CN213936110U - 离子源水冷结构及离子源 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种离子源水冷结构及离子源；所述离子源水冷结构包括：连接气体分配片的第一导热平台，连接离子源的阳极的第二导热平台；所述第一导热平台和第二导热平台通过绝缘隔离部件安装在离子源底座上；所述绝缘隔离部件与所述第一导热平台和第二导热平台的连接部位开设有冷却水路；所述气体分配片将热量传递至第一导热平台，所述离子源的阳极将热量传递至第二导热平台，所述冷却水路对所述第一导热平台和第二导热平台进行散热。该技术方案，实现了气体分配片和阳极独立水冷冷却，明显提升了离子源的水冷冷却效果；在维护时无需拆装冷却水路，降低了离子源维护复杂度。
Description
技术领域
本申请涉及离子源技术领域，特别是一种离子源水冷结构及离子源。
背景技术
离子源是一门用途广，类型多、涉及科学多、工艺技术性强、发展十分迅速的应用科学技术；霍尔离子源作为一种十分常用的离子源类型，多应用于薄膜沉积领域，作为沉积辅助部件，提高薄膜物理特性，霍尔离子源是阳极在一个强轴向磁场的协作下将工艺气体等离子化，等离子化后的气体通过阳极的加速，将气体离子分离并形成离子束。
霍尔离子源工作过程中，中空阴极正常工作，工作气体或反应气体由阳极底部进入，通过气体分配片导流到放电区内参与放电，放电区内由磁铁产生锥形磁场，放电区上部中空阴极产生热电子，当离子源的阳极施以正电位(阳极电压)时，电子在电场的作用下向阳极运动；由于磁场的作存在电子绕磁力线以螺旋轨道前进，与工作或反应气体的原子发生碰撞使其离化。离子源在工作过程中，阳极以及气体分配片都会产生热量，因此需要通过冷却机构让热量能散出去。
目前，离子源的散热方式包括直接散热和间接散热方式，其中间接散热方式一般采用间接水冷散热，这种方式方便维护，维护不用拆装水管；参考图1，图1是一种常用的间接水冷散热的离子源结构示意图；这种方式，离子源有个一个水冷底座41，一般水冷面通过金属铜作为界面，水冷底座41内嵌水路，保证温度低，阳极20和气体分配片10安装在导热陶瓷42上，导热陶瓷42为特殊的导热陶瓷，一般是氮化硼，氮化铝等，接触面通过石墨等导热软材料连接，最后组件通过螺丝压紧在水冷面上，实现冷却和绝缘效果。
上述间接水冷散热技术中，水冷基座需要通过导热陶瓷从气体分配片和阳极上进行导热，气体分配片和阳极之间相互影响，同时受限于导热陶瓷导热效果影响，以及水冷底座需要集成磁铁和气路等结构都影响了导热效果，导致水冷基座实际的散热较低。
实用新型内容
基于此，有必要针对上述水冷间接散热方式中，水冷基座实际的散热较低的技术问题，提供一种离子源水冷结构及离子源。
一种离子源水冷结构，包括：连接气体分配片的第一导热平台，连接离子源的阳极的第二导热平台；所述第一导热平台和第二导热平台通过绝缘隔离部件安装在离子源底座上；
所述绝缘隔离部件与所述第一导热平台和第二导热平台的连接部位开设有冷却水路；
所述气体分配片将热量传递至第一导热平台，所述离子源的阳极将热量传递至第二导热平台，所述冷却水路对所述第一导热平台和第二导热平台进行散热。
在一个实施例中，所述第一导热平台包括形状与气体分配片相匹配的圆形的气体分配片冷却底座；
其中，所述气体分配片冷却底座的中心设有进气管出气口，以所述进气管出气口为中心往四周分布设置了多个气槽，所述气槽用于将工艺气体向气体分配片周围导流。
在一个实施例中，所述第二导热平台包括形状与绝缘隔离部件相匹配的圆环形的阳极冷却底座；
所述阳极冷却底座与绝缘隔离部件密封连接，所述气体分配片冷却底座与绝缘隔离部件密封连接；所述气体分配片冷却底座与阳极冷却底座密封连接。
在一个实施例中，所述气体分配片冷却底座和阳极冷却底座为铜导热材料制造的底座结构，通过螺丝固定连接在绝缘隔离部件上。
在一个实施例中，所述绝缘隔离部件与阳极冷却底座在位于连接面上分别开设有环形的凹槽；
所述气体分配片冷却底座的圆形外侧面分别连接所述凹槽的内侧面；
所述绝缘隔离部件与阳极冷却底座凹槽和气体分配片冷却底座的圆形外侧面构成圆形的冷却水路。
在一个实施例中，所述气体分配片冷却底座与阳极冷却底座之间通过圆环形的绝缘隔离片密封连接；
所述气体分配片通过石墨片安装到气体分配片冷却底座上，阳极通过石墨片安装到阳极冷却底座上。
在一个实施例中，所述绝缘隔离部件为采用陶瓷、Peek或无机绝缘材料制造的隔离构件。
在一个实施例中，所述冷却水路的进水口和出水口设于离子源底座下部，所述冷却水路通过内置在底座内的管道连接所述进水口和出水口。
一种离子源，包括离子源底座，外壳，磁铁、气体分配片，阳极；还包括上述的离子源水冷结构；
所述离子源水冷结构用于分别对所述气体分配片和阳极进行直接水冷散热。
在一个实施例中，所述磁铁与离子源底座为一体化嵌入式设计；所述磁铁与气体分配片冷却底座之间设有密封的绝缘空间。
本申请的技术方案具有如下有益效果：
离子源的冷却水路通过第一导热平台和第二导热平台分别对进行气体分配片和阳极进行散热，实现了气体分配片和阳极独立水冷冷却，明显提升了离子源的水冷冷却效果；由于去掉了导热陶瓷，在维护时无需拆装冷却水路，降低了离子源维护复杂度。另外，通过离子源底座和磁铁一体化嵌入式设计，实现磁铁有效的热防护；再者，磁铁和气体分配片冷却底座之间设有绝缘空间，实现了有效的绝缘效果。
附图说明
图1是一种常用的间接水冷散热的离子源结构示意图；
图2是一个实施例的离子源水冷结构示意图；
图3是离子源水冷结构的三维立体横切面图；
图4是离子源水冷结构的外部立体视图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例的术语“包括”以及其他任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
参考图2-4所示，图2是一个实施例的离子源水冷结构示意图；图3是离子源水冷结构的三维立体横切面图，图4是离子源水冷结构的外部立体视图。该水冷结构包括：连接气体分配片10的第一导热平台11，连接离子源的阳极20的第二导热平台21，第一导热平台11和第二导热平台21通过绝缘隔离部件30安装在离子源底座40上，绝缘隔离部件30与第一导热平台11和第二导热平台21的连接部位开设有冷却水路51，气体分配片10将热量传递至第一导热平台11，离子源的阳极20将热量传递至第二导热平台21，冷却水路51对所述第一导热平台11和第二导热平台21进行散热。
通过图中可以看出，本申请的技术方案中，离子源的冷却水路51通过第一导热平台11和第二导热平台21分别对进行气体分配片10和阳极20进行散热，气体分配片10和离子源的阳极20是独立水冷冷却的，相对于图1所示的离子源散热结构来看，无需通过一个导热陶瓷来对离子源的阳极20和气体分配片10进行导热，原有的水冷底座4分为了离子源底座40和绝缘隔离部件30，更有利于对离子源的磁铁80进行热保护，可以提升离子源的水冷冷却效果；而且在本申请的水冷结构中，由于去掉了导热陶瓷，在维护时无需拆装水路，降低了离子源维护复杂度。
参考图2-4，第一导热平台11包括形状与气体分配片10相匹配的圆形的气体分配片冷却底座110，气体分配片冷却底座110的中心设有进气管出气口61，以进气管出气口61为中心往四周分布设置了多个气槽110a，气槽110a用于将工艺气体向气体分配片10周围导流；第二导热平台21包括形状与绝缘隔离部件30相匹配的圆环形的阳极冷却底座210，阳极冷却底座210与绝缘隔离部件30密封连接，气体分配片冷却底座110与绝缘隔离部件30密封连接，气体分配片冷却底座110与阳极冷却底座210密封连接。其中，对于绝缘隔离部件30，可以采用陶瓷、Peek或无机绝缘材料制造的隔离构件；气体分配片冷却底座110和阳极冷却底座210可以铜导热材料制造的底座结构，通过螺丝固定连接在绝缘隔离部件30上。
上述实施例的离子源水冷结构，利用金属铜平台直接冷却气体分配片10和阳极20；提高了离子源冷却效果，便于离子源的维护，避免水路频繁拆装；减少了特殊的导热陶瓷的使用，减小易损件使用，绝缘隔离部件30连接可以选用陶瓷、Peek等有机或者无机绝缘材料制作的隔离结构，实现了有效隔离。
进一步的，参考图2-4，冷却水路51设置在绝缘隔离部件30与和阳极冷却底座210连接面处，在绝缘隔离部件30与阳极冷却底座210在位于连接面上分别开设有环形的凹槽，气体分配片冷却底座110的圆形外侧面分别连接所述凹槽的内侧面，绝缘隔离部件30与阳极冷却底座210的凹槽和气体分配片冷却底座110的圆形外侧面构成圆形的冷却水路51，如图2中，绝缘隔离部件30、阳极冷却底座210的凹槽和气体分配片冷却底座110三者在接合处构成冷却水路51，相互之间保持密封设计和绝缘设计。
参考图2和3，气体分配片冷却底座110与阳极冷却底座210之间通过圆环形的绝缘隔离片密封连接，从而有效隔离气体分配片10区域和阳极区域；另外，气体分配片10可以通过石墨片安装到气体分配片冷却底座110上，阳极也可以通过石墨片安装到阳极冷却底座210上。冷却水路51的进水口51a和出水口51b设于离子源底座40下部，冷却水路51通过内置在离子源底座40内的管道连接所述进水口51a和出水口51b。
上述实施例的离子源水冷结构，通过气体分配片冷却底座110与阳极冷却底座210之间的绝缘隔离设计，即气体分配片10可以通过石墨片等软性高效导热片安装到气体分配片冷却底座110上，离子源的阳极20通过石墨片等软性高效导热片安装到阳极冷却底座210上，从而实现了气体分配片区域和阳极区域的绝缘分离，同时实现两者的独立水冷，冷却水通过离子源底座40流入和流出，绝缘连接部件、气体分配片冷却底座110与阳极冷却底座210通过该结构设计，实现冷却水在冷却水路51中流动，起到有效冷却作用。
下面阐述本申请的离子源的实施例。
参考图2和3，本申请的离子源包括离子源底座40，外壳70，磁铁80、气体分配片10，阳极20，另外还包括本申请实施例提供的离子源水冷结构；离子源水冷结构用于分别对气体分配片10和阳极20进行直接水冷散热。
进一步的，磁铁与离子源底座40为一体化嵌入式设计，磁铁80与气体分配片冷却底座110之间设有密封的绝缘空间；如图3中，磁铁80可以嵌入离子源底座40中，磁铁80与气体分配片冷却底座110之间保持一定距离，形成密封绝缘空间，由此实现了有效的绝缘效果。
综合上述实施例的技术方案，本申请实现了离子源底座40和磁铁80一体设计，有效实现磁铁热防护，磁铁和气体分配片冷却底座110间实现空间绝缘，不接触；磁铁80中间为通孔设计，工艺气体通过底部的气体输入口，输入到气体分配片10底部，气体分配片10底座有气槽，气体均匀输入到离子源的阳极20底部，气体分配片10和离子源的阳极20的独立冷却，实现有效冷却效果。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种离子源水冷结构，其特征在于，包括：连接气体分配片的第一导热平台，连接离子源的阳极的第二导热平台；所述第一导热平台和第二导热平台通过绝缘隔离部件安装在离子源底座上；
所述绝缘隔离部件与所述第一导热平台和第二导热平台的连接部位开设有冷却水路；
所述气体分配片将热量传递至第一导热平台，所述离子源的阳极将热量传递至第二导热平台，所述冷却水路对所述第一导热平台和第二导热平台进行散热。
2.根据权利要求1所述的离子源水冷结构，其特征在于，所述第一导热平台包括形状与气体分配片相匹配的圆形的气体分配片冷却底座；
其中，所述气体分配片冷却底座的中心设有进气管出气口，以所述进气管出气口为中心往四周分布设置了多个气槽，所述气槽用于将工艺气体向气体分配片周围导流。
3.根据权利要求2所述的离子源水冷结构，其特征在于，所述第二导热平台包括形状与绝缘隔离部件相匹配的圆环形的阳极冷却底座；
所述阳极冷却底座与绝缘隔离部件密封连接，所述气体分配片冷却底座与绝缘隔离部件密封连接；所述气体分配片冷却底座与阳极冷却底座密封连接。
4.根据权利要求3所述的离子源水冷结构，其特征在于，所述气体分配片冷却底座和阳极冷却底座为铜导热材料制造的底座结构，通过螺丝固定连接在绝缘隔离部件上。
5.根据权利要求3所述的离子源水冷结构，其特征在于，所述绝缘隔离部件与阳极冷却底座在位于连接面上分别开设有环形的凹槽；
所述气体分配片冷却底座的圆形外侧面分别连接所述凹槽的内侧面；
所述绝缘隔离部件与阳极冷却底座凹槽和气体分配片冷却底座的圆形外侧面构成圆形的冷却水路。
6.根据权利要求5所述的离子源水冷结构，其特征在于，所述气体分配片冷却底座与阳极冷却底座之间通过圆环形的绝缘隔离片密封连接；
所述气体分配片通过石墨片安装到气体分配片冷却底座上，阳极通过石墨片安装到阳极冷却底座上。
7.根据权利要求1所述的离子源水冷结构，其特征在于，所述绝缘隔离部件为采用陶瓷或Peek制造的隔离构件。
8.根据权利要求1所述的离子源水冷结构，其特征在于，所述冷却水路的进水口和出水口设于离子源底座下部，所述冷却水路通过内置在底座内的管道连接所述进水口和出水口。
9.一种离子源，包括离子源底座，外壳，磁铁、气体分配片，阳极；其特征在于，还包括权利要求2-8任一项所述的离子源水冷结构；
所述离子源水冷结构用于分别对所述气体分配片和阳极进行直接水冷散热。
10.根据权利要求9所述的离子源，其特征在于，所述磁铁与离子源底座为一体化嵌入式设计；所述磁铁与气体分配片冷却底座之间设有密封的绝缘空间。
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