特許ウォッチ

公開番号2025003103
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2023103589
出願日2023-06-23
発明の名称電気パルス発生装置
出願人ウシオ電機株式会社
代理人弁理士法人ユニアス国際特許事務所
主分類H03K 3/57 20060101AFI20241226BHJP(基本電子回路)
要約【課題】短時間で高い電流ピークを示すパルス電流を、高い再現性の下で発生させることのできる装置を提供する。
【解決手段】電気パルス発生装置は、高電圧源からの出力電圧を印加可能に配置された負荷回路部を備える。負荷回路部は、通電対象物に対して直列に接続されたスイッチング素子と、コンデンサと、ダイオードとを有し、スイッチング素子が導通状態の下で、コンデンサと通電対象物とスイッチング素子とを含む直列回路である第一閉回路を形成する。ダイオードは、アノード端子及びカソード端子が、それぞれ第一閉回路上の2箇所に接続されている。コンデンサが充電された状態の下でスイッチング素子を非導通状態から導通状態に遷移させた時点において、カソード端子と第一閉回路との接続点が、アノード端子と第一閉回路との接続点よりも、コンデンサの高電位側の端子に電気的に近い位置に配置されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
通電対象物に対して電気パルスを印加する電気パルス発生装置であって、
高電圧源と、前記高電圧源からの出力電圧を印加可能に配置された負荷回路部とを備え、
前記負荷回路部は、
前記通電対象物と、
前記通電対象物に対して直列に接続されたスイッチング素子と、
前記高電圧源と前記負荷回路部とが電気的に接続されると前記高電圧源からの出力電圧に基づいて充電可能な位置に配置されたコンデンサと、
アノード端子及びカソード端子を含むダイオードとを有し、
前記負荷回路部は、前記スイッチング素子が導通状態の下で、前記コンデンサと、前記通電対象物と、前記スイッチング素子とを含む直列回路である第一閉回路を形成し、
前記ダイオードは、前記アノード端子及び前記カソード端子が、それぞれ前記第一閉回路上の２箇所に接続されており、
前記コンデンサが充電された状態の下で前記スイッチング素子を非導通状態から導通状態に遷移させた時点において、前記カソード端子と前記第一閉回路との接続点が、前記アノード端子と前記第一閉回路との接続点よりも、前記コンデンサの高電位側の端子に電気的に近い位置に配置されていることを特徴とする、電気パルス発生装置。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
前記高電圧源と前記負荷回路部とが電気的に接続されたときに前記通電対象物に流れる負荷電流は、ピーク電流と、前記ピーク電流の後に流れる前記ピーク電流の電流値の１０％未満のリンギング電流とを含み、
前記負荷電流は、前記ピーク電流の発生タイミングから前記リンギング電流の発生タイミング迄の間において、極性を変化させることなく実質的に逓減することを特徴とする、請求項１に記載の電気パルス発生装置。
【請求項３】
前記負荷電流は、前記ピーク電流の発生タイミングから前記リンギング電流の発生タイミング迄の時間幅である主パルス幅が１．２ｍｓ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の電気パルス発生装置。
【請求項４】
前記負荷回路部はインダクタを含み、
前記第一閉回路は、前記コンデンサと、前記通電対象物と、前記スイッチング素子と、前記インダクタとを含む直列回路であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気パルス発生装置。
【請求項５】
前記負荷回路部は、前記コンデンサの放電後に、直列に接続された前記ダイオードと前記インダクタと前記通電対象物とを含み、且つ前記コンデンサを含まない、第二閉回路を形成することを特徴とする、請求項４に記載の電気パルス発生装置。
【請求項６】
前記負荷回路部は、前記コンデンサの放電後に、直列に接続された前記ダイオードと前記インダクタとを含み、且つ前記コンデンサ及び前記通電対象物を含まない、第二閉回路を形成することを特徴とする、請求項４に記載の電気パルス発生装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子は、半導体素子からなることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気パルス発生装置。
【請求項８】
前記通電対象物は、フラッシュランプであることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気パルス発生装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物に対して電気パルスを印加する、電気パルス発生装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、フラッシュランプを点灯させるための手段として、パルス発生回路が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
フラッシュランプは、主に、可視域から赤外域にわたる光を発し、この光を対象物に照射することで対象物を加熱する、加熱用光源として利用されるランプである。このランプに対して電流が供給されると、ランプからは供給された電流の波形に従った光量が得られる。よって、この電流波形、特にパルス幅を制御することにより、対象物への加熱深度を制御することができる。例えば、電流波形のパルス幅とピーク値を適切に制御することにより、対象物への熱的なダメージを抑制しつつ、対象物の表層のみを加熱することが可能である。
【０００４】
上記の技術は、半導体製造プロセスにおいて、基板への加熱に適用することができる。基板は、下地ウェハの上層に、複数の半導体層や絶縁層が積層される。例えば、半導体層の形成に際しては、ドーピングした不純物を拡散させるためにアニール処理が行われる。このアニール処理の際に、フラッシュランプが利用される。フラッシュランプに対して供給される電流の波形を適切に制御することにより、基板の内部には損傷を生じさせずに、基板の表層に形成されている半導体層のみを選択的に加熱することができる。
【０００５】
近年、半導体製品の微細化、高集積化が進展している。半導体製品を高集積化する観点から、多数の薄膜が積層される。このため、フラッシュランプの役割として、その薄膜のみを加熱制御するような技術が、益々求められている。なぜなら、仮に、表層以外の箇所に対しても加熱されてしまうと、その後に層の形成と加熱処理を繰り返すことで、表層よりも深い位置に形成されている層に対して複数回加熱されることになり、半導体の品質に影響が生じる懸念があるためである。かかる観点から、加熱対象物に対して極めて浅い表面のみを加熱制御する方法として、フラッシュランプからの光の照射パルス幅を小さくする方法が知られている。
【０００６】
対象物の表面近傍に対して選択的に加熱する技術は、層状の部材をリサイクルする際にも適用することができる。
【０００７】
使われなくなった通信端末機器や家電機器等の電気製品には、利用可能な資源が含まれている場合がある。省資源の観点から、使われなくなった前記電気製品は、業者によって回収された後、分解・解体してリサイクルすることが求められている。従来、この種の作業は人手による分解、又は破砕機などで物理的に解体されることが多い。しかし、そのような作業では人手を多く要する上、解体後の部材の品質が低いことでリサイクルできる割合が低くなる傾向があった。
【０００８】
リサイクル対象となる廃棄物としては、金属などの導電性物質に対して、絶縁物質や半導体が積層されてなるものがある。より詳細な例としては、金属製の材料に有機物材料が塗布されてなる複合材、金属製の材料に塗料が施されてなる複合材、金属製の材料に絶縁性の材料が貼り付けられ又は蒸着されてなる複合材、等が挙げられる。
【０００９】
上記のように、金属製の材料を含む複合材からなる廃棄物は、粉砕後に燃焼し、得られた燃焼灰から必要な金属を分別して抽出することで、リサイクルに資する。しかし、この方法は、金属が金属化合物や合金に変性している場合があり、その後の処理が必要になる上、燃焼時にＣＯ
2
排出量が多くなり、環境負荷的に問題がある。湿式法による場合には、取り出された材料は電気分解やイオン交換や化学反応などの化学処理がなされるが、初めから、純度の高い材料を分離回収していないためエネルギー的な負担が大きい。
【００１０】
上記の観点から、特定の対象物を加熱するために間接的にランプを利用するものであって、そのランプに対して点灯パルス幅を短縮化し選択的に加熱する方法が提案されている（下記特許文献１）。また、別の事例として、間接的にランプを利用するのではなく、リサイクル対象物に対して直接パルス電圧を印加して選択的に加熱して解体する方法が提案されている（下記特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許