專利名稱：具電弧控制功能的大氣等離子體產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大氣等離子體產(chǎn)生裝置，且特別是有關(guān)于一種具電弧控制功能的
大氣等離子體產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
等離子體的特性在于其包括中性粒子、活化粒子、電子及離子等的反應(yīng)，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(fā)許多特殊的化學(xué)與物理的反應(yīng)。也由于如此，目前，等離子體已廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域，例如在半導(dǎo)體制造方面，舉凡不同材料薄膜的成長及電路的刻蝕皆普遍由等離子體技術(shù)達(dá)成。在半導(dǎo)封裝方面，則可見使
用等離子體來清潔及改變材料表面，以達(dá)到所需的功能及效果。此外，在環(huán)保、醫(yī)療與光機(jī)電等領(lǐng)域中亦可見等離子體的應(yīng)用。 等離子體源的種類與等離子體產(chǎn)生的形式相關(guān)，其包括電感式等離子體源、微波表面波等離子體源、大氣等離子體源、等離子體浸沒離子布植及等離子體火炬等。大氣等離子體源中，由于噴射式大氣等離子體的能量集中，可以用于高速處理工件表面以改善表面的親水特性。然而，當(dāng)應(yīng)用在金屬材料或是導(dǎo)電材料制作的工件表面時，等離子體所引起的電弧卻非常容易會溢散到工件的表面，并損傷工件表面，導(dǎo)致工件不良品的產(chǎn)生，影響到制備工藝良率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有關(guān)于一種具電弧控制功能的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，是透過電弧導(dǎo)引電極與氣流場的設(shè)計，將電弧位置控制在裝置內(nèi)，通過此避免電弧損傷所要處理的工件表面，進(jìn)而提升制備工藝的優(yōu)良率。 根據(jù)本發(fā)明，提出一種具電弧控制功能的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，此裝置包括一外殼、一內(nèi)電極、一氣流控制機(jī)構(gòu)與至少一電弧導(dǎo)引電極。外殼具有相對的一電極設(shè)置端與一等離子體出口端。內(nèi)電極設(shè)置在外殼內(nèi)，并位在電極設(shè)置端，其中，內(nèi)電極連接至一電源供應(yīng)器。氣流控制機(jī)構(gòu)設(shè)置在電極設(shè)置端，用以在內(nèi)電極的周邊產(chǎn)生一渦漩氣流，通過此使內(nèi)電極產(chǎn)生的電弧集中在外殼內(nèi)的中央位置，并導(dǎo)引電弧至等離子體出口端。電弧導(dǎo)引電極設(shè)置在等離子體出口端，并連接至電源供應(yīng)器，其中，電弧導(dǎo)引電極具有一尖端是凸出在等離子體出口端的內(nèi)表面，用以吸引電弧，通過此控制電弧的位置。 為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下


圖1A是依照本發(fā)明較佳實施例的一種具電弧控制功能的大氣等離子體產(chǎn)生裝置的示意圖； 圖1B是圖1A大氣等離子體產(chǎn)生裝置于等離子體出口側(cè)的示意圖；圖2是電弧導(dǎo)引電極的尖端為一球面的示意圖3是電弧導(dǎo)引電極透過外殼連接至電源供應(yīng)器的示意圖4是大氣等離子體產(chǎn)生裝置加設(shè)一開口減縮元件的示意圖
圖5是電弧導(dǎo)引電極為一中空電極的示意圖。
主要元件符號說明
100 :大氣等離子體產(chǎn)生裝置110 :外殼
電極設(shè)置端等離子體出口端內(nèi)電極
等離子體出口氣流控制機(jī)構(gòu)氣體導(dǎo)引元件斜向貫穿孔
150'、150":電弧導(dǎo)引電極
152，:尖端:貫穿通道
112114120132140142144150152152160170180182200300400500
:隔離元件
180':開口減縮元件
182，:開口:電源供應(yīng)器:渦旋氣流:電弧
:等離子體氣體
A1、A2 :延伸方向
具體實施例方式
請參照圖1A、圖1B，圖1A是依照本發(fā)明較佳實施例的一種具電弧控制功能的大氣等離子體產(chǎn)生裝置的示意圖，圖1B是圖1A大氣等離子體產(chǎn)生裝置于等離子體出口側(cè)的示意圖。如圖1A所示，大氣等離子體產(chǎn)生裝置100包括一外殼110、一內(nèi)電極120與一氣流控制機(jī)構(gòu)140等元件，以下逐一說明各元件的配置與作用。 外殼110例如為一中空殼體，其具有相對的一電極設(shè)置端112與一等離子體出口端114。外殼110的材質(zhì)可為金屬或非金屬材料。 內(nèi)電極120設(shè)置在外殼110內(nèi)，并位在電極設(shè)置端112，其中，內(nèi)電極120連接至一電源供應(yīng)器200。內(nèi)電極120例如是一金屬電極，大多使用銅，或是不銹鋼、鎢的類耐高溫金屬或合金。電源供應(yīng)器200提供的電壓會使內(nèi)電極120鄰側(cè)的氣體產(chǎn)生解離的作用，而形成由自由電子、帶正電的離子與未電離的原子等所構(gòu)成的等離子體氣體。也由于存在帶負(fù)電的自由電子和帶正電的離子，因此等離子體氣體有很高的電導(dǎo)率，而產(chǎn)生電弧400的作用。
等離子體出口端114，其具有一等離子體出口 132。等離子體出口 132的形狀并不限定，其大小可依照需求，例如是等離子體氣體的出口流速去設(shè)定。 氣流控制機(jī)構(gòu)140設(shè)置在電極設(shè)置端112，用以在內(nèi)電極120的周邊產(chǎn)生渦漩氣流300，通過此使內(nèi)電極120產(chǎn)生的電弧400朝外殼110內(nèi)的中央位置集中，并導(dǎo)引電弧400至等離子體出口端114。由于當(dāng)電弧400被控制在外殼110的腔體中時，流道可以加大以降低等離子體氣體流速，因此可初步降低電弧400溢散的機(jī)率。 如圖1A所示，氣流控制機(jī)構(gòu)140例如包括一氣體導(dǎo)引元件142與一氣體供應(yīng)器(未繪示)。氣體導(dǎo)引元件142具有多個斜向貫穿孔144位在內(nèi)電極120的周邊，并連通至外殼110內(nèi)。這些斜向貫穿孔144是可相互平行，此外，斜向貫穿孔144的延伸方向Al較佳地與內(nèi)電極120的延伸方向A2呈現(xiàn)歪斜的關(guān)系。 氣體供應(yīng)器(未繪示)所供應(yīng)的氣體會通過斜向貫穿孔142并進(jìn)入外殼110中。且當(dāng)氣體從斜向貫穿孔144灌入外殼110內(nèi)時，由于斜向貫穿孔144的配置方式，灌入的氣體會繞著內(nèi)電極120旋轉(zhuǎn)，因而會在內(nèi)電極120的外圍產(chǎn)生渦旋氣流300，接著，電弧400便會受到渦旋氣流300的導(dǎo)引移動。如此一來，便可將電弧400控制在外殼110內(nèi)的中央位置。 噴射式大氣等離子體由于能量集中，可以用于高速處理素材表面，改善素材表面
的親水特性，但是應(yīng)用在金屬材料或?qū)w材料表面時，等離子體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(dǎo)引電極的配置及設(shè)計，將電弧400
產(chǎn)生的位置導(dǎo)引到外殼110的腔體內(nèi)側(cè)，使得等離子體出口不會有溢散的電弧。 較佳地，在大氣等離子體產(chǎn)生裝置100中可裝設(shè)至少一電弧導(dǎo)引電極，且電弧導(dǎo)
引電極較佳是沿著等離子體出口端114的徑向插置在等離子體出口端114中，而內(nèi)電極120
與電弧導(dǎo)引電極是分別連接至電源供應(yīng)器200的正極與負(fù)極(或接地端)。 本實施例是以四個電弧導(dǎo)引電極150為例做說明，然本發(fā)明并不限定于此，大氣
等離子體產(chǎn)生裝置100的等離子體出口端114中亦可僅裝設(shè)單個電弧導(dǎo)引電極150或是其
它數(shù)目的電弧導(dǎo)引電極150。另外，電弧導(dǎo)引電極150可為實心或是中空管，在此先以實心
的電弧導(dǎo)引電極150(見圖1A)做說明。 電弧導(dǎo)引電極150是等間隔地插置在等離子體出口端114中，如圖1B所示。電弧導(dǎo)引電極150連接至電源供應(yīng)器200或是一接地端，其中，各電弧導(dǎo)引電極150具有一尖端152是凸出等離子體出口端114的內(nèi)表面。由于尖端152的設(shè)計會使電荷集中，因而可產(chǎn)生尖端放電的效果，通過此可吸引電弧400，因而得以控制電弧400在等離子體出口端114中的位置，更進(jìn)一步地避免電弧溢散的問題。 圖1B的尖端152為尖點(diǎn)的型式，然本發(fā)明并不限定于此。如圖2所示，電弧導(dǎo)引電極150'的尖端152'也可為一球面的型式，其同樣具有吸引電弧的特點(diǎn)。
由于外殼110的材質(zhì)可為金屬或非金屬，當(dāng)外殼110的材質(zhì)為非金屬時，如圖1A所示，電弧導(dǎo)引電極150是可透過導(dǎo)線160連接至電源供應(yīng)器200。 接著請參照圖3，其是電弧導(dǎo)引電極透過外殼連接至電源供應(yīng)器的示意圖。如圖3所示，當(dāng)外殼110的材質(zhì)為金屬時，電弧導(dǎo)引電極150實際上可直接透過外殼110連接至電源供應(yīng)器200。此時，為避免外殼110與內(nèi)電極120產(chǎn)生電性接觸，較佳可設(shè)置隔離元件170在內(nèi)電極120與外殼IIO之間，以隔絕內(nèi)電極120與外殼110。
6
隔離元件170的材質(zhì)可為一介電材料，其例如是石英、陶瓷或高分子材料等。另外，在氣體導(dǎo)引元件142與內(nèi)電極120之間亦可設(shè)置隔離元件170，以適當(dāng)保持各元件之間的電性絕緣。 請參照圖4，其是大氣等離子體產(chǎn)生裝置加設(shè)一開口減縮元件的示意圖。如圖4所示，開口減縮元件180設(shè)置在等離子體出口 132處，其中，開口減縮元件180的開口 182小于等離子體出口 132。開口減縮元件180除了可減少等離子體氣體的出口幅寬，還可阻擋不必要的電弧溢散，進(jìn)而輔助控制電弧的位置。較佳地，開口減縮元件180的材質(zhì)為絕緣材料。 請參照圖5，其是電弧導(dǎo)引電極為一中空電極的示意圖。如圖5所示，電弧導(dǎo)引電極150"具有一貫穿信道152"，而貫穿信道152"是連通至等離子體出口端114內(nèi)，使等離子體出口端114內(nèi)的空間也可透過電弧導(dǎo)引電極150"連通至外部大氣。開口減縮元件180'的開口 182'使等離子體出口 132縮得更小，因此造成等離子體出口 132的氣體壓力升高，且會使等離子體氣體的出口流速增加許多。太高速的等離子體氣體具有較強(qiáng)的沖擊力，也容易帶出溢散的電弧，因此容易對所要處理的工件表面造成破壞。 舉例來說，當(dāng)要以大氣等離子體產(chǎn)生裝置100去進(jìn)行工件表面的鍍膜處理時，氣體壓力會因為等離子體出口 132其口徑的減縮而上升，造成氣體粒子碰撞的機(jī)率增加，因此不利于控制成膜的質(zhì)量。由于等離子體出口端114內(nèi)的空間可透過電弧導(dǎo)引電極150"的貫穿通道152"連通至外部大氣，在等離子體氣體產(chǎn)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(jìn)而減小等離子體氣體的沖擊，以保護(hù)所要處理的工件。 本發(fā)明上述實施例所揭露的具電弧控制功能的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，是在鄰近等離子體出口的位置設(shè)置電弧導(dǎo)引電極用以吸引電弧，以將電弧產(chǎn)生的位置導(dǎo)引到外殼的腔體內(nèi)側(cè)，使等離子體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，外殼內(nèi)會設(shè)計出適當(dāng)?shù)臍饬鲌?，通過氣流的導(dǎo)引去限制電弧的方向，使等離子體產(chǎn)生的位置更接近等離子體出口端。再，當(dāng)?shù)入x子體出口的大小被減縮時，可采用空心的電弧導(dǎo)引電極去輔助氣體排出，使等離子體出口的流速降低，進(jìn)而可減少等離子體氣體對所要處理工件表面造成破壞。本發(fā)明上述實施例所揭露的具電弧控制功能的大氣等離子體產(chǎn)生裝置是實質(zhì)上可提升工件制作的制備工藝良率，且在大氣等離子體領(lǐng)域中的應(yīng)用更為寬廣。 綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書的范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種具電弧控制功能的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于包括一外殼，具有相對的一電極設(shè)置端與一等離子體出口端；一內(nèi)電極，設(shè)置在該外殼內(nèi)，并位在該電極設(shè)置端，其中，該內(nèi)電極連接至一電源供應(yīng)器；一氣流控制機(jī)構(gòu)，設(shè)置在該電極設(shè)置端，用以在該內(nèi)電極的周邊產(chǎn)生一渦漩氣流，通過此使該內(nèi)電極產(chǎn)生的電弧集中在該外殼內(nèi)的中央位置，并導(dǎo)引電弧至該等離子體出口端；以及至少一電弧導(dǎo)引電極，設(shè)置在該等離子體出口端，并連接至該電源供應(yīng)器，其中，該至少一電弧導(dǎo)引電極具有一尖端是位于凸出該等離子體出口端的內(nèi)表面，用以吸引電弧，以控制電弧的位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該至少一電弧導(dǎo)引電極 是沿著該等離子體出口端的徑向插置在該等離子體噴嘴中。
3. 如權(quán)利要求2所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括多個電弧導(dǎo)引電極， 該些電弧導(dǎo)引電極是等間隔地插置在該等離子體出口端。
4. 如權(quán)利要求l所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該內(nèi)電極連接至該電源 供應(yīng)器的正極，該至少一電弧導(dǎo)引電極是連接至該電源供應(yīng)器的負(fù)極或一接地端。
5. 如權(quán)利要求1所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該外殼的材質(zhì)為金屬，該 外殼是連接至該電源供應(yīng)器，該至少一 電弧導(dǎo)引電極是透過該外殼連接至該電源供應(yīng)器的 負(fù)極或一接地端。
6. 如權(quán)利要求1所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括一隔離元件，是設(shè)置 在該內(nèi)電極與該外殼之間，用以隔絕該內(nèi)電極與該外殼。
7. 如申請專利范圍第6項所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該隔離元件的 材質(zhì)是一介電材料。
8. 如申請專利范圍第7項所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該介電材料為 陶瓷、石英或高分子材質(zhì)。
9. 如權(quán)利要求1所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括一開口減縮元件，是 設(shè)置在該等離子體出口端，其中，該開口減縮元件具有一開口是小于該等離子體出口端的 大小。
10. 如權(quán)利要求9所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該開口減縮元件的材質(zhì) 是一絕緣材料。
11. 如權(quán)利要求1所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該至少一電弧導(dǎo)引電極 的該尖端是具有一尖點(diǎn)或是一球面。
12. 如權(quán)利要求1所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該至少一電弧導(dǎo)引電極 是一中空電極，并具有一貫穿通道用以連通該等離子體出口端的內(nèi)部空間與該外殼的外部 空間。
13. 如權(quán)利要求1所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該氣流控制機(jī)構(gòu)包括一 氣體導(dǎo)引元件，該氣體導(dǎo)引元件具有多個斜向貫穿孔位在該內(nèi)電極的周邊，并連通至該外 殼內(nèi)，用以供氣體通過并進(jìn)入該外殼。
14. 如權(quán)利要求13所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該些斜向貫穿孔是相互平行。
15.如權(quán)利要求13所述的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該些斜向貫穿孔的延 伸方向與該內(nèi)電極的延伸方向是呈現(xiàn)一歪斜的關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明一種具電弧控制功能的大氣等離子體產(chǎn)生裝置，包括一外殼、一內(nèi)電極、一氣流控制機(jī)構(gòu)與至少一電弧導(dǎo)引電極。外殼具有相對的一電極設(shè)置端與一等離子體出口端。內(nèi)電極設(shè)置在外殼內(nèi)，并位在電極設(shè)置端，其中，內(nèi)電極連接至一電源供應(yīng)器。氣流控制機(jī)構(gòu)設(shè)置在電極設(shè)置端，用以在內(nèi)電極的周邊產(chǎn)生一渦漩氣流，通過此使內(nèi)電極產(chǎn)生的電弧集中在外殼內(nèi)的中央位置，并導(dǎo)引電弧至等離子體出口端。電弧導(dǎo)引電極設(shè)置在等離子體出口端，并連接至電源供應(yīng)器，其中，電弧導(dǎo)引電極具有一尖端是位凸出等離子體出口端的內(nèi)表面，用以吸引電弧，通過此控制電弧的位置。
文檔編號H05H1/32GK101754562SQ20081017884
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者吳清吉, 蔡陳德, 許文通 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院