氣體射流衝擊冷卻裝置的製作方法
2023-05-18 12:02:21
專利名稱：氣體射流衝擊冷卻裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種冷卻裝置，且特別涉及一種氣體射流衝擊冷卻裝置。
背景技術：
射流衝擊是指射流對固體壁面或液體表面等的衝擊流動，即氣體或液體在壓差的作用下，通過圓形或窄縫形噴嘴垂直(或成一定傾角)噴射到被冷卻或加熱表面上。由於流體直接衝擊欲被冷卻或加熱的表面，流程短且被衝擊的表面上的流動邊界層薄，從而使直接受到衝擊的區域產生很強的換熱效果，是一種極其有效的強化傳熱方法。
在半導體製造技術中，高壓汞燈作為紫外光源被使用在常規的I線步進光刻機或 Bumping機上。使用的汞燈功率常常需要達上千瓦或更高功率，追求產率的趨向使得汞燈功率會越來越高，更高的汞燈功率意味著更高的對外散熱。因為只有一小部分光能最後進入曝光場，其餘的能量都以熱能的形式耗散掉。巨大的耗散熱如果不及時排出製造設備，會引起設備溫度升高，導致設備不能正常工作，因此，汞燈功率的提高要求對汞燈散熱能力也要相應提聞。
對於汞燈的冷卻方式，目前公開了一種低功率汞燈的空氣強制流動散熱實現技術，針對低功率汞燈散熱。由於2000W以上大功率汞燈陽極的表面熱流一般都超過5w/cm2 的空氣強制流動冷卻極限，因此這種冷卻技術已經不能適應新的需求。
另一些現有技術公開了利用兩種射流冷卻高熱流密度電子器件的技術方式。射流介質都是液體，熱流密度非常高，超過5w/cm2，射流都是以超短射程直接衝擊被冷卻表面。
但這種液態衝擊射流技術對汞燈陽極也不適用，一是因為汞燈陽極不能採用液體衝擊冷卻，二是由於受到冷卻結構不能布置於光路的限制，射流射程的安排將是極大的技術挑戰。
在另一些現有技術中，圍繞燈泡的密封透明套管，充滿循環流動的冷卻液，屬於液冷方式。該技術能用於400瓦到7000瓦的高壓氣體放電燈泡，冷卻效果好且冷卻較均勻， 但其缺點也很明顯製作難度高，流動的冷卻液可能會對光強減弱和產生不穩定影響，不利於曝光劑量準確控制。
在一些汞燈結構中，由於同一空間不同部件的溫度需求不同，因此，採用傳統的單一冷卻措施已不能滿足要求。
傳統的萊燈冷卻都是通過橢球碗外壁水冷，同時,另外一路強制空氣在橢球碗內部和外部分流流動，用於輔助冷卻橢球碗、陰極以及陽極。這種強制流動冷卻措施可以有效控制陰極的溫度，再通過合理分配冷卻空氣進入橢球碗入口的空氣量，就可以有效控制橢球碗的溫度。發明內容
本發明提出一種氣體射流衝擊冷卻裝置，用於冷卻汞燈的陽極，利用氣體介質作為衝擊射流，同時又具有能恰當布置其結構、合理設計射流參數、低成本的特點。
本發明提出一種氣體射流衝擊冷卻裝置，用於冷卻汞燈的陽極，汞燈包括陽極和橢球碗，陽極容置在橢球碗中，氣體射流衝擊冷去裝置包括
偶數個噴嘴，對稱設置在橢球碗的上端面，噴嘴包括
接入口，連接冷卻介質；以及
噴口，用於噴出冷卻介質至陽極。
進一步說，噴口的截面積大於接入口的截面積，噴口為窄縫形。
進一步說，汞燈的陽極為2000W以上的大功率汞燈陽極。
進一步說，噴口的長與寬的比例為10 I。
進一步說，噴嘴還包括
腔體段，連接於接入口 ；
平直段，連接於噴口，截面積與噴口的截面積相同；以及
收縮段，連接於腔體段與平直段，截面積逐漸減小。
進一步說，腔體段的截面積與接入口的截面積相同。
進一步說，平直段的截面積與噴口的截面積相同
進一步說，收縮段的截面積逐漸減小。
進一步說，冷卻介質為壓縮空氣或壓縮氮氣。
進一步說，噴口的寬度與陽極的寬度比例為1: 18。
進一步說，接入口還包括調壓閥，用以調整冷卻介質的壓力。
本發明提出的氣體射流衝擊冷卻裝置，包括對稱設置在汞燈上的噴嘴，能夠對圓柱體形的陽極進行有效冷卻，其成本低廉，冷卻效率高，適於產業上的廣泛利用。
圖1所示為本發明較佳實施例應用氣體射流衝擊冷卻裝置的汞燈的結構示意圖。
圖2所示為本發明較佳實施例應用氣體射流衝擊冷卻裝置的汞燈的側面剖視圖。
圖3所示為本發明較佳實施例應用氣體射流衝擊冷卻裝置的汞燈的俯視圖。
圖4a所示為本發明較佳實施例氣體射流衝擊冷卻裝置的噴嘴的俯視剖面圖。
圖4b所示為本發明較佳實施例氣體射流衝擊冷卻裝置的噴嘴的左視圖。
圖4c所示為本發明較佳實施例氣體射流衝擊冷卻裝置的噴嘴的正視圖。
圖4d所示為本發明較佳實施例氣體射流衝擊冷卻裝置的噴嘴的立體圖。
具體實施方式
為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例並配合所附圖式說明如下。
圖1所示為本發明較佳實施例應用氣體射流衝擊冷卻裝置的汞燈的結構示意圖。
圖2所示為本發明較佳實施例應用氣體射流衝擊冷卻裝置的汞燈的側面剖視圖。
圖3所示為本發明較佳實施例應用氣體射流衝擊冷卻裝置的汞燈的俯視圖。
請結合參考圖1-圖3。
本發明技術對2000W大功率汞燈陽極實施控溫冷卻。
汞燈包括陽極1、燈壁2和陰極3。在工作時，汞燈陽極1、燈壁2、陰極3等不同部件有不同的溫度要求。其中對陽極的溫度要求是不能高於200°C，燈壁的溫度不能低於800°C，橢球碗5的溫度不能高於150°C。
汞燈還包括橢球碗5，容置陽極I和燈壁2。橢球碗5具有開口 4，陽極1、燈壁2 和陰極3穿過開口 4，陰極3位於橢球碗5的外側，容置陽極I和燈壁2位於橢球碗5的內部。
本實施例著重解決陽極I的溫度控制問題。對於超過2000W以上的大功率汞燈， 陽極I的溫度已不能僅僅依靠傳統強制流動來實現有效冷卻。
本實施例所提供的氣體射流衝擊冷卻裝置，至少包括兩個噴嘴6，對稱設置在橢球碗5的上端面。
圖4a所示為本發明較佳實施例氣體射流衝擊冷卻裝置的噴嘴的俯視剖面圖。
圖4b所示為本發明較佳實施例氣體射流衝擊冷卻裝置的噴嘴的左視圖。
圖4c所示為本發明較佳實施例氣體射流衝擊冷卻裝置的噴嘴的正視圖。
圖4d所示為本發明較佳實施例氣體射流衝擊冷卻裝置的噴嘴的立體圖。
噴嘴6包括接入口 11和噴口 7，接入口 11連接冷卻介質，噴口 7將冷卻介質噴出。 噴口 7為窄縫形，其長與寬的比例約為10 :1。
從接入口 11至噴口 7，噴嘴6可以依次包括腔體段10、收縮段9和平直段8。腔體段10連接於接入口 11，其截面積與接入口 11的截面積相同，具有一定的穩壓功能。平直段 8連接於噴口 7，其截面積與噴口 7的截面積相同，用於出口射流導直。收縮段9連接腔體段10和平直段8，其截面積逐漸減少，用於加速氣流。
本實施例中，噴嘴材質為不鏽鋼，腔體設計耐壓是20Bar。在其他實施例中，也可選用其它材料和不同的腔體耐壓設計值。
兩個噴嘴6對稱設計在橢球碗5的上端面，噴嘴6的冷卻介質出口的水平位置與橢球碗5上端面平齊，噴嘴6沿水平方向對稱送出高速冷卻介質。
冷卻介質從接口 11導入噴嘴腔體10，本實施例的冷卻介質為壓縮空氣，壓力為 8Bar，溫度為常溫。但本發明使用的工作介質不限於壓縮空氣，也可以是壓縮氮氣。
壓縮空氣進入腔體10後在收縮段9內獲得加速。經過平直段8，在窄縫噴口 7壓力降低為背壓，即環境壓力約IBar。空氣膨脹加速，形成自由射流12，射流行進過程中卷吸周圍空氣，流量不斷增加，核心區逐漸縮小，窄縫射流寬度逐漸變大，到達圓柱體形狀的被衝擊面13。
噴口 7的寬度與陽極I的寬度比例可以是1: 18，這樣的設計使得氣體射流向前噴射並擴張到達被衝擊表面13 —一陽極I的兩個被衝擊面時，射流的寬度大於陽極I的直徑。兩股對稱射流到達陽極I之後，衝擊面積可以覆蓋整個陽極要求冷卻的區域。
通過設計噴口 7的垂向高度，可以保證射流在垂向經射流擴張後，可以覆蓋陽極上下間的表面，同時不至於擴展到燈壁表面，以使衝擊射流的冷卻空氣不至於影響到燈壁 2，確保燈壁溫度能高於800°C。
噴嘴6的接入口 11可以裝有調壓閥14，通過調整入口壓力，來調節射流出口速度， 從而實現大功率汞燈在低功率運行時的需求。當汞燈運行在低功率時，通過調壓閥14，將高壓氣體的壓力減小，以使得陽極I維持在正常溫度。
垂向位置也可以旋轉調節。以調整射流上下邊界在汞燈陽極的垂向覆蓋的區域， 確保陽極和玻璃膠被衝擊射流覆蓋。
按實施例所提供的氣體射流衝擊冷卻裝置，可實現熱流密度約3W/m2下的溫度控制，以5000w汞燈為例，其陽極表面溫度可低於140°C。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種氣體射流衝擊冷卻裝置，用於冷卻汞燈的陽極，所述汞燈包括所述陽極和橢球碗，所述陽極容置在所述橢球碗中，其特徵是，所述氣體射流衝擊冷去裝置包括 偶數個噴嘴，對稱設置在所述橢球碗的上端面，所述噴嘴包括 接入口，連接冷卻介質；以及 噴口，用於噴出所述冷卻介質至所述陽極。
2.根據權利要求1所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是，所述噴口的截面積大於所述接入口的截面積，所述噴口為窄縫形。
3.根據權利要求1所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是所述汞燈的陽極為2000W以上的大功率汞燈陽極。
4.根據權利要求1所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是，所述噴口的長與寬的比例為10 I0
5.根據權利要求1所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是，所述噴嘴還包括 腔體段，連接於所述接入口 ； 平直段，連接於所述噴口 ；以及 收縮段，連接於所述腔體段與所述平直段。
6.根據權利要求5所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是，所述腔體段的截面積與所述接入口的截面積相同。
7.根據權利要求5所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是，所述平直段的截面積與所述噴口的截面積相同。
8.根據權利要求5所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是，所述收縮段的截面積自所述腔體段至所述平直段逐漸減小。
9.根據權利要求1所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是，所述冷卻介質為壓縮空氣或壓縮氮氣。
10.根據權利要求1所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是，所述噴口的寬度與所述陽極的寬度比例為1: 18。
11.根據權利要求1所述的氣體射流衝擊冷卻裝置，其特徵是，所述接入口還包括調壓閥，用以調整所述冷卻介質的壓力。
全文摘要
本發明提出一種氣體射流衝擊冷卻裝置，用於冷卻汞燈的陽極。汞燈包括陽極和橢球碗，陽極容置在橢球碗中。氣體射流衝擊冷去裝置包括偶數個噴嘴，對稱設置在橢球碗的上端面。噴嘴包括接入口和噴口。接入口連接冷卻介質。噴口用於噴出冷卻介質至陽極。本發明提出的氣體射流衝擊冷卻裝置，包括對稱設置在汞燈上的噴嘴，能夠對圓柱體形的陽極進行有效冷卻，其成本低廉，冷卻效率高，適於產業上的廣泛利用。
文檔編號H01J61/52GK103000486SQ20111026651
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日
發明者楊志斌, 束劍平, 張洪博, 趙濱, 江家瑋 申請人:上海微電子裝備有限公司