TW201628047A - 用於表面電漿處理之裝置及以電漿處理表面之方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於表面(2)電漿處理之裝置具有一第一電極(4)和一第二電極(7)，和一在該第一電極(4)與該第二電極(7)之間的交流電壓電源(6)，及一至少在該第一電極(4)與該第二電極(7)之間形成的電場，一有效面積(9)被定位在該第一電極(4)的前面，以使該有效面積(9)的該表面(2)位於被處理位置，且該第二電極(7)的配置比該第一電極(4)更接近該有效面積(9)，其中，在該第一電極(4)中至少提供一個用於至少一個製程氣體流的製程氣體通道(3)，該製程氣體通道(3)具有至少一個出口(5)，且該至少一個出口(5)指向該有效面積(9)的方向，而該至少一個製程氣體流在該電場上撞擊，且該電場將該至少一個製程氣體流轉化成一電漿流，及該電漿流在該有效面積(9)上撞擊。

Description

用於表面電漿處理之裝置及以電漿處理表面之方法
本發明係有關於一種用於表面電漿處理之裝置，具有一第一電極和一第二電極，和一在該第一電極與該第二電極之間的交流電壓電源，及一在該第一電極與該第二電極之間形成的電場，且具有一配置在該第一電極之前的有效面積，而被處理的該表面可被定位在該有效面積中，該第二電極的配置比該第一電極更接近該有效面積。
本發明也有關於一種用於以電漿處理表面之方法，基於在一第一電極和一第二電極之間施加一交流電壓，在該等二個電極之間產生一電場，一被處理的表面定位在該第一電極之前，及該第二電極的配置比該第一電極更接近該表面。
當藉由黏合劑將一個表面黏貼在另一個表面上時，總有將黏合劑施加於基板表面的持久性和牢固性問題。對此，特別是壓感黏合劑之於表面的高黏著性是必要的。該術語「黏著性」通常意味著該物理效應。彼此接觸的兩個相態藉由此黏著性，在它們的界面借助於 在此產生的分子間交互作用而抱持在一起。因此該黏著性確定了在基板表面上黏合劑的黏接程度，且可以用所謂的「黏性」形式和用黏接強度來確定。增塑劑及/或「增黏劑」樹脂通常添加到黏合劑，以在其黏著性上產生一控制效果。
簡單地說，黏著性可被定義為「每單位面積的交互作用能量」[以mN/m]，但因為實驗的限制，這是無法測量的，例如缺乏了解實際的接觸區域。表面能(SE)也經常藉由使用「極性」和「非極性」分量來描述。現在此簡化模型在實際用途上被廣為接受。這種能量和其分量經常藉由測量各種測試液體的靜態接觸角度來測量。這些液體的表面張力分為極性和非極性分量。從該測試表面上觀察的液滴接觸角度來確定測試表面之表面能的極性和非極性分量。以舉例的方式，OWKR模型可在此使用。在業界通常使用的一替代方法是藉由根據DIN ISO 8296測試油墨的方法來確定。
在這種討論中，術語「極性」和「高能量」常常被當作同意義的，術語「非極性」和「低能量」也是。這源自事實上相較於所謂的「分散」或「非極性」交互作用，極性偶極力(polar dipole force)是很大的，該極性偶極力不涉及永久的分子偶極。表面能和表面交互作用所根據的方法是假設極性分量僅與極性分量交互作用，且非極性分量僅與非極性分量交互作用。
然而，也有可能一表面具有小或中等的極性表面能分量而沒有「高」表面能。可使用的準則是：為 了本發明的目的，只要SE的極性分量大於3mN/m，該表面可被稱為「極性」。這大約相當於實際的檢測下限。
原則上，不存在對於如「高能量」和「低能量」的特定界限。為了討論的目的，設定限制為38mN/m或38dyn/cm(常溫)。例如高於此值，表面印刷性能通常足夠。純水的表面張力(=表面能)約72mN/m(特別是取決於溫度)，可用於比較。
特別是在如PE、PP、或EPDM的低能量基板上，但也在許多塗層材料上，當壓感黏合劑或其他黏合劑或塗層使用時，主要問題發生於獲得滿意的黏著性。
對基板之物理性做預處理(例如藉由火焰、電暈、或電漿)以改善黏合劑黏接強度時，特別習慣採用液體反應黏合劑。這種物理性預處理的一個功能也可清理該基板，例如去除油脂，或使表面粗糙以放大有效的表面面積。
主要用於物理性預處理的術語是表面的「活化」。與使用鍵鎖(key-in-lock)原理之化學反應例子的方式對比，這主要是指一非特定性交互作用。活化主要意味著在潤濕性、印刷性、或塗層固定的改善。
就自黏膠帶而言，習慣施加一助黏劑於基板。然而，這經常是容易出錯的複雜手動步驟。
使用物理性預處理基板(火焰、電暈、或電漿)以改善壓感黏合劑的黏著性，然其普遍性並沒有成功的達到，因為如天然或合成橡膠的非極性黏合劑通常並不有利於此製程。
電暈處理被定義為一表面處理，它使用絲狀放電，和在兩個電極之間經由高交流電壓產生電暈處理，隨後離散放電管道與需要處理的表面接觸，也請參閱Wagner et al.,Vacuum,71(2003)第417到436頁中的連接。除非另有說明，製程氣體可被假定為周圍空氣。
特別是，在業界應用中術語「電暈」主要是指一「介電質阻障放電」(DBD)。在此至少該等電極的一個是由一介電質組成，即一絕緣體組成，或具有同樣的塗層或覆蓋物。在此該基板也可作為一介電質。
電暈處理的處理強度以[Wmin/m2]定為「劑量」，該劑量D=P/b*v，其中P=電力[W]、b=電極寬度[M]、v=網板速度[m/min]。
基板幾乎總是放在一電極和一相對電極之間的放電空間內，或通過此放電空間，這被定義為「直接」物理性處理。在此網模形式的基板通常通過一電極和一接地輥子之間。有時也用另一種術語「射出電暈(ejected corona)」或「單邊電暈(single-side corona)」。這種不可與直接的物理性處理相比，因為根據現有技術，為了從電極配置朝基板方向驅出作為射出物的電漿，或以便不規則的放電細絲與一製程氣體一起「射出」，在此需要高氣流，且這不可能實現穩定的、明確界定的、高效率的處理。
FR 2 443 753揭露一種藉由電暈放電方法用於表面處理的裝置。在這種情況下，該等兩個電極配置在目標物待處理表面的同一側上，該第一電極藉由多個 電極端形成，沿著該第一電極提供一第二電極的彎曲排列。在40kHz頻率將一12kV交流電壓施加在該等兩個電極之間。沿著該場力線電暈放電，從而影響該經過的表面，並導致該表面活化，由此改善被電暈效應處理之表面上的壓感黏合劑之黏接性能。
藉由完全避免在被處理材料表面上的電暈效應，可使各類、形式、和厚度的材料可能做更均勻強度的電暈處理，因為根據EP 0 497 996 B1，選擇一雙端電極，該等電極端的每一者具有一自身的加壓通道。在該等電極的兩個電極端之間產生一電暈放電，該電暈放電電離流過該等通道的氣體流並將其轉換成一電漿。然後此電漿達到被處理的表面，在此特別地進行一改善表面潤濕性的表面氧化。(在此)該類型的物理性處理被稱為間接，因為該處理不是在產生放電的位置進行。該表面處理於大氣壓力或接近大氣壓力時發生，但可增加在放電空間或氣體通道中的壓力。
EP 0 497 996 B1電漿設備具有相當高的氣體流，以每間隔40cm電極寬度在每小時36m3的範圍內。該高流速導致在基板表面上活化成分的較低停留時間。更進一步，也有的情況是只有那些相對長時間存留和可藉由氣體流移動的電漿成分到達該基板。例如電子不能藉由氣流移動，因此不會起任何作用。
在此，該電漿被理解為是在大氣壓力下的電漿，這是在有效面積中以一接近(+/-0.05bar)於大氣壓力或在大氣壓力或周圍壓力的壓力下，不在熱平衡中的電 性活化均勻反應氣體。在電場中的放電和電離製程具有氣體被活化的效果，且在氣體成分中產生高度激發態。使用的氣體和氣體混合物被稱為製程氣體。原則上，氣體物質如矽氧烷、丙烯酸、或溶劑或其他成分也可以與該製程氣體混合。大氣壓力電漿的成分可為高度激發原子態、高度激發分子態、離子、電子、或未被改變的該製程氣體成分。該大氣壓力電漿不在真空中產生，但通常是在周圍空氣中。這意味著，如果該製程氣體並非是空氣本身，流出的電漿至少包含周圍空氣的成分或被周圍空氣所包圍。
就如上述所定義的電暈放電而言，高電壓的施加導致帶有電子和離子的絲狀放電通道被形成。特別是低質量電子，在高速下碰撞帶有能量的表面，其已足以破壞多數分子的黏接。該被破壞的黏接部位其後進一步與空氣或製程氣體的成分反應。一決定性的重要效果是經由電子撞擊形成短鏈降解產物。更高強度的處理也導致材料的顯著消融。
電漿與基板表面的反應促使電漿成分的直接「結合」。或者，可能在該表面上產生一激發態或一開放黏接部位和自由基，且接著，其等可進一步進行二次反應，例如與周圍空氣大氣中的氧反應。就一些氣體而言，如惰性氣體，可以預料的是對於該基板，製程氣體的原子或製程氣體的分子沒有化學黏接。在此該基板完全藉由二次反應的方式發生活化。
就間接電漿處理而言，可能會有自由電子存在，因為該處理發生在該產生電場以外，但是這取決於電漿擴散的類型。
本發明的目的係提供一種在開頭所提類型的裝置，使得表面的間接電暈處理可能不帶有流速或是非常低的流速。
本發明的目的也提供一種在開頭所提及之類型的方法，以避免前面所提及的缺點，比如高流速，和因此的高氣體消耗，同樣也避免了對基板後側的損壞。
關於該裝置，藉由一種具有請求項1特徵特性的開頭所提裝置來實現目的。
相對於FR 2 443 753，該裝置被劃定為最接近的現有技術。根據本發明，該裝置藉由用於至少一個製程氣體流的至少一個製程氣體通道來區別，在一第一電極具有用於每個電極端的一出口，該出口指向有效面積的方向，且該至少一個製程氣體流在該電場上撞擊和該電場將該至少一個製程氣體流轉化成一電漿流，優選地正好有一個電漿流且該電漿流在有效面積上撞擊。
與FR 2 443 753的直接電暈處理相比，根據本發明一基板的表面處理係藉由一電漿流的方法進行，該電漿優選地係一大氣壓力電漿，在此簡稱為電漿，且該電漿藉由在一第一電極和一第二電極之間的一電暈放電而產生。該至少一個製程氣體通道沿該第一電極運行，和該至少一個製程氣體流在該至少一個製程氣體通 道中轉化成一電漿流。由於該第二電極的配置比該第一電極更接近該有效面積，該裝置場力線的投入運行點主要係朝向該有效面積方向，以便甚至在非常低的製程氣體流速或沒有製程氣體流速下，朝該有效面積方向發生場力線驅動該電漿的進展。結果，該製程氣體流速可被優選地降低，且由於該電漿朝該有效面積方向運動，所以仍然可能使一針對性的表面活化。
在本發明的意義中，該製程氣體僅用於能夠產生特定類型的目的。
該第一電極優選地形成為一桿，且配置在該製程氣體通道的內部中。就這個實施例而言，優選地提供正好一個製程氣體通道和正好一個製程氣體流。結果，可能該製程氣體圍繞該第一電極流動，且特別高比例的該製程氣體轉化成電漿。該製程氣體確實不是用於將該電漿從電漿源朝該基板方向驅離的目的。
在本發明進一步實施例中，該第一電極形成為一管，且封閉一另外製程氣體通道。該管狀電極優選地也居中配置在該製程氣體通道中。該製程氣體通道和該另外製程氣體通道彼此分開並彼此平行對齊。在這種情況下，該另外製程氣體通道提供在該管狀電極的內部中，且該電極在外側被該製程氣體通道封閉。該製程氣體通道被一封閉體包圍，且該製程氣體通道穿過它而形成。
該第一電極優選地比該封閉體更達到接近該有效面積。在這種情況下，該第一電極沿朝向該有效面積的高度方向，突出超過該封閉體。
然而，在本發明另一實施例中，也可能的是，該電極在高度方向上比該封閉體更短，因此該封閉體比該第一電極更達到接近該有效面積。就一桿狀第一電極和一管狀第一電極二者而言，可選擇與該封閉體相比不同長度的該電極。
根據要求，該等製程氣體通道的不同長度和數目能夠提供一用於表面處理的量身定制裝置。
就塗層電漿系統而言，已經發現撞擊在該基板表面上的電漿活化氣體在那裡沉積物質後，也可以朝該等電極方向再盤旋回來，且隨著時間推移過程同樣在該等電極形成塗層。為了減少或甚至消除塗層，該等第二電極優選地形成為一桿，並被一氣密內層包圍，且在該氣密內層和一氣體可滲透介電質外層之間提供一氣體通道。該氣體通道與該製程氣體通道無關。該第二電極優選地是一接地電極。它被一氣密內層包圍，從而使在該氣密內層和依次包圍該氣密內層之氣體可滲透介電質外層之間的氣體不能達到該電極，而只通過該氣體可滲透介電質外層，從該第二電極流出。離開該第二電極的該氣體流具有抵消反射電漿沉積的效果。
特別優選地，該裝置不僅具有一單一第一電極和正好一個或正好二個第二電極，而且具有多組分別朝一縱向方向對準的和一前一後成排配置的第一電極，以及許多桿狀第二電極，該等第二電極分別地沿成排第一電極之一個，朝該縱向方向運行。在本發明這個實施例中，提供整個網格的第一電極，藉此可以在大面積上做表面處理。
關於該方法，藉由一種具有請求項9特徵特性的開頭所提方法來實現目的。
特別是該方法適用於以一個或多個該等上述的裝置來進行。就開頭所提的方法而言，至少一個製程氣體流通過至少一個製程氣體通道。該至少一個製程氣體通道具有至少一個出口。該至少一個製程氣體流朝該有效面積的方向離開該至少一個出口，且該至少一個製程氣體流在該電場上撞擊，和該電場將該至少一個製程氣體流轉化成一電漿空間，以及該電漿在該有效面積上撞擊。該基板的表面優選地配置在該有效面積中，且該電漿流在這個表面上撞擊，並活化該表面，基於例如增加壓感黏合劑之黏接力的活化該表面或在該表面上進行其他已知的物理性反應。原則上從Jörg Friedrich,"The Plasma Chemistry of Polymer Surfaces",Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA,Weinheim,2012.，已知這些類型的活化。
該製程氣體流優選地圍繞該形成為一桿之第一電極的外側流動，但它也可以想像一另外製程氣體流可流過該形成為一管之電極的內部。
在本發明一個實施例中，該另外的製程氣體流終止於該封閉體內，並越過進入該製程氣體流，而在根據本發明方法的另一個實施例中，該桿狀電極比該電極的封閉體長，以便該另外製程氣體流終止於該封閉體之外側，且只與該製程氣體流最後在一更後面位置和離該基板表面較短的距離來混合。
該第二電極優選地構造成上述實施例中的一個，且一氣流沿該第二電極流動，並通過一氣體可滲透介電質外層到外側，以便可防止在該第二電極上沉積電漿。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧表面
3‧‧‧製程氣體通道
4‧‧‧第一電極
4a‧‧‧電極端
5‧‧‧出口
5a‧‧‧出口高度
5b‧‧‧出口高度
6‧‧‧交流電壓電源
7‧‧‧第二電極
8‧‧‧介電質
9‧‧‧有效面積
11‧‧‧基板
12‧‧‧封閉體
13‧‧‧另外製程氣體通道
14‧‧‧核心
15‧‧‧氣密內層
16‧‧‧環形氣體通道
17‧‧‧多孔外層
B‧‧‧寬度方向
H‧‧‧高度方向
L‧‧‧縱向方向
本發明的描述以在六個附圖中幾個示例性實施例為基礎，其中：第1圖顯示根據本發明在第一實施例中用於表面電漿處理的一裝置。
第2圖顯示用於表面電漿處理之裝置的第二實施例。
第3圖顯示用於表面電漿處理之裝置的第三實施例。
第4圖顯示用於表面電漿處理之裝置的第四實施例。
第5圖顯示用於表面電漿處理之裝置的第五實施例。
第6圖顯示在第1至5圖中實施例其中一個的一接地電極立體圖。
在第1圖中示意性地表示，根據本發明用於表面2電漿處理之裝置1的第一實施例，該裝置具有一形成為一管狀的第一電極4，且管狀內部形成製程氣體通道3。在此實施例中，該第一電極4與其封閉體重合。在該裝置運行期間，一製程氣體以例如10公升/分鐘的 低流量被導向通過該製程氣體通道3，且用於每個電極或用於該電極的每個電極端。朝對準高度方向H反方向的流動方向，該製程氣體通道3終止於一出口5。
在第1圖中，只有表示該第一電極4的一電極端4a。該電極端4a完全從一導電材料生產，例如高等級鋼、鐵、或銅合金，且連接到一交流電壓電源6。該交流電壓電源6在1kHz至250kHz的頻率產生18kV至20kV的交流或脈衝高電壓。除該第一電極4外，該交流電壓電源6連接到接地第二電極7。該第二電極7在第1圖中以截面表示。
該第二電極7形成為桿，且朝縱向方向L配置成垂直於第1圖的紙張平面。在第1圖中的該裝置1只表示一個電極端4a和在該電極端4a旁邊之二個第二電極7的隔離配置。該裝置1總體具有多個電極端4a，該等電極端朝縱向方向L一前一後成排地配置。該等電極端4a彼此間距是等距，且兩個桿狀的第二電極7配置平行於成排電極端4a的縱向方向L。在第1圖中，第二桿狀電極7分別地以橫截面表示在成排電極端4a的兩側。該等第二電極7皆係連接到該交流電壓電源6。此外，多組朝縱向方向L排列的成排電極端4a係沿寬度方向B配置，該寬度方向平行於該等二個垂直於縱向方向L的第二電極7之間的連接線，並垂直於高度方向H，使得成排電極端4a彼此平行地配置，且分別地在兩排相鄰的電極端4a之間提供一接地桿狀第二電極7。
在該管狀電極端4a的開口端，當施加一交流電壓時形成一電場。實際上，在該電極端4a外壁和該等兩個第二接地電極7之間形成一電場(未示出)，而在該電極端4a的出口5特別強。這就是說在運行期間，一特別強的電場在該電極端4a的出口5形成。該電場的場強度是如此強烈，使得它把離開該出口5的製程氣體流轉化成電漿流。在此電漿被理解為一包含高度激發原子態、高度激發分子態、離子、及電極等各種成分的混合物，同時也不改變該製程氣體的成分。由於朝一基板11之一表面2方向上形成場力線，藉由該電場驅動，所以該電漿已朝該基板11的方向上移動。
然而，該電極端4a形成為一管，而該製程氣體可流經該管，以便使該製程氣體朝該出口5方向流經該電極端4a(該製程氣體流動方向以一箭頭表示)，且該出口5導向朝該基板11之表面2的方向。從而在另一方面，因在該管中穿過該出口5而轉化成一電漿的製程氣體流，朝該基板11之表面2的方向額外地提供一移動分量。
該製程氣體流的速度僅有這樣的規模，進而在該電極端4a處形成一層流，即使在離開該電極端4a的出口5後，該製程氣體流至少基本上保持為層流，並且不會打旋。
該等接地第二電極7被一不導電的介電質8封閉。該介電質8在該電極端4a和交流或脈衝高電壓的該等接地第二電極7之間防止火花放電。當施加交流高 電壓時，在該非導電的介電質8中形成電荷載體的交變位移，但沒有發生自由電荷載體的電流，從而可防止因火花放電所產生的電流。
第1圖中的裝置1也顯示了該等二個接地第二電極7的配置，其等比該電極端4a的出口5更接近該裝置1的一有效面積9。在該電極端4a和該等二個接地第二電極7之間形成的場力線係朝向該有效面積9的方向。在第1圖中，具有被處理之表面2的該基板11被表示在該有效面積9中。
該裝置1的有效面積9係三維立體區域，該基板11的表面2配置在該區域中，且可藉由從該電極端流4a射出的電漿流，受到所需的和有效的處理。
該製程氣體可根據要求而被不同地組成；特別是，它可藉由一高比例的氮以及微量添加的惰性氣體和水蒸汽來形成，優選地92.4%至99.9%體積的氮、0.1至10%體積的惰性氣體、及0至2.5%體積的水蒸汽被用於形成該製程氣體。然而，也可能是其他製程氣體。原則上，可加入在室溫(或稍低)至200℃之間為氣態且也可具有塗佈性的所有物質。
藉由開頭所述方式的電漿活化該表面2，從而實現了改善黏合劑黏接強度。
第2圖顯示根據本發明用於表面2電漿處理之該裝置1的第二實施例。在第2至6圖中，相同符號表示與在第1圖中相同的功能。
在此也是一示意性表示，其僅顯示一電極端4a和二個橫截面的接地第二電極7，在此總體的該裝置1也包含複數個電極端4a，該等電極端朝縱向方向L垂直於附圖平面來一前一後成排地配置，在該等電極端二側具有朝縱向方向L運行的接地第二電極7。朝寬度方向B，依次提供多組成排的電極端4a。
第二個實施例的該電極端4a包含居中地配置在該製程氣體通道3中的該第一電極4；該第一電極4被一封閉體12同軸心地包圍。該第一電極4與該封閉體12一起形成該第一電極端4a。也如同在其他實施例中一樣，該電極端4a在垂直於高度方向H的橫截面，形成為一圓形。
在根據第2圖的第二實施例中，該製程氣體沿該製程氣體通道3以該高度方向H的反方向流動，且從該出口5離開該電極端4a。與第1圖相比之下，現在該等場力線已不再形式於該封閉體12和該等接地第二電極7之間，而是在該第一電極4和該等兩個接地第二電極7之間，在該電極端4a中該第一電極4被提供作為一核心14。
以較低速度射出的該製程氣體越過由在該第一電極4和該等二個第二電極7之間交流高電壓形成之電場的場力線，並轉化成一電漿。一方面由於藉由該電場驅動，另一方面也藉由從該製程氣體吸收動能，所以該電漿朝該基板11的表面2方向上移動，並以電漿形式到達該表面2。該電漿活化該基板11的表面2。該第一 電極4沿著高度H方向從該電極端4a的出口5伸出一點點。
於第3圖中所示之電極端4a，與第二個實施例之電極端4a相比，在高度方向H的反方向上，第3圖中所表示之電極端4a的末端會比第二個實施例中的電極端4a的出口5還要往前一點。因此該第一電極端4a係配置在該第一電極4的封閉體12內。該封閉體12被置於更接近該裝置1的有效面積9，使在該基板11表面2和該出口5之間的距離變成比在根據第2圖實施例中的更短。結果，可能發生限制性和甚至更針對性地對該基板11表面2的一限定區域活化。
於第4圖中表示用於表面2電漿處理的該裝置1之第四個實施例，其中只有電極端4a的結構類型與其他實施例有所不同。在此，該電極端4a具有一管狀的第一電極4，且也具有與該管狀第一電極4同軸心的該封閉體12。該第一電極4連接到該交流電壓電源6，且在沿高度H方向的朝該基板11表面2方向上，超出該封閉體12的出口5一點。在根據第4圖的實施例中，該第一電極4的出口5具有兩個不同的出口高度5a、5b，該等出口高度與該表面2和該有效面積9有不同的距離。該出口高度5a是由該管狀第一電極4的一出口形成，一另外出口高度5b是由該第一電極4之管狀封閉體12的出口形成。該製程氣體通道3提供於該第一電極4內部中，而一環形的另外製程氣體通道13配置在第一電極4外壁和該封閉體12內壁之間。來自該製程氣體通道3的 製程氣體和該另外製程氣體通道13的製程氣體二者從該電極端4a的兩個出口高度5a、5b射出，該等製程氣體轉化成一電漿，且由於藉由該電場驅動，及藉由該製程氣體自身的動能驅動，該等製程氣體二者達到該基板11的表面2。
第5圖係顯示該裝置1之第五實施例，第4圖的該電極端4a已依續修改在高度方向H的反方向上，使該封閉體12更長，且被置於更接近該基板11的表面2。現在該管狀第一電極4的第一出口高度5a比該封閉體12的第二個出口高度5b更遠離該基板11的表面2。與第四實施例相比，該第二出口高度5b和該表面2之間的距離要短得多。是以，能夠將該電漿施加到該基板11表面2的一密集較窄區域。除此以外，第4和5圖的該等裝置1相當於第1圖的。
在第6圖中，第1至5圖該等接地第二電極7的進一步實施例被表示在立體圖中。該等第二電極7具有導電核心14，該導電核心形成為一桿，並連接到該交流電壓電源6接地的接地電位。該核心14完全被一氣密內層15封閉，且該內層15被一環形氣體通道16封閉而與一多孔外層17保持距離。以箭頭表示的氣體流被導向通過該環形氣體通道16。該氣體流具有防止，或至少減少，在該等第二電極7上電漿沉積的目的。氣體分子從該等接地第二電極7遷移通過該多孔外層17。射出的氣體分子防止該製程氣體成分的沉積，該製程氣體係從該基板11表面2反射或以一些其他的方式達到該等第二電極7。結果，該等第二電極7的使用壽命可大幅提升。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧表面
3‧‧‧製程氣體通道
4‧‧‧第一電極
4a‧‧‧電極端
5‧‧‧出口
6‧‧‧交流電壓電源
7‧‧‧第二電極
8‧‧‧介電質
9‧‧‧有效面積
11‧‧‧基板
B‧‧‧寬度方向
H‧‧‧高度方向
L‧‧‧縱向方向

Claims (13)

  1. 一種用於表面(2)電漿處理之裝置具有一第一電極(4)，和一第二電極(7)，和一在該第一電極(4)與該第二電極(7)之間的交流電壓電源(6)，及一至少在該第一電極(4)與該第二電極(7)之間形成的電場，一有效面積(9)，該有效面積配置在該第一電極(4)之前，且被處理的該表面(2)可被定位在該有效面積(9)中，且該第二電極(7)的配置比該第一電極(4)更接近該有效面積(9)，其特徵在於在該第一電極(4)至少提供一用於至少一個製程氣體流的製程氣體通道(3)，該製程氣體通道具有至少一個出口(5)，且該至少一個出口(5)指向該有效面積(9)的方向，而該至少一個製程氣體流在該電場上撞擊，且該電場將該至少一個製程氣體流轉化成一電漿流，及該電漿流在該有效面積(9)上撞擊。
  2. 如請求項1之裝置，其中，該第一電極(4)形成為一桿，且配置在該製程氣體通道(3)內部中。
  3. 如請求項1或2之裝置，其中，該第一電極(4)形成為一管，並封閉一另外製程氣體通道(13)，且該製程氣體通道(3)和該另外製程氣體通道(13)彼此平行對齊。
  4. 如請求項2或3之裝置，其中，該第一電極(4)比一封閉體(12)更達到接近該有效面積(9)。
  5. 如請求項2或3之裝置，其中，該封閉體(12)比該第一電極(4)更達到接近該有效面積(9)。
  6. 如請求項1至5中任一項之裝置，其中，該第二電極(7)是接地的，且被一介電質(8)所包圍。
  7. 如請求項1至6中任一項之裝置，其中，該第二電極(7)形成為一桿，並被一氣密內層(15)包圍，以及提供一在該氣密內層(15)和一氣體可滲透介電質外層(17)之間的氣體通道(16)。
  8. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中，複數組第一電極(4)分別朝一縱向方向(L)對準地一前一後地成排配置，以及提供許多成桿狀的第二電極(7)，該等第二電極分別沿著成排配置的第一電極(4)中之一者，朝該縱向方向(L)運行。
  9. 一種用於以電漿處理表面之方法，基於在一第一電極(4)和一第二電極(7)之間施加一交流電壓，至少在該等二個電極(4)之間產生一電場，一被處理的表面(2)定位在該第一電極(4)的前面，及該第二電極(7)的配置比該第一電極(4)更接近該表面(2)，其特徵在於至少一個製程氣體流通過至少一個製程氣體通道(3)，和該至少一個製程氣體流在該電場上撞擊，和 該電場將該至少一個製程氣體流轉化成一電漿流，和該至少一個製程氣體流朝一有效面積(9)方向離開至少一個出口(5)，而該至少一個出口被提供在該至少一個製程氣體通道(3)的末端，及該電漿流在該有效面積(9)上撞擊。
  10. 如請求項9之方法，其中，該製程氣體流圍繞形成為桿之該第一電極(4)的外側流動。
  11. 如請求項9或10之方法，其中，一另外製程氣體流流過形成為管之該第一電極(4)。
  12. 如請求項9至11中任一項之方法，其中，一氣流沿該第二電極(7)流動，且流過一氣體可滲透介電質外層(17)到外側。
  13. 如請求項9至12中任一項之方法，其中，在該第一電極(4)和該第二電極(7)之間產生一交流電場。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110292896B (zh) * 2018-03-23 2020-10-27 中国科学技术大学 一种等离子体反应装置及不饱和烃的制备方法
US11517639B2 (en) * 2018-07-31 2022-12-06 L'oreal Generating cold plasma away from skin, and associated systems and methods
CN114701154B (zh) * 2021-12-27 2023-12-01 南京苏曼等离子科技有限公司 高分子材料管道的内外表面连续处理装置与方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2443753A1 (fr) 1978-12-07 1980-07-04 Antoine Antoine Dispositif pour le traitement de surface par effet corona
EP0497996B1 (de) 1991-02-02 1994-04-13 SOFTAL electronic GmbH Vorrichtung zur indirekten Koronabehandlung von leitenden und nichtleitenden Materialien unterschiedlichster Gestalt und Dicke
DE19532412C2 (de) * 1995-09-01 1999-09-30 Agrodyn Hochspannungstechnik G Vorrichtung zur Oberflächen-Vorbehandlung von Werkstücken
WO2006048650A1 (en) * 2004-11-05 2006-05-11 Dow Corning Ireland Limited Plasma system
GB0424532D0 (en) * 2004-11-05 2004-12-08 Dow Corning Ireland Ltd Plasma system
US20070104610A1 (en) * 2005-11-01 2007-05-10 Houston Edward J Plasma sterilization system having improved plasma generator
FR2918293B1 (fr) * 2007-07-06 2009-09-25 Ecole Polytechnique Etablissem Traitement de gaz par plasma de surface
DE102009025065A1 (de) * 2009-03-17 2010-09-30 Plasmatreat Gmbh Verfahren und Folie zum temporären Konservieren einer vorbehandelten Oberfläche
KR101880622B1 (ko) * 2011-12-16 2018-07-24 한국전자통신연구원 플라즈마 젯 어셈블리 및 그를 구비하는 플라즈마 브러시
GB201215095D0 (en) * 2012-08-24 2012-10-10 Gyrus Medical Ltd Electrosurgical system

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