２電極とを離間させ被処理体を第１電極上に載置した状態を示す図 第１、第２電極を接近させ、誘電体の下面を被処理体の上面に当接させ、放電を行なっている状態を示す図 第１、第２電極を離間させた状態を示す図 本発明のプラズマ表面処理装置の実施の形態２を示す斜視図 実施の形態２を示す縦断面図 第１、第２電極を離間させ、第１電極を搬送用一軸ロボットの一方側に位置させた状態を示す図 搬送用一軸ロボットにより第１電極を第２電極の直下に位置させ、第２電極を降下させた状態を示す図 第２電極を上昇させて被処理体を開放し、第１電極を搬送用一軸ロボットの他方側に位置させた状態を示す図

符号の説明

１ 電源
２，９ 第２電極
３，１０ 誘電体
４，１１ 被処理体
５，１３ 第１電極
６ 表面処理面
７，１０ａ 凹部
８，１４ 誘電体バリア放電
１２ プラスチックトレイ
１５ 局所排気装置
１６ 搬送用一軸ロボット

Claims (12)

1. 板状又はフィルム状の被処理体を載置する第１電極と、
   前記第１電極と相対的に接近・離間する第２電極と、
   前記第２電極に取付けられ、前記第１、第２電極を接近させたとき前記第１電極上の被処理体に当接する面に、該被処理体の表面処理面を囲む凹部が形成された誘電体と、
   前記第１、第２電極間に高周波高電圧を印加して前記被処理体に当接した前記誘電体の凹部内で誘電体バリア放電を発生させる電源と、
   を備えることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
2. 前記誘電体に形成された凹部の深さが、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ表面処理装置。
3. 前記第１電極と前記被処理体との間に誘電体を介在させることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ表面処理装置。
4. 前記第２電極は複数の電極を有し、前記凹部が形成された複数の前記誘電体が該複数の電極にそれぞれ取付けられ、前記第１電極上に載置された複数の前記被処理体を同時に表面処理することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のプラズマ表面処理装置。
5. 前記誘電体バリア放電により発生した物質を排気する排気装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のプラズマ表面処理装置。
6. 前記第１電極を、前記被処理体を載置する位置と、前記第２電極の直下の位置と、表面処理後の前記被処理体を搬出する位置と、に移動させる搬送装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のプラズマ表面処理装置。
7. 前記被処理体はプリント配線基板であり、前記表面処理面は、異方性導電フィルムの接着面又はワイヤーボンディング面であることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載のプラズマ表面処理装置。
8. 板状又はフィルム状の被処理体を第１電極に載置するステップと、
   凹部が形成された誘電体を取付けた第２電極と前記第１電極とを互いに接近させ、前記誘電体を前記被処理体に当接させ、前記凹部により前記被処理体の表面処理面を囲むステップと、
   前記凹部内で、誘電体バリア放電を発生させるステップと、
   前記第１、第２電極を互いに離間させるステップと、
   を備えることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
9. 前記第１電極と前記被処理体との間に誘電体を介在させて前記誘電体バリア放電を発生させることを特徴とする請求項８記載のプラズマ表面処理方法。
10. 前記第２電極は複数の電極を有し、前記凹部が形成された複数の前記誘電体が該複数の電極にそれぞれ取付けられ、前記第１電極に載置された複数の前記被処理体を同時に表面処理することを特徴とする請求項８又は９に記載のプラズマ表面処理方法。
11. 前記誘電体バリア放電により発生した物質を強制排気することを特徴とする請求項８〜１０いずれかに記載のプラズマ表面処理方法。
12. 前記第１電極を、前記被処理体を載置する位置と、前記第２電極の直下の位置と、表面処理後の前記被処理体を搬出する位置と、に移動させることを特徴とする請求項８〜１１いずれかに記載のプラズマ表面処理方法。

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