TWI404463B - 電漿導引元件及陣列式電漿放電裝置 - Google Patents

Description

電漿導引元件及陣列式電漿放電裝置

本發明是有關於一種電漿導引元件，且特別是有關於一種可將電漿噴射由點狀擴展為線狀的電漿導引元件、以及其在陣列式電漿放電裝置上的應用。

大氣電漿係一種常見的電漿。在大氣電漿中，電弧式大氣電漿放電裝置係一種將電漿能量聚集在一小的體積範圍內，將漩流之工作氣體予以活化與離子化，藉此可提供高功率高能量密度且相對低溫的噴射電漿。由於電弧式大氣電漿放電密度高，所產生的活性物質較多，因此處理速度快，只需要短時間的掃瞄即可完成表面處理。故，電弧式大氣電漿放電裝置目前已廣泛地應用於各電子產品製作領域中的表面處理，以提升黏著、印刷、封裝、貼晶的可靠度。

然而，電弧式大氣電漿的處理範圍，因電弧負電阻的特性，而無法同時產生大面積的電弧放電，進而使得其在應用上受到相當程度的限制。為解決電弧式大氣電漿應用受限的問題，美國專利編號第6262386號揭示了一種具有斜角式旋轉噴嘴的電弧式大氣電漿裝置。在此種電弧式大氣電漿裝置中，當電漿噴出時，經由噴嘴的歪斜與圓週式旋轉，可增加電漿的噴射面積，而可擴大處理面積。

但是，由於噴嘴係大氣電漿裝置之外電極的一部分，電弧放電產生的電流必須經由外電極與軸承才可形成廻路而導通接地，然外電極的高速旋轉會導致電路不穩定，進而導致表面處理的效率變差。此外，軸承也會因電流加熱而溫度上升，導致軸承的使用壽命縮短。另外，由於旋轉機構不易與冷卻裝置搭配，因此電極的冷卻相當困難，如此一來電極壽命極易因長期的高溫工作而衰減。

另外，美國專利編號第6262356號也揭示一種電弧式電漿裝置，其係將噴嘴設計成細縫狀，藉此使噴出之電漿變成線狀，以擴大電漿噴射面積。然而，在這樣的噴嘴設計中，電弧放電所產生之電流會加熱噴嘴，使得噴嘴極易因高熱而氧化變形。雖可透過選用較耐高溫的材質而改善噴嘴變形的問題，然耐高溫材料卻又有不易加工的問題。此外，細縫狀噴嘴設計，不僅會使得電漿以燕尾狀噴出，造成在有高度落差之物件的處理上有死角問題，且細縫噴嘴之端點更有電漿噴射速度快而不均勻的現象。

為了達到寬幅均勻電漿效果，目前更有一種電弧式電漿裝置。在此電弧式電漿裝置中，其細縫狀出口配設有引流設計，藉以均勻分佈細縫出口所噴出之電漿。然而，為了降低氣流慣性的影響，通常需將細縫的寬度設計的很小。因此，細縫內的壓力會較大，且細縫之金屬表面積較截面積大，如此一來，電漿中的活性物質因相互碰撞或與金屬表面碰撞而衰減，導致電漿中活性物質的濃度大幅降低。

因此，亟需一種電漿裝置設計，可達到寬幅均勻電漿的效果，並兼顧電漿之活性物質的濃度。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種電漿導引元件，其可設置陣列式電漿放電裝置之電漿出口下方，而可順利改變陣列式電漿放電裝置之電漿流向，進而可提供陣列式電漿放電裝置多種電漿噴射角度。

本發明之另一態樣是在提供一種電漿導引元件，可增加陣列式電漿放電裝置中每個電漿放電裝置的電漿噴射面積，並兼顧電漿之活性物質的濃度。

本發明之又一態樣是在提供一種陣列式電漿放電裝置，其電漿導引元件可有效引導每個電漿裝置之噴射方向，並可擴散電漿之噴射範圍，因此電漿裝置之噴射口並非採細縫設計，如此可延長陣列式電漿放電裝置之使用壽命。

本發明之再一態樣是在提供一種陣列式電漿放電裝置，可提供寬幅且均勻之電漿，進而可達到擴大處理面積的效果。

根據本發明之上述目的，提出一種電漿導引元件，適用以裝設在一陣列式電漿放電裝置上。其中，此陣列式電漿放電裝置包含排列成一陣列之複數個電漿放電裝置。此電漿導引元件包含一主體以及至少一阻擋件。主體包含複數個套接孔以及至少一開口分別位於主體之相對二側，其中前述之電漿放電裝置分別套接在套接孔中。前述之至少一阻擋件設置於主體上，且位於前述之電漿放電裝置之噴射口之下方，並至少遮住每個噴射口之一部分，以導引並擴散從噴射口所射出之電漿，其中前述之至少一阻擋件與每個噴射口之間相隔一預設距離。

根據本發明之上述目的，另提出一種陣列式電漿放電裝置。此陣列式電漿放電裝置包含複數個電漿放電裝置以及一電漿導引元件。這些電漿放電裝置排列成一陣列，其中每個電漿放電裝置具有一噴射口。而電漿導引元件包含一主體以及至少一阻擋件。主體包含複數個套接孔以及至少一開口分別位於主體之相對二側，其中前述之電漿放電裝置分別套接在這些套接孔中。上述之至少一阻擋件設置於主體上，且位於前述之電漿放電裝置的噴射口之下方，並至少遮住每個噴射口之一部分，以導引並擴散從這些噴射口所射出之電漿，其中前述之至少一阻擋件與每個噴射口之間相隔一預設距離。

依據本發明之一實施例，上述之至少一阻擋件係延伸橫跨主體之柱狀結構，且上述之至少一開口包含二開口分別位於阻擋件之二側。

依據本發明之另一實施例，上述之至少一開口係一開口，上述之至少一阻擋件包含二阻擋件分別位於此開口之相對二側邊，且每個阻擋件包含複數個凸狀部分別位於相鄰之噴射口之間的下方，且這些阻擋件之凸狀部交錯排列。

依據本發明之又一實施例，上述之至少一阻擋件包含複數個阻擋件分別位於電漿放電裝置之噴射口的前方，且這些電漿放電裝置具有一排列方向，每個阻擋件相對於此排列方向具有一傾斜角。

藉由將電漿導引元件設置陣列式電漿放電裝置之電漿噴射口的下方，可順利改變陣列式電漿放電裝置之電漿流向，進而可提供陣列式電漿放電裝置多種電漿噴射角度，達到擴散電漿之噴射範圍的效果。因此，電漿裝置之噴射口可不採細縫設計，故可有效延長陣列式電漿放電裝置之使用壽命。

請同時參照第1圖與第2圖，其中第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的立體示意圖，第2圖係繪示第1圖之陣列式電漿放電裝置的剖面圖。在本實施方式中，陣列式電漿放電裝置100主要包含數個電漿放電裝置102與電漿導引元件116。這些電漿放電裝置102可排列成陣列型式，例如矩形陣列或單一列的陣列型式。在一實施例中，電漿放電裝置102可為電弧式大氣電漿放電裝置。如第1圖所示，每個電漿放電裝置102具有噴射口104，電漿放電裝置102所產生之電漿由此噴射口104噴出。

電漿導引元件116主要包含主體106與至少一阻擋件114。在一實施例中，如第1圖所示，電漿導引元件116僅包含單一個阻擋件114。配合陣列式電漿放電裝置100之電漿放電裝置102的數量與欲排列之陣列型式，主體106包含數個套接孔108。如第1圖所示，主體106另包含開口110與112。套接孔108、及開口110與112分別位於主體106之相對二側，且套接孔108可與開口110和112連通。

如第2圖所示，電漿放電裝置102可分別對應套接而穿設在主體106之套接孔108中。當電漿放電裝置102設置在套接孔108中時，電漿放電裝置102之噴射口104均朝向主體106之開口110與112所在的那側。在本實施例中，如第1圖所示，電漿放電裝置102以一排列方向124設置在主體106之套接孔108中。

在本實施例中，如第1圖所示，阻擋件114係延伸橫跨於主體106上，且隔設在開口110與112之間，使得開口110與112分別位於此阻擋件114之二側。阻擋件114位於電漿放電裝置102之噴射口104的下方。如第2圖所示，阻擋件114並不與噴射口104接合，而是與每個噴射口104之間相隔一段預設距離120。在一實施例中，此預設距離120可例如大於1毫米(mm)。

阻擋件114至少遮住每個噴射口104之一部分，但也可完全遮住每個噴射口104。藉由阻擋件114之設置，可導引從電漿放電裝置102之噴射口104射出之電漿，並擴散電漿的噴射範圍。在一實施例中，阻擋件114之厚度138可例如小於6毫米。此外，電漿放電裝置102之噴射口104與阻擋件114之底部之間的距離140可例如小於10毫米。阻擋件114之寬度W可例如小於10毫米。

如第1圖與第2圖所示，電漿導引元件116之主體106更包含有數個補強結構122，其中這些補強結構122凸設於主體106之表面，且分別位於相鄰之二套接孔108之間。阻擋件114可設有數個固定孔118，例如鎖固孔。其中，阻擋件114之固定孔118位置和數量可與主體106之補強結構122對應。補強結構122可設有固定孔(未繪示)，而利用固定元件，例如鎖固件，分別穿過阻擋件114之固定孔118及對應之補強結構122的固定孔，可將阻擋件114穩固定固定承托在主體106上。

阻擋件114可例如為一柱狀結構。此外，阻擋件114之結構可根據實際應用需求，而設計出不同的剖面結構。請先參照第3A圖至第3D圖，其係繪示本發明之一實施方式的四種阻擋件的剖面示意圖。沿著阻擋件114之剖面方向126，所獲得之阻擋件114的剖面形狀可為矩形、梯形或多邊形。其中，此剖面方向126與電漿放電裝置102之排列方向124垂直。

如第3A圖所示，沿剖面方向126所獲得之阻擋件114a的剖面形狀為矩形。從電漿放電裝置102之噴射口104噴出之電漿136，順著阻擋件114a之二側，而分別朝開口110與112發散出。如第3B圖所示，沿剖面方向126所獲得之阻擋件114b的剖面形狀為梯形，其中此梯形阻擋件114b之一邊128沿著排列方向124之一側傾斜。因此，從電漿放電裝置102之噴射口104噴出之電漿136，順著阻擋件114b之邊128，而朝開口112的方向發散出。

如第3C圖所示，沿剖面方向126所獲得之阻擋件114c的剖面形狀為梯形，其中此梯形阻擋件114c之一邊130沿著排列方向124之另一側傾斜。因此，從電漿放電裝置102之噴射口104噴出之電漿136，順著阻擋件114c之邊130的傾斜方向，而朝開口110的方向發散出。如第3D圖所示，沿剖面方向126所獲得之阻擋件114d的剖面形狀為多邊形，其中此多邊形阻擋件114d之二邊132與134分別沿著排列方向124之二側傾斜。因此，從電漿放電裝置102之噴射口104噴出之電漿136，順著阻擋件114d之二邊132與134的傾斜方向，而分別朝二開口110與112的方向發散出。

請參照第4圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的電漿噴射示意圖。經由電漿導引元件116之阻擋件114的導引與擴散，電漿放電裝置102之噴射口104所噴出之電漿136，可朝陣列式電漿放電裝置100之二側開口110與112散出。如此一來，可擴大電漿136之發散範圍。在一實施例中，開口110與112之面積大於噴射口104之截面積的兩倍。

在另一些實施例中，可透過設計阻擋件114之結構，例如第3A圖至第3D圖所示之結構，來使得電漿136在不同方向有不同的流量分佈，藉此提供具有所需噴射角度、發散方向、與強度之電漿136。

請同時參照第5圖與第6圖，其中第5圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的立體示意圖，第6圖係繪示第5圖之陣列式電漿放電裝置的剖面圖。在本實施方式中，陣列式電漿放電裝置200主要包含數個電漿放電裝置202與電漿導引元件212。這些電漿放電裝置202可排列成陣列型式，例如矩形陣列或單一列的陣列型式，如第5圖所示。電漿放電裝置202可例如為電弧式大氣電漿放電裝置。每個電漿放電裝置202具有噴射口204。電漿放電裝置202所產生之電漿由此噴射口204噴出。

在本實施方式中，電漿導引元件212主要包含主體206、以及二阻擋件208與210。配合陣列式電漿放電裝置200之電漿放電裝置202的數量與欲排列之陣列型式，主體206包含數個套接孔220。如第5圖所示，主體206另包含一開口218。套接孔220與開口218分別位於主體206之相對二側，且套接孔220可與開口218互相連通。如第6圖所示，電漿放電裝置202可分別對應套接而穿設在主體206之套接孔220中。電漿放電裝置202設置在套接孔220中時，電漿放電裝置202之噴射口204均朝向主體206之開口218所在的那側。

在本實施方式中，如第5圖所示，此二阻擋件208與210延伸橫跨於主體206之上，且分別設置在開口218之相對二側邊。阻擋件208包含數個凸狀部214，且阻擋件210亦包含數個凸狀部216。如第5圖所示，阻擋件208之凸狀部214與阻擋件210之凸狀部216彼此交錯排列。在一實施例中，如第5圖所示，凸狀部214與216分別位於相鄰之噴射口204之間的下方。在另一實施例中，凸狀部214與216亦可分別位於噴射口204的下方，但不與噴射口204接合，而是與每個噴射口204之間相隔一預設距離。凸狀部214與216之結構可例如為半圓錐、半橢圓錐、半球或多角錐，以利導引與擴散電漿。

在一例子中，阻擋件208之凸狀部214與阻擋件210之凸狀部216可為半圓形。此外，凸狀部214與凸狀部216之直徑的範圍可例如介於2毫米至20毫米之間。另外，錐狀結構之凸狀部214與凸狀部216的高度可例如介於1毫米至6毫米之間。

阻擋件208之凸狀部214與阻擋件210之凸狀部216至少遮住每個噴射口204之一部分，但也可完全遮住每個噴射口204。藉由阻擋件208之凸狀部214與阻擋件210之凸狀部216，可導引從電漿放電裝置202之噴射口204射出之電漿，並擴散電漿的噴射範圍。

請同時參照第7圖、第8A圖與第8B圖，其中第7圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的電漿噴射示意圖，而第8A圖與第8B圖係分別繪示沿著第7圖之AA剖面線與BB剖面線所獲得之陣列式電漿放電裝置的剖面示意圖。如第7圖與第8A圖所示，經由阻擋件210之凸狀部216的導引與擴散，從電漿放電裝置202之噴射口204所噴出之電漿222，可朝對面之阻擋件208的方向，並在陣列式電漿放電裝置200之開口218散射而出。另一方面，經由阻擋件208之凸狀部214的導引與擴散，從電漿放電裝置202之噴射口204所噴出之電漿222，可朝對面之阻擋件210的方向，並在陣列式電漿放電裝置200之開口218散射而出。因此，可擴大電漿放電裝置202所噴出之電漿222的發散範圍。

在另一些實施例中，可透過設計阻擋件208之凸狀部214與阻擋件210之凸狀部216的結構，來使得電漿222在不同方向有不同的流量分佈，而提供具有所需噴射角度、發散方向、與強度之電漿222。

請參照第9圖，其係繪示依照本發明之又一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的立體示意圖。在本實施方式中，陣列式電漿放電裝置300主要包含數個電漿放電裝置302與電漿導引元件318。這些電漿放電裝置302可排列成陣列型式，例如矩形陣列或單一列的陣列型式。電漿放電裝置302可例如為電弧式大氣電漿放電裝置。如第9圖所示，每個電漿放電裝置302具有噴射口304，電漿放電裝置302所產生之電漿經由此噴射口304噴出。

電漿導引元件318主要包含主體306與數個阻擋件310。其中，阻擋件310之數量與配合陣列式電漿放電裝置300之電漿放電裝置302的數量相同。配合陣列式電漿放電裝置300之電漿放電裝置302的數量與欲排列之陣列型式，主體306包含數個套接孔308。如第9圖所示，主體306另包含開口314。套接孔308與開口314分別位於主體306之相對二側，且套接孔308可與開口314互相連通。

電漿放電裝置302可分別對應套接而穿設在主體306之套接孔308中。電漿放電裝置302設置在套接孔308中時，電漿放電裝置302之噴射口304均朝向主體306之開口314所在的那側。如第9圖所示，在本實施方式中，電漿放電裝置302以一排列方向312設置在主體306之套接孔308中。

在本實施方式中，如第9圖所示，阻擋件310係設置在主體106上，且分別對應架設在電漿放電裝置302之噴射口304之下方。阻擋件310並不與噴射口304接合，而是與每個噴射口304之間相隔一段預設距離。阻擋件310可完全遮住每個噴射口304，但也可僅遮住每個噴射口304的一部分。每個阻擋件310可設置成相對於電漿放電裝置302之排列方向312具有一傾斜角θ。在一實施例中，此傾斜角θ之範圍可例如介於10度至80度之間。藉由阻擋件310之設置，可導引從電漿放電裝置302之噴射口304所射出之電漿，並擴大電漿的噴射範圍。

請參照第10圖，其係繪示依照本發明之又一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的電漿噴射示意圖。經由電漿導引元件318之阻擋件310的導引與擴散，電漿放電裝置302之噴射口304所噴出之電漿316，可朝陣列式電漿放電裝置300之開口314之上側與下側發散。藉由將阻擋件310傾斜於放電裝置302之排列方向312的方式設置，可使朝開口314上側發散之電漿316具有向左的分量，並使朝開口314下側發散之電漿316具有向右的分量。如此一來，可在不同方向獲得不同強度之電漿316。

在另一些實施例中，可透過設計阻擋件310之結構、以及調整阻擋件310相對於電漿放電裝置302之排列方向312的傾斜角θ，來使得電漿316在不同方向有不同的流量分佈，藉此提供具有所需噴射角度、發散方向、與強度之電漿316。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之電漿導引元件可設置陣列式電漿放電裝置之電漿出口下方，而可順利改變陣列式電漿放電裝置之電漿流向，進而可提供陣列式電漿放電裝置多種電漿噴射角度。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之另一優點為本發明之電漿導引元件可增加陣列式電漿放電裝置中每個電漿放電裝置的電漿噴射面積，並兼顧電漿之活性物質的濃度。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之陣列式電漿放電裝置之電漿導引元件可有效引導每個電漿裝置之噴射方向，並可擴散電漿之噴射範圍，因此電漿裝置之噴射口並非採細縫設計，如此可延長陣列式電漿放電裝置之使用壽命。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之再一優點為本發明之陣列式電漿放電裝置可提供寬幅且均勻之電漿，進而可達到擴大處理面積的效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此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內，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。

100．．．陣列式電漿放電裝置

102．．．電漿放電裝置

104．．．噴射口

106．．．主體

108．．．套接孔

110．．．開口

112．．．開口

114．．．阻擋件

114a．．．阻擋件

114b．．．阻擋件

114c．．．阻擋件

114d．．．阻擋件

116．．．電漿導引元件

118．．．固定孔

120．．．預設距離

122．．．補強結構

124．．．排列方向

126．．．剖面方向

128．．．邊

130．．．邊

132．．．邊

134．．．邊

136．．．電漿

138．．．厚度

140．．．距離

200．．．陣列式電漿放電裝置

202．．．電漿放電裝置

204．．．噴射口

206．．．主體

208．．．阻擋件

210．．．阻擋件

212．．．電漿導引元件

214．．．凸狀部

216．．．凸狀部

218．．．開口

220．．．套接孔

222．．．電漿

300．．．陣列式電漿放電裝置

302．．．電漿放電裝置

304．．．噴射口

306．．．主體

308．．．套接孔

310．．．阻擋件

312．．．排列方向

314．．．開口

316．．．電漿

318．．．電漿導引元件

W．．．寬度

θ．．．傾斜角

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的立體示意圖。

第2圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的剖面圖。

第3A圖至第3D圖係繪示本發明之一實施方式的四種阻擋件的剖面示意圖。

第4圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的電漿噴射示意圖。

第5圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的立體示意圖。

第6圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的剖面圖。

第7圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的電漿噴射示意圖。

第8A圖與第8B圖係分別繪示沿著第7圖之AA剖面線與BB剖面線所獲得之陣列式電漿放電裝置的剖面示意圖。

第9圖係繪示依照本發明之又一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的立體示意圖。

第10圖係繪示依照本發明之又一實施方式的一種陣列式電漿放電裝置的電漿噴射示意圖。

100．．．陣列式電漿放電裝置

102．．．電漿放電裝置

104．．．噴射口

106．．．主體

108．．．套接孔

110．．．開口

112．．．開口

114．．．阻擋件

116．．．電漿導引元件

118．．．固定孔

122．．．補強結構

124．．．排列方向

126．．．剖面方向

W．．．寬度

Claims (6)

1. 一種電漿導引元件，適用以裝設在一陣列式電漿放電裝置上，其中該陣列式電漿放電裝置包含排列成一陣列之複數個電漿放電裝置，該電漿導引元件包含：一主體，包含複數個套接孔以及一開口分別位於該主體之相對二側，其中該些電漿放電裝置分別套接在該些套接孔中；以及二阻擋件，設置於該主體上並分別位於該開口之相對二側邊，且位於該些電漿放電裝置之複數個噴射口之下方，並至少遮住每一該些噴射口之一部分，以導引並擴散從該些噴射口所射出之電漿，其中該些阻擋件與每一該些噴射口之間相隔一預設距離，且每一該些阻擋件包含複數個凸狀部分別位於相鄰之該些噴射口之間的下方，且該些阻擋件之該些凸狀部交錯排列。
2. 如請求項1所述之電漿導引元件，其中該些電漿放電裝置具有一排列方向，且每一該些阻擋件沿一剖面方向所獲得之一剖面形狀為矩形、一邊沿該排列方向之一側傾斜之梯形、一邊沿該排列方向之另一側傾斜之梯形、或二邊分別沿該排列方向之該側與該另一側傾斜之多邊形，該剖面方向與該排列方向垂直。
3. 如請求項1所述之電漿導引元件，其中每一該些凸出部為一半圓錐、一半橢圓錐、一半球或一多角錐。
4. 一種陣列式電漿放電裝置，包含：複數個電漿放電裝置，排列成一陣列，其中每一該些電漿放電裝置具有一噴射口；以及一電漿導引元件，包含：一主體，包含複數個套接孔以及一開口分別位於該主體之相對二側，其中該些電漿放電裝置分別套接在該些套接孔中；以及二阻擋件，設置於該主體上並分別位於該開口之相對二側邊，且位於該些噴射口之下方，並至少遮住每一該些噴射口之一部分，以導引並擴散從該些噴射口所射出之電漿，其中該些阻擋件與每一該些噴射口之間相隔一預設距離，且每一該些阻擋件包含複數個凸狀部分別位於相鄰之該些噴射口之間的下方，且該些阻擋件之該些凸狀部交錯排列。
5. 如請求項4所述之陣列式電漿放電裝置，其中該些電漿放電裝置具有一排列方向，且每一該些阻擋件沿一剖面方向所獲得之一剖面形狀為矩形、一邊沿該排列方向之一側傾斜之梯形、一邊沿該排列方向之另一側傾斜之梯形、或二邊分別沿該排列方向之該側與該另一側傾斜之多邊形，該剖面方向與該排列方向垂直。
6. 如請求項4所述之陣列式電漿放電裝置，其中每一該些凸出部為一半圓錐、一半橢圓錐、一半球或一多角錐。