WO2023003086A1 - Ｐｃｂ 전극 모듈을 포함한 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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WO2023003086A1
WO2023003086A1 PCT/KR2021/014855 KR2021014855W WO2023003086A1 WO 2023003086 A1 WO2023003086 A1 WO 2023003086A1 KR 2021014855 W KR2021014855 W KR 2021014855W WO 2023003086 A1 WO2023003086 A1 WO 2023003086A1
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plasma
electrode module
dielectric plate
substrate
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최은하
최진성
주대규
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주식회사 바이오플라테크
광운대학교 산학협력단
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    • H05K2201/0137—Materials
    • H05K2201/0154—Polyimide

Definitions

  • the present invention relates to an atmospheric pressure plasma generator, and more particularly, to a plasma generator including a PCB electrode module.
  • Atmospheric pressure plasma is being used as bioplasma for medical and cosmetic purposes beyond the field of thin film manufacturing. Applied to various sterilization and disinfection, it is active in a wide range of fields such as food sanitation treatment, treatment for maintaining freshness of flowers, virus sterilization, fine dust removal, air pollutant decomposition, and water treatment.
  • the electrode is designed to adjust the plasma power and the type and amount of active species generated for each field of application.
  • Most conventional atmospheric pressure plasma generators are composed of an electrode module such that a metal electrode is wrapped with a dielectric or buried in a dielectric.
  • the electrode is made using photolithography on an insulator substrate (Refer to Patent Registration 10-1417273).
  • the production cost of the electrode module is high, and the unit price of a product to which plasma is applied is also increased.
  • a method of forming electrodes on a widely known PCB may be considered.
  • the PCB substrate itself made of a polymer material is corroded by a relatively high plasma discharge voltage and the etching ability of the discharged plasma. Corrosion of the substrate causes problems such as a change in discharge conditions such as plasma discharge voltage related to the thickness of the substrate and a shortened plasma electrode lifetime.
  • an object of the present invention is to provide a plasma generator capable of stabilizing plasma discharge conditions and prolonging the lifespan of an electrode module while lowering the production cost by applying a PCB electrode module.
  • the present invention provides a PCB electrode module in which plasma generation electrodes are formed on a substrate made of polymer resin by printed circuit wiring technology, and an electrode module in which a PCB electrode module is bonded to a dielectric substrate including tempered glass, ceramic, or quartz with an ultraviolet curing adhesive. to provide.
  • the electrode module includes both X and Y electrodes in one PCB electrode module and is used as a plasma generating device alone, or plasma can be generated in the blank by placing two PCB electrode modules facing each other with a blank space therebetween. there is.
  • a dielectric plate bonded with an adhesive on the insulator substrate and the electrode
  • the insulator substrate includes a printed circuit board (PCB) substrate or a polyimide (PI) substrate,
  • the electrode is formed on the insulator substrate by printed circuit technology
  • the dielectric plate provides a plasma generating device characterized in that it comprises tempered glass, tempered acrylic, ceramic, or quartz.
  • the electrode provides a plasma generating device characterized in that configured in the form of a wiring buried in the insulator substrate.
  • the electrode provides a plasma generating device characterized in that configured in a form exposed to the insulator substrate.
  • the adhesive includes an ultraviolet curing adhesive or a double-sided adhesive tape, and the thickness of the adhesive provides a plasma generator, characterized in that 0.1 to 0.2mm.
  • the thickness of the insulator portion covering the electrode buried in the insulator substrate provides a plasma generator, characterized in that 0.1 to 0.5mm.
  • the thickness of the dielectric plate provides a plasma generating device, characterized in that 0.4 to 1.0mm.
  • the plasma generating device includes a first electrode module in which a dielectric plate is bonded to an insulator substrate in which electrodes are embedded, and a second electrode module having the same configuration as the first electrode module, and the dielectric plate and When the dielectric plates of the second electrode module are spaced apart from each other and arranged to face each other, and a high voltage is applied to the electrode of the first electrode module and a high voltage is applied by connecting a ground to the electrode of the second electrode module, plasma is generated in the space between the two dielectric plates. It provides a plasma generating device characterized in that it is generated.
  • the plasma generator includes a first electrode module in which a dielectric plate is bonded to an insulator substrate formed to expose an electrode, and a second electrode module having the same configuration as the first electrode module, and the dielectric plate of the first electrode module
  • the dielectric plates of the second electrode module are spaced apart from each other and arranged to face each other, and a high voltage is applied to the electrode of the first electrode module and a high voltage is applied by connecting a ground to the electrode of the second electrode module, plasma in the space between the two dielectric plates It provides a plasma generating device characterized in that the generation.
  • the electrode is formed on the insulator substrate in a state in which the X electrode to which the high voltage is applied and the Y electrode to be grounded are electrically insulated from each other, and plasma is generated outside the dielectric plate.
  • Plasma characterized in that by arranging the two plasma generators with their respective dielectric plates facing each other to obtain a plasma discharge by each plasma generator and an additional plasma discharge occurring between electrodes of the opposite plasma generator generator is provided.
  • plasma is generated from a dielectric surface such as tempered glass, and the dielectric has strong resistance to corrosion due to plasma discharge, so that plasma discharge conditions can be stably maintained, and a plasma generator can prolong its lifespan.
  • the thickness of the adhesive is very thin, so there is an advantage in that the discharge voltage hardly needs to be increased due to the thickness of the electrode module attachment means.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a plasma generating device to which the PCB electrode module of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a case where electrodes are formed on a printed circuit board surface as another embodiment of a plasma generating device to which the PCB electrode module of the present invention is applied.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a case in which both X and Y electrodes are formed on one printed circuit board as another embodiment of a plasma generating device to which the PCB electrode module of the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a plasma generating device configured by facing two single-sided electrode modules of FIG. 3A.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a plasma generating device configured by facing two single-sided electrode modules of FIG. 3B.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a plasma generating device to which the PCB electrode module of the present invention is applied.
  • the electrode 10 is formed on the substrate 100, and the substrate 100 is composed of PCB or PI. That is, the electrode 10 for plasma generation is made using the printed circuit board manufacturing technology.
  • the printed circuit board manufacturing technology is widely known, and it is possible to easily mount various electric and electronic components by making metal wiring and forming through-holes using a printing technique using a resist on an insulator substrate such as epoxy resin, bakelite resin, or PI. .
  • metal wiring may be embedded in an insulator or may be exposed on a surface.
  • Printed circuit board manufacturing technology can configure a desired circuit at a relatively low cost.
  • Figure 1 of the present invention is to form the electrode 10 for plasma generation inside the insulator of the printed circuit board.
  • the electrode 10 may be formed of a plurality of linear electrodes electrically connected to each other to have a plurality of discharge points, or may be formed in various other shapes. Since the thickness of the insulator covering the electrode 10 is very thin (0.1 to 0.5 mm), the problem of high discharge voltage due to the thickness t of the insulator can be solved.
  • the present invention attaches a dielectric plate 300 made of a material such as tempered glass, tempered acrylic, ceramic, or crystal having strong electrical corrosion resistance on a printed circuit board on which electrodes are formed.
  • a dielectric plate 300 made of a material such as tempered glass, tempered acrylic, ceramic, or crystal having strong electrical corrosion resistance on a printed circuit board on which electrodes are formed.
  • the unit cost increases due to the coating cost and effort, and the thickness of the dielectric surrounding the electrode must be thinly adjusted.
  • the present invention has chosen a method of bonding the dielectric plate 300 with the UV curing adhesive 200.
  • the thickness of the adhesive is very thin, about 0.1 to 0.2 mm, and the electrode portion is not coated, and only the edge of the substrate 100 and the dielectric plate 300 is coated with the adhesive, and the adhesive can be bonded by UV irradiation.
  • the UV curing adhesive may be replaced with a double-sided adhesive tape.
  • the thickness of the dielectric plate 300 is about 0.4 to 1.0 mm, and tempered glass has no brittleness unlike general glass and has excellent corrosion resistance against plasma discharge.
  • the PCB electrode modules made in this way generate plasma in the interstitial space by arranging two same-shaped ones apart from each other. That is, the dielectric plate 300 of the first electrode module and the dielectric plate 300 of the second electrode module are arranged to face each other, and the electrodes of the first electrode module and the second electrode module are respectively subjected to high voltage (of the first electrode module). electrode) and the ground (electrode of the second electrode module) are connected and a high voltage is applied, plasma is generated in the space between the two dielectric plates 300 . Since the plasma containing ions discharged from the electrode 10 is discharged toward the dielectric plate 300, the dielectric plate 300, which is resistant to corrosion, covers the electrode to obtain abundant plasma while preventing corrosion of the PCB substrate 100. This prevents the formation of contaminants.
  • FIG. 2 is another embodiment of the present invention, and the difference from FIG. 1 is that the electrode 10 is exposed on the surface of the PCB substrate 100. Since the exposed electrode 10 is covered by the dielectric plate 300, stable plasma discharge can be sustained. That is, unlike the configuration of FIG. 1 in the form of wiring in the PCB substrate, the electrode is exposed on the surface of the PCB substrate, and the dielectric plate 300 is bonded to the substrate 100 with the UV curing adhesive 200. The electrode 10 is protected from corrosion by being covered by the dielectric plate 300, and since there is no substrate insulator surrounding the electrode, the applied voltage can be lowered and abundant plasma can be obtained. Other configurations are the same as in FIG. 1 .
  • FIG. 3 shows a plasma generator with single-sided electrodes in which both X and Y electrodes are arranged on a single substrate 100.
  • the upper one has electrodes embedded in the insulator substrate 100, and the lower one has electrodes exposed on the surface of the substrate 100.
  • the X electrode and the Y electrode are electrically insulated from each other on the insulator substrate 100, and each of them may be configured in various shapes to have a plurality of discharge points.
  • the substrate 100 may be the same as a PCB or may be a PI, and electrode manufacturing is in accordance with a PCB manufacturing method.
  • Attaching the dielectric plate 300 to the substrate 100 with the adhesive 200 in order to prevent corrosion of the electrode, corrosion of the insulator substrate 100 and generation of contaminants is the same as in the embodiments of FIGS. Power is applied to the X and Y electrodes, and one of them is grounded.
  • plasma is generated outside the dielectric plate 300 .
  • FIG. 4 shows the formation of richer plasma by arranging two cross-sectional electrodes of FIG. 3 facing each other. That is, power is applied to the first electrode module in which the X and Y electrodes are embedded in the same substrate 100 and the dielectric plate 300 is attached with the adhesive 200, and one electrode is grounded.
  • the second electrode module is also made in the same form, and the two electrode modules are spaced apart from each other with their respective dielectric plates facing each other. Plasma is discharged from each electrode module to the outside of the dielectric plate 300, and abundant plasma is obtained in the same space. In addition, additional plasma discharge can be obtained by the voltage difference between the first electrode module and the second electrode module. Plasma discharge may be added between the ground electrode of the first electrode module and the voltage applying electrode of the second electrode module, and between the voltage applying electrode of the first electrode module and the ground electrode of the second electrode module.
  • FIG. 5 is different from FIG. 4 in that the electrode is configured in a state where the electrode is exposed on the surface of the substrate 100, but the rest of the configuration is the same. Exposing the substrate surface of the electrode has the effect of lowering the plasma discharge voltage as described above.
  • Plasma electrode formation and plasma generator using the PCB technology as described above lowers the manufacturing cost, facilitates mounting of various electronic components, and bonds a dielectric plate made of tempered glass, reinforced acrylic, ceramic, or crystal to form a polymer substrate. It prevents corrosion and the generation of contaminants caused by it, and also prevents corrosion of the electrode, so it can be used stably for a long time.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a plasma generating device to which the PCB electrode module of the present invention is applied.
  • the electrode 10 is formed on the substrate 100, and the substrate 100 is composed of PCB or PI. That is, the electrode 10 for plasma generation is made using the printed circuit board manufacturing technology.
  • the printed circuit board manufacturing technology is widely known, and it is possible to easily mount various electric and electronic components by making metal wiring and forming through-holes using a printing technique using a resist on an insulator substrate such as epoxy resin, bakelite resin, or PI. .
  • metal wiring may be embedded in an insulator or may be exposed on a surface.
  • Printed circuit board manufacturing technology can configure a desired circuit at a relatively low cost.
  • Figure 1 of the present invention is to form the electrode 10 for plasma generation inside the insulator of the printed circuit board.
  • the electrode 10 may be formed of a plurality of linear electrodes electrically connected to each other to have a plurality of discharge points, or may be formed in various other shapes. Since the thickness of the insulator covering the electrode 10 is very thin (0.1 to 0.5 mm), the problem of high discharge voltage due to the thickness t of the insulator can be solved.
  • the present invention attaches a dielectric plate 300 made of a material such as tempered glass, tempered acrylic, ceramic, or crystal having strong electrical corrosion resistance on a printed circuit board on which electrodes are formed.
  • a dielectric plate 300 made of a material such as tempered glass, tempered acrylic, ceramic, or crystal having strong electrical corrosion resistance on a printed circuit board on which electrodes are formed.
  • the unit cost increases due to the coating cost and effort, and the thickness of the dielectric surrounding the electrode must be thinly adjusted.
  • the present invention has chosen a method of bonding the dielectric plate 300 with the UV curing adhesive 200.
  • the thickness of the adhesive is very thin, about 0.1 to 0.2 mm, and the electrode portion is not coated, and only the edge of the substrate 100 and the dielectric plate 300 is coated with the adhesive, and the adhesive can be bonded by UV irradiation.
  • the UV curing adhesive may be replaced with a double-sided adhesive tape.
  • the thickness of the dielectric plate 300 is about 0.4 to 1.0 mm, and tempered glass has no brittleness unlike general glass and has excellent corrosion resistance against plasma discharge.
  • the PCB electrode modules made in this way generate plasma in the interstitial space by arranging two same-shaped ones apart from each other. That is, the dielectric plate 300 of the first electrode module and the dielectric plate 300 of the second electrode module are arranged to face each other, and the electrodes of the first electrode module and the second electrode module are respectively subjected to high voltage (of the first electrode module). electrode) and the ground (electrode of the second electrode module) are connected and a high voltage is applied, plasma is generated in the space between the two dielectric plates 300 . Since the plasma containing ions discharged from the electrode 10 is discharged toward the dielectric plate 300, the dielectric plate 300, which is resistant to corrosion, covers the electrode to obtain abundant plasma while preventing corrosion of the PCB substrate 100. This prevents the formation of contaminants.
  • FIG. 2 is another embodiment of the present invention, and the difference from FIG. 1 is that the electrode 10 is exposed on the surface of the PCB substrate 100. Since the exposed electrode 10 is covered by the dielectric plate 300, stable plasma discharge can be sustained. That is, unlike the configuration of FIG. 1 in the form of wiring in the PCB substrate, the electrode is exposed on the surface of the PCB substrate, and the dielectric plate 300 is bonded to the substrate 100 with the UV curing adhesive 200. The electrode 10 is protected from corrosion by being covered by the dielectric plate 300, and since there is no substrate insulator surrounding the electrode, the applied voltage can be lowered and abundant plasma can be obtained. Other configurations are the same as in FIG. 1 .
  • FIG. 3 shows a plasma generator with single-sided electrodes in which both X and Y electrodes are arranged on a single substrate 100.
  • the upper one has electrodes embedded in the insulator substrate 100, and the lower one has electrodes exposed on the surface of the substrate 100.
  • the X electrode and the Y electrode are electrically insulated from each other on the insulator substrate 100, and each of them may be configured in various shapes to have a plurality of discharge points.
  • the substrate 100 may be the same as a PCB or may be a PI, and electrode manufacturing is in accordance with a PCB manufacturing method.
  • Attaching the dielectric plate 300 to the substrate 100 with the adhesive 200 in order to prevent corrosion of the electrode, corrosion of the insulator substrate 100 and generation of contaminants is the same as in the embodiments of FIGS. Power is applied to the X and Y electrodes, and one of them is grounded.
  • plasma is generated outside the dielectric plate 300 .
  • FIG. 4 shows the formation of richer plasma by arranging two cross-sectional electrodes of FIG. 3 facing each other. That is, power is applied to the first electrode module in which the X and Y electrodes are embedded in the same substrate 100 and the dielectric plate 300 is attached with the adhesive 200, and one electrode is grounded.
  • the second electrode module is also made in the same form, and the two electrode modules are spaced apart from each other with their respective dielectric plates facing each other. Plasma is discharged from each electrode module to the outside of the dielectric plate 300, and abundant plasma is obtained in the same space. In addition, additional plasma discharge can be obtained by the voltage difference between the first electrode module and the second electrode module. Plasma discharge may be added between the ground electrode of the first electrode module and the voltage applying electrode of the second electrode module, and between the voltage applying electrode of the first electrode module and the ground electrode of the second electrode module.
  • FIG. 5 is different from FIG. 4 in that the electrode is configured in a state where the electrode is exposed on the surface of the substrate 100, but the rest of the configuration is the same. Exposing the substrate surface of the electrode has the effect of lowering the plasma discharge voltage as described above.
  • Plasma electrode formation and plasma generator using the PCB technology as described above lowers the manufacturing cost, facilitates mounting of various electronic components, and bonds a dielectric plate made of tempered glass, reinforced acrylic, ceramic, or crystal to form a polymer substrate. It prevents corrosion and the generation of contaminants caused by it, and also prevents corrosion of the electrode, so it can be used stably for a long time.
  • the present invention can be applied to medical, environmental, and beauty industries using atmospheric plasma, and various sterilization, disinfection, food hygiene treatment, treatment for maintaining freshness of flowers, virus sterilization, removal of fine dust, decomposition of air pollutants, water treatment, etc. It can be used in a wide range of industries.

Abstract

본 발명의 목적은 PCB 전극 모듈을 적용하여 생산 단가를 낮추면서도 플라즈마 방전 조건을 안정화시키고 전극 모듈의 수명을 장기화할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하고자 하는 것이다. 상기 목적에 따라 본 발명은 폴리머 수지로 된 기판에 플라즈마 발생용 전극을 인쇄 회로 배선 기술로 형성한 PCB 전극 모듈을 강화유리, 세라믹, 또는 수정을 포함한 유전체 기판에 자외선 경화 접착제로 접착한 전극 모듈을 제공한다.

Description

ＰＣＢ 전극 모듈을 포함한 플라즈마 발생장치
본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, PCB 전극 모듈을 포함한 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
대기압 플라즈마는 박막 제조 분야를 넘어 의료와 미용을 위한 바이오 플라즈마로 활용되고 있다. 각종 살균, 소독에 적용되어, 식품 위생 처리, 화훼의 선도 유지를 위한 처리, 바이러스 살균, 미세먼지 제거, 대기오염물질 분해, 수처리 등 점점 더 광범위한 분야에서 활약하고 있다. 이러한 대기압 플라즈마는 적용 분야별로 플라즈마 파워와 발생되는 활성종의 종류와 양을 조절할 수 있도록 전극을 설계한다. 종래 대기압 플라즈마 발생장치는 대부분 금속 전극을 유전체로 감싸거나, 유전체 안에 매립되도록 전극 모듈을 구성하고 있다. 특히, 방전점을 다수 갖도록 전극을 정교한 형상으로 구성하기 위해 절연체 기판에 포토 리소그라피를 이용하여 전극을 만든다(등록특허 10-1417273 참조). 이러한 경우, 전극 모듈의 제작비가 높아 플라즈마를 적용한 제품의 단가도 높아진다. 플라즈마 전극 모듈의 제조단가를 낮추기 위해, 널리 알려진 PCB에 전극을 형성하는 방안을 고려해 볼 수 있다. 그러나 전극이 형성된 PCB를 플라즈마 발생장치로 사용할 경우, 상대적으로 고전압이 인가되는 플라즈마 방전 전압과 방전된 플라즈마의 에칭 능력에 의해 폴리머 소재의 PCB 기판 자체가 부식되는 문제가 있다. 기판의 부식은 기판 두께와 관계있는 플라즈마 방전 전압 등 방전 조건의 변화와 플라즈마 전극 수명 단기화와 같은 문제를 야기한다.
따라서 본 발명의 목적은 PCB 전극 모듈을 적용하여 생산 단가를 낮추면서도 플라즈마 방전 조건을 안정화시키고 전극 모듈의 수명을 장기화할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 폴리머 수지로 된 기판에 플라즈마 발생용 전극을 인쇄 회로 배선 기술로 형성한 PCB 전극 모듈을 강화유리, 세라믹, 또는 수정을 포함한 유전체 기판에 자외선 경화 접착제로 접착한 전극 모듈을 제공한다.
상기 전극 모듈은 하나의 PCB 전극 모듈에 X, Y 전극을 모두 포함하여 단독으로 플라즈마 발생장치로 사용되거나, 2 개의 PCB 전극 모듈을 서로 공백을 두고 마주 보게 배치하여 상기 공백에서 플라즈마가 발생되게 할 수 있다.
즉, 본 발명은,
절연체 기판;
상기 절연체 기판에 형성된 전극; 및
상기 절연체 기판과 전극 위에 접착제로 접착된 유전체 판;을 포함하고,
상기 절연체 기판은 인쇄회로기판(PCB)용 기판 또는 폴리이미드(PI) 기판을 포함하고,
상기 전극은 상기 절연체 기판에 인쇄회로기술로 형성되고,
상기 유전체 판은 강화유리, 강화 아크릴, 세라믹, 또는 수정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 전극은 절연체 기판에 매립된 배선 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 전극은 절연체 기판에 노출된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 접착제는 자외선 경화 접착제 또는 양면 접착 테이프를 포함하고, 접착제의 두께는 0.1 내지 0.2mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기에 있어서, 절연체 기판에서 매립된 전극을 덮고 있는 절연체 부분의 두께는 0.1 내지 0.5mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기에 있어서, 유전체 판의 두께는 0.4 내지 1.0mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는, 전극이 매립된 절연체 기판에 유전체 판이 접착된 제1전극 모듈과 제1전극 모듈과 동일한 구성의 제2전극모듈을포함하고, 제1전극 모듈의 유전체 판과 제2 전극 모듈의 유전체 판이 서로 이격되며 마주 보게 배열되고, 제1전극 모듈의 전극에 고전압을, 제2전극 모듈의 전극에 접지를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판 사이 공간에 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는, 전극이 노출되게 형성된 절연체 기판에 유전체 판이 접착된 제1전극 모듈과 제1전극 모듈과 동일한 구성의 제2전극모듈을포함하고, 제1전극 모듈의 유전체 판과 제2 전극 모듈의 유전체 판이 서로 이격되며 마주 보게 배열되고, 제1전극 모듈의 전극에 고전압을, 제2전극 모듈의 전극에 접지를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판 사이 공간에 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기에 있어서, 전극은 고전압이 인가되는 X 전극과 접지되는 Y 전극이 서로 전기적으로 절연된 상태로 절연체 기판에 형성되고, 유전체 판 외측으로 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
상기의 플라즈마 발생장치 2개를 각각의 유전체 판을 서로 이격되고 마주보게 배열하여 각각의 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 방전과 반대편 플라즈마 발생장치의 전극들 사이에서 일어나는 추가적인 플라즈마 방전을 얻는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 저가의 PCB 기술을 적용하면서도 플라즈마는 강화유리 등의 유전체 면으로부터 발생되며, 상기 유전체는 플라즈마 방전에 따른 부식에 강한 내성을 지녀 플라즈마 방전 조건을 안정되게 유지할 수 있고, 플라즈마 발생장치 수명을 장기화 할 수 있다.
또한, PCB 전극 모듈과 강화유리 등의 유전체는 지외선 경화 접착제를 도포하고 접착되기 때문에 접착제의 두께는 매우 얇아 전극 모듈의 부착 수단 두께에 의해 방전 전압의 상승을 거의 요하지 않는 장점이 있다.
또한, PCB 기술을 적용함에 따라 플라즈마 발생장치가 적용되는 제품에 필요한 각종 전기전자 부품들을 쉽게 탑재시킬 수 있어 제조공정을 쉽게 하고, 제품 단가를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 PCB 전극 모듈을 적용한 플라즈마 발생장치의 일실시예를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 PCB 전극 모듈을 적용한 플라즈마 발생장치의 또 다른 일실시예로서 전극이 인쇄회로기판면 위에 형성된 경우를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 PCB 전극 모듈을 적용한 플라즈마 발생장치의 또 다른 일실시예로서 하나의 인쇄회로기판에 X, Y 전극이 모두 형성된 경우를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3a의 단면 전극 모듈 2개를 마주하여 구성된 플라즈마 발생장치를 보여준 단면도이다.
도 5는 도 3b의 단면 전극 모듈 2개를 마주하여 구성된 플라즈마 발생장치를 보여준 단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 PCB 전극 모듈을 적용한 플라즈마 발생장치의 일실시예를 보여주는 단면도이다. 전극(10)은 기판(100)에 형성하며, 상기 기판(100)은 PCB 또는 PI로 구성된다. 즉, 인쇄회로기판 제조기술을 이용하여 플라즈마 발생용 전극(10)을 만든다. 인쇄회로기판 제조기술은 널리 알려여 있으며, 에폭시 수지 또는 베이클라이트 수지, 또는 PI 등의 절연체 기판에 레지스트를 이용한 인쇄술로 금속배선을 만들고 스루홀 등을 형성하여 각종 전기전자 부품을 손쉽게 실장할 수 있게 한다. 인쇄회로기판에서 금속배선은 절연체에 매립될 수도 있고, 표면에 노출되게 할 수도 있다. 인쇄회로기판 제조기술은 비교적 저렴한 비용으로 원하는 회로를 구성할 수 있다.
본 발명의 도 1은 인쇄회로기판의 절연체 내부에 플라즈마 발생용 전극(10)을 형성한 것이다. 전극(10)은 다수의 방전점을 갖도록 서로 전기적으로 연결된 다수의 선형 전극으로 형성될 수 있으며, 그외 다양한 형태로 형성될 수 있다. 전극(10)을 덮는 절연체 두께는 매우 얇아(0.1 내지 0.5mm), 절연체 두께 t로 인해 방전 전압이 높아지는 문제를 해소할 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이, 인쇄회로기판 기술에 의해 제조된 플라즈마 발생 장치는 전극에 비교적 고전압이 인가되고, 방전된 플라즈마가 갖는 에칭 성능으로 인해 기판 자체가 부식되어 오염물질이 생성되고, 결과적으로 전극 모듈의 수명이 짧아진다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 전기적 내부식성이 강한 강화유리, 강화 아크릴, 세라믹, 수정과 같은 소재로 만든 유전체 판(300)을 전극이 형성된 인쇄회로기판 위에 부착하였다. 금속전극을 개별적으로 유전체 코팅하는 경우, 코팅 비용과 노력에 의한 단가 상승이 따르고, 전극을 포위하는 유전체 두께를 얇게 조절하여야 한다. 이러한 문제점들을 감안하여 본 발명은 유전체 판(300)을 자외선 경화 접착제(200)로 접착하는 방법을 택하였다. 자외선 경화 접착제의 도포는 접착제의 두께가 0.1 내지 0.2mm 정도로 매우 얇고, 전극 부분은 도포하지 않고 기판(100)과 유전체 판(300)의 가장자리만 접착제를 도포하여 자외선 조사로 접착시킬 수 있다. 상기에서, 자외선 경화 접착제는 양면 접착 테이프로 대체될 수 있다. 유전체 판(300)의 두께는 0.4 내지 1.0mm 정도이며, 강화유리는 일반 유리와 달리 취약성이 없고 플라즈마 방전에 대해 내식성이 우수하다.
이와 같이 만들어진 PCB 전극 모듈은 동일한 형태의 것을 2개 이격 배열하여 틈새 공간에서 플라즈마를 발생시킨다. 즉, 제1 전극 모듈의 유전체 판(300)과 제2 전극 모듈의 유전체 판(300)이 서로 마주 보게 배열하고, 제1 전극 모듈과 제2 전극 모듈의 전극에 각각 고전압(제1전극모듈의 전극)과 접지(제2전극모듈의 전극)를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판(300) 사이 공간에 플라즈마가 발생된다. 전극(10)에서 방전되는 이온을 포함한 플라즈마는 유전체 판(300) 쪽을 향해 방전되므로, 부식에 강한 유전체 판(300)이 전극을 커버함으로 인해 풍부한 플라즈마를 얻으면서도 PCB 기판(100)의 부식과 그로 인한 오염물 발생을 막아준다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 1과 다른 점은 PCB 기판(100) 표면에 전극(10)이 노출된 상태로 존재한다는 것이다. 노출된 전극(10)은 유전체 판(300)에 의해 커버되기 때문에 안정적인 플라즈마 방전을 지속시킬 수 있다. 즉, PCB 기판 내에 배선되는 것과 같은 형태의 도 1의 구성과 달리 전극을 PCB 기판 면 위에 노출시키고, 유전체 판(300)을 자외선 경화 접착제(200)로 기판(100)에 접착한다. 전극(10)은 유전체 판(300)이 커버하여 줌으로써 부식을 막아주고, 전극을 포위하는 기판 절연체가 없기 때문에 인가전압을 낮출 수 있으며, 풍부한 플라즈마를 얻을 수 있다. 그외 다른 구성은 도 1에서와 같다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여준다.
도 3은 하나의 기판(100)에 X, Y 전극을 모두 배열한 단면 전극으로 된 플라즈마 발생장치를 보여준다. 위의 것은 전극이 절연체 기판(100)에 매립된 것이고, 아래 것은 전극이 기판(100) 표면에 노출된 것이다. X 전극과 Y 전극은 절연체 기판(100) 상에서 전기적으로 서로 절연되며, 그 각각은 다수의 방전점을 갖도록 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 기판(100)은 PCB와 같거나 PI 일 수 있고, 전극 제조는 PCB 제조방법에 따른다. 전극의 부식과 절연체 기판(100) 부식 및 오염물질 발생을 막기 위해, 유전체 판(300)을 접착제(200)로 기판(100)에 부착하는 것은 도 1 내지 도 2의 실시예에서와 같다. 전원은 X 전극과 Y 전극에 인가되고, 그 중 하나의 전극은 접지된다.
본 실시예에서 플라즈마의 발생은 유전체 판(300) 외측에서 일어난다.
도 4는 도 3의 단면 전극 두개를 마주 배열하여 더 풍부한 플라즈마를 형성하는 것을 보여준다. 즉, X, Y 전극이 같은 기판(100)에 매립되고, 유전체 판(300)을 접착제(200)로 부착한 제1 전극 모듈에 전원이 인가되고 하나의 전극은 접지된다. 제2전극 모듈도 같은 형태로 만들어지고, 두 개의 전극 모듈은 각각의 유전체 판이 서로 마주보며 이격되게 배열된다. 각각의 전극 모듈에서 유전체 판(300) 외측으로 플라즈마가 방전되며, 같은 공간에서 풍성한 플라즈마를 얻는다. 또한, 제1 전극모듈과 제2전극모듈 사이에서도 전압 차에 의한 추가적인 플라즈마 방전을 얻을 수 있다. 제1전극모듈의 접지전극과 제2전극모듈의 전압인가전극, 제1전극모듈의 전압인가전극과 제2전극모듈의 접지전극 사이에서의 플라즈마 방전이 추가될 수 있다.
도 5는 도 4에서 전극이 기판(100) 면에 노출된 상태로 구성된 점만 다르고 나머지 구성은 동일하다. 전극의 기판 면 노출은 상술한 바와 같이 플라즈마 방전 전압을 낮춰주는 효과가 있다.
상기와 같은 PCB 기술을 이용한 플라즈마 전극 형성 및 플라즈마 발생장치는 제조비용을 낮춰주고, 각종 전자부품의 실장을 용이하게 하며, 강화유리, 강화아크릴, 세라믹, 또는 수정으로 된 유전체 판의 접착으로 폴리머 기판의 부식과 그로 인한 오염물질 발생을 막아주고, 전극의 부식도 방지하여 장기간 안정적으로 사용할 수 있다.
한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 PCB 전극 모듈을 적용한 플라즈마 발생장치의 일실시예를 보여주는 단면도이다. 전극(10)은 기판(100)에 형성하며, 상기 기판(100)은 PCB 또는 PI로 구성된다. 즉, 인쇄회로기판 제조기술을 이용하여 플라즈마 발생용 전극(10)을 만든다. 인쇄회로기판 제조기술은 널리 알려여 있으며, 에폭시 수지 또는 베이클라이트 수지, 또는 PI 등의 절연체 기판에 레지스트를 이용한 인쇄술로 금속배선을 만들고 스루홀 등을 형성하여 각종 전기전자 부품을 손쉽게 실장할 수 있게 한다. 인쇄회로기판에서 금속배선은 절연체에 매립될 수도 있고, 표면에 노출되게 할 수도 있다. 인쇄회로기판 제조기술은 비교적 저렴한 비용으로 원하는 회로를 구성할 수 있다.
본 발명의 도 1은 인쇄회로기판의 절연체 내부에 플라즈마 발생용 전극(10)을 형성한 것이다. 전극(10)은 다수의 방전점을 갖도록 서로 전기적으로 연결된 다수의 선형 전극으로 형성될 수 있으며, 그외 다양한 형태로 형성될 수 있다. 전극(10)을 덮는 절연체 두께는 매우 얇아(0.1 내지 0.5mm), 절연체 두께 t로 인해 방전 전압이 높아지는 문제를 해소할 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이, 인쇄회로기판 기술에 의해 제조된 플라즈마 발생 장치는 전극에 비교적 고전압이 인가되고, 방전된 플라즈마가 갖는 에칭 성능으로 인해 기판 자체가 부식되어 오염물질이 생성되고, 결과적으로 전극 모듈의 수명이 짧아진다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 전기적 내부식성이 강한 강화유리, 강화 아크릴, 세라믹, 수정과 같은 소재로 만든 유전체 판(300)을 전극이 형성된 인쇄회로기판 위에 부착하였다. 금속전극을 개별적으로 유전체 코팅하는 경우, 코팅 비용과 노력에 의한 단가 상승이 따르고, 전극을 포위하는 유전체 두께를 얇게 조절하여야 한다. 이러한 문제점들을 감안하여 본 발명은 유전체 판(300)을 자외선 경화 접착제(200)로 접착하는 방법을 택하였다. 자외선 경화 접착제의 도포는 접착제의 두께가 0.1 내지 0.2mm 정도로 매우 얇고, 전극 부분은 도포하지 않고 기판(100)과 유전체 판(300)의 가장자리만 접착제를 도포하여 자외선 조사로 접착시킬 수 있다. 상기에서, 자외선 경화 접착제는 양면 접착 테이프로 대체될 수 있다. 유전체 판(300)의 두께는 0.4 내지 1.0mm 정도이며, 강화유리는 일반 유리와 달리 취약성이 없고 플라즈마 방전에 대해 내식성이 우수하다.
이와 같이 만들어진 PCB 전극 모듈은 동일한 형태의 것을 2개 이격 배열하여 틈새 공간에서 플라즈마를 발생시킨다. 즉, 제1 전극 모듈의 유전체 판(300)과 제2 전극 모듈의 유전체 판(300)이 서로 마주 보게 배열하고, 제1 전극 모듈과 제2 전극 모듈의 전극에 각각 고전압(제1전극모듈의 전극)과 접지(제2전극모듈의 전극)를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판(300) 사이 공간에 플라즈마가 발생된다. 전극(10)에서 방전되는 이온을 포함한 플라즈마는 유전체 판(300) 쪽을 향해 방전되므로, 부식에 강한 유전체 판(300)이 전극을 커버함으로 인해 풍부한 플라즈마를 얻으면서도 PCB 기판(100)의 부식과 그로 인한 오염물 발생을 막아준다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 1과 다른 점은 PCB 기판(100) 표면에 전극(10)이 노출된 상태로 존재한다는 것이다. 노출된 전극(10)은 유전체 판(300)에 의해 커버되기 때문에 안정적인 플라즈마 방전을 지속시킬 수 있다. 즉, PCB 기판 내에 배선되는 것과 같은 형태의 도 1의 구성과 달리 전극을 PCB 기판 면 위에 노출시키고, 유전체 판(300)을 자외선 경화 접착제(200)로 기판(100)에 접착한다. 전극(10)은 유전체 판(300)이 커버하여 줌으로써 부식을 막아주고, 전극을 포위하는 기판 절연체가 없기 때문에 인가전압을 낮출 수 있으며, 풍부한 플라즈마를 얻을 수 있다. 그외 다른 구성은 도 1에서와 같다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여준다.
도 3은 하나의 기판(100)에 X, Y 전극을 모두 배열한 단면 전극으로 된 플라즈마 발생장치를 보여준다. 위의 것은 전극이 절연체 기판(100)에 매립된 것이고, 아래 것은 전극이 기판(100) 표면에 노출된 것이다. X 전극과 Y 전극은 절연체 기판(100) 상에서 전기적으로 서로 절연되며, 그 각각은 다수의 방전점을 갖도록 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 기판(100)은 PCB와 같거나 PI 일 수 있고, 전극 제조는 PCB 제조방법에 따른다. 전극의 부식과 절연체 기판(100) 부식 및 오염물질 발생을 막기 위해, 유전체 판(300)을 접착제(200)로 기판(100)에 부착하는 것은 도 1 내지 도 2의 실시예에서와 같다. 전원은 X 전극과 Y 전극에 인가되고, 그 중 하나의 전극은 접지된다.
본 실시예에서 플라즈마의 발생은 유전체 판(300) 외측에서 일어난다.
도 4는 도 3의 단면 전극 두개를 마주 배열하여 더 풍부한 플라즈마를 형성하는 것을 보여준다. 즉, X, Y 전극이 같은 기판(100)에 매립되고, 유전체 판(300)을 접착제(200)로 부착한 제1 전극 모듈에 전원이 인가되고 하나의 전극은 접지된다. 제2전극 모듈도 같은 형태로 만들어지고, 두 개의 전극 모듈은 각각의 유전체 판이 서로 마주보며 이격되게 배열된다. 각각의 전극 모듈에서 유전체 판(300) 외측으로 플라즈마가 방전되며, 같은 공간에서 풍성한 플라즈마를 얻는다. 또한, 제1 전극모듈과 제2전극모듈 사이에서도 전압 차에 의한 추가적인 플라즈마 방전을 얻을 수 있다. 제1전극모듈의 접지전극과 제2전극모듈의 전압인가전극, 제1전극모듈의 전압인가전극과 제2전극모듈의 접지전극 사이에서의 플라즈마 방전이 추가될 수 있다.
도 5는 도 4에서 전극이 기판(100) 면에 노출된 상태로 구성된 점만 다르고 나머지 구성은 동일하다. 전극의 기판 면 노출은 상술한 바와 같이 플라즈마 방전 전압을 낮춰주는 효과가 있다.
상기와 같은 PCB 기술을 이용한 플라즈마 전극 형성 및 플라즈마 발생장치는 제조비용을 낮춰주고, 각종 전자부품의 실장을 용이하게 하며, 강화유리, 강화아크릴, 세라믹, 또는 수정으로 된 유전체 판의 접착으로 폴리머 기판의 부식과 그로 인한 오염물질 발생을 막아주고, 전극의 부식도 방지하여 장기간 안정적으로 사용할 수 있다.
한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 대기압 플라즈마를 이용하는 의료, 환경, 미용 산업 분야에 적용될 수 있으며, 각종 살균, 소독, 식품 위생 처리, 화훼의 선도 유지를 위한 처리, 바이러스 살균, 미세먼지 제거, 대기오염물질 분해, 수처리 등 광범위한 산업분야에 이용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 절연체 기판;
    상기 절연체 기판에 형성된 전극; 및
    상기 절연체 기판과 전극 위에 접착제로 접착된 유전체 판;을 포함하고,
    상기 절연체 기판은 인쇄회로기판(PCB)용 기판 또는 폴리이미드(PI) 기판을 포함하고,
    상기 전극은 상기 절연체 기판에 인쇄회로기술로 형성되고,
    상기 유전체 판은 강화유리, 강화 아크릴, 세라믹, 또는 수정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극은 절연체 기판에 매립된 배선 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전극은 절연체 기판에 노출된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접착제는 자외선 경화 접착제 또는 양면 접착 테이프를 포함하고, 접착제의 두께는 0.1 내지 0.2mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  5. 제2항에 있어서, 절연체 기판에서 매립된 전극을 덮고 있는 절연체 부분의 두께는 0.1 내지 0.5mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  6. 제1항에 있어서, 유전체 판의 두께는 0.4 내지 1.0mm 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는, 전극이 매립된 절연체 기판에 유전체 판이 접착된 제1전극 모듈과 제1전극 모듈과 동일한 구성의 제2전극모듈을포함하고, 제1전극 모듈의 유전체 판과 제2 전극 모듈의 유전체 판이 서로 이격되며 마주 보게 배열되고, 제1전극 모듈의 전극에 고전압을, 제2전극 모듈의 전극에 접지를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판 사이 공간에 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치는, 전극이 노출되게 형성된 절연체 기판에 유전체 판이 접착된 제1전극 모듈과 제1전극 모듈과 동일한 구성의 제2전극모듈을포함하고, 제1전극 모듈의 유전체 판과 제2 전극 모듈의 유전체 판이 서로 이격되며 마주 보게 배열되고, 제1전극 모듈의 전극에 고전압을, 제2전극 모듈의 전극에 접지를 연결하여 고전압을 인가하면, 두 개의 유전체 판 사이 공간에 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 전극은 고전압이 인가되는 X 전극과 접지되는 Y 전극이 서로 전기적으로 절연된 상태로 절연체 기판에 형성되고, 유전체 판 외측으로 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  10. 제9항의 플라즈마 발생장치 2개를 각각의 유전체 판을 서로 이격되고 마주보게 배열하여 각각의 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 방전과 반대편 플라즈마 발생장치의 전극들 사이에서 일어나는 추가적인 플라즈마 방전을 얻는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050016456A1 (en) * 2002-02-20 2005-01-27 Noriyuki Taguchi Plasma processing device and plasma processing method
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KR101873689B1 (ko) * 2017-03-13 2018-07-02 배준형 플라즈마를 이용한 소독용 캐비넷
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