JP2014186898A - Method of manufacturing discharge element and discharge element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a discharge element in which adjustment of electrode spacing is not required, and production cost of ozone never increase and to provide a discharge element.SOLUTION: A discharge element 1 includes a pair of discharge electrodes 3A, 3B facing each other via a discharge gap 12 and an insulating substrate 2 supporting the pair of discharge electrodes 3A, 3B. A method of manufacturing the discharge element 1 includes a gap formation step for forming a through hole 12, to be used as a discharge gap, in an electrode plate 51 and bringing the pair of discharge electrodes into a state connected each other partially, a bonding step for bonding one side of the electrode plate 51 provided with the through hole 12 to the insulating substrate 2, and a dicing step for dividing the electrode plate 51 bonded to the insulating substrate 2, and generating a discharge element 1 in a state where the pair of discharge electrodes 3A, 3B are separated.

Description

この発明は、大気圧下での放電によってプラズマを発生する放電素子の製造方法、および放電素子に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a discharge element that generates plasma by discharge under atmospheric pressure, and a discharge element.

従来、オゾンを用いて除菌、殺菌、および消臭などを行うために、大気圧下で放電を行ってオゾンを発生させる方式のオゾン発生器が使用されている。この方式のオゾン発生器として、誘電体バリア型(例えば、特許文献1参照。)がある。   Conventionally, in order to perform sterilization, sterilization, deodorization, and the like using ozone, an ozone generator that generates ozone by discharging at atmospheric pressure has been used. As this type of ozone generator, there is a dielectric barrier type (see, for example, Patent Document 1).

誘電体バリア型のオゾン発生器は、空間に一定間隔で対向配置されており、表面に誘電体が設けられた一対の電極の間に、交流高電圧を印加して、プラズマを発生させる。このプラズマにより、空気中の酸素が分解、結合してオゾンが発生する。   Dielectric barrier ozone generators are opposed to each other at regular intervals in a space, and an alternating high voltage is applied between a pair of electrodes provided with a dielectric on the surface to generate plasma. By this plasma, oxygen in the air is decomposed and combined to generate ozone.

特許第4320637号公報Japanese Patent No. 4320637

従来の誘電体バリア型のオゾン発生器は、電極の間隔が一定となるように電極を動かして調整される。しかしながら、電極の間隔を例えば0.03mmといった微小な値に調整する必要があり、調整が難しく、間隔がばらつくという問題がある。電極の間隔を大きくすることで、間隔のばらつきによる影響は小さくなるが、放電開始電圧を高くする必要がある。放電開始電圧を高くするには、オゾン発生装置の駆動用電源の規模を大きくしなければならず、電源の費用が増加する。そのため、オゾンの生成コストが上昇する。   The conventional dielectric barrier ozone generator is adjusted by moving the electrodes so that the distance between the electrodes is constant. However, it is necessary to adjust the distance between the electrodes to a minute value such as 0.03 mm, and there is a problem that adjustment is difficult and the distance varies. Increasing the distance between the electrodes reduces the influence of variations in the distance, but it is necessary to increase the discharge start voltage. In order to increase the discharge starting voltage, the scale of the driving power source for the ozone generator must be increased, which increases the cost of the power source. Therefore, the production cost of ozone increases.

そこで、この発明は、電極の間隔の調整が不要であり、オゾンの生成コストが上昇することのない放電素子の製造方法、および放電素子を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a discharge element manufacturing method and a discharge element that do not require adjustment of the electrode interval and do not increase the cost of generating ozone.

この発明は、放電ギャップを介して対向する一対の放電用電極と、一対の放電用電極を支持する絶縁基板と、を備える放電素子の製造方法である。この製造工程は、ギャップ形成工程と、接合工程と、ダイシング工程と、を備えている。ギャップ形成工程では、電極用板体に放電ギャップとして用いる貫通孔を形成して、一対の放電用電極を互いに一部が接続された状態にする。接合工程では、貫通孔を設けた電極用板体の一方の面を絶縁基板に接合する。ダイシング工程では、絶縁基板に接合した電極用板体を分割して、前記一対の放電用電極が分離した状態の放電素子を生成する。   The present invention is a method for manufacturing a discharge element, comprising a pair of discharge electrodes opposed via a discharge gap, and an insulating substrate supporting the pair of discharge electrodes. This manufacturing process includes a gap forming process, a bonding process, and a dicing process. In the gap forming step, a through hole used as a discharge gap is formed in the electrode plate, and the pair of discharge electrodes are partially connected to each other. In the joining step, one surface of the electrode plate provided with the through hole is joined to the insulating substrate. In the dicing step, the electrode plate bonded to the insulating substrate is divided to generate a discharge element in which the pair of discharge electrodes are separated.

この発明においては、電極用板体に貫通孔を設け、これを放電ギャップとして、さらに、該放電ギャップが形成された電極用板体を絶縁基板に接合してから一対の放電用電極が分離した状態に分割されるので、放電ギャップが電極用板体の分割前後で変化しない。そのため、ギャップ形成工程において、電極用板体に所望の間隔の放電ギャップを設けることで、製造工程において電極の間隔調整が不要となる。これにより、オゾン発生装置の駆動用電源の規模を小さくすることができ、電源の費用や消費電力などのオゾンの生成コストを抑制できる。   In this invention, a through-hole is provided in the electrode plate, and this is used as a discharge gap. Further, after the electrode plate having the discharge gap formed is joined to the insulating substrate, the pair of discharge electrodes are separated. Since it is divided into states, the discharge gap does not change before and after the division of the electrode plate. Therefore, in the gap forming step, by providing a discharge gap having a desired interval in the electrode plate, adjustment of the electrode interval is not necessary in the manufacturing process. Thereby, the scale of the drive power supply of an ozone generator can be made small, and generation costs of ozone, such as the expense of a power supply and power consumption, can be controlled.

上記発明において、ギャップ形成工程の前に、キャビティ形成工程を備えている。キャビティ形成工程は、電極用板体の一方の面にキャビティを設ける。   In the above invention, a cavity forming step is provided before the gap forming step. In the cavity forming step, a cavity is provided on one surface of the electrode plate.

この発明においては、電極用板体にキャビティを形成後に、このキャビティに放電ギャップを形成することで、放電ギャップを形成する部分の電極用板体の厚みが薄くなるので、放電ギャップの形成時間を短くすることができる。   In the present invention, after forming the cavity in the electrode plate, the discharge gap is formed in the cavity, thereby reducing the thickness of the electrode plate in the portion where the discharge gap is formed. Can be shortened.

上記発明において、ギャップ形成工程と接合工程との間に、膜形成工程を備えている。膜形成工程では、電極用板体を熱酸化膜により被覆する。   In the above invention, a film forming step is provided between the gap forming step and the bonding step. In the film forming step, the electrode plate is covered with a thermal oxide film.

この発明においては、一対の放電用電極を熱酸化膜で被覆する工程を行った後に、この熱酸化膜付きの一対の放電用電極を、温度耐性の低い絶縁基板に貼り付ける。これにより、絶縁基板に悪影響を与えることなく、熱酸化膜を緻密かつボイドがない状態で形成することができる。   In the present invention, after the step of coating the pair of discharge electrodes with the thermal oxide film, the pair of discharge electrodes with the thermal oxide film is attached to an insulating substrate having a low temperature resistance. As a result, the thermal oxide film can be formed dense and free of voids without adversely affecting the insulating substrate.

上記発明において、接合工程とダイシング工程との間に、開口部形成工程と、金属電極形成工程と、を備えている。開口部形成工程では、電極用板体の放電ギャップの近傍に、電極用板体が露出する開口部を複数形成する。金属電極形成工程では、複数の開口部に金属電極を形成する。   In the above invention, an opening forming step and a metal electrode forming step are provided between the bonding step and the dicing step. In the opening forming step, a plurality of openings through which the electrode plate is exposed are formed in the vicinity of the discharge gap of the electrode plate. In the metal electrode formation step, metal electrodes are formed in the plurality of openings.

この発明においては、絶縁基板に接合した電極用板体を分割する前に、複数の放電素子に対して、一括して開口部と金属電極を形成するので、これらを分割後に形成する場合に比べて、効率良く放電素子を製造できる。   In the present invention, before the electrode plate bonded to the insulating substrate is divided, the openings and the metal electrodes are collectively formed for the plurality of discharge elements. Thus, the discharge element can be manufactured efficiently.

この発明の放電素子は、絶縁基板と、放電ギャップを介して対向する放電電極部、および前記絶縁基板に接合された接合部をそれぞれ有する一対の放電用電極と、を備え、放電電極部は、絶縁基板と離間している。   The discharge element of the present invention includes an insulating substrate, a discharge electrode portion opposed via a discharge gap, and a pair of discharge electrodes each having a bonding portion bonded to the insulating substrate. Separated from the insulating substrate.

この発明においては、放電電極部を絶縁基板の表面から離間させることで、一対の放電用電極の上面・下面・対向する側面を放電に利用できる。これにより、プラズマを効果的に発生させることができ、オゾンの発生量を増加させることができる。また、放電時に発生する異物が放電ギャップに残留せずに、キャビティ内に落下させることができる。これにより、一対の放電用電極が異物により短絡する不具合の発生を回避できる。   In this invention, by separating the discharge electrode portion from the surface of the insulating substrate, the upper surface, the lower surface, and the opposite side surfaces of the pair of discharge electrodes can be used for discharge. Thereby, plasma can be generated effectively and the amount of ozone generated can be increased. In addition, foreign matters generated during discharge can be dropped into the cavity without remaining in the discharge gap. Thereby, generation | occurrence | production of the malfunction which a pair of discharge electrode short-circuits with a foreign material can be avoided.

この発明の放電素子は、絶縁基板と、放電ギャップを介して対向する放電電極部、および絶縁基板に接合された接合部をそれぞれ有する一対の放電用電極と、を備え、放電ギャップは、電極用板体に設けられた貫通孔であることが好ましい。   A discharge element according to the present invention includes an insulating substrate, a discharge electrode portion opposed via a discharge gap, and a pair of discharge electrodes each having a bonding portion bonded to the insulating substrate. A through hole provided in the plate is preferable.

この発明においては、放電ギャップが貫通孔で形成されるので、従来の放電ギャップの形成方法よりも、高精度な放電ギャップを実現できる。   In the present invention, since the discharge gap is formed by a through-hole, a discharge gap with higher accuracy than the conventional discharge gap forming method can be realized.

この発明によれば、電極の間隔の調整が不要であり、オゾンの生成コストを抑制できる。   According to the present invention, it is not necessary to adjust the distance between the electrodes, and the generation cost of ozone can be suppressed.

図1(A)は、本発明の実施形態に係る放電素子の構造を示す上面図である。図1(B)は、図1(A)に示すオゾン発生器のA−A断面図である。FIG. 1A is a top view showing the structure of the discharge element according to the embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view of the ozone generator shown in FIG. 本発明の実施形態に係る放電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the discharge element which concerns on embodiment of this invention. 電極用板体の上面図である。It is a top view of the electrode plate. 図4(A)は、キャビティを形成した電極用板体のB−B断面図である。図4(B)は、放電ギャップを形成した電極用板体のB−B断面図である。図4(C)は、熱酸化膜に被覆された電極用板体のB−B断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line BB of the electrode plate having a cavity formed therein. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB of the electrode plate having a discharge gap. FIG. 4C is a BB cross-sectional view of the electrode plate covered with the thermal oxide film. 図4(C)に示す熱酸化膜に被覆された電極用板体の上面図である。FIG. 5 is a top view of the electrode plate covered with the thermal oxide film shown in FIG. 図6(A)は、フリットガラスが塗布された絶縁基板の断面図である。図6(B)は、熱酸化膜に被覆された電極用板体を貼り付けた絶縁基板のC−C断面図である。図6(C)は、フリットガラスを焼成して電極用板体が接合された絶縁基板のC−C断面図である。図6(D)は、ハーフカット処理された電極用板体のC−C断面図である。FIG. 6A is a cross-sectional view of an insulating substrate coated with frit glass. FIG. 6B is a CC cross-sectional view of the insulating substrate to which the electrode plate covered with the thermal oxide film is attached. FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line CC of the insulating substrate in which frit glass is baked and the electrode plate is bonded. FIG. 6D is a cross-sectional view taken along the line C-C of the electrode plate that has been half-cut. 図7(A)は、金属電極が形成された電極用板体のC−C断面図である。図7(B)は、フルカット処理された放電素子のC−C断面図である。FIG. 7A is a CC cross-sectional view of an electrode plate on which metal electrodes are formed. FIG. 7B is a CC cross-sectional view of the discharge element that has been subjected to the full cut process.

図1(A)は、本発明の実施形態に係る放電素子の構造を示す上面図である。図1(B)は、図1(A)に示すオゾン発生器のA−A断面図である。なお、図1、図2〜図7には、各部の関係を明確にするために、実際の寸法比とは異なる比率で各部を示している。   FIG. 1A is a top view showing the structure of the discharge element according to the embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view of the ozone generator shown in FIG. 1, FIG. 2 to FIG. 7 show each part at a ratio different from the actual dimensional ratio in order to clarify the relationship between the parts.

放電素子1は、絶縁基板2と一対の放電用電極3A、3Bを備えている。放電素子1は、そのサイズが小型であり、例えば、2.0mm×2.5mm×900μmである。   The discharge element 1 includes an insulating substrate 2 and a pair of discharge electrodes 3A and 3B. The discharge element 1 has a small size, for example, 2.0 mm × 2.5 mm × 900 μm.

絶縁基板2は、一対の放電用電極3A、3Bを支持する。絶縁基板2は、ガラス製で、一例として厚さ600μmである。絶縁基板2としてガラスを用いる場合、テンパックスフロート(登録商標)のように、放電用電極3A、3Bの素材であるシリコンと線膨脹率が近いものが好ましい。また、絶縁基板2は、後述のように放電用電極3A、3Bを被覆する絶縁膜であるシリコン熱酸化膜4などよりも交流高電圧印加時に劣化しにくい、セラミックスなどの材料により形成することも可能である。   The insulating substrate 2 supports a pair of discharge electrodes 3A and 3B. The insulating substrate 2 is made of glass and has a thickness of 600 μm as an example. When glass is used as the insulating substrate 2, a material having a linear expansion coefficient close to that of silicon, which is a material of the discharge electrodes 3A and 3B, is preferable, such as Tempax Float (registered trademark). Further, the insulating substrate 2 may be formed of a material such as ceramics that is less likely to deteriorate when an AC high voltage is applied than a silicon thermal oxide film 4 that is an insulating film that covers the discharge electrodes 3A and 3B, as will be described later. Is possible.

放電用電極3A、3Bは、単結晶シリコン製で、一例として厚さ300μmである。放電用電極3A、3Bは、それぞれ接合部31A,31Bと、放電電極部32A,32Bを備えている。放電用電極3A、3Bは、それぞれ接合部31A,31Bが絶縁基板2に接合されている。放電電極部32A,32Bは、櫛形に形成されており、放電ギャップ12を介して対向する。放電電極部32A,32Bは、厚さ30μmである。放電ギャップ12の間隔は20μmである。また、放電電極部32A,32Bは、空間(キャビティ)11を介して絶縁基板2と対向している。キャビティ11は、一例として深さ270μm、幅1mmである。   The discharge electrodes 3A and 3B are made of single crystal silicon and have a thickness of 300 μm as an example. The discharge electrodes 3A and 3B include joint portions 31A and 31B and discharge electrode portions 32A and 32B, respectively. The discharge electrodes 3 </ b> A and 3 </ b> B are joined to the insulating substrate 2 at joints 31 </ b> A and 31 </ b> B, respectively. The discharge electrode portions 32A and 32B are formed in a comb shape and face each other with the discharge gap 12 interposed therebetween. The discharge electrode portions 32A and 32B have a thickness of 30 μm. The interval of the discharge gap 12 is 20 μm. Further, the discharge electrode portions 32 </ b> A and 32 </ b> B are opposed to the insulating substrate 2 through the space (cavity) 11. As an example, the cavity 11 has a depth of 270 μm and a width of 1 mm.

放電用電極3A,3Bは、端部の一部を除き絶縁膜であるシリコン熱酸化膜4に被覆されている。放電用電極3A,3Bは、シリコン熱酸化膜4に被覆されていない端部の開口部に電圧印加用の金属電極5A,5Bが形成されている。金属電極5A,5Bは、Au、Pt、またはTi製である。   The discharge electrodes 3A and 3B are covered with a silicon thermal oxide film 4 which is an insulating film except for a part of the end portions. In the discharge electrodes 3A and 3B, metal electrodes 5A and 5B for voltage application are formed in the openings at the ends not covered with the silicon thermal oxide film 4. The metal electrodes 5A and 5B are made of Au, Pt, or Ti.

放電素子1において、オゾン(O)を生成するときには、図1(B)に示すように、放電用電極3A,3Bに形成された金属電極5A,5Bに、外部電源7を接続して交流高電圧を印加する。外部電源7から印加する交流高電圧を徐々に上昇させて放電開始電圧に達すると、放電ギャップ12において、放電用電極3Aと放電用電極3Bの表面で放電が開始されてプラズマ200が発生する。このプラズマ200により、空気中の酸素が分解・結合してオゾンが生成される。パッシェンの法則では、大気圧中において、20μm付近で最も放電開始電圧が低くなる。放電素子1では、上記のように放電ギャップ12の間隔を20μmにしているので、2kVp-p以下で放電を開始してプラズマを発生させることが可能である。 When ozone (O 3 ) is generated in the discharge element 1, an external power source 7 is connected to the metal electrodes 5A and 5B formed on the discharge electrodes 3A and 3B as shown in FIG. Apply high voltage. When the AC high voltage applied from the external power supply 7 is gradually increased to reach the discharge start voltage, discharge is started on the surfaces of the discharge electrode 3A and the discharge electrode 3B in the discharge gap 12, and plasma 200 is generated. By this plasma 200, oxygen in the air is decomposed and combined to generate ozone. According to Paschen's law, the discharge start voltage is the lowest in the vicinity of 20 μm at atmospheric pressure. In the discharge element 1, since the interval between the discharge gaps 12 is set to 20 μm as described above, discharge can be started at 2 kVp-p or less to generate plasma.

次に、本発明の放電素子の製造方法について、図2〜図7に基づいて説明する。図2は、本発明の実施形態に係る放電素子の製造方法を示すフローチャートである。図3は、電極用板体の上面図である。図4(A)は、キャビティを形成した電極用板体のB−B断面図である。図4(B)は、放電ギャップを形成した電極用板体のB−B断面図である。図4(C)は、熱酸化膜に被覆された電極用板体のB−B断面図である。図5は、図4(C)に示す熱酸化膜に被覆された電極用板体の上面図である。図6(A)は、フリットガラスが塗布された絶縁基板の断面図である。図6(B)は、熱酸化膜に被覆された電極用板体を貼り付けた絶縁基板のC−C断面図である。図6(C)は、フリットガラスを焼成して電極用板体が接合された絶縁基板のC−C断面図である。図6(D)は、ハーフカット処理された電極用板体のC−C断面図である。図7(A)は、金属電極が形成された電極用板体のC−C断面図である。図7(B)は、フルカット処理された放電素子のC−C断面図である。   Next, the manufacturing method of the discharge element of this invention is demonstrated based on FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a discharge element according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a top view of the electrode plate. FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line BB of the electrode plate having a cavity formed therein. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB of the electrode plate having a discharge gap. FIG. 4C is a BB cross-sectional view of the electrode plate covered with the thermal oxide film. FIG. 5 is a top view of the electrode plate covered with the thermal oxide film shown in FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view of an insulating substrate coated with frit glass. FIG. 6B is a CC cross-sectional view of the insulating substrate to which the electrode plate covered with the thermal oxide film is attached. FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line CC of the insulating substrate in which frit glass is baked and the electrode plate is bonded. FIG. 6D is a cross-sectional view taken along the line C-C of the electrode plate that has been half-cut. FIG. 7A is a CC cross-sectional view of an electrode plate on which metal electrodes are formed. FIG. 7B is a CC cross-sectional view of the discharge element that has been subjected to the full cut process.

本発明では、電極用板体51から放電用電極3Aと放電用電極3Bを作成するが、まず、放電用電極3Aと放電用電極3Bが一部で接続された状態になるように、電極用板体51に放電ギャップ12を設ける。そして、電極用板体51を絶縁基板2に接合してから、電極用板体51を絶縁基板2とともに分割して、放電用電極3Aと放電用電極3Bを切り離された状態にする。このような製造方法により、放電ギャップ12の間隔が変化することがなく常に一定なので、電極の間隔調整が不要である。   In the present invention, the discharge electrode 3A and the discharge electrode 3B are prepared from the electrode plate 51. First, the electrode 3A and the discharge electrode 3B are partially connected to each other. The discharge gap 12 is provided in the plate body 51. Then, after the electrode plate 51 is bonded to the insulating substrate 2, the electrode plate 51 is divided together with the insulating substrate 2 so that the discharge electrode 3A and the discharge electrode 3B are separated. According to such a manufacturing method, the interval of the discharge gap 12 does not change and is always constant, so that adjustment of the electrode interval is not necessary.

以下、本発明の放電素子の製造方法について、具体的に説明する。   Hereafter, the manufacturing method of the discharge element of this invention is demonstrated concretely.

(1)キャビティ形成工程
まず、図3に示すような電極用板体51を用意する。電極用板体51は、単結晶シリコン製で、厚さ300μmである。電極用板体51は、縦方向および横方向が分割後にm×n個(m,nは自然数)のセル3が得られるサイズである。セル3は、後述の工程において放電用電極3Aと放電用電極3Bに分離される。各セル3の周囲には、ダイシングの際に切削される切りしろ52T、52Yが設けられている。切りしろ52Tは図3における縦方向の切りしろであり、第1の間隔毎に設けられている。切りしろ52Yは図3における横方向の切りしろであり、第2の間隔毎に設けられている。
(1) Cavity Formation Step First, an electrode plate 51 as shown in FIG. 3 is prepared. The electrode plate 51 is made of single crystal silicon and has a thickness of 300 μm. The electrode plate 51 is sized so that m × n (m and n are natural numbers) cells 3 are obtained after the vertical and horizontal directions are divided. The cell 3 is separated into a discharge electrode 3A and a discharge electrode 3B in a process described later. Around each cell 3, margins 52T and 52Y that are cut during dicing are provided. The margin 52T is a margin in the vertical direction in FIG. 3, and is provided at each first interval. The margin 52Y is a margin in the horizontal direction in FIG. 3, and is provided at every second interval.

図4(A)に示すように、電極用板体51の一方の面(同図における下面)51Uに、一定間隔で複数の凹部であるキャビティ11を設ける(S1)。図4(A)には、電極用板体51の一方の面51Uに、一定間隔でm×n個のキャビティ11を設けた例を示している。キャビティ11は、電極用板体51の一方の面51Uにフォトレジストをマスクとしてドライエッチングにより形成する。キャビティ11の深さは前述のように270μmである。   As shown in FIG. 4A, cavities 11 that are a plurality of recesses are provided at regular intervals on one surface (lower surface in the drawing) 51U of the electrode plate 51 (S1). FIG. 4A shows an example in which m × n cavities 11 are provided on one surface 51U of the electrode plate 51 at regular intervals. The cavity 11 is formed on one surface 51U of the electrode plate 51 by dry etching using a photoresist as a mask. The depth of the cavity 11 is 270 μm as described above.

(2)放電ギャップ形成工程
図4(B)および図5に示すように、複数のキャビティ11にそれぞれミアンダ状の貫通孔を設ける(S2)。このミアンダ状の貫通孔が放電ギャップ12である。放電ギャップ12は、電極用板体51の他方の面(図4(B)における上面)51Hからフォトレジストをマスクとしてドライエッチングにより形成する。このようにミアンダ状の貫通孔を形成することで、放電用電極3Aと放電用電極3Bは櫛歯状になる。この放電用電極3Aと放電用電極3Bの櫛歯状の部分は、間隔が20μmである。図5に示すように、放電ギャップ12の形成後は、電極用板体51の各セル3において、放電用電極3Aと放電用電極3Bは、放電ギャップ12を介して対向する。また、放電用電極3Aと放電用電極3Bは、2つの切りしろ52Yにより互いに一部が接続されている。さらに、隣接するセル3において、放電用電極3Bと放電用電極3Aが、切りしろ52Tにより接続されている。
(2) Discharge gap forming step As shown in FIGS. 4B and 5, meander-like through holes are provided in the plurality of cavities 11 (S2). This meander-shaped through hole is the discharge gap 12. The discharge gap 12 is formed by dry etching from the other surface (upper surface in FIG. 4B) 51H of the electrode plate 51 using a photoresist as a mask. By forming the meander-shaped through hole in this manner, the discharge electrode 3A and the discharge electrode 3B have a comb shape. The interval between the comb-like portions of the discharge electrode 3A and the discharge electrode 3B is 20 μm. As shown in FIG. 5, after the discharge gap 12 is formed, in each cell 3 of the electrode plate 51, the discharge electrode 3 </ b> A and the discharge electrode 3 </ b> B are opposed to each other through the discharge gap 12. Further, the discharge electrode 3A and the discharge electrode 3B are partially connected to each other by two cutting edges 52Y. Further, in the adjacent cell 3, the discharge electrode 3B and the discharge electrode 3A are connected by a margin 52T.

(3)熱酸化膜形成工程
複数の放電ギャップ12を設けた電極用板体51を洗浄後に、その表面を熱酸化する(S3)。電極用板体51である単結晶シリコンの熱酸化は、蒸気温度1100℃、熱処理時間40時間で水蒸気酸化により行う。これにより、図4(C)、図5に示すように電極用板体51がシリコン熱酸化膜4に被覆される。
(3) Thermal oxide film forming step After cleaning the electrode plate 51 provided with the plurality of discharge gaps 12, the surface thereof is thermally oxidized (S3). Thermal oxidation of the single crystal silicon that is the electrode plate 51 is performed by steam oxidation at a steam temperature of 1100 ° C. and a heat treatment time of 40 hours. As a result, the electrode plate 51 is covered with the silicon thermal oxide film 4 as shown in FIGS.

(4)フリットガラス塗布工程
図6(A)に示すように、ガラス製の絶縁基板2Gの一方の面にフリットガラス2Fを塗布して、仮焼結する(S4)。フリットガラスは、周知のように粉末状のガラスであり、この実施形態では電極用板体51を絶縁基板2に接合する接着剤として用いる。
(4) Frit glass application process As shown to FIG. 6 (A), frit glass 2F is apply | coated to one surface of the glass-made insulating substrates 2G, and it pre-sinters (S4). As is well known, the frit glass is powdery glass, and in this embodiment, the frit glass is used as an adhesive for bonding the electrode plate 51 to the insulating substrate 2.

(5)接合工程
図6(A),図6(B)に示すように、フリットガラス2Fが仮焼結された絶縁基板2Gに、ステップS3においてシリコン熱酸化膜4で被覆された電極用板体51の一方の面51Uを、真空槽内で貼り合わる。そして、フリットガラス2Fを焼結する。これにより、図6(C)に示すように、シリコン熱酸化膜4で被覆された電極用板体51が絶縁基板2Gに接合され、フリットガラス2Fは絶縁基板2Gと一体化する(S5)。以下、一体化したフリットガラス2Fと絶縁基板2Gを絶縁基板2と称する。
(5) Joining Step As shown in FIGS. 6A and 6B, an electrode substrate in which an insulating substrate 2G preliminarily sintered with frit glass 2F is coated with a silicon thermal oxide film 4 in step S3. One surface 51U of the body 51 is bonded in a vacuum chamber. Then, the frit glass 2F is sintered. Thereby, as shown in FIG. 6C, the electrode plate 51 covered with the silicon thermal oxide film 4 is bonded to the insulating substrate 2G, and the frit glass 2F is integrated with the insulating substrate 2G (S5). Hereinafter, the integrated frit glass 2F and the insulating substrate 2G are referred to as an insulating substrate 2.

(6)開口部形成工程
図6(D)に示すように、電極用板体51において、左右に隣り合うキャビティ11の中間部である切りしろ52Tに沿って、切りしろ52Tよりも広い幅でダイシング(ハーフカット処理)を行う。すなわち、金属電極5を形成する部分のシリコン熱酸化膜4を除去して、電極用板体51が露出する開口部(凹部)3Hを複数(m+1個)形成する(S6)。
(6) Opening Forming Step As shown in FIG. 6 (D), in the electrode plate 51, a width wider than the cutting margin 52T along the cutting margin 52T that is an intermediate portion of the cavity 11 adjacent to the left and right. Dicing (half-cut process) is performed. That is, the portion of the silicon thermal oxide film 4 where the metal electrode 5 is to be formed is removed to form a plurality (m + 1) of openings (recesses) 3H from which the electrode plate 51 is exposed (S6).

(7)金属電極形成工程
図7(A)に示すように、電極用板体51において、ダイシング(ハーフカット)工程でシリコン熱酸化膜4を除去した開口部3Hに、メタルマスクを用いた蒸着法などにより金属電極(Au/Pt/Tiのいずれか)5を成膜する(S7)。
(7) Metal Electrode Forming Step As shown in FIG. 7A, in the electrode plate 51, vapor deposition using a metal mask in the opening 3H from which the silicon thermal oxide film 4 has been removed in the dicing (half cut) step. A metal electrode (either Au / Pt / Ti) 5 is formed by a method or the like (S7).

なお、電極用板体51に使用する単結晶シリコンは、金属電極5とのコンタクト抵抗を小さくするために、抵抗率0.1Ωcm以下のn型シリコンを使用している。   The single crystal silicon used for the electrode plate 51 is n-type silicon having a resistivity of 0.1 Ωcm or less in order to reduce the contact resistance with the metal electrode 5.

(8)ダイシング工程(フルカット)
図7(B)に示すように、電極用板体51にダイシング(フルカット処理)を行って、切りしろ52Tと不図示の切りしろ52Yに沿って分割して、複数(m×n個)の放電素子1を生成する(S8)。上記のように、切りしろ52Yを切削することで、放電ギャップ12を介して対向する放電用電極3A,3Bが分離されることになり、電極間のアイソレーションを確保できる。
(8) Dicing process (full cut)
As shown in FIG. 7B, dicing (full cut processing) is performed on the electrode plate 51 to divide it along a cutting margin 52T and a cutting margin 52Y (not shown), and a plurality (m × n). The discharge element 1 is generated (S8). As described above, by cutting the cutting margin 52Y, the discharge electrodes 3A and 3B facing each other through the discharge gap 12 are separated, and isolation between the electrodes can be ensured.

以上のような製造方法により放電素子1を製造することで、エッチングにより形成された貫通孔が放電ギャップ12となり、放電ギャップ12の間隔が変化することがなく常に一定であり、電極の間隔調整が不要である。すなわち、本実施形態においては、単結晶シリコンの電極用板体に貫通孔を設け、当該貫通孔を放電ギャップとするため、放電用電極の間隔が貫通孔の加工精度によって決まる。この加工精度は、従来のオゾン発生器における放電用電極の間隔を調整する精度よりも格段に高い。したがって、放電ギャップの間隔ばらつきが抑制されることになる。   By manufacturing the discharge element 1 by the manufacturing method as described above, the through hole formed by etching becomes the discharge gap 12, the interval of the discharge gap 12 does not change, and is always constant, and the interval adjustment of the electrodes can be adjusted. It is unnecessary. That is, in this embodiment, since a through-hole is provided in the single crystal silicon electrode plate and the through-hole is used as a discharge gap, the interval between the discharge electrodes is determined by the processing accuracy of the through-hole. This processing accuracy is much higher than the accuracy of adjusting the interval between the discharge electrodes in the conventional ozone generator. Therefore, variation in the gap of the discharge gap is suppressed.

また、半導体プロセスを用いて放電ギャップ12を形成するので、微小ギャップを精度良く形成することができ、低電圧で放電を開始してプラズマを発生させることが可能である。   In addition, since the discharge gap 12 is formed using a semiconductor process, a minute gap can be formed with high accuracy, and discharge can be started at a low voltage to generate plasma.

また、本発明では、放電用電極3Aと放電用電極3Bをシリコン熱酸化膜4で被覆する工程を高温で行った後に、このシリコン熱酸化膜付きの放電用電極3A,3Bを、温度耐性の低い絶縁基板2Gに貼り付ける。これにより、絶縁基板2Gに悪影響を与えることなく、シリコン熱酸化膜4を緻密かつボイドがない状態で形成することができる。これにより、信頼性が高く、優れた特性の放電素子1を製造できる。   Further, in the present invention, the discharge electrodes 3A and 3B with the silicon thermal oxide film are subjected to temperature resistance after the step of coating the discharge electrode 3A and the discharge electrode 3B with the silicon thermal oxide film 4 at a high temperature. Affixed to the low insulating substrate 2G. Thereby, the silicon thermal oxide film 4 can be formed densely and without voids without adversely affecting the insulating substrate 2G. Thereby, the discharge element 1 having high reliability and excellent characteristics can be manufactured.

また、放電素子1は、上記のように簡素な構成であり、製造工程も簡素なので、大量生産が可能である。   Moreover, since the discharge element 1 has a simple configuration as described above and the manufacturing process is also simple, mass production is possible.

また、本発明では、上記のように電極用板体51にキャビティ11を形成後に、このキャビティ11に放電ギャップ12を形成することで、放電ギャップ12を形成する部分の電極用板体51の厚みが薄くなるので、放電ギャップ12の形成時間を短くすることができる。   In the present invention, after forming the cavity 11 in the electrode plate 51 as described above, the discharge gap 12 is formed in the cavity 11 to thereby form the thickness of the portion of the electrode plate 51 where the discharge gap 12 is formed. Therefore, the formation time of the discharge gap 12 can be shortened.

また、放電素子1では、前記のように放電ギャップ12を介して対向する放電用電極3Aの放電電極部32Aと、放電用電極3Bの放電電極部32Bと、が絶縁基板2の表面から離間している。これにより、放電用電極3Aと放電用電極3Bの上面・下面・対向する側面を放電に利用できるので、プラズマを効果的に発生させることができ、オゾンの発生量を増加させることができる。また、放電素子1では、上記の構造に加えて、前記のように、放電ギャップ12の幅に比べて、キャビティ11の幅の方が大きくなっている。これにより、放電時に発生する異物が放電ギャップ12に残留せずに、キャビティ11内に落下するので、放電用電極3Aと放電用電極3Bが異物により短絡する不具合の発生を回避できる。   In the discharge element 1, the discharge electrode portion 32 </ b> A of the discharge electrode 3 </ b> A and the discharge electrode portion 32 </ b> B of the discharge electrode 3 </ b> B that face each other via the discharge gap 12 are separated from the surface of the insulating substrate 2. ing. Thereby, since the upper surface, the lower surface, and the opposite side surfaces of the discharge electrode 3A and the discharge electrode 3B can be used for discharge, plasma can be generated effectively and the amount of ozone generated can be increased. Further, in the discharge element 1, in addition to the above structure, the width of the cavity 11 is larger than the width of the discharge gap 12 as described above. Thereby, since the foreign material generated at the time of discharge does not remain in the discharge gap 12 and falls into the cavity 11, it is possible to avoid the occurrence of a short circuit between the discharge electrode 3A and the discharge electrode 3B due to the foreign material.

また、本発明では、絶縁基板2に接合した電極用板体51を分割する前に、複数の放電素子1に対して、一括して開口部3Hと金属電極5A,5Bを形成するので、これらを分割後に形成する場合に比べて、効率良く放電素子を製造できる。   In the present invention, before the electrode plate 51 bonded to the insulating substrate 2 is divided, the openings 3H and the metal electrodes 5A and 5B are collectively formed for the plurality of discharge elements 1. As compared with the case where the electrode is formed after dividing, the discharge element can be manufactured more efficiently.

また、電極用板体51に金属電極5A,5Bを形成することで、電極用板体51を分割後に、放電用電極3A,3Bに対して交流高電圧の印加が容易となり、プラズマを効率良く発生させることができる。   In addition, by forming the metal electrodes 5A and 5B on the electrode plate 51, after the electrode plate 51 is divided, it becomes easy to apply an alternating high voltage to the discharge electrodes 3A and 3B, and plasma is efficiently generated. Can be generated.

なお、電極用板体51を絶縁基板2に接合貼り付ける方法は、フリットガラスを用いる方法以外に、陽極接合法や直接接合による接合、接着剤による接着などがあり、その後の加工工程で放電用電極3Aと放電用電極3Bの位置ずれが発生しなければ、どの方法を用いても良い。   In addition to the method of using frit glass, the electrode plate 51 is bonded and bonded to the insulating substrate 2 by anodic bonding, bonding by direct bonding, bonding by an adhesive, and the like. Any method may be used as long as the positional deviation between the electrode 3A and the discharge electrode 3B does not occur.

1…放電素子
2,2G…絶縁基板
2F…フリットガラス
3…セル
3A,3B…放電用電極
3H…開口部
4…シリコン熱酸化膜
5A,5B…金属電極
7…外部電源
11…キャビティ
12…放電ギャップ(貫通孔)
31A,31B…接合部
32A,32B…放電電極部
51…電極用板体
200…プラズマ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Discharge element 2, 2G ... Insulating substrate 2F ... Frit glass 3 ... Cell 3A, 3B ... Discharge electrode 3H ... Opening 4 ... Silicon thermal oxide film 5A, 5B ... Metal electrode 7 ... External power supply 11 ... Cavity 12 ... Discharge Gap (through hole)
31A, 31B ... Joints 32A, 32B ... Discharge electrode part 51 ... Electrode plate 200 ... Plasma

Claims (6)

放電ギャップを介して対向する一対の放電用電極と、
前記一対の放電用電極を支持する絶縁基板と、
を備える放電素子の製造方法であって、
電極用板体に前記放電ギャップとして用いる貫通孔を形成して、前記一対の放電用電極を互いに一部が接続された状態にするギャップ形成工程と、
前記貫通孔を設けた電極用板体の一方の面を絶縁基板に接合する接合工程と、
前記絶縁基板に接合した電極用板体を分割して、前記一対の放電用電極が分離した状態の放電素子を生成するダイシング工程と、
を備えた、放電素子の製造方法。
A pair of discharge electrodes opposed via a discharge gap;
An insulating substrate supporting the pair of discharge electrodes;
A method of manufacturing a discharge element comprising:
Forming a through-hole to be used as the discharge gap in the electrode plate, and forming the pair of discharge electrodes in a partially connected state; and
A bonding step of bonding one surface of the electrode plate provided with the through hole to an insulating substrate;
A dicing step of dividing the electrode plate bonded to the insulating substrate to generate a discharge element in which the pair of discharge electrodes are separated; and
A method for producing a discharge element, comprising:
前記ギャップ形成工程の前に、
電極用板体の一方の面にキャビティを設けるキャビティ形成工程を備えた、請求項1に記載の放電素子の製造方法。
Before the gap forming step,
The manufacturing method of the discharge element of Claim 1 provided with the cavity formation process which provides a cavity in one surface of the electrode plate body.
前記ギャップ形成工程と前記接合工程との間に、
前記電極用板体を熱酸化膜により被覆する膜形成工程を備えた、請求項1または2に記載の放電素子の製造方法。
Between the gap forming step and the joining step,
The manufacturing method of the discharge element of Claim 1 or 2 provided with the film | membrane formation process which coat | covers the said plate for electrodes with a thermal oxide film.
前記接合工程と前記ダイシング工程との間に、
前記電極用板体の放電ギャップの間に、前記電極用板体が前記熱酸化膜から露出する開口部を複数形成する開口部形成工程と、
前記複数の開口部に金属電極を形成する金属電極形成工程と、
を備えた請求項1乃至3のいずれかに記載の放電素子の製造方法。
Between the joining step and the dicing step,
An opening forming step of forming a plurality of openings in which the electrode plate is exposed from the thermal oxide film between the discharge gaps of the electrode plate;
A metal electrode forming step of forming a metal electrode in the plurality of openings;
The manufacturing method of the discharge element in any one of Claims 1 thru | or 3 provided with these.
絶縁基板と、
放電ギャップを介して対向する放電電極部、および前記絶縁基板に接合された接合部をそれぞれ有する一対の放電用電極と、
を備え、
前記放電電極部は、前記絶縁基板と離間していることを特徴とする、放電素子。
An insulating substrate;
A pair of discharge electrodes each having a discharge electrode portion opposed via a discharge gap, and a bonding portion bonded to the insulating substrate;
With
The discharge element is characterized in that the discharge electrode portion is separated from the insulating substrate.
絶縁基板と、
放電ギャップを介して対向する放電電極部、および前記絶縁基板に接合された接合部をそれぞれ有する一対の放電用電極と、
を備え、
前記放電ギャップは、電極用板体に設けられた貫通孔であることを特徴とする、放電素子。
An insulating substrate;
A pair of discharge electrodes each having a discharge electrode portion opposed via a discharge gap, and a bonding portion bonded to the insulating substrate;
With
The discharge element, wherein the discharge gap is a through hole provided in an electrode plate.
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