TW200824505A - Improved atmospheric pressure plasma electrode - Google Patents

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200824505 九、發明說明： 【發明所屬^技糊"領域】 發明領域 本申請案聲請美國專利臨時申請案第60/848,940號（申 5請曰·· 2006年10月3曰）的權益。 本發明係有關於一種改良電極，其係適於在大氣壓或 近大氣壓條件下，使用電暈或電漿處理來修改基板，或使 用電7灵輔助化學氣相沉積法（piasma enhanced chemical vapor deposition)來塗層於基板。 10 發明背景 先前技術已研發出許多電極組態用於大氣壓或近大氣 壓操作。先前技術的組態可分成兩大類。第一類旨在使用配 置於基板另一側的接地電極與工作電極。第一類電極的例子 15 在世界專利第W0 2006/049794號與第W0 2006/049865號中 有描述。第二類是使用位在基板同一側的接地電極與工作 電極。第二類電極的例子在世界專利第WO 02/23960號、美 國專利第USP 6,441，553號及第USP 7,067,4〇5中有描述。 先前技術電極的提供的品質與塗層均勻度主要取決於 20 兩個因素：（a)由電極至待塗層基板的氣流速度；以及，（b) 橫越待塗層基板之氣流速度的均勻度（如美國專利申請公 開第USPAP 20050093458號所述）。較高的氣流速度可製成 品質較高的塗層。不過，較低的氣流速度可製成更加均勻 的塗層。因此，仍需要一種可提供高氣流速度及均勻氣流 5 200824505 速度的大氣壓電漿塗層電極（atmospheric pressure plasma coating electrode) ° 發明内容:J 發明概要 5 本發明提供上述問題的解決方案。本發明的電極可提 供南氣流速度與均勻的氣流速度。更特別的是，本發明為 一種改良電極，其係適於在大氣壓或近大氣壓條件下，使 用電暈放電（corona discharge)、電介質屏障放電（dielectric barrier discharge)或輝光放電(gi〇w discharge)電漿處理來修 10改基板，或使用電漿輔助化學氣相沉積法來塗層於基板， 該電極包含一界定一空腔於其中的主體，該主體有至少一 與該空腔氣體相通的進氣通道，使得一氣體混合物經由該 至少一進氣通道可流入該空腔，該電極有至少一與該空腔 氣體相通的出氣通道，使得流入該空腔的氣體經由該至少 15 一出氣通道可流出該空腔，該至少一出氣通道為一狹縫， 其中该改良包含一配置及密封於該空腔鄰近該出氣通道之 壁上的多孔體’使得流入該空腔的氣體在流過該出氣通道 之前會穿經該多孔體。 圖式簡單說明 20 第1圖為本發明較佳具體實施例之電極主體的透視圖； 第2圖為使用以橫截面圖示之本發明電極形成電漿聚 合塗層於基板上的系統；以及， 第3圖的端視圖係以橫截面圖示本發明之另一電極具 體實施例。 6 200824505 【實施方式3 較佳實施例之詳細說明 此時請參考第1圖，其係本發明較佳具體實施例之電極 主體10的簡化透視圖。主體10係由金屬製成且在其中界定 5第一空腔11。主體10中有與空腔11氣體相通的第一進氣通 道12。主體10中有與空腔u氣體相通的第二進氣通道13。 此時請參考第2圖，其係圖示使用以橫截面圖示、包含 主體10、進氣通道12及空腔11之第1圖電極形成電漿聚合塗 層（plasma polymerized coating)於基板上的系統。多孔體14 1〇係由一米長、12毫米外徑、8毫米内徑的熔塊(fritted)不鏽鋼 管（氣孔率（porosity)等於0.42，渗透率（permeability)等於 3x10平方米）組成’其係壓接(press价)於主體的腔室Η 内。主體10界定一狹縫型出氣通道15使得流入空腔n的氣 體16在流過出氣通道15之前會穿經多孔體14。狹縫15的寬 15度相對小為較佳，例如對高6毫米的狹縫而言，有o.ooi至 ο·οι英吋的覓度可減少氣體耗用量同時穿過狹縫15的氣體 17可保持高速度。从體H可顯著改#沿著狹縫長度流動 之氣體的均勻度。該電極需要經由電源45可施加於電極的 足夠功率及頻率以在電極與置於輔助電極（c〇unter 20 ele_de)47上之基板5 i之間的間隔中產生及維持例如（但 不受限於）電暈放電46。該電極可在例如(但不受限於)2瓦特 至20，_瓦特之間操作。工作頻率可在例如（但不受限 於）10Hz至13.56MHz之間。電極與待塗層之基板的間隙可 在例如（但不受限於)1至5毫米之間。當然、，如本技藏節習 25知，例如改變該間隙及基板也需要改變功率及頻率二工作 7 200824505 範圍。 請再參考第2圖，包含平衡氣(balance gas)53及工作氣 (working gas)50的氣體混合物16會流入電極的進氣口 12，然 後流出狹縫15而被電暈放電46電漿聚合以形成一塗層於移 5 動中的基板51上。如本文所用的，術語“工作氣”係指在標 準溫度壓力下可呈氣態或非氣態、能聚合以於基板上形成 塗層的反應性物質。如本文所用的，術語“平衡氣”為攜載 工作氣通過電極最終至基板的反應或非反應性氣體。 合適工作氣的例子包含諸如石夕烧、石夕氧烧及石夕氮院 10 (silazane)之類的有機石夕化合物，其係由含有此類材料之揮 發性液體52的頂部空間產生且在頂部空間被載氣（carrier gas)49攜載並與平衡氣53混合以形成氣體混合物16。矽烷的 例子包含：二甲氧基二甲基石夕烧(dimethoxydimethylsilane)、 甲基三曱氧基石夕烧(methyltrimethoxysilane)、四甲氧基石夕烧 15 〇^加11^1:11〇父}^1&1^)、甲基三乙氧基石夕烧(11161:11}41：1'1贫]1〇乂}^181^)、二 乙氧二曱基石夕烧(diethoxydimethylsilane)、三乙氧丙烯石夕烧 (triethoxyvinylsilane)、四乙氧基石夕烧(tetraethoxysilane)、二 甲氧基甲基苯基石夕烧(dimethoxymethylphenylsilane)、苯基 三甲氧基石夕烧(phenyltrimethoxysilane)、3-環氧基丙三曱氧 20 基石夕烧(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)、3-曱基丙烯丙 基三甲氧基石夕烧(3-；0161：11&(^}^1*〇卩711：14111^：11〇父}^13116)、二乙 氧基甲基苯基石夕烧(diethoxymethylphenylsilane)、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)石夕烧(1：148(2-11161：110乂}^1：110\}^111>4311&116)、苯基三 乙氧基石夕烧(phenyltriethoxy silane)、以及二甲氧基二苯基石夕 25 烧(出1加1:11〇\7(1丨卩11611}4以1^)。石夕氧烧的例子包含：四甲基二 8 200824505 矽氧烷（tetramethyldisil〇xane)、六甲基二石夕氧烧 (hexamethyldisiloxane) 、 八甲基三石夕氧烧 (octamethyltrisiloxane)、以及四乙基氧矽 (tetraethylorthosilicate)。矽氮烷的例子包含：六甲基矽氮烷 (hexamethylsilazane) 與四 甲 A 石夕氮 产 (tetramethylsilazane)。矽氧烷為較佳的工作氣，其中四甲基 二矽氧烷則特別較佳。 在與平衡氣混合之前，該工作氣用載氣49(例如，空氣 或氮）稀釋較佳。工作氣在載氣中的體積濃度（v/v 1〇 C〇nCentrati〇n)與工作氣的蒸氣壓有關，且不小於1%為較 佳，不小於5%更佳，不小於10%最佳；以及，不大於5〇% 較佳，不大於30%更佳，不大於2〇。/。最佳。 …合適平衡氣的例子包含空氣、氧、氮、氦、氬、以及 彼等之組合。平衡氣有夠高的流動速率以驅動電漿聚合用 15的工作氣至基板以形成連續薄膜(c〇ntigUOUS film)而不是粉 末。至於平衡氣的流動速率，平衡氣穿過狹縫的速度至少 有1000英呎/分鐘為較佳，至少2000英呎/分鐘更佳，而4〇〇〇 央呎/分鐘以上則更好（例如，10000英呎/分鐘，甚至20000 英"尺/分鐘或更多。控制平衡氣與工作氣的相對流動速率對 20於形成於基板上之塗層的品質也有利。調整流動速率使得 平衡氣與工作氣的體積比(v/v ratio)至少為0.002%較佳，至 少0.02%更佳，至少〇·2%最佳；以及，不大於1〇%較佳，不 大於6%更佳，不大於1%最佳。當然，如本技藝節習知，氣 體庄入速度、濃度及組成物的實際數值會取決於置於基板 25 上之塗層的類型。 200824505 儘管有可能在例如（但不受限於）電暈放電區（亦即，形 成電暈放電的區域）中以用真空或部份真空的方式來完成 本發明的方法，然而實施本發明方法最好是讓電暈放電區 不必經受任何真空或部份真空，亦即，在大氣壓或近大氣 5 壓條件下完成。 待用本發明電極塗層或處理的基板則沒有限制。基板 的例子包含：諸如聚乙烯及聚丙烯之類的聚烯烴 (P〇ly〇lefin)、聚苯乙烯、聚碳酸醋(polycarbonate)、以及諸 如聚乙烯對苯二曱酸酯（p〇lyethyiene terephthalate)及聚丁 10稀對苯二甲酸酯(polybutylene terephthalate)之類的聚酯。 此時請參考第3圖，其中的端視圖係以橫截面圖示包含 銘製主體61的另一本發明電極具體實施例。主體61有氣體 進氣口 60使得氣體可流入用主體61界定的第一空腔18，通 過夕孔體19’然後由狹縫20流出。電介質部份62及63都附 15著於主體61且包含接地棒66與67。在有適當的供電時，由 在主體61與接地棒66、67之間的電場產生的電浆21會在其 間形成。多孔體19為一米長、25毫米外徑、已用環氧樹脂 黏著劑密封於腔室18壁的熔塊不鏽鋼棒（氣孔率等於〇 42， 滲透率等於3xl08平方米）。 20 用於本發明的多孔體由固體材料的燒結顆粒（sintered granule)形成較佳，例如燒結玻璃或金屬（特別是，不鏽鋼的 燒結顆粒，例如，由在美國威斯康辛州簡斯維爾之 SSI-Sintered Specialties公司所出售的）。多孔體的滲透率在 3xl06平方米至3χ1〇10平方米的範圍内為較佳。多孔體的滲 25透率在3χ1〇平方米至3x10平方米的範圍内更佳。當狹縫 10 200824505 高度是在4至8毫米的範圍内而且多孔體的厚度是在1.5至3 毫米的範圍内時，多孔體的滲透率在lxl〇8平方米至6xl08 平方米為最佳。 結論 5 總之，顯然，儘管上文已用較佳具體實施例來描述本 發明，應瞭解本發明不受限於該等具體實施例而是希望涵 蓋所有落入以下申請專利範圍所界定之本發明範疇内的替 代、修改及等價陳述。 L圖式簡單說明3 10 第1圖為本發明較佳具體實施例之電極主體的透視圖； 第2圖為使用以橫截面圖示之本發明電極形成電漿聚 合塗層於基板上的系統；以及， 第3圖的端視圖係以橫截面圖示本發明之另一電極具 體實施例。 15 【主要元件符號說明】 10…電極主體 19.··多孔體 11…第一空腔 20...狹縫 12...第一進氣通道 21…電漿 13...第二進氣通道 45...電源 14···多孔體 46···電暈放電 15...出氣通道 47…輔助電極 16…氣體 49…載氣 17…氣體 50...工作氣 18…第一空腔 51…基板 11 200824505 52.. .揮發性液體 53.. .平衡氣 60…氣體進氣口 61 62 66 鋁製主體 63.. .電介質部份 67.. .接地棒 12

Claims (1)

1. 200824505 十、申請專利範圍： 1. 一種改良電極，其係適於在大氣壓或近大氣壓條件下， 使用電暈放電、電介質屏障放電或輝光放電電漿處理來 修改基板，或使用電漿輔助化學氣相沉積法來塗層於基 5 板，該電極包含一界定一空腔於其中的主體，該主體有 至少一與該空腔氣體相通的進氣通道，使得一氣體混合 物經由該至少一進氣通道可流入該空腔，該電極有至少 一與該空腔氣體相通的出氣通道，使得流入該空腔的氣 體經由該至少一出氣通道可流出該空腔，該至少一出氣 10 通道為一狹縫，其中該改良包含一配置及密封於該空腔 鄰近該出氣通道之壁上的多孔體，使得流入該空腔的氣 體在流過該出氣通道之前會穿經該多孔體。 2. 如申請專利範圍第1項之改良電極，其中該多孔體係由 一固體材料的燒結顆粒構成。 15 3.如申請專利範圍第1項之改良電極，其中該多孔體係由 一金屬材料的燒結顆粒構成。 4.如申請專利範圍第1項至第3項中之任一項的改良電 極，其中該多孔體的滲透率是在3xl06平方米至3xl01G 平方米的範圍内。 20 5.如申請專利範圍第1項至第3項中之任一項的改良電 極，其中該多孔體的滲透率是在3xl07平方米至3xl09平 方米的範圍内。 6.如申請專利範圍第1項至第3項中之任一項的改良電 極，其中該多孔體的滲透率是在lxlO8平方米至6xl08平 方米的範圍内。 13 25