Устройство для плазменной обработки



Устройство для плазменной обработки
Устройство для плазменной обработки
Устройство для плазменной обработки
Устройство для плазменной обработки
Устройство для плазменной обработки
Устройство для плазменной обработки
Устройство для плазменной обработки
Устройство для плазменной обработки
Устройство для плазменной обработки

 

H05H1/24 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2420044:

ПАНАСОНИК ЭЛЕКТРИК ВОРКС КО., ЛТД. (JP)

Изобретение относится к плазменной технике. Устройство для плазменной обработки содержит электроды, пространство электрического разряда и источник электроснабжения. Электроды образованы посредством заделывания проводящего слоя в изолирующую подложку из керамической спеченной массы. Пространство электрического разряда образовано между расположенными противоположно друг другу электродами. Источник электроснабжения обеспечивает инициирование электрического разряда посредством приложения напряжения к проводящим слоям. Изолирующая подложка каждого электрода имеет соединительные части на обоих его концах. Соединительные части выполнены выступающими из изолирующей подложки и соединены друг с другом так, чтобы закрывать открытые части соответствующих сторон пространства электрического разряда. Изобретение позволяет увеличить производительность выброса плазмы. 8 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к устройству для плазменной обработки, используемому для обработки поверхности, включающей: очистку для удаления постороннего вещества, такого как органическое вещество, присутствующего на поверхности подлежащего обработке объекта; обдирание и травление резиста; улучшение свойств сцепления органической пленки; восстановление оксида металла; формирование пленки; обработку предварительного плакирования; обработку предварительного нанесения покрытия; обработку предварительной покраски и модификацию поверхности различных материалов или частей. В частности, данное изобретение предпочтительно применяется для очистки поверхностей электронных компонентов, которые должны быть соединены друг с другом с высокой точностью.

Уровень техники

До настоящего времени плазменная обработка, включающая модификацию поверхности подлежащего обработке объекта, осуществляется следующим образом (см. патентный документ 1). Сначала пару электродов располагают противоположно друг другу, и тем самым образуется пространство между электродами в качестве пространства электрического разряда. Затем вызывают электрический разряд в пространстве электрического разряда посредством подачи в пространство электрического разряда плазмообразующего газа и одновременного приложения напряжения к электродам. За счет этого создается плазма. После этого плазма или ее активированные частицы выбрасывается из пространства электрического разряда к подлежащему обработке объекту.

В устройстве для такой плазменной обработки для предотвращения повреждения электродов за счет электрического разряда поверхность каждого электрода покрывают покрывной пленкой, которая образуется посредством напыления керамического материала на поверхность.

Однако в этом случае недостатком является высокая стоимость изготовления, поскольку в качестве материала электродов используется титан из-за его предпочтительных свойств, которые позволяют выполнять покрытие титана с помощью напыления, и поскольку процесс напыления является сложным. Дополнительно к этому образование покрывной пленки посредством напыления приводит к образованию пустот в пленках в таком большом процентном количестве, что пленки могут иметь дефекты. Такие дефекты вызывают короткое замыкание между электродами и тем самым создают проблемы, связанные с нестабильностью электрического разряда и повреждением электродов.

Данное изобретение выполнено с учетом указанных обстоятельств. Целью данного изобретения является создание устройства для плазменной обработки, которое обеспечивает возможность его изготовления с низкой стоимостью и позволяет предотвратить нестабильность электрического разряда и повреждение электродов.

(Патентный документ JP-А 2004-311116)

Сущность изобретения

Для решения указанных выше задач устройство для плазменной обработки согласно данному изобретению является устройством А плазменной обработки для обработки объекта Н, подлежащего обработке, посредством возбуждения плазмообразующего газа G с помощью электрического разряда, с последующим выталкиванием возбужденного плазмообразующего газа G на подлежащий обработке объект Н. Устройство для плазменной обработки содержит: снабженный покрытием электрод 3, образованный посредством заделывания проводящего слоя 2 в изолирующую подложку 1, выполненную из керамической спеченной массы; пространство 4 электрического разряда, образованное между несколькими снабженными покрытием электродами 3, 3, …, расположенными противоположно друг другу; и источник 5 электроснабжения для вызывания электрического разряда в пространстве 4 электрического разряда посредством приложения напряжения к проводящим слоям 2.

Краткое описание чертежей

На чертежах схематично изображено:

фиг.1 - пример выполнения данного изобретения в изометрической проекции на фиг.1а, в разрезе на фиг.1b и на виде снизу на фиг.1с;

фиг.2 - разрез, иллюстрирующий способ изготовления снабженного покрытием электрода согласно примеру выполнения;

фиг.3а и 3b - разрез частей устройства согласно примеру выполнения;

фиг.4 - другой разрез устройства согласно примеру выполнения;

фиг.5 - пример другого выполнения данного изобретения в изометрической проекции на фиг.5а и в разрезе на фиг.5b;

фиг.6 - разрез устройства согласно примеру еще одного выполнения данного изобретения;

фиг.7 - разрез устройства согласно примеру еще одного выполнения данного изобретения;

фиг.8 - разрез части устройства согласно примеру выполнения;

фиг.9 - схема, иллюстрирующая выполнение испытания искровой пробой.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения

Ниже приводится описание предпочтительных вариантов выполнения данного изобретения.

На фиг.1а и 1b показан пример выполнения устройства А плазменной обработки согласно данному изобретению. Это устройство А плазменной обработки включает несколько снабженных покрытием электродов 3, источник 5 электроснабжения, радиатор 6, средство 7 регулирования температуры, средство 8 гомогенизации газа и т.п.

Каждый снабженный покрытием электрод 3 образован посредством заделывания проводящего слоя 2 в изолирующую подложку (многослойную подложку) 1, которая выполнена в виде по существу плоской пластины. Изолирующая подложка 1 выполнена из керамической спеченной массы из огнеупорного изолирующего материала (диэлектрического материала). Например, изолирующая подложка 1 может быть выполнена из высокопрочной керамической спеченной массы с высокими параметрами теплового сопротивления, такой как окись алюминия, окись циркония, муллит или нитрид алюминия. Однако материал изолирующей подложки 1 не ограничивается вышеперечисленными примерами. Из этих материалов для изготовления изолирующей подложки 1 предпочтительным является окись алюминия или т.п., которые являются высокопрочными и недорогими. Вместо этого можно использовать для изолирующей подложки 1 материал с большой диэлектрической постоянной, такой как окись титана или титанат бария. Соединительные части 33 предусмотрены, соответственно, на двух концевых частях изолирующей подложки 1 с выступанием с одной стороны изолирующей подложки 1.

Проводящий слой 2 образован в виде слоя в изолирующей подложке 1. Проводящий слой 2 может быть выполнен из проводящего металлического материала, такого как медь, вольфрам, алюминий, латунь, нержавеющая сталь и т.п. Желательно изготавливать проводящий слой 2, в частности, из меди, вольфрама и т.п.

В этой связи желательно выбирать такие материалы для изолирующей подложки 1 и проводящего слоя 2, чтобы разница в коэффициенте линейного теплового расширения была небольшой для предотвращения разрушения изолирующей подложки 1 и проводящего слоя 2 вследствие различия величины деформации изолирующей подложки 1 и проводящего слоя 2 за счет тепловой нагрузки во время изготовления снабженного покрытием электрода 3 или во время плазменной обработки.

Например, как показано на фиг.2, снабженный покрытием электрод 3 может быть образован с использованием изолирующих листовых материалов 9 и проводника 10. Каждый изолирующий листовой материал 9 может быть получен посредством смешивания связующего вещества и т.п. с порошком указанного выше изолирующего материала, такого как окись алюминия, затем смешивания различных добавок с полученной смесью с приданием этому смешанному материалу формы листа. Лист фольги, пластину или т.п. указанного выше проводящего металла, такого как медь, можно использовать в качестве проводника 10. Кроме того, проводник 10 может быть образован в виде фольги посредством печати, плакирования или осаждения металлического материала на поверхность материала 9 изолирующей подложки.

Затем несколько листов 9, 9, … изолирующего материала располагают друг над другом, при этом проводник 10 помещают между листами 9 изолирующего материала. Затем расположенным друг над другом листам изолирующего материала придают вид интегрированного блока посредством спекания. За счет этого образуется изолирующая подложка 1, выполненная из спеченной массы керамического порошка, содержащегося в каждом изолирующем листовом материале 9, в то время как проводящий слой 2, выполненный из проводника 10, образуется в виде слоя в этой изолирующей подложке 1. В соответствии с этим получают снабженный покрытием электрод 3. Следует отметить, что условия спекания можно выбирать в зависимости от типа керамического порошка, толщины изолирующей подложки 1 и т.п.

В данном изобретении изолирующая подложка 1 может иметь толщину 0,1-10 мм, в то время как проводящий слой 2 может иметь толщину от 0,1 мкм до 3 мм. Однако указанные значения толщины не имеют ограничительного характера.

После этого несколько пар снабженных покрытием электродов 3, 3 располагают противоположно друг другу в горизонтальном направлении. За счет этого образуется пространство между противоположными поверхностями соответствующих снабженных покрытием электродов 3, 3 в качестве пространства 4 электрического разряда. В этой связи желательно, чтобы интервал L между проводящими слоями 2, 2 соответствующих снабженных покрытием электродов 3, 3, расположенных противоположно друг другу, как показано на фиг.1 с, равнялся 0,1-5 мм. Не желательно устанавливать этот интервал L вне указанного выше диапазона. Иначе электрический разряд становится нестабильным или не возникает вообще, или же требуется повышенное напряжение для вызывания электрического разряда. Снабженные покрытием электроды 3, 3 соединяют вместе передними концами противоположных соединительных частей 33, 33 изолирующих подложек 1, 1. За счет этого снабженные покрытием электроды 3, 3 закрывают открытые части соответствующих сторон пространства 4 электрического разряда.

Согласно данному изобретению источник 5 электроснабжения генерирует напряжение для возбуждения образующего плазму газа G. Форму волны напряжения можно выбирать в зависимости от потребности. Примеры формы волны включают переменную форму волны, импульсную форму волны и форму волны, получаемую посредством наложения этих форм волны друг на друга. Дополнительно к этому можно устанавливать амплитуду и частоту напряжения, прикладываемого между проводящими слоями 2, 2, с учетом расстояния между проводящими слоями 2, 2, толщины каждой изолирующей подложки 1 в части покрытия соответствующего проводящего слоя 2, материала изолирующих подложек 1, стабильности электрического разряда и т.п.

Кроме того, согласно данному изобретению желательно, чтобы для проводящих слоев 2, 2 использовалось заземление нейтральной точки. Заземление нейтральной точки обеспечивает возможность приложения напряжения к двум проводящим слоям 2, 2, в то время как два проводящих слоя 2, 2 не являются заземленными. Это делает разницу потенциалов между подлежащим обработке объектом Н и возбужденным образующим плазму газом (плазменной струей) G меньше, что предотвращает образование между ними дуги. Следовательно, обеспечивается возможность предотвращения повреждения подлежащего обработке объекта Н за счет дуги. В частности, рассмотрим случай, когда, как показано на фиг.3а, разница потенциалов Vp между проводящими слоями 2, 2 установлена равной 13 кВ посредством приложения напряжения 13 кВ к одному проводящему слою 2, соединенному с источником 5 электроснабжения, и одновременного приложения напряжения 0 кВ к другому проводящему слою 2, соединенному с заземлением. В этом случае разница потенциалов, равная, по меньшей мере, нескольким кВ, может возникать между возбужденным образующим плазму газом G и подлежащим обработке объектом Н. Эта разница потенциалов может создавать дугу Ar. В противоположность этому в случае, когда нейтральная точка заземления приложена, как показано на фиг.3b, то разница потенциалов Vp между проводящими слоями 2, 2 может быть установлена равной 13 кВ посредством установки электрического потенциала одного проводящего слоя 2 на +6,5 кВ и одновременной установки электрического потенциала другого проводящего слоя 2 на -6,5 кВ. В этом случае разница потенциалов между возбужденным образующим плазму газом G и подлежащим обработке объектом Н равна почти 0 В. Другими словами, разница потенциалов между возбужденным образующим плазму газом G и подлежащим обработке объектом Н может быть сделана меньшей в случае, когда имеется нейтральная точка заземления, чем в случае, когда не используется заземление нейтральной точки, хотя в обоих случаях создается одинаковая разница потенциалов между проводящими слоями 2, 2. Следовательно, использование заземления нейтральной точки обеспечивает возможность предотвращения возникновения дуги от возбужденного образующего плазму газа G к подлежащему обработке объекту Н.

Согласно данному изобретению в качестве радиатора 6 можно использовать ряды из множества радиаторных ребер. Этот радиатор 6 может выступать из наружной поверхности изолирующей подложки 1 каждого снабженного покрытием электрода 3, 3 (т.е. на поверхности, противоположной пространству 4 электрического разряда). Этот радиатор 6 охлаждает плазмообразующий газ G в пространстве 4 электрического разряда и каждый снабженный покрытием электрод 3 посредством охлаждения воздухом. В частности, хотя температура пространства 4 электрического разряда сильно повышается во время электрического разряда, это тепло переносится из плазмообразующего газа G в снабженные покрытием электроды 3 и после этого поглощается радиатором 6. Затем тепло излучается из радиатора 6. Это обеспечивает возможность ограничения увеличения температуры плазмообразующего газа G и тем самым ограничения повышения температуры каждой изолирующей подложки 1. Поскольку радиатор 6 ограничивает повышение температуры каждой изолирующей подложки 1, то можно предотвращать тепловую деформацию изолирующей подложки 1, а следовательно, ее разрушение, например, за счет образования трещин. Кроме того, если часть изолирующей подложки 1 чрезмерно нагревается, то может генерироваться негомогенная плазма вследствие более высокой плотности плазмообразующего газа G в нагретой части и т.п. Однако поскольку повышение температуры в изолирующей подложке 1 ограничено, то можно предотвращать генерирование негомогенной плазмы и в соответствии с этим сохранять гомогенность плазменной обработки.

Желательно изготавливать радиатор 6 из материала, имеющего высокую теплопроводность. Радиатор 6 может быть выполнен, например, из меди, нержавеющей стали, алюминия, нитрида алюминия (AlN) и т.п. Если радиатор 6 выполнен из изолирующего материала, такого как нитрид алюминия, то уменьшается вероятность влияния на радиатор высокочастотного напряжения, которое прикладывается между проводящими слоями 2, 2. В результате теряется меньше электрической энергии, приложенной между проводящими слоями 2, 2. В соответствии с этим радиатор 6 способен эффективно отводить электричество. Дополнительно к этому радиатор 6 способен повышать эффективность охлаждения за счет его высокой теплопроводности.

Желательно, чтобы каждая изолирующая подложка 1 и радиатор 6 были соединены вместе с помощью способа, который обеспечивает благоприятную теплопроводность. Например, каждая изолирующая подложка 1 и радиатор 6 могут быть соединены вместе посредством использования теплопроводной смазки, теплопроводной двусторонней ленты или клейкого пропитанного смолой соединительного материала или же могут быть соединены вместе посредством прессовой посадки соединительных поверхностей, соответственно, изолирующей подложки 1 и радиатора 6 после шлифования и зеркальной чистовой обработки этих соединительных поверхностей. В качестве альтернативного решения желательно также, чтобы каждая изолирующая подложка 1 и радиатор 6 были выполнены в виде единого блока. Когда каждая изолирующая подложка 1 и радиатор 6 выполнены таким образом, то тепло из пространства 4 электрического разряда может эффективно поглощаться радиатором 6. Это обеспечивает возможность равномерного распределения температур в каждой изолирующей подложке 1 и в соответствии с этим стабилизации электрического разряда. Вместо этого в качестве радиатора 6 может быть установлен элемент Пелтье.

Согласно данному изобретению можно использовать нагревательные средства, такие как электрический нагреватель, в качестве регулирующего нагревание средства 7. Регулирующее нагревание средство 7 регулирует температуру каждой изолирующей подложки 1 до температуры, которая облегчает эмиссию вторичных электронов. В частности, вторичные электроны эмитируются из каждой изолирующей подложки 1, когда электроны и ионы, содержащиеся в активированном плазмообразующем газе G, воздействуют на изолирующую подложку 1. Средство 7 регулирования температуры регулирует температуру изолирующей подложки 1 до температуры, которая облегчает эмиссию вторичных электронов. Чем выше температура изолирующей подложки 1, тем больше вторичных электронов эмитируется из нее. Однако с учетом возможного повреждения изолирующей подложки 1 за счет теплового расширения целесообразно регулировать температуру изолирующей подложки 1 так, чтобы ограничивать ее примерно 100°С. Следовательно, желательно регулировать температуру каждой изолирующей подложки 1 в пределах 40-100°С с помощью регулирующего температуру средства 7. За счет обеспечения температуры каждой изолирующей подложки 1 выше комнатной температуры, как указывалось выше, регулирующее температуру средство 7 способно повышать температуру поверхности изолирующей подложки 1 выше комнатной температуры, когда начинается использование устройства А плазменной обработки. Это приводит к тому, что из каждой изолирующей подложки 1 эмитируется больше вторичных электронов, чем в случае, когда температура поверхности изолирующей подложки 1 равна комнатной температуре. Большее количество вторичных электронов, эмитируемых из каждой изолирующей подложки 1, увеличивает плотность генерируемой плазмы, что облегчает запуск электрического разряда. Таким образом, регулирующее температуру средство 7 улучшает пусковые характеристики устройства А плазменной обработки. Кроме того, регулирующее температуру средство 7 может улучшать способность устройства А выполнять плазменную обработку, такую как способность очищать подлежащий обработке объект Н и его способность модифицировать свойства подлежащего обработке объекта Н.

Регулирующее температуру средство 7 может быть включено в изолирующую подложку 1, радиатор 6 или средство 8 гомогенизации газа, описание которого будет приведено ниже, или же может быть предусмотрено на их наружной поверхности. В зависимости от потребности работу и остановку регулирующего температуру средства 7 можно регулировать на основании результата измерения температуры каждой изолирующей подложки 1 с использованием средства измерения температуры, такого как термопара.

Согласно данному изобретению камера 11 хранения газа (резервуар газа) предусмотрена над снабженными покрытием электродами 3, 3. Камера 11 хранения газа выполнена в виде коробки с использованием того же материала, что и для радиатора 6. Камера 11 хранения газа имеет отверстие 20 подачи газа, выполненное на ее верхней поверхности, и имеет крепежное отверстие 21, выполненное в ее нижней поверхности. Снабженные покрытием электроды 3, 3 прикреплены к камере 11 хранения газа посредством введения верхних частей соответствующих снабженных покрытием электродов 3, 3 в камеру 11 хранения газа через крепежное отверстие 21. За счет этого пространство 4 электрического разряда и внутреннее пространство камеры 11 хранения газа связаны друг с другом. В камере 11 хранения газа предусмотрено средство 8 гомогенизации газа. Средство 8 гомогенизации газа подает плазмообразующий газ G в пространство 4 электрического разряда так, что плазмообразующий газ G проходит по существу с одинаковой скоростью потока по всей ширине пространства 4 электрического разряда (которое совпадает с шириной каждого снабженного покрытием электрода 3 и которое является направлением, перпендикулярным плоскости фиг.1b). Средство 8 гомогенизации газа выполнено в виде перфорированной пластины или т.п., которая снабжена множеством сквозных отверстий 8а, 8а, …, пронизывающих перфорированную пластину в вертикальном направлении. Средство 8 гомогенизации газа расположено в данном случае так, чтобы разделять камеру 11 хранения газа на верхнее и нижнее пространство.

Дополнительно к этому устройство А плазменной обработки согласно данному изобретению выполняет плазменную обработку при атмосферном давлении или при давлении (100-300 кПа), которое близко к атмосферному давлению. В частности, устройство А плазменной обработки выполняет обработку следующим образом.

Прежде всего, плазмообразующий газ G подается в камеру 11 хранения газа посредством подачи потока плазмообразующего газа G в камеру 11 хранения газа через отверстие 20 подачи газа. В качестве плазмообразующего газа G можно использовать благородный газ, азот, кислород и воздух, по отдельности или в виде смеси некоторых из них. В качестве воздуха предпочтительно использовать сухой воздух, содержащий немного влаги. В качестве благородного газа можно использовать гелий, аргон, неон, криптон и т.п.; с учетом стабильности электрического разряда и экономической эффективности в качестве благородного газа желательно использовать аргон. Кроме того, благородный газ или азот можно использовать в смеси с реакционным газом, таким как кислород и воздух. Можно выбирать любой реакционный газ в зависимости от типа выполняемой обработки. Например, в качестве реакционного газа желательно использовать окислительный газ, такой как кислород, воздух, СО2 и N2O, в случае выполнения очистки для удаления органического вещества с поверхности подлежащего обработке объекта Н, удаления резиста, травления органической пленки, очистки поверхности жидкокристаллической панели, очистки поверхности стеклянной пластины и т.п. Дополнительно к этому можно использовать также газ на основе фтора, такой как CF4, SF6, NF3, в качестве реакционного газа в зависимости от потребностей. Использование газа на основе фтора является эффективным для травления и озоления кремния, резиста и т.п. Кроме того, для восстановления оксида металла можно использовать восстанавливающий газ, такой как водород и аммиак.

Плазмообразующий газ G, подаваемый в камеру 11 хранения газа, затем протекает вниз в камере 11 хранения газа и достигает верхнего отверстия пространства 4 электрического разряда. Во время протекания вниз в камере 11 хранения газа образующий плазму газ G распределяется множеству распределительных отверстий 8а, 8а, … для прохождения через распределительные отверстия 8а. Соответственно, средство 8 гомогенизации газа, расположенное между отверстием 20 подачи газа и верхним отверстием пространства 4 электрического разряда, выполняет функцию конструктивного элемента для распределения давления плазмообразующего газа G. Поэтому средство 8 гомогенизации газа может направлять в пространство 4 электрического разряда плазмообразующий газ G так, что поток плазмообразующего газа G проходит вниз в пространство 4 электрического разряда почти с одинаковой скоростью потока по всей ширине пространства 4 электрического разряда. Следовательно, средство 8 гомогенизации газа способно уменьшать в направлении ширины распределение потока активированного плазмообразующего газа G, который выталкивается из нижнего отверстия пространства 4 электрического разряда, обеспечивая тем самым равномерную плазменную обработку.

Для обеспечения подачи плазмообразующего газа G в камеру 11 хранения газа указанным выше образом могут быть предусмотрены подходящие средства подачи газа (не изображены) в виде газовых баллонов, газовых трубопроводов, смесителя и клапана давления и т.п. Например, газовые баллоны, наполненные соответствующими газовыми компонентами, содержащимися в образующем плазму газе G, соединяются с отверстием 20 подачи газа камеры 11 хранения газа через трубопровод. В этой связи газовые компоненты, подаваемые из соответствующих газовых баллонов, смешиваются друг с другом в заданном соотношении с помощью смесителя, и полученный смешанный газ вводится в пространство 4 электрического разряда с заданным давлением, которое регулируется с помощью клапана давления. Дополнительно к этому желательно подавать плазмообразующий газ G в пространство 4 электрического разряда с давлением, которое обеспечивает возможность подачи заданного количества плазмообразующего газа G в пространство 4 электрического разряда в единицу времени, без потери давления плазмообразующего газа G. Кроме того, желательно подавать плазмообразующий газ G в пространство 4 электрического разряда так, чтобы давление внутри камеры 11 хранения газа было равно атмосферному давлению или давлению, близкому к атмосферному давлению (предпочтительно 100-300 кПа).

Плазмообразующий газ G после достижения верхнего отверстия пространства 4 электрического разряда затем протекает вниз в пространство 4 электрического разряда из его верхнего отверстия. Во время прохождения вниз в пространство 4 электрического разряда поток плазмообразующего газа G возбуждается электрическим разрядом, который вызывается в пространстве 4 электрического разряда с помощью источника 5 электроснабжения, прикладывающего напряжение к проводящим слоям 2, 2 соответствующих снабженных покрытием электродов 3, 3, расположенных противоположно друг другу. В частности, поскольку источник 5 электроснабжения прикладывает напряжение к проводящим слоям 2, 2, в пространстве 4 электрического разряда создается электрическое поле. Создание электрического поля вызывает газовый разряд в пространстве 4 электрического разряда при атмосферном давлении или давлении, близком к атмосферному давлению. Этот газовый разряд активирует плазмообразующий газ G (или превращает плазмообразующий газ в плазму). Таким образом, в пространстве 4 электрического разряда создаются активированные заряженные частицы (ионы, радикалы и т.п.). В это время, как показано на фиг.4, силовая линия D электрического поля, созданная в пространстве 4 электрического разряда, проходит почти горизонтально от проводящего слоя 2 высокого напряжения к проводящему слою 2 низкого напряжения, в то время как направление R, в котором плазмообразующий газ G распространяется в пространстве 4 электрического разряда, проходит почти перпендикулярно вниз. Таким образом, для создания силовой линии D электрического поля в направлении, которое пересекает направление R распространения (по существу перпендикулярно направлению вниз) плазмообразующего газа G в пространстве 4 электрического разряда, снабженные покрытием электроды 3, 3 располагают противоположно друг другу в направлении (по существу горизонтальном направлении), перпендикулярном направлению R распространения плазмообразующего газа G, а затем прикладывают напряжение. За счет этого можно создавать электрический разряд и тем самым возбуждать плазмообразующий газ G.

После возбуждения образующего плазму газа G в пространстве 4 электрического разряда этот возбужденный плазмообразующий газ G непрерывно выталкивается в виде струи плазмы Р из нижнего отверстия пространства 4 электрического разряда и тем самым выталкивается на часть или всю поверхность подлежащего обработке объекта Н. В это время активированный плазмообразующий газ G может выталкиваться широко в направлении ширины снабженных покрытием электродов 3 (направление, перпендикулярное плоскости фиг.1b), поскольку нижнее отверстие пространства 4 электрического разряда выполнено длинным и узким в направлении его ширины. Таким образом, возбужденные заряженные частицы, содержащиеся в возбужденном образующем плазму газе G, воздействуют на поверхность подлежащего обработке объекта Н, обеспечивая возможность обработки поверхности подлежащего обработке объекта Н, такой как очистка подлежащего обработке объекта Н. В этой связи расположение подлежащего обработке объекта Н под нижним отверстием пространства 4 электрического разряда позволяет транспортировать подлежащий обработке объект Н с помощью транспортировочного устройства, такого как роликовый или ленточный конвейер. В это время можно также непрерывно выполнять плазменную обработку нескольких подлежащих обработке объектов Н, если конвейерное устройство выполнено с возможностью последовательной транспортировки нескольких подлежащих обработке объектов Н под пространством 4 электрического разряда. Кроме того, при удерживании с помощью робота или т.п. устройство плазменной обработки способно обрабатывать поверхность подлежащего обработке объекта Н, имеющего сложную жесткую форму. Расстояние между нижним отверстием пространства 4 электрического разряда и поверхностью подлежащего обработке объекта Н можно устанавливать, например, равным 1-30 мм, хотя расстояние между ними можно устанавливать в зависимости от скорости потока плазмообразующего газа G, типа образующего плазму газа G, подлежащего обработке объекта Н, вида выполняемой обработки поверхности (плазменной обработки) и т.п.

Данное изобретение можно применять для плазменной обработки, выполняемой на различных подлежащих обработке объектах Н. В частности, данное изобретение можно применять для обработки поверхности, выполняемой на различных стеклянных материалах для плоских дисплейных панелей, различных полимерных пленок и т.п. Примеры различных стеклянных материалов для плоских дисплейных панелей включают стеклянные материалы для жидких кристаллов, стеклянные материалы для плазменных дисплеев и стеклянные материалы для органических электролюминесцентных дисплейных блоков. Примеры различных полимерных пленок включают полиимидные пленки. Когда выполняется обработка поверхности таких стеклянных материалов, стеклянный материал, имеющий на своей поверхности прозрачный электрод из ITO (оксид индий-олово), жидкий кристалл из TFT (тонкопленочный транзистор), цветовой фильтр (CF) и т.п., можно также подвергать поверхностной обработке. Дополнительно к этому, когда обработка поверхности выполняется на полимерной пленке, обработку поверхности можно непрерывно выполнять на полимерных пленках, которые транспортируются с использованием так называемого способа «из рулона в рулон» (roll-to-roll).

Согласно данному изобретению нет необходимости в выполнении проводящего слоя 2 из титана и напыления керамического материала. Поэтому с помощью данного изобретения можно уменьшать стоимость материала для снабженных покрытием электродов 3 и можно упрощать процесс изготовления снабженных покрытием электродов 3. В соответствии с этим данное изобретение позволяет изготавливать снабженные покрытием электроды 3 низкой стоимости. Кроме того, керамическая спеченная масса имеет процентную долю пустот меньше процентной доли покрывной пленки, полученной посредством напыления керамического материала, и тем самым является более плотной, чем образованная таким образом пленка. Таким образом, диэлектрический пробой является менее вероятным в каждой изолирующей подложке 1 во время электрического разряда. В соответствии с этим данное изобретение обеспечивает возможность предотвращения нестабильного электрического разряда и предотвращения повреждения проводящего слоя 2 каждого снабженного покрытием электрода 3. Кроме того, поскольку каждый проводящий слой 2 выполнен в виде слоя, данное изобретение обеспечивает возможность выполнения каждого снабженного покрытием электрода 3 более тонким, а следовательно, уменьшения размера устройства.

Данные напряжения пробоя снабженных покрытием электродов 3, используемых в данном изобретении, и электрода (называемого в последующем «обычным электродом»), используемого в обычном устройстве плазменной обработки, приведены ниже. Как показано на фиг.9а, в качестве снабженного покрытием электрода 3 использовался электрод, полученный посредством формирования вольфрамового проводящего слоя 2 толщиной 30 мкм на средней части в направлении толщины керамической спеченной массы из окиси алюминия толщиной 2 мм, образованной в качестве изолирующей подложки 1. Следовательно, толщина t слоя изолирующей подложки 1, который покрывает проводящий слой 2, составляла 1 мм. С другой стороны, как показано на фиг.9b, в качестве обычного электрода использовался электрод, полученный посредством формирования покрывной пленки 36 из окиси алюминия с толщиной t 1 мм на поверхности базового металла 35 электрода толщиной 25 мм в виде пластины из титана посредством напыления. Затем измеряли напряжения пробоя, соответственно, снабженного покрытием электрода 3 и обычного электрода с использованием импульсной испытательной машины, используемой для испытания на искровой разряд. А именно электрод 37 для измерения напряжения пробоя приводили в контакт с поверхностью каждой изолирующей подложки 1 и покрывной пленки 36, а проводящий слой 2 и базовый металл 35 электрода заземляли. После этого к каждому электроду 37 для измерения напряжения пробоя прикладывали напряжение от импульсного источника 38 электроснабжения. В результате было измерено напряжение пробоя снабженного покрытием электрода 3 согласно данному изобретению, равное 20 кВ, в то время как напряжение пробоя обычного электрода составило 10 кВ. Характеристики напряжения пробоя снабженного покрытием электрода 3 были лучше, чем у обычного электрода (см. таблицу 1).

Таблица 1
Материал Толщина изолятора Материал Способ формирования изолятора Напряжение пробоя
Обычный электрод 1 мм Окись алюминия Напыление 10 кВ
Снабженный покрытием электрод 3 согласно данному изобретению Спекание
(многослойный электрод с подложкой)
20 кВ

На фиг.5а и 5b показан другой вариант выполнения. В этом устройстве А плазменной обработки радиатор 6 выполнен с охлаждающим кожухом вместо ряда радиаторных ребер. В остальном конфигурация та же, что и в варианте выполнения, описание которого приведено выше. Радиатор 6 выполнен в виде плиты за счет использования того же материала, что и в предыдущем варианте выполнения. Радиатор 6 включает несколько циркуляционных каналов 25 для принудительной циркуляции охлаждающей среды, такой как вода. Радиатор 6 находится в плотном контакте с поверхностью каждого снабженного покрытием электрода 3. Радиатор 6 вызывает циркуляцию потока охлаждающей среды в циркуляционных каналах 25 во время электрического разряда и тем самым охлаждение изолирующей подложки 1 каждого снабженного покрытием электрода 3 с помощью водяного охлаждения. В соответствии с этим радиатор 6 ограничивает повышение температуры каждой изолирующей подложки 1. Желательно устанавливать температуру охлаждающей среды, равной 50-80°С, для обеспечения указанного выше действия, простоты управления, экономии энергии и т.п.

Дополнительно к этому аналогично указанному выше устройству А плазменной обработки устройство А плазменной обработки может включать средство 7 регулирования температуры, такое как электрический нагреватель. В частности, за счет обеспечения прохождения потока охлаждающей среды с регулируемой температурой через циркуляционные каналы 25 радиатор 6 (средство регулирования температуры 7) способен регулировать температуру каждой изолирующей подложки 1 до температуры, которая облегчает эмиссию вторичных электронов. В этом случае температуру каждой изолирующей подложки 1 целесообразно регулировать на величину около 100°С, как в предыдущем варианте выполнения. Желательно регулировать температуру каждой изолирующей подложки 1 в пределах 40-100°С.

На фиг.6 показан еще один вариант выполнения. Это устройство А плазменной обработки образовано с использованием трех снабженных покрытием электродов 3. В остальном конфигурация та же, что и в предыдущем варианте выполнения. Устройство А плазменной обработки в данном случае способно генерировать больше активированного плазмообразующего газа G, чем устройство А плазменной обработки с использованием двух снабженных покрытием электродов 3, что улучшает его способность выполнять плазменную обработку.

На фиг.7 показан еще один вариант выполнения. В этом устройстве А плазменной обработки два снабженных покрытием электрода 3 расположены напротив друг друга в вертикальном направлении. В верхнем снабженном покрытием электроде 3 предусмотрено отверстие 30 для ввода газа, которое пронизывает верхний снабженный покрытием электрод 3 в вертикальном направлении. Выпускное отверстие 31 для газа предусмотрено в нижнем снабженном покрытием электроде 3 так, что оно пронизывает нижний снабженный покрытием электрод 3 в вертикальном направлении и находится противоположно отверстию 30 для ввода газа. Дополнительно к этому камера 11 хранения газа, аналогичная указанной выше камере 11 хранения газа, расположена на верхней поверхности верхнего снабженного покрытием электрода 3. В этом случае крепежное отверстие 21 на нижней поверхности камеры 11 хранения газа и верхний концевой раскрыв отверстия 30 для ввода газа лежат на одной линии друг с другом. За счет этого пространство 4 электрического разряда между верхним и нижним снабженными покрытием электродами 3, 3 соединено с внутренним пространством камеры 11 хранения газа. Кроме того, радиатор 6, включающий ряды ребер радиатора, аналогично указанному выше радиатору, предусмотрен с выступанием на верхней поверхности верхнего снабженного покрытием электрода 3. В остальном конфигурация та же, что и в предшествующем варианте выполнения.

Аналогично устройству А плазменной обработки, описание которого приведено выше, в этом устройстве А плазменной обработки плазмообразующий газ G подается в камеру 11 хранения газа из отверстия 20 подачи газа, в результате чего плазмообразующий газ G проходит вниз в камеру 11 хранения газа с прохождением плазмообразующего газа G через отверстия 8а средства 8 гомогенизации газа. После этого в устройстве А плазменной обработки плазмообразующий газ G подается в пространство 4 электрического разряда через отверстие 30 ввода газа. Затем в устройстве А плазменной обработки активируется плазмообразующий газ G посредством электрического разряда с помощью напряжения, прикладываемого между проводящими слоями 2, 2 соответствующих снабженных покрытием электродов 3, 3. Таким образом, в устройстве А плазменной обработки активированный плазмообразующий газ G выталкивается через выводящее газ отверстие 31 и тем самым на подлежащий обработке объект Н, который расположен под выпускающим газ отверстием 31. За счет этого обеспечивается возможность выполнения с помощью устройства А плазменной обработки.

В этом устройстве А плазменной обработки, как показано на фиг.8, силовая линия D электрического поля, создаваемая в пространстве 4 электрического разряда, проходит по существу перпендикулярно от имеющего высокое напряжение проводящего слоя 2 к имеющему низкое напряжение проводящему слою 2. Направление R распространения плазмообразующего газа G в пространстве 4 электрического разряда проходит также по существу перпендикулярно вниз. Для создания силовой линии D электрического поля в направлении, параллельном направлению R распространения плазмообразующего газа G в пространстве 4 электрического разряда, снабженные покрытием электроды 3, 3 расположены противоположно друг другу в направлении (почти перпендикулярном направлении) параллельно направлению R распространения плазмообразующего газа G, и к расположенным так снабженным покрытием электродам 3, 3 прикладывается напряжение. Это обеспечивает возможность вызывания электрического разряда и тем самым активации плазмообразующего газа G. В этом случае устройство А плазменной обработки способно вызывать стримерный разряд с высокой плотностью в направлении, по существу параллельном направлению R распространения плазмообразующего газа G, и дополнительно обеспечивает возможность возбуждения образующего плазму газа G в пространстве 4 электрического разряда за выпускающим газ отверстием 31. В соответствии с этим устройство А плазменной обработки обеспечивает возможность дополнительного улучшения активации плазмообразующего газа G и тем самым повышения эффективности плазменной обработки.

Промышленная применимость

Данное изобретение устраняет необходимость выполнения проводящего слоя 2 из титана и напыления керамического материала при изготовлении снабженных покрытием электродов 3. Поэтому данное изобретение уменьшает стоимость материала для снабженных покрытием электродов 3 и упрощает процесс изготовления снабженных покрытием электродов 3. Следовательно, устройство плазменной обработки можно изготавливать с меньшими затратами. Дополнительно к этому керамическая спеченная масса имеет процентное содержание пустот меньше, чем покрывная пленка, образованная посредством напыления керамического материала, и тем самым является более плотной, чем образованная таким образом покрывная пленка. Поэтому диэлектрический пробой является менее вероятным во время электрического разряда. В соответствии с этим данное изобретение обеспечивает возможность предотвращения нестабильного электрического разряда и повреждения проводящего слоя 2 каждого снабженного покрытием электрода 3. Кроме того, каждый проводящий слой 2 образован в виде слоя. Следовательно, данное изобретение обеспечивает возможность выполнения каждого снабженного покрытием электрода 3 более тонким и тем самым уменьшения размера устройства.

1. Устройство для плазменной обработки для обработки объекта, подлежащего обработке, посредством активации плазмообразующего газа с помощью электрического разряда, с последующим выталкиванием активированного плазмообразующего газа на подлежащий обработке объект, при этом устройство для плазменной обработки содержит:
снабженный покрытием электрод, образованный посредством заделывания проводящего слоя в изолирующую подложку, выполненную из керамической спеченной массы;
пространство электрического разряда, образованное между несколькими снабженными покрытием электродами, расположенными противоположно друг другу; и
источник электроснабжения для вызывания электрического разряда в пространстве электрического разряда посредством приложения напряжения к проводящим слоям,
причем изолирующая подложка каждого снабженного покрытием электрода имеет соединительные части на обоих его концах, причем соединительные части выполнены выступающими из изолирующей подложки, и причем соединительные части снабженных покрытием электродов соединены друг с другом так, чтобы закрывать открытые части соответствующих сторон пространства электрического разряда.

2. Устройство плазменной обработки по п.1, в котором снабженные покрытием электроды расположены так, чтобы создавать силовые линии электрического поля в направлении, поперечном направлению, в котором проходит плазмообразующий газ в пространстве электрического разряда, при этом силовые линии электрического поля создаются в пространстве электрического разряда посредством приложения напряжения к проводящим слоям.

3. Устройство плазменной обработки по п.1, в котором снабженные покрытием электроды расположены так, чтобы создавать силовые линии электрического поля в направлении, по существу, параллельном направлению, в котором проходит плазмообразующий газ в пространстве электрического разряда, при этом силовые линии электрического поля создаются в пространстве электрического разряда посредством приложения напряжения к проводящим слоям.

4. Устройство плазменной обработки по п.1, в котором зазор между соседними снабженными покрытием электродами составляет 0,1-5 мм.

5. Устройство плазменной обработки по п.1, в котором керамическая спеченная масса является спеченной из окиси алюминия массой.

6. Устройство плазменной обработки по п.1, дополнительно содержащее радиатор, предусмотренный на наружной поверхности каждой изолирующей подложки.

7. Устройство плазменной обработки по п.1, дополнительно содержащее средство регулирования температуры для регулирования температуры каждой изолирующей подложки до температуры, которая облегчает эмиссию вторичных электронов.

8. Устройство плазменной обработки по п.1, дополнительно содержащее средство гомогенизации газа для, по существу, выравнивания скорости потока образующего плазму газа в пространстве электрического разряда.

9. Устройство плазменной обработки по п.1, в котором каждый снабженный покрытием электрод образован посредством формирования как единого целого изолирующей подложки, выполненной из нескольких изолирующих листовых материалов, и проводящего слоя, выполненного из проводника и расположенного между изолирующими листовыми материалами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нанотехнологии. .
Изобретение относится к плазменной сварке металлов электродуговыми плазмотронами и может быть использовано в зубопротезном и ювелирном деле, машиностроении, приборостроении и производстве искусственных волокон.

Изобретение относится к области электрореактивных двигателей, а именно к классу плазменных ускорителей (холловских, ионных), использующих в своем составе катоды. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для получения электронных пучков или пучков рентгеновских лучей для внутритканевой и интраоперационной лучевой терапии.

Изобретение относится к плазменным источникам медицинских установок, преимущественно для обеззараживания ран. .

Изобретение относится к плазменной технике и может использоваться при разработке плазменных ускорителей с замкнутым дрейфом электронов и протяженной зоной ускорения, применяемых в качестве электрореактивных двигателей, а также в составе технологических плазменных установок.

Изобретение относится к области дуговой сварки плавлением, в частности к способам наплавки изделий порошкообразным присадочным материалом с использованием плазменной дуги прямого действия.

Изобретение относится к устройству плазмохимического реактора, предназначенного для обработки минеральных руд перед флотацией, восстановления из окислов металлов (молибдена, свинца, олова) чистого металла, а также для освобождения сульфидных минералов от серы.

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при разработке электроракетных двигателей, а также в технологических плазменных ускорителях, применяемых в вакуумно-плазменной технологии

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при разработке, наземных испытаниях и эксплуатации электрореактивных двигателей (ЭРД), а также в области прикладного применения плазменных ускорителей

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для получения тепловой энергии:- автономно для подачи перегретого пара на промышленные и бытовые теплообменники, турбоустановки, турбогенераторы и другие потребители перегретого водяного пара;- в ядерных энергетических установках с реакторами типа ВВЭР как для непосредственного перегрева насыщенного пара, так и для смешения насыщенного пара с перегретым паром с целью повышения коэффициента полезного действия, увеличения мощности, сокращения расхода охлаждающей воды, понижение влажности пара перед последними ступенями турбин, что позволит заменить турбины влажного пара на турбины перегретого пара для атомных электрических станций и транспортных установок, например, судовых и корабельных с повышением коэффициента полезного действия, мощности, надежности и безопасности эксплуатации;- по мощности и своим весогабаритным характеристикам энергетическая установка может быть использована в транспортных энергоустановках железнодорожного типа;- при заводском блочном исполнении агрегатов установки она может доставляться на стройплощадку посредством: автомобильного транспорта, например трейлер с тягачом типа «Faun», воздушным транспортом транспортным самолетом типа «Руслан», экранопланом, водным транспортом речным и морским

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для создания высокояркостных источников оптического излучения

Изобретение относится к технологии поверхностной упрочняющей обработки режущих инструментов и может быть использовано в машиностроении и инструментальной промышленности

Изобретение относится к области плазменных технологий, в частности к способам и устройствам для проведения генерации низкотемпературной плазмы в больших объемах

Изобретение относится к ракетно-космической технике (РКТ) и может быть использовано в ионных электрических ракетных двигателях (ЭРД)

Изобретение относится к области физики плазмы

Изобретение относится к области генерации СВЧ-плазмы и может быть использовано в системах зажигания и стабилизации горения в автомобильной промышленности, в авиационном и энергетическом двигателестроении, в плазменной аэродинамике, в СВЧ-плазмохимии и в широком спектре других плазменных технологий, использующих плазму газового СВЧ-разряда
Наверх