TWI480416B - 大氣電漿前趨物供料裝置 - Google Patents

Description

大氣電漿前趨物供料裝置

本發明係關於一種大氣電漿鍍膜裝置，特別是關於一種大氣電漿前趨物供料裝置。

大氣電漿鍍膜裝置主要是在兩電極間通入電漿激發氣體並施加高電壓後產生電漿(plasma)。於電漿鍍膜製程，大氣電漿可於一大氣壓下作動，故無需昂貴的真空腔體、真空抽氣設備。相較於真空電漿，大氣電漿可大幅降低設置的成本。此外，大氣電漿具有不受腔體尺寸限制、易於擴充且極易運用於連續製程(In-line process)處理等優勢，因而增加其適用範圍。大氣電漿除可作基材之表面處理包括清潔、活化、蝕刻等，另一方面也可應用於基材之沉積鍍膜。

一種大氣電漿前趨物供料方式(例如US 6,194,036 B1)是於設置一組位於電漿產生區內之前趨物供料通道入口，將混合固定比例之前趨物通入電漿區。前趨物直接於電漿區內通入解 離，由中央之電漿激發氣流帶出至基板進行鍍膜。電漿噴嘴的一側開孔，將前趨物直接供入電漿區的方式，由於前趨物於電漿噴嘴側邊通入的過程，會受到中央電漿激發主氣流干擾，造成流場變化，使得前趨物的注入不均勻分布；再者，由於前趨物供料位置係設於電漿產生區，因此前趨物解離後易沉積堵塞在前趨物噴出口，長時間鍍膜後即需要進行清潔，鍍膜品質也受到前趨物被阻塞影響而導致不均勻。

另一種大氣電漿前趨物供料方式(例如US 2013/0181331 A1)，係由電漿產生區的外部直接通入前趨物解離。前趨物經電漿解離後，隨著中央之電漿激發氣流噴流至基板進行鍍膜。前趨物自電漿產生區下方輸送方式，雖可避免前趨物被阻塞問題，但前趨物的流量改變即會受中央電漿激發主氣流場干擾，造成流場變化，使得前趨物的注入不均勻分布。

有鑒於大氣電漿前趨物的注入不均勻分布及前趨物易沉積堵塞在前趨物噴出口問題，本發明特提出相關的解決方案。

一種大氣電漿前趨物供料裝置，包括：一電漿氣體噴嘴；一供料通道，設置於電漿氣體噴嘴之一側邊；一環形蓄壓腔室之一蓄壓區連通供料通道之出口，環形蓄壓腔室之一內側壁隔離蓄壓區與一電漿產生區；以及一套筒，鄰接環形蓄壓腔室與一前趨物解離區，套筒與內側壁之一端面之間形成一錐形噴口，錐形噴 口之一入口連通蓄壓區，錐形噴口之一出口連通電漿氣體噴嘴之一出口端的前趨物解離區。其中大氣電漿前趨物供料裝置之錐形噴口之噴口間隙可設計為固定間隙或活動間隙。如果錐形噴口之噴口間隙為固定間隙，可使用固定套筒；或者錐形噴口間隙為活動間隙，則使用活動套筒。

1‧‧‧大氣電漿前趨物供料裝置

2‧‧‧電漿激發氣體

3‧‧‧前趨物

4‧‧‧氣體

7‧‧‧前趨物氣流控制器

9‧‧‧穩壓控制器

10‧‧‧電漿氣體噴嘴

11‧‧‧側邊

12‧‧‧出口端

20‧‧‧供料通道

21‧‧‧供料通道之入口

22‧‧‧供料通道之出口

30‧‧‧環形蓄壓腔室

31‧‧‧蓄壓區

32‧‧‧內側壁

321‧‧‧端面

33‧‧‧外側壁

331‧‧‧凸緣

41‧‧‧電漿產生區

42‧‧‧前趨物解離區

51‧‧‧固定套筒

511‧‧‧導流路徑

52‧‧‧活動套筒

60‧‧‧錐形噴口

61‧‧‧錐形噴口之入口

62‧‧‧錐形噴口之出口

63‧‧‧噴口間隙

64‧‧‧伸縮空間

65‧‧‧彈性元件

70‧‧‧壓環

A‧‧‧中心軸線

圖1繪示本發明一實施例的一種大氣電漿前趨物供料裝置的前視圖。

圖2為圖1之大氣電漿前趨物供料裝置沿線A-A的剖視立體圖。

圖3為圖1之大氣電漿前趨物供料裝置沿線A-A的剖視圖。

圖4是圖3之大氣電漿前趨物供料裝置的X部分的放大圖。

圖5是依照本發明的另一實施例的一種大氣電漿前趨物供料裝置的局部放大剖視圖。

圖6是依照本發明的另一實施例的一種大氣電漿前趨物供料裝置的固定套筒的局部放大剖視圖。

圖7是依照本發明的另一實施例的一種大氣電漿前趨物供料裝置的剖視圖。

圖8是圖7之大氣電漿前趨物供料裝置在增大活動間隙後的剖視圖。

圖9繪示依照本發明的另一實施例的一種大氣電漿前趨物供料裝置。

如圖1至圖4所示，在本實施例中，一種大氣電漿前趨物供料裝置1，包括：一電漿氣體噴嘴10；一供料通道20，設置於電漿氣體噴嘴10之一側邊11；一環形蓄壓腔室30，環形蓄壓腔室30之一蓄壓區31連通供料通道20之出口22，環形蓄壓腔室30之一內側壁32隔離蓄壓區31與一電漿產生區41；以及一固定套筒51，鄰接環形蓄壓腔室30與一前趨物解離區42，固定套筒51與內側壁32之一端面321之間形成一錐形噴口60，錐形噴口60之入口61連通蓄壓區31，錐形噴口60之出口62連通電漿氣體噴嘴10之一出口端12的前趨物解離區42。

如圖1至圖4所示，在本實施例中，大氣電漿前趨物供料裝置1之錐形噴口60之噴口間隙63係為固定間隙。大氣電漿前趨物供料裝置1之工作原理為：當如圖2所示之電漿激發氣體2(例如：Air、N₂ 、Ar or He或前述氣體相互混合氣體)進入電漿氣體噴嘴10，並施以高電壓可激發電漿產生區41之電漿激發氣體2，此時如圖2所示之前趨物3(可為氣體、液體或液氣混合方式)於供料通道20之入口21注入，再由供料通道20之出口22將前趨物3逐漸注入環形蓄壓腔室30，而使環形蓄壓腔室30之前趨物3形成蓄壓狀態，因前趨物3注入錐形噴口60之前已蓄壓，故前 趨物3噴流至電漿解離區42可以均勻分布。另外，環形蓄壓腔室30設有內側壁32可隔離蓄壓區31與電漿產生區41，可以避免前趨物3直接噴入電漿產生區41，減少前趨物3被解離而沉積堵塞在前趨物噴出口(未標示)。再者，錐形噴口60傾斜於電漿氣體噴嘴10之中心軸線A，使得前趨物3可經由錐形噴口60而傾斜地噴流至電漿解離區42，減少前趨物3被解離而沉積堵塞錐形噴口60之出口62，故可於長時間鍍膜製程中，大幅降低生產維護清潔時間，進而提高設備稼動率以及長時間鍍膜品質。因此，本實施例可以解決大氣電漿前趨物的注入不均勻分布及前趨物易沉積堵塞在前趨物噴出口問題。此外，固定套筒51的材質係一介電材質(例如陶瓷)，以避免電漿轟擊所造成的表面損傷。

在本實施例中，如圖2至圖4示，電漿氣體噴嘴10為一中空體，供料通道20係為一通孔，可設於電漿氣體噴嘴10之側邊11。供料通道20可經由不同方向連通環形蓄壓腔室30，而環形蓄壓腔室30為一中空體環設於電漿產生區41外。固定套筒51為一中空體，由固定套筒51與環形蓄壓腔室30之內側壁32之端面321之間形成一錐形噴口60，因固定套筒51與內側壁32之間係分別固設於電漿氣體噴嘴10，其兩者相對位置並不會改變，故噴口間隙63為固定間隙。錐形噴口60之斷面形狀可形成平行狀(如圖4所示)，或形成喇叭狀(見於圖5之另一實施例)，以使前趨物3均勻噴流至電漿解離區42。為使前趨物3均勻流動，固定套筒51上可設有至少一個導流路徑511(見於圖6之另一實施 例)，導流路徑511為螺旋導流圖案或一凹槽(未標示)，導流路徑511越多個效果越好。

如圖7及圖8所示，在另一實施例中，大氣電漿前趨物供料裝置1之錐形噴口60之噴口間隙63係為活動間隙。在圖7及圖8的實施例中，大氣電漿前趨物供料裝置1包括：一電漿氣體噴嘴10；一供料通道20，設置於電漿氣體噴嘴10之一側邊11；一環形蓄壓腔室30，環形蓄壓腔室30之一蓄壓區31連通供料通道20之出口22，環形蓄壓腔室30之一內側壁32隔離蓄壓區31與一電漿產生區41；以及一活動套筒52，鄰接環形蓄壓腔室30與一前驅物解離區42，活動套筒52與內側壁32之一端面321之間形成一錐形噴口60，錐形噴口60之入口61連通蓄壓區31，錐形噴口60之出口62連通電漿氣體噴嘴10之一出口端12的前驅物解離區42。圖3之實施例與圖7之實施例的主要工作原理相同，而兩者在結構上的主要差異在：圖3之實施例之套筒係固定套筒51，圖7之實施例之套筒係活動套筒52。圖7之實施例之活動套筒52與電漿氣體噴嘴10係採分離方式，若調整噴口間隙63大小即能形成活動間隙。

如圖7及圖8所示，在本實施例中，為達到形成活動間隙之目的，活動套筒52、電漿氣體噴嘴10之出口端12與一壓環70之間形成一伸縮空間64，其中壓環70可經由鎖固件(例如螺栓)鎖固至電漿氣體噴嘴10。為控制活動套筒52之升降，可於伸縮空間64中放置一彈性元件65(例如彈簧或壓電材枓等)。如圖 5至圖6所示，彈性元件65可順應前趨物3的流量大小來調整錐形噴口60的噴口間隙63的大小，並與環形蓄壓腔室30擠壓形成一均勻環形噴流，故可提供大氣電漿噴流(plasma jet)鍍膜之前趨物均勻供料。如圖4所示，活動套筒52可卡置於環形蓄壓腔室30之外側壁33之凸緣331上，若前趨物3高於流量設定值(例如50sccm)時，將使活動套筒52下降，而使環形蓄壓腔室30保持蓄壓狀態；當前趨物3低於流量設定值時，彈性元件65將使活動套筒52上升，而使環形蓄壓腔室30之前趨物3仍保持蓄壓狀態。

如圖9所示，在本實施例中，為控制活動套筒52之升降，亦可利用穩壓控制器9將氣體4輸入至伸縮空間64，以提供氣體壓力於伸縮空間64中，並順應前趨物3的流量變化因而調整錐形噴口60之噴口間隙63。

由以上有關本發明實施例的圖式與說明，可瞭解藉由本發明之大氣電漿前趨物供料裝置，可以解決大氣電漿前趨物的注入不均勻分布及前趨物易沉積堵塞在前趨物噴出口問題。且本發明於實施上並無困難，顯然亦有許多實質相同之變化，這些變化不應視為與本發明之申請專利範圍保護的精神有所背離。所有應被視為憑藉此項技藝的變化、修飾，均應包括在本發明所述申請專利範圍保護的範疇中。

1‧‧‧大氣電漿前趨物供料裝置

10‧‧‧電漿氣體噴嘴

11‧‧‧側邊

12‧‧‧出口端

20‧‧‧供料通道

21‧‧‧供料通道之入口

22‧‧‧供料通道之出口

30‧‧‧環形蓄壓腔室

31‧‧‧蓄壓區

32‧‧‧內側壁

321‧‧‧端面

41‧‧‧電漿產生區

42‧‧‧前趨物解離區

51‧‧‧固定套筒

60‧‧‧錐形噴口

61‧‧‧錐形噴口之入口

62‧‧‧錐形噴口之出口

63‧‧‧噴口間隙

70‧‧‧壓環

A‧‧‧中心軸線

Claims (14)

1. 一種大氣電漿前趨物供料裝置，包括：一電漿氣體噴嘴；一供料通道，設置於該電漿氣體噴嘴之一側邊；一環形蓄壓腔室，該環形蓄壓腔室之一蓄壓區連通該供料通道之出口，該環形蓄壓腔室之一內側壁隔離該蓄壓區與一電漿產生區；以及一套筒，鄰設該環形蓄壓腔室與一前趨物解離區，該套筒與該內側壁之一端面之間形成一錐形噴口，該錐形噴口之入口連通該蓄壓區，該錐形噴口之出口連通該電漿氣體噴嘴之一出口端的該前趨物解離區。
2. 如申請專利範圍第1項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該套筒係一固定套筒，固接該電漿氣體噴嘴之一出口端，該錐形噴口之一噴口間隙為一固定間隙。
3. 如申請專利範圍第2項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該錐形噴口之斷面形狀呈一平行狀或一喇叭狀。
4. 如申請專利範圍第3項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該固定套筒上設有至少一導流路徑，該導流路徑為一螺旋導流圖案或一凹槽。
5. 如申請專利範圍第1項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該套筒係一活動套筒，該活動套筒、該電漿氣體噴嘴之一出口端與一壓環之間形成一伸縮空間，以容納一彈性元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該環形蓄壓腔室之一外側壁設置一凸緣，卡置該活動套筒。
7. 如申請專利範圍第6項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該錐形噴口之斷面形狀呈一平行狀或一喇叭狀。
8. 如申請專利範圍第7項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該活動套筒上設有至少一導流路徑，該導流路徑為一螺旋導流圖案或一凹槽。
9. 如申請專利範圍第1項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該套筒係一活動套筒，該活動套筒、該電漿氣體噴嘴之一出口端與一壓環之間形成一伸縮空間，更進一步包括：一穩壓控制器，可順應該前趨物流量而提供一氣體壓力於該伸縮空間中，以調整該錐形噴口之該噴口間隙。
10. 如申請專利範圍第9項所述大氣電漿前趨物供料裝置，其中該環形蓄壓腔室之一外側壁設置一凸緣卡置該活動套筒，以形成一最小噴口間隙。
11. 如申請專利範圍第10項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該錐形噴口之斷面形狀呈一平行狀或一喇叭狀。
12. 如申請專利範圍第11項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該活動套筒上設有至少一導流路徑，該導流路徑為一螺旋導流圖案或一凹槽。
13. 如申請專利範圍第1項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該套筒的材質係為介電材質。
14. 如申請專利範圍第13項所述該大氣電漿前趨物供料裝置，其中該介電材質為一陶瓷。