KR100541276B1 - Apparatus for generating plasma under atmospheric pressure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 일정거리 이격되어 노즐이 되는 한 쌍의 제 1 판(Plate)들(111a,111b)과 이 제 1 판들(111a,111b) 각각의 일측에 일정각도(1)로 기울어져 연장되는 한 쌍의 제 2 판들(112a,112b)로 이루어진 절연체 노즐부(110)와; 상기 노즐부(110)의 제 1 판들(111a,111b)의 외측면에 각각 장착되며, 상호 극성이 다른 제 1과 2 전극들(121,122)과; 상기 제 1 판들(111a,111b) 각각의 타측에 연결되어 상기 절연체 노즐부(110)로 가스를 주입하는 가스공급부(130)와; 상기 제 2 판들(112a,112b)의 일면에 고정되어 상기 제 1 판들(111a,111b), 가스공급부(130)와 이격되어 감싸는 하우징(140)으로 구성된다. The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generator, and a pair of first plates (111a, 111b) and the first plate (111a, 111b) to be a nozzle at a predetermined distance apart a certain angle ( An insulator nozzle part 110 composed of a pair of second plates 112a and 112b extending inclined to 1); First and second electrodes 121 and 122 mounted on the outer surfaces of the first plates 111a and 111b of the nozzle unit 110 and having different polarities from each other; A gas supply unit 130 connected to the other side of each of the first plates 111a and 111b to inject gas into the insulator nozzle unit 110; The housing 140 is fixed to one surface of the second plates 112a and 112b to surround the first plates 111a and 111b and spaced apart from the gas supply unit 130.
따라서, 본 발명은 절연체 노즐의 외측면에 전극을 배치하고, 최적의 두께와 폭을 갖는 보호용 절연체판을 절연체 노즐에 연장시켜 구성함으로써, 플라즈마 상태의 가스가 양 전극으로 침투를 차단시켜 전극에서 아크 방전이 발생되지 않고, 플라즈마 상태의 가스를 안정적으로 구현할 수 있으며, 절연체 노즐부의 출구 양 측면을 일정각도로 기울여 형성함으로써, 피가공물에 접촉되는 플라즈마 상태의 가스 밀도를 최적화시킬 수 있어, 장치의 성능을 우수히 할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention is arranged by placing the electrode on the outer surface of the insulator nozzle, and by extending the insulator nozzle for the protective insulator plate having the optimum thickness and width, the gas in the plasma state to block the penetration to both electrodes, the arc at the electrode It is possible to stably implement a gas in a plasma state without discharging, and to form an inclined side of the outlet side of the insulator nozzle part at an angle, thereby optimizing the gas density of the plasma state in contact with the workpiece, thereby improving the performance of the device. There is an effect that can be excellent.
대기압, 플라즈마, 절연체, 노즐Atmospheric pressure, plasma, insulator, nozzle
Description
도 1은 일반적인 직류아크 토치(Torch)타입 대기압 플라즈마 발생장치의 기본 구성도1 is a basic configuration of a general DC arc torch type atmospheric plasma generator
도 2는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치의 단면도2 is a cross-sectional view of the atmospheric pressure plasma generator according to the present invention
도 3은 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치의 사시도3 is a perspective view of the atmospheric pressure plasma generator according to the present invention
도 4는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치에 있는 절연체 노즐부의 기본적인 구성도Figure 4 is a basic configuration of the insulator nozzle portion in the atmospheric pressure plasma generating apparatus according to the present invention
도 5는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치에 있는 절연체 노즐부의 다른 형상을 도시한 도면5 is a view showing another shape of the insulator nozzle portion in the atmospheric pressure plasma generator according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110 : 절연체 노즐부 111a,111b : 제 1 판(Plate)110:
112a,112b : 제 2 판 121,122 : 제 1과 2 전극112a, 112b:
130 : 가스공급부 140 : 하우징130: gas supply unit 140: housing
150 : 배기부150: exhaust
본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 상태의 가스 침투를 차단시키도록 절연체 노즐의 양측면에 전극을 배치시켜 구성하고 절연체 노즐에 최적의 두께와 폭을 갖는 보호용 절연체판을 연장시켜 배치함으로써, 플라즈마 가스를 더 안정적으로 구현할 수 있으며 토출되어 흐르는 플라즈마 상태의 가스가 양 전극으로 침투되지 않아 전극에서 아크 방전이 발생되지 않아 장치의 성능을 우수히 할 수 있는 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generator, and more particularly, to arrange the electrodes on both sides of the insulator nozzle to block the gas infiltration in the plasma state, and to extend the protective insulator plate having an optimal thickness and width to the insulator nozzle The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generator capable of more stably implementing a plasma gas, and since the gas in the discharged and flowing plasma state does not penetrate into both electrodes, no arc discharge occurs in the electrode, thereby improving the performance of the apparatus. .
일반적으로, 물질의 상태는 고체, 액체, 기체, 플라즈마 상태(제 4의 상태)가 있다. In general, the state of matter is a solid, liquid, gas, plasma state (fourth state).
여기서, 플라즈마 상태는 기체분자나 원자에 에너지를 인가하면, 최외각 전자가 궤도를 이탈함으로써 자유전자가 되어 양전하를 띄게 되며 분자 혹은 원자와 음전하를 갖는 전자가 생성된다.In the plasma state, when energy is applied to a gas molecule or an atom, the outermost electrons move out of the orbit to become free electrons, thereby displaying positive charges, and electrons having negative charges with molecules or atoms are generated.
이런 플라즈마 상태에서는 양전하의 이온과 전자들이 다수가 모여 군집활동을 하며, 전체적으로는 전기적인 성질이 중성(즉, 이온들의 수와 전자들의 수가 거의 같은 수로 존재하게 되는 상태)이 된다. In this plasma state, a large number of positively charged ions and electrons gather and cluster, and as a whole, the electrical property is neutral (that is, the number of ions and electrons are about the same number).
도 1은 일반적인 직류아크 토치(Torch)타입 대기압 플라즈마 발생장치의 기본 구성도로서, 양극 노즐(11) 내부에 음극(12)을 설치하고, 전원(13)에서 전원을 인가하고, 가스를 양극 노즐(11) 내부로 주입하면, 상기 양극 노즐(11) 내부에서는 가스들이 플라즈마 상태가 된다.1 is a basic configuration diagram of a general DC arc torch type atmospheric pressure plasma generator, in which a
그 후, 상기 양극 노즐(11)의 배출구(11a)로 플라즈마 상태의 가스가 토출된 다.Thereafter, the plasma gas is discharged to the
여기서, 사용되는 가스는 Ar, He과 같은 불활성기체 또는 N2와 H2가 보편적으로 많이 사용된다.Here, as the gas used, an inert gas such as Ar or He or N 2 and H 2 are commonly used.
이러한, 토치 타입 대기압 플라즈마 발생장치는 고온, 고열용량, 고속, 다량의 활성입자를 갖는 열플라즈마(Thermal plasma) 특성을 이용하여, 소재, 산업설비 제조 공정과 폐기물처리에 적용하기 위한 개발이 이루어지고 있으며, 통상, 플라즈마 용사코팅, 플라즈마 코팅, 플라즈마 화학증착 등에 사용되고 있고, 더불어 금속의 절단, 용접, 용융 등의 산업분야에도 널리 사용되고 있다.The torch type atmospheric plasma generator is developed for application to materials, industrial equipment manufacturing process and waste treatment using thermal plasma characteristics having high temperature, high heat capacity, high speed, and a large amount of active particles. In general, it is used in plasma spray coating, plasma coating, plasma chemical vapor deposition, and the like, and is also widely used in industrial fields such as cutting, welding, and melting of metals.
한편, 이런 종래의 토치 타입 대기압 플라즈마 발생장치로 BGA(Ball Grid Array) 기판의 금속패턴을 세정하기 위하여 사용되기도 하는데 이 경우, 금속패턴에 묻어있는 이물질을 세정할 뿐만 아니라 금속패턴까지 리프트 오프(Lift-off)시키는 문제점이 있었다.On the other hand, such a conventional torch type atmospheric pressure plasma generator is used to clean the metal pattern of the BGA (Ball Grid Array) substrate, in this case, not only to clean the foreign matter on the metal pattern but also lift off the metal pattern (Lift) -off) There was a problem.
그리고, 토치 타입 대기압 플라즈마 발생장치는 TFT(Thin Film Transistor) 디스플레이의 상판과 하판 조립공정 중, 와이어 본딩의 접착력을 증가시키기 위한 메탈 세정공정을 수행하는 경우에도, 세정되는 메탈까지 리프트 오프가 된다.The torch type atmospheric pressure plasma generator is lifted off to the metal to be cleaned even when a metal cleaning process for increasing the adhesive strength of the wire bonding is performed during the upper plate and the lower plate assembly process of the TFT (Thin Film Transistor) display.
더불어, 토치 타입은 판 타입에 비하여 가스 소모량이 많은 단점이 있다.In addition, the torch type has a disadvantage in that gas consumption is higher than that of the plate type.
또한, 종래 토치 타입 대기압 플라즈마 발생장치는 전극에 플라즈마 상태의 가스가 접촉되어 아크(Arc)방전이 발생되어, 쇼트(Short)상태가 종종 유발되는 문제점이 있고, 더불어, 반응된 플라즈마 상태의 가스가 피가공물에 잔존되어 피가공 물을 오염시키는 문제점이 있었다. In addition, the conventional torch type atmospheric pressure plasma generator has a problem that arc discharge occurs by contacting a gas in a plasma state to an electrode, and thus a short state is often caused. There was a problem of remaining in the workpiece to contaminate the workpiece.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 플라즈마 상태의 가스 침투를 차단시키도록 절연체 노즐의 양측면에 전극을 배치시켜 구성함으로써, 플라즈마 가스를 더 안정적으로 구현할 수 있는 대기압 플라즈마 발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems described above, by configuring the electrodes on both sides of the insulator nozzle to block the gas infiltration in the plasma state, the atmospheric pressure plasma generation that can implement the plasma gas more stably The object is to provide a device.
본 발명의 다른 목적은 절연체 노즐에 최적의 두께와 폭을 갖는 보호용 절연체판을 연장시켜 배치함으로써, 토출되어 흐르는 플라즈마 상태의 가스도 양 전극으로 침투되지 않아 전극에서 아크 방전이 발생되지 않아 장치의 성능을 우수히 할 수 있는 대기압 플라즈마 발생장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to extend and arrange a protective insulator plate having an optimum thickness and width in the insulator nozzle, so that the gas in the discharged and flowing plasma state does not penetrate into both electrodes so that arc discharge does not occur in the electrode, thereby improving the performance of the apparatus. It is to provide an atmospheric pressure plasma generator that can be excellent.
본 발명의 또 다른 목적은 절연체 노즐부의 출구 양 측면을 일정각도로 기울여 형성함으로써, 피가공물에 접촉되는 플라즈마 상태의 가스 밀도를 최적화시킬 수 있는 대기압 플라즈마 발생장치를 제공하는 데 있다. Still another object of the present invention is to provide an atmospheric pressure plasma generator capable of optimizing the gas density of the plasma state in contact with the workpiece by forming both sides of the outlet of the insulator nozzle at an angle.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 일정거리 이격되어 노즐이 되는 한 쌍의 제 1 판(Plate)들(111a,111b)과 이 제 1 판들(111a,111b) 각각의 일측에 일정각도(1)로 기울어져 연장되는 한 쌍의 제 2 판들(112a,112b)로 이루어진 절연체 노즐부(110)와; A preferred aspect for achieving the above objects of the present invention is a pair of first plates (111a, 111b) and the first plates (111a, 111b) which are spaced apart from each other by a predetermined distance. Each side has a certain angle ( An
상기 노즐부(110)의 제 1 판들(111a,111b)의 외측면에 각각 장착되며, 상호 극성이 다른 제 1과 2 전극들(121,122)과; First and
상기 제 1 판들(111a,111b) 각각의 타측에 연결되어 상기 절연체 노즐부(110)로 가스를 주입하는 가스공급부(130)와; A
상기 제 2 판들(112a,112b)의 일면에 고정되어 상기 제 1 판들(111a,111b), 가스공급부(130)와 이격되어 감싸는 하우징(140)으로 구성된 대기압 플라즈마 발생장치가 제공된다.An atmospheric pressure plasma generator including a
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치의 단면도로서, 일정거리 이격되어 노즐이 되는 한 쌍의 제 1 판(Plate)들(111a,111b)과 이 제 1 판들(111a,111b) 각각의 일측에 일정각도(1)로 기울어져 연장되는 한 쌍의 제 2 판들(112a,112b)로 이루어진 절연체 노즐부(110)와; 상기 노즐부(110)의 제 1 판들(111a,111b)의 외측면에 각각 장착되며, 상호 극성이 다른 제 1과 2 전극들(121,122)과; 상기 제 1 판들(111a,111b) 각각의 타측에 연결되어 상기 절연체 노즐부(110)로 가스를 주입하는 가스공급부(130)와; 상기 제 2 판들(112a,112b)의 일면에 고정되어 상기 제 1 판들(111a,111b), 가스공급부(130)와 이격되어 감싸는 하우징(140)으로 구성된다.2 is a cross-sectional view of the atmospheric pressure plasma generating apparatus according to the present invention, wherein a pair of
여기서, 배기부(150)는 상기 제 2 판들(112a,112b)들과 이격시켜 설치하는 것이 바람직하다.Here, the
이렇게 구성된 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치는 상기 제 1과 2 전극들(121,122)에 전압을 인가하면, 절연체 노줄부(110)로 주입되는 가스는 대기 압에서 플라즈마 상태가 된다.In the atmospheric pressure plasma generator of the present invention configured as described above, when a voltage is applied to the first and
즉, 상기 절연체 노즐부(110)의 제 1 판들(111a,111b)의 사이에서는 플라즈마 상태의 가스가 생성되는 것이다.That is, gas in a plasma state is generated between the
상기 플라즈마 상태의 가스는 제 1 판들(111a,111b)의 종단면에서 토출된다.The gas in the plasma state is discharged from the end surfaces of the
이 때, 상기 절연체 노즐부(110)의 제 2 판들(112a,112b) 하부에 피가공물이 위치되어 있으면, 이 플라즈마 상태의 가스로 피가공물(제조공정중인 LCD기판)에 존재하는 유기물을 세정하게 된다. At this time, if the workpiece is located below the
도 3은 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치의 사시도로서, 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치(200)의 하우징(140) 내부에는 절연체 노즐부(110)와 가스공급부(130)가 설치되어 있다. 3 is a perspective view of the atmospheric pressure plasma generator according to the present invention, the
여기서, 절연체 노즐부(110)의 제 2 판들(112a,112b)은 발생장치(200)의 하부에 노출되어 있고, 상기 가스공급부(130)의 전면에는 외부로부터 가스를 주입되는 가스공급관(151)이 장착되어 있다.Here, the
도 4는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치에 있는 절연체 노즐부의 기본적인 구성도로서, 절연체 노즐부(110)에 있는 제 1 판들(111a,111b)사이에서는 제 1과 2 전극들(121,122)에 인가된 전압에 의해 주입되는 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위해서는 제 1 판들(111a,111b)의 두께(d1)는 다소 얇아야 한다.4 is a basic configuration diagram of the insulator nozzle unit in the atmospheric pressure plasma generator according to the present invention, and is applied to the first and
즉, 상기 절연체 노즐부(110)에서 플라즈마 상태의 가스가 생성시키기 위한 제 1판들(112a,112b)의 두께(d1)는 0.5 ~ 5.0㎜가 바람직하다.That is, the thickness d 1 of the
그리고, 상기 절연체 노즐부(110)에서 플라즈마 상태의 가스를 생성시키기 위한, 상기 제 1 판들(111a,111b)의 폭(W1)은 0.1 ~ 10㎜의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.In addition, the width W 1 of the
또한, 상기 절연체 노즐부(110)에서 토출되는 플라즈마 상태의 가스와 접촉되는 제 2 판들(112a,112b) 하부면은 플라즈마 상태의 가스를 흘려주는 역할을 수행하여야 함으로, 상기 제 2 판들(112a,112b)의 두께(d2)는 제 1 판들(111a,111b)의 두께(d1)보다 두껍게(d2>d1) 제작해야 하며, 하기의 식 (1)과 같은 조건을 만족하는 것이 바람직하다.In addition, the lower surfaces of the
d2 = d1 X (2.0 ~ 3.5) -------- 식 (1)d 2 = d 1 X (2.0 ~ 3.5) -------- Equation (1)
더불어, 상기 제 1과 2 전극들(121,122)로 플라즈마 상태의 가스가 유입되어 아크(Arc) 방전, 즉, 쇼트(Short)상태를 발생하지 않도록, 상기 절연체 노즐부(110)에서 토출되는 플라즈마 상태의 가스와 접촉되는 제 2 판들(112a,112b) 하부면의 폭(W2)은 상기 제 1과 2 전극들(121,122)의 두께보다는 커야 되며, 하기 식 (2)의 조건을 만족해야 한다.In addition, the plasma state is discharged from the
W2 = W1 + 2d1 ----------------- 식 (2)W 2 = W 1 + 2d 1 ----------------- Equation (2)
여기서, 제 2 판들(112a,112b) 하부면의 폭(W2)은 가스의 특성 및 종류에 따라 다르게 설정하는 것이 바람직하다.Here, the width W 2 of the lower surfaces of the
따라서, 본 발명은 양 전극 사이에 절연체 노즐이 형성되어 있어 토출되어 흐르는 플라즈마 상태의 가스가 양 전극으로 침투되지 않아 전극에서 아크 방전이 발생되지 않으며, 또한 절연체 노즐에 최적의 두께와 폭으로 연장되어 있는 보호용 절연체판, 즉, 전술된 제 2 판(112a,112b)이 더 구성되어 있어, 플라즈마 가스 상태를 보다 더 안정적으로 구현할 수 있는 장점이 있다.Therefore, in the present invention, an insulator nozzle is formed between the two electrodes so that the gas in a discharged plasma state does not penetrate into the both electrodes, so that arc discharge does not occur at the electrode, and the nozzle is extended to an optimal thickness and width. The protective insulator plates, that is, the
도 5는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치에 있는 다른 형상의 절연체 노즐부가 피가공물의 상부에 놓여진 상태를 도시한 도면으로서, 절연체 노즐부(110)에서 플라즈마 상태의 가스가 토출되는 출구(Outlet)의 양 측면을 일정각도(2)로 기울여 형성한다.FIG. 5 is a view illustrating a state in which an insulator nozzle part of another shape in the atmospheric pressure plasma generator according to the present invention is placed on the workpiece. The outlet of the gas in the plasma state is discharged from the
이 이유는 상기 절연체 노즐부(110)에서 토출되는 플라즈마 상태의 가스는 피가공물(201)과 반응하고, 상기 반응된 가스는 기울어진 출구의 양 측면 방향으로, 즉, 도 5의 'a'방향으로 계속적으로 밀려 흘러 상기 피가공물(201)로부터 빠져 나갈 수 있기 때문이다.The reason is that the gas in the plasma state discharged from the
따라서, 상기 절연체 노즐부(110)의 출구(Outlet)에 있는 제 2 판들(112a,112b)의 각각 대향하는 면을 경사지도록 형성하여, 하나의 제 2 판(112a)의 대향면은 일정각도(2)로 돌출되어 있고, 다른 하나의 제 2 판(122b) 대향면은 제 2 판(122b)의 내측으로 일정각도(2) 기울어져 있으면, 피가공물(201)에 접촉되는 플라즈마 상태의 가스 밀도를 최적화시킬 수 있게 된다.Therefore, the opposite surfaces of the
만일, 피가공물(201)에 접촉되는 플라즈마 상태의 가스 밀도가 최적화되지 않고, 반응된 가스가 피가공물(201)에 잔존하게 되면, 피가공물(201)을 오염시키는 원인이 되는데, 본 발명의 토치 타입 대기압 플라즈마 발생장치에서는 이를 해결할 수 있다.If the gas density of the plasma state in contact with the
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 플라즈마 상태의 가스 침투를 차단시키도록 절연체 노즐의 양측면에 전극을 배치시켜 구성함으로써, 플라즈마 가스를 더 안정적으로 구현할 수 있는 장점이 있다.As described above, the present invention has the advantage that the plasma gas can be more stably implemented by arranging the electrodes on both sides of the insulator nozzle to block the gas infiltration in the plasma state.
또한, 절연체 노즐에 최적의 두께와 폭을 갖는 보호용 절연체판을 연장시켜 배치함으로써, 토출되어 흐르는 플라즈마 상태의 가스도 양 전극으로 침투되지 않아 전극에서 아크 방전이 발생되지 않아 장치의 성능을 우수히 할 수 있는 효과가 있다.In addition, by extending and arranging a protective insulator plate having an optimum thickness and width in the insulator nozzle, the gas in the discharged and flowing plasma state does not penetrate into both electrodes so that arc discharge does not occur in the electrode, thereby improving the performance of the apparatus. It has an effect.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
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