KR20230015755A - Ｐｃｂ 전극 모듈을 포함한 플라즈마 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 PCB 전극 모듈을 적용하여 생산 단가를 낮추면서도 플라즈마 방전 조건을 안정화시키고 전극 모듈의 수명을 장기화할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 폴리머 수지로 된 기판에 플라즈마 발생용 전극을 인쇄 회로 배선 기술로 형성한 PCB 전극 모듈을 강화유리, 세라믹, 또는 수정을 포함한 유전체 기판에 자외선 경화 접착제로 접착한 전극 모듈을 제공한다.

Description

ＰＣＢ 전극 모듈을 포함한 플라즈마 발생장치{Plasma Generation Device Includig ＰＣＢ Electrode Module}

본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, PCB 전극 모듈을 포함한 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

대기압 플라즈마는 박막 제조 분야를 넘어 의료와 미용을 위한 바이오 플라즈마로 활용되고 있다. 각종 살균, 소독에 적용되어, 식품 위생 처리, 화훼의 선도 유지를 위한 처리, 바이러스 살균, 미세먼지 제거, 대기오염물질 분해, 수처리 등 점점 더 광범위한 분야에서 활약하고 있다. 이러한 대기압 플라즈마는 적용 분야별로 플라즈마 파워와 발생되는 활성종의 종류와 양을 조절할 수 있도록 전극을 설계한다. 종래 대기압 플라즈마 발생장치는 대부분 금속 전극을 유전체로 감싸거나, 유전체 안에 매립되도록 전극 모듈을 구성하고 있다. 특히, 방전점을 다수 갖도록 전극을 정교한 형상으로 구성하기 위해 절연체 기판에 포토 리소그라피를 이용하여 전극을 만든다(등록특허 10-1417273 참조). 이러한 경우, 전극 모듈의 제작비가 높아 플라즈마를 적용한 제품의 단가도 높아진다. 플라즈마 전극 모듈의 제조단가를 낮추기 위해, 널리 알려진 PCB에 전극을 형성하는 방안을 고려해 볼 수 있다. 그러나 전극이 형성된 PCB를 플라즈마 발생장치로 사용할 경우, 상대적으로 고전압이 인가되는 플라즈마 방전 전압과 방전된 플라즈마의 에칭 능력에 의해 폴리머 소재의 PCB 기판 자체가 부식되는 문제가 있다. 기판의 부식은 기판 두께와 관계있는 플라즈마 방전 전압 등 방전 조건의 변화와 플라즈마 전극 수명 단기화와 같은 문제를 야기한다.

따라서 본 발명의 목적은 PCB 전극 모듈을 적용하여 생산 단가를 낮추면서도 플라즈마 방전 조건을 안정화시키고 전극 모듈의 수명을 장기화할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은 폴리머 수지로 된 기판에 플라즈마 발생용 전극을 인쇄 회로 배선 기술로 형성한 PCB 전극 모듈을 강화유리, 세라믹, 또는 수정을 포함한 유전체 기판에 자외선 경화 접착제로 접착한 전극 모듈을 제공한다.

상기 전극 모듈은 하나의 PCB 전극 모듈에 X, Y 전극을 모두 포함하여 단독으로 플라즈마 발생장치로 사용되거나, 2 개의 PCB 전극 모듈을 서로 공백을 두고 마주 보게 배치하여 상기 공백에서 플라즈마가 발생되게 할 수 있다.

즉, 본 발명은,

절연체 기판;

상기 절연체 기판에 형성된 전극; 및

상기 절연체 기판과 전극 위에 접착제로 접착된 유전체 판;을 포함하고,

상기 절연체 기판은 인쇄회로기판(PCB)용 기판 또는 폴리이미드(PI) 기판을 포함하고,

상기 전극은 상기 절연체 기판에 인쇄회로기술로 형성되고,

상기 유전체 판은 강화유리, 강화 아크릴, 세라믹, 또는 수정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 전극은 절연체 기판에 매립된 배선 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 전극은 절연체 기판에 노출된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 접착제는 자외선 경화 접착제 또는 양면 접착 테이프를 포함하고, 접착제의 두께는 0.1 내지 0.2mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기에 있어서, 절연체 기판에서 매립된 전극을 덮고 있는 절연체 부분의 두께는 0.1 내지 0.5mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기에 있어서, 유전체 판의 두께는 0.4 내지 1.0mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는, 전극이 매립된 절연체 기판에 유전체 판이 접착된 제1전극 모듈과 제1전극 모듈과 동일한 구성의 제2전극모듈을포함하고, 제1전극 모듈의 유전체 판과 제2 전극 모듈의 유전체 판이 서로 이격되며 마주 보게 배열되고, 제1전극 모듈의 전극에 고전압을, 제2전극 모듈의 전극에 접지를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판 사이 공간에 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는, 전극이 노출되게 형성된 절연체 기판에 유전체 판이 접착된 제1전극 모듈과 제1전극 모듈과 동일한 구성의 제2전극모듈을포함하고, 제1전극 모듈의 유전체 판과 제2 전극 모듈의 유전체 판이 서로 이격되며 마주 보게 배열되고, 제1전극 모듈의 전극에 고전압을, 제2전극 모듈의 전극에 접지를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판 사이 공간에 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기에 있어서, 전극은 고전압이 인가되는 X 전극과 접지되는 Y 전극이 서로 전기적으로 절연된 상태로 절연체 기판에 형성되고, 유전체 판 외측으로 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기의 플라즈마 발생장치 2개를 각각의 유전체 판을 서로 이격되고 마주보게 배열하여 각각의 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 방전과 반대편 플라즈마 발생장치의 전극들 사이에서 일어나는 추가적인 플라즈마 방전을 얻는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 저가의 PCB 기술을 적용하면서도 플라즈마는 강화유리 등의 유전체 면으로부터 발생되며, 상기 유전체는 플라즈마 방전에 따른 부식에 강한 내성을 지녀 플라즈마 방전 조건을 안정되게 유지할 수 있고, 플라즈마 발생장치 수명을 장기화 할 수 있다.

또한, PCB 전극 모듈과 강화유리 등의 유전체는 지외선 경화 접착제를 도포하고 접착되기 때문에 접착제의 두께는 매우 얇아 전극 모듈의 부착 수단 두께에 의해 방전 전압의 상승을 거의 요하지 않는 장점이 있다.

또한, PCB 기술을 적용함에 따라 플라즈마 발생장치가 적용되는 제품에 필요한 각종 전기전자 부품들을 쉽게 탑재시킬 수 있어 제조공정을 쉽게 하고, 제품 단가를 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명의 PCB 전극 모듈을 적용한 플라즈마 발생장치의 일실시예를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 PCB 전극 모듈을 적용한 플라즈마 발생장치의 또 다른 일실시예로서 전극이 인쇄회로기판면 위에 형성된 경우를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 PCB 전극 모듈을 적용한 플라즈마 발생장치의 또 다른 일실시예로서 하나의 인쇄회로기판에 X, Y 전극이 모두 형성된 경우를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3a의 단면 전극 모듈 2개를 마주하여 구성된 플라즈마 발생장치를 보여준 단면도이다.
도 5는 도 3b의 단면 전극 모듈 2개를 마주하여 구성된 플라즈마 발생장치를 보여준 단면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 PCB 전극 모듈을 적용한 플라즈마 발생장치의 일실시예를 보여주는 단면도이다. 전극(10)은 기판(100)에 형성하며, 상기 기판(100)은 PCB 또는 PI로 구성된다. 즉, 인쇄회로기판 제조기술을 이용하여 플라즈마 발생용 전극(10)을 만든다. 인쇄회로기판 제조기술은 널리 알려여 있으며, 에폭시 수지 또는 베이클라이트 수지, 또는 PI 등의 절연체 기판에 레지스트를 이용한 인쇄술로 금속배선을 만들고 스루홀 등을 형성하여 각종 전기전자 부품을 손쉽게 실장할 수 있게 한다. 인쇄회로기판에서 금속배선은 절연체에 매립될 수도 있고, 표면에 노출되게 할 수도 있다. 인쇄회로기판 제조기술은 비교적 저렴한 비용으로 원하는 회로를 구성할 수 있다.

본 발명의 도 1은 인쇄회로기판의 절연체 내부에 플라즈마 발생용 전극(10)을 형성한 것이다. 전극(10)은 다수의 방전점을 갖도록 서로 전기적으로 연결된 다수의 선형 전극으로 형성될 수 있으며, 그외 다양한 형태로 형성될 수 있다. 전극(10)을 덮는 절연체 두께는 매우 얇아(0.1 내지 0.5mm), 절연체 두께 t로 인해 방전 전압이 높아지는 문제를 해소할 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이, 인쇄회로기판 기술에 의해 제조된 플라즈마 발생 장치는 전극에 비교적 고전압이 인가되고, 방전된 플라즈마가 갖는 에칭 성능으로 인해 기판 자체가 부식되어 오염물질이 생성되고, 결과적으로 전극 모듈의 수명이 짧아진다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 전기적 내부식성이 강한 강화유리, 강화 아크릴, 세라믹, 수정과 같은 소재로 만든 유전체 판(300)을 전극이 형성된 인쇄회로기판 위에 부착하였다. 금속전극을 개별적으로 유전체 코팅하는 경우, 코팅 비용과 노력에 의한 단가 상승이 따르고, 전극을 포위하는 유전체 두께를 얇게 조절하여야 한다. 이러한 문제점들을 감안하여 본 발명은 유전체 판(300)을 자외선 경화 접착제(200)로 접착하는 방법을 택하였다. 자외선 경화 접착제의 도포는 접착제의 두께가 0.1 내지 0.2mm 정도로 매우 얇고, 전극 부분은 도포하지 않고 기판(100)과 유전체 판(300)의 가장자리만 접착제를 도포하여 자외선 조사로 접착시킬 수 있다. 상기에서, 자외선 경화 접착제는 양면 접착 테이프로 대체될 수 있다. 유전체 판(300)의 두께는 0.4 내지 1.0mm 정도이며, 강화유리는 일반 유리와 달리 취약성이 없고 플라즈마 방전에 대해 내식성이 우수하다.

이와 같이 만들어진 PCB 전극 모듈은 동일한 형태의 것을 2개 이격 배열하여 틈새 공간에서 플라즈마를 발생시킨다. 즉, 제1 전극 모듈의 유전체 판(300)과 제2 전극 모듈의 유전체 판(300)이 서로 마주 보게 배열하고, 제1 전극 모듈과 제2 전극 모듈의 전극에 각각 고전압(제1전극모듈의 전극)과 접지(제2전극모듈의 전극)를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판(300) 사이 공간에 플라즈마가 발생된다. 전극(10)에서 방전되는 이온을 포함한 플라즈마는 유전체 판(300) 쪽을 향해 방전되므로, 부식에 강한 유전체 판(300)이 전극을 커버함으로 인해 풍부한 플라즈마를 얻으면서도 PCB 기판(100)의 부식과 그로 인한 오염물 발생을 막아준다.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 1과 다른 점은 PCB 기판(100) 표면에 전극(10)이 노출된 상태로 존재한다는 것이다. 노출된 전극(10)은 유전체 판(300)에 의해 커버되기 때문에 안정적인 플라즈마 방전을 지속시킬 수 있다. 즉, PCB 기판 내에 배선되는 것과 같은 형태의 도 1의 구성과 달리 전극을 PCB 기판 면 위에 노출시키고, 유전체 판(300)을 자외선 경화 접착제(200)로 기판(100)에 접착한다. 전극(10)은 유전체 판(300)이 커버하여 줌으로써 부식을 막아주고, 전극을 포위하는 기판 절연체가 없기 때문에 인가전압을 낮출 수 있으며, 풍부한 플라즈마를 얻을 수 있다. 그외 다른 구성은 도 1에서와 같다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여준다.

도 3은 하나의 기판(100)에 X, Y 전극을 모두 배열한 단면 전극으로 된 플라즈마 발생장치를 보여준다. 위의 것은 전극이 절연체 기판(100)에 매립된 것이고, 아래 것은 전극이 기판(100) 표면에 노출된 것이다. X 전극과 Y 전극은 절연체 기판(100) 상에서 전기적으로 서로 절연되며, 그 각각은 다수의 방전점을 갖도록 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 기판(100)은 PCB와 같거나 PI 일 수 있고, 전극 제조는 PCB 제조방법에 따른다. 전극의 부식과 절연체 기판(100) 부식 및 오염물질 발생을 막기 위해, 유전체 판(300)을 접착제(200)로 기판(100)에 부착하는 것은 도 1 내지 도 2의 실시예에서와 같다. 전원은 X 전극과 Y 전극에 인가되고, 그 중 하나의 전극은 접지된다.

본 실시예에서 플라즈마의 발생은 유전체 판(300) 외측에서 일어난다.

도 4는 도 3의 단면 전극 두개를 마주 배열하여 더 풍부한 플라즈마를 형성하는 것을 보여준다. 즉, X, Y 전극이 같은 기판(100)에 매립되고, 유전체 판(300)을 접착제(200)로 부착한 제1 전극 모듈에 전원이 인가되고 하나의 전극은 접지된다. 제2전극 모듈도 같은 형태로 만들어지고, 두 개의 전극 모듈은 각각의 유전체 판이 서로 마주보며 이격되게 배열된다. 각각의 전극 모듈에서 유전체 판(300) 외측으로 플라즈마가 방전되며, 같은 공간에서 풍성한 플라즈마를 얻는다. 또한, 제1 전극모듈과 제2전극모듈 사이에서도 전압 차에 의한 추가적인 플라즈마 방전을 얻을 수 있다. 제1전극모듈의 접지전극과 제2전극모듈의 전압인가전극, 제1전극모듈의 전압인가전극과 제2전극모듈의 접지전극 사이에서의 플라즈마 방전이 추가될 수 있다.

도 5는 도 4에서 전극이 기판(100) 면에 노출된 상태로 구성된 점만 다르고 나머지 구성은 동일하다. 전극의 기판 면 노출은 상술한 바와 같이 플라즈마 방전 전압을 낮춰주는 효과가 있다.

상기와 같은 PCB 기술을 이용한 플라즈마 전극 형성 및 플라즈마 발생장치는 제조비용을 낮춰주고, 각종 전자부품의 실장을 용이하게 하며, 강화유리, 강화아크릴, 세라믹, 또는 수정으로 된 유전체 판의 접착으로 폴리머 기판의 부식과 그로 인한 오염물질 발생을 막아주고, 전극의 부식도 방지하여 장기간 안정적으로 사용할 수 있다.

한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 전극
100: 기판
200: 접착제
300: 유전체 판

Claims (10)

1. 절연체 기판;
   상기 절연체 기판에 형성된 전극; 및
   상기 절연체 기판과 전극 위에 접착제로 접착된 유전체 판;을 포함하고,
   상기 절연체 기판은 인쇄회로기판(PCB)용 기판 또는 폴리이미드(PI) 기판을 포함하고,
   상기 전극은 상기 절연체 기판에 인쇄회로기술로 형성되고,
   상기 유전체 판은 강화유리, 강화 아크릴, 세라믹, 또는 수정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전극은 절연체 기판에 매립된 배선 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전극은 절연체 기판에 노출된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 접착제는 자외선 경화 접착제 또는 양면 접착 테이프를 포함하고, 접착제의 두께는 0.1 내지 0.2mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
5. 제2항에 있어서, 절연체 기판에서 매립된 전극을 덮고 있는 절연체 부분의 두께는 0.1 내지 0.5mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
6. 제1항에 있어서, 유전체 판의 두께는 0.4 내지 1.0mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
7. 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는, 전극이 매립된 절연체 기판에 유전체 판이 접착된 제1전극 모듈과 제1전극 모듈과 동일한 구성의 제2전극모듈을포함하고, 제1전극 모듈의 유전체 판과 제2 전극 모듈의 유전체 판이 서로 이격되며 마주 보게 배열되고, 제1전극 모듈의 전극에 고전압을, 제2전극 모듈의 전극에 접지를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판 사이 공간에 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
8. 제3항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는, 전극이 노출되게 형성된 절연체 기판에 유전체 판이 접착된 제1전극 모듈과 제1전극 모듈과 동일한 구성의 제2전극모듈을포함하고, 제1전극 모듈의 유전체 판과 제2 전극 모듈의 유전체 판이 서로 이격되며 마주 보게 배열되고, 제1전극 모듈의 전극에 고전압을, 제2전극 모듈의 전극에 접지를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판 사이 공간에 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 전극은 고전압이 인가되는 X 전극과 접지되는 Y 전극이 서로 전기적으로 절연된 상태로 절연체 기판에 형성되고, 유전체 판 외측으로 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
10. 제9항의 플라즈마 발생장치 2개를 각각의 유전체 판을 서로 이격되고 마주보게 배열하여 각각의 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 방전과 반대편 플라즈마 발생장치의 전극들 사이에서 일어나는 추가적인 플라즈마 방전을 얻는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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