TW201021632A - Apparatus of generating plasma and controlling electric ARC - Google Patents

Description

201021632 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種大氣電漿產生裝置，且特別是有 關於一種具電弧控制功能之大氣電漿產生裝置。 【先前技術】

電漿之特性在於其係包括中性粒子、活化粒子、電子 及離子等的反應’因而能夠提供非常廣泛的功能。尤其是 具有能量的粒子，更是能夠引發許多特殊的化學與物理的 反應。也由於如此，目前，電漿已廣泛地應用在各種領域， 例如在半導體製造方面，舉凡不同材料薄膜的成長及電路 的蝕刻皆普遍由電漿技術達成。在半導封裝方面，則可見 使用電漿來清潔及改變材料表面，藉此以達到 及效果。此外，在環保、醫療與光機電等領域中亦可見電b 漿之應用。 電漿源的種類係與電漿產生的形式相關，其包括電 式電漿源、微波表面波電漿源、大氣電漿源、電漿浸沒

火料。大氣電漿源中，由於喷射式大氣 ^的^集中’可以用於高速處理1件表面以改善表面 親水特性。然而，當制在金屬材料 工件表面時’電_的電弧卻非常容易 的表面，並損傷工件表面，導致卫 到製程良率。 ㈣良的產生，影 【發明内容】 本發明係有關於-種具電弧控制功能之大氣電 6 201021632 1 W^U«6PA =在:2電弧導引電極與氣流場之設計，將電弧位 在裝置内，減避免電弧損傷所要處理之工件表 面，進而提升製程良率。 二艮據=明’提出一種具電弧控制功能之大氣電漿產 ^置’此褒置包括一外殼、一内電極、一氣 =：電弧導引電極。外殼具有相對之—電極設置端與 :電水出口端。内電極設置在外殼内，並位在電極設置 其中内電極連接至—電源供應器。氣流控制機構設 ，在電極設置端，用以在内電極之周邊產生―渴旋氣流， 藉此使内電極產生之電弧集中在外殼内之中央位置，並導 引電弧至電漿出口端。電弧導引電極設置在電聚出口端， 並連接至電源供應器，其中’電弧導引電極具有一尖端係 位凸出電漿出口端之内表面’用以吸引電弧’藉此以控制 電弧之位置。 為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下文特舉較佳 ❿實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 凊參照第ΙΑ、1B圖，第ία圖係依照本發明較佳實 施例的一種具電弧控制功能之大氣電漿產生裝置之示意 圖’第1B圖係第ιΑ圖大氣電漿產生裝置於電漿出口側之 示意圖。如第1A圖所示，大氣電漿產生裝置1〇〇包括一 外殼110、一内電極12〇與一氣流控制機構14〇等元件， 以下逐一說明各元件之配置與作用。 外殼110例如為一中空殼體，其具有相對之一電極設 201021632 置端112與一電漿出口端114。外殼110之材質可為金屬 或非金屬材料。 内電極120設置在外殼110内，並位在電極設置端 112，其中，内電極120連接至一電源供應器200。内電極 120例如是一金屬電極，大多使用銅，或是不錄鋼、鑛之 類耐高溫金屬或合金。電源供應器200提供之電壓會使内 電極120鄰側之氣體產生解離之作用，而形成由自由電 子、帶正電的離子與未電離之原子等所構成之電漿氣體。 也由於存在帶負電的自由電子和帶正電的離子，因此電漿 氣體有很高的電導率，而產生電弧400的作用。 電漿出口端114,其具有一電漿出口 132。電漿出口 132之形狀並不限定，其大小可依照需求，例如是電漿氣 體之出口流速去設定。 氣流控制機構140設置在電極設置端112，用以在内 電極120之周邊產生渦漩氣流300，藉此使内電極120產 生之電弧400朝外殼110内之中央位置集中，並導引電弧 400至電漿出口端114。由於當電弧400被控制在外殼110 之腔體中時，流道可以加大以降低電漿氣體流速，因此可 初步降低電弧400溢散的機率。 如第1A圖所示，氣流控制機構140例如包括一氣體 導引元件142與一氣體供應器（未繪示）。氣體導引元件 142具有多個斜向貫穿孔144位在内電極120之周邊，並 連通至外殼110内。這些斜向貫穿孔144係可相互平行， 此外，斜向貫穿孔144之延伸方向A1較佳地與内電極120 201021632

TW5086PA 之延伸方向A2呈現歪斜的關係。 氣體供應器（未繪示）所供應之氣體會通過斜向貫穿 孔142並進入外殼11〇中。且當氣體從斜向貫穿孔144灌 入外殼110内時，由於斜向貫穿孔144之配置方式，灌入 之氣體會繞著内電極120旋轉，因而會在内電極12〇之週 邊產生渦旋氣流300，接著，電弧4〇〇便會受到渦旋氣流

30〇之導引移動。如此一來，便可將電弧4〇〇控制在外殼 Π 0内之中央位置。 嘴射式大氣電漿由於能量集中，可以用於高速處理素 材表面’改善素材表面的親水特性，但是顧在金屬材料 或導體材料表面時，電漿所引起的電弧會溢散到金屬表 面，引起金屬表面的損傷。在此，主要是利用電弧導引電 極的配置及設計’將電弧彻產生的 之腔體内側，使得錢“不會有溢散的電弧 較佳地，在大氣電槳產生裝置100中可裝設 弧導引電極，且電弧導引電極較 π 電 之徑向插置在電漿出口端J . 口端114 地端）。 讀應woo之正極與負極（或接 本實施例是以四個雷沉道 本發明並不限定於此，大1電極150為例做說明，然 端m中亦可僅裝設單個電置1⑼，電漿出口 之電弧導引電極15〇。另 極150或是其他數目 或是中命总y.,. 電弧導引電極150可為嘗'、 A疋中工官’在此先以實 巧實心 W冤弧導引電極15〇 (見第认 201021632 圖）做說明。 電弧導引電極15〇係等間隔地插置在電衆出口端Μ ;=圖所示。電弧導引電極15〇連接至電源供應 或疋一接地端’其中，各電弧導引電極15〇且有-係凸出電浆出口端114之内表面。由於尖端152 集中，因而可產生尖端放電的效果，藉此 I及引電弧_，因而得以控制電弧働在電聚出口端114 之位置，更進-步地避免電弧溢散的問題。 第1Β圖之尖端152係為尖點之型式，然本發明並不 限疋於此。如第2圖所示，電弧導引電極！50,之尖端152, 也可為-球面之型式，其同樣具有吸引電弧之特點。 从鲂J卜殼110之材質可為金屬或非金屬，當外殼11〇 ， 非金屬時，如第1Α圖所示電弧導引電極⑼ 係可透過導線16G連接至電源供應器200。 接著睛參照第3圖，其係電弧導引電極透過外殼連接 2源供應器之示意圖。如第3圖所示，當外殼㈣之材 質為金屬時’電弧導引電極15()實際上可直接透過外殼n〇 連接至電源供應器200。此時，為避免外殼11〇與内電極 120產生電性接觸，較佳可設置隔離元件⑺仙電極no 與外殼m之間，以隔絕内電極12〇與外殼11〇。 隔離元件170之材質係可為一介電材料，其例如是石 英、陶£或高分子材料等。另外，在氣體導引元件142與 内電極120之間亦可畔·署眩她―，L , 门』认置隔離兀件17〇，以適當保持各元 件之間的電性絕緣。 201021632

TW5086PA —吻參照第4圖’其係大氣電聚產生裝置加設—開口減 縮凡件之7F意圖。如第4圖所示，開口減縮元件18〇設置 在電漿出口 132處，其中，開口減縮元件18〇之開口 係J於電装出口 132。開口減縮元件18〇除了可減少電衆 氣體之出口幅寬’更可阻擋不必要的電弧溢散，進而辅助 控制電弧的位置。較佳地，開口減縮元件18〇之材質係為 絕緣材料。 ❹ 請參照第5圖，其係電弧導引電極為一中空電極之示 意圖。如第5圖所示，電弧導引電極150”具有一貫穿通道 152”，而貫穿通道152”係連通至電漿出口端114内，使電 漿出口端114内之空間也可透過電弧導引電極15〇，，連通至 外部大氣。開口減縮元件18〇,之開口 182，使電漿出口 132 縮得更小，因此造成電漿出口 132之氣體壓力升高，且會 使電漿氣體的出口流速增加許多。太高速的電漿氣體具有 較強的衝擊力，也容易帶出溢散的電弧，因此容易對所要 Q 處理的工件表面造成破壞。 舉例來說’當要以大氣電漿產生裝置100去進行工件 表面的鍍膜處理時，氣體壓力會因為電漿出口 132其口徑 的減縮而上升’造成氣體粒子碰撞的機率增加，因此不利 於控制成膜的品質。由於電漿出口端114内之空間可透過 電弧導引電極150”之貫穿通道152”連通至外部大氣，在電 漿氣體產生時，部分氣體可從貫穿通道152”排至外部空 間’因此可以有效降低出口流速，進而減小電漿氣體之衝 擊’以保護所要處理之工件。 201021632 本發明上述實施例所揭露之具電弧控制功能之大氣 電漿產生裝置，係在鄰近電漿出口的位置設置電弧導引電 極用以吸引電弧，以將電弧產生的位置導引到外殼的腔體 内側，使電漿出口不會有溢散的電弧，因此可避免電弧接 觸到所要處理的工件表面。此外，外殼内會設計出適當的 氣流場，以藉由氣流的導引去限制電弧的方向，使電漿產 生的位置更接近電漿出口端。再者，當電漿出口的大小被 減縮時，可採用空心的電弧導引電極去辅助氣體排出，使 電漿出口的流速降低，進而可減少電漿氣體對所要處理工 ❿ 件表面造成破壞。本發明上述實施例所揭露之具電弧控制 功能之大氣電漿產生裝置係實質上可提升工件製作之製 程良率，且在大氣電漿領域中的應用更為寬廣。 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常 知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之 更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專 利範圍所界定者為準。 © 12 201021632

J W50«6PA 【圖式簡單說明】 第圖係依照本發明較佳實施例的一種具電弧控制 功能之大氣電漿產生裝置之示意圖。 一第圖係第ίΑ圖大氣電漿產生裝置於電漿出口 之不意圖。

第2 第3 之示意圖 圖係電弧導引電極之尖端為一球面之示意圖。 圖係電弧㈣電極透過外殼連接至電源供應器 第4圖係大氣電漿產生裝置加設 示意圖。 吨拖兀件之 第5圖係電弧導引電極為一 【主要元件符號說明】 中空電極之示意圖

100 ··大氣電漿產生裝置 110 :外殼 Η2 :電極設置端 114 :電漿出口端 120 :内電極 132 ·'電漿出口 140 :氣流控制機構 142 :氣體導引元件 144 :斜向貫穿孔 150 、 150, 、 150” 152、152’ ：尖端 152” ：貫穿通道 電弧導引電極 201021632 160 :導線 170 :隔離元件 180、180’ ：開口減縮元件 182、182,：開口 200 :電源供應器 300 :渦旋氣流 400 :電弧 500 :電漿氣體

Al、A2 :延伸方向 參

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Claims (1)

1. 201021632 TW5086PA 十、申請專利範圍： 1· 一種具電弧控制功能之大氣電漿產生裝置，包括： 一外殼，具有相對之一電極設置端與一電漿出口端； 一内電極，設置在該外殼内，並位在該電極設置端， 其中，該内電極係連接至一電源供應器； 一氣流控制機構，設置在該電極設置端，用以在該内 電極之周邊產生一渦璇氣流，藉此使該内電極產生之電弧 ❿ 集中在該外殼内之中央位置，並導引電弧至該電聚出口 端；以及 至少-電弧導引電極，設置在該電漿出口端，並連接 至該電源供應器，其中，該至少一電弧導引電極具有一尖 端^立凸出該電漿出口端之内表面，用以吸引電弧，藉此 以控制電弧之位置。 晉如u利範圍帛1項所述之大氣電漿產生裝 電弧導引電極係沿著該電聚出口端之 位向插置在該電漿喷嘴中。 置，二利範圍第2項所述之大氣電漿產生裝 間隔地插置在該電漿出口端。 ’、寺 4. 如申請專利範圍第丨 置，其中，該㈣極#之大载電聚產生裝 一電弧導引電極係連接至^電源供應器之正極，該至少 端。 糸連接至錢源供應器之負極或一接地 5. 如申請專利範圍第 項所述之大氣電漿產生裝 15 201021632 置，其中，該外殼之材質係為金屬，該外殼係連接至該電 源供應器，該至少一電弧導引電極係透過該外殼連接至該 電源供應器之負極或一接地端。 6.如申凊專利範圍第〗項所述之大氣電漿產生裝 置，更包括一隔離元件，係設置在該内電極與該外殼之 間’用以隔絕該内電極與該外殼。 7’如申明專利範圍第6項所述之大氣電漿產生裝 置，其中，該隔離元件之材質係一介電材料。 8. 如申请專利範圍第7項所述之大氣電漿產生裝 置’其中，該介電材料係為陶竟、石英或高分子材質。 9. 如申請專利範圍《 1項所述之大氣電漿產生裝 置’更包括-開口減縮元件，係設置在該電漿出口端其 中’該開口減縮元件具有―.係小於該電漿出口端之大 =如巾請專利範圍第9項所述之大氣電漿產生裝 置’其中，該開口減縮元件之材質係一絕緣材料。 晉，二如：請專利範圍第1項所述之大氣電漿產生裝 $ B八姑以至^ —電弧導$丨電極之該尖端係具有-尖點 或疋一球面。 置，Γ中如:Γ專利範圍第1項所述之大氣電浆產生裝 -貫穿通道用以連通該電^1極係—中空電極’並具有 之外部空間。 電漿出口端之内部空間與該外殼 13·如Μ專利範圍帛1項所述之大氣電漿產生裝 201021632 TW5086PA ㊁引氣流控制機構包括一氣體導51元件，該氣體 連通至^^數個斜向貫穿孔位在該内電極之周邊，並 逆、主科喊m供㈣通過並進人該外殼。 14. 如申凊專利範圍第13項所述之大氣電漿產生裝 ’其中’該些斜向貫穿孔係相互平行。 15. 如申請專利範圍第13項所述之大氣電漿產生裝 Ο 具中’該些斜向貫穿孔之延伸方向與該内電極之延伸 方向係呈現一歪斜之關係。

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