CN102422383B - 具有冷却元件的高压放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有两个布置在放电容器(6)中的电极(16，18)的高压放电灯(1)。在放电容器(6)上放置有两个管壳柄(9，10)，这两个管壳柄分别被用于电极(16，18)的供电系统(20，24，26，28，30)贯穿。根据本发明，阳极侧的外部供电装置(28，30)和冷却元件(12)直接地热接触和电接触。

Description

具有冷却元件的高压放电灯

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的高压放电灯。

背景技术

这种灯具有填充了放电介质、例如惰性气体-带有或不带有水银填充物以及其他可能的填充物-的放电容器。在该放电容器内部布置有两个彼此相对的电极。在该放电容器上放置有两个管壳柄，为了实现电极的电接触，供电元件穿过该管壳柄气密地向外引导。在利用直流电流运行的电灯类型的情况下，阳极在此通常设计具有能高热负荷的电极头，其中通过足够大的尺寸来优化热辐射功率。阴极侧的电极则设计为与此相比相对较小的、锥形的电极头。

发出UV射线的高压放电灯被用于构造(光刻)半导体。OSRAM公司销售一种对此适用的、其商品名为HBO的水银蒸汽短弧放电灯。为了提高生产率，半导体工业需要大功率的放电灯，该大功率放电灯所发出的UV射线在365nm情况下水银i-线的范围中。在运行时，这种放电灯通常不允许超过大约为2.5nm的光线宽度(FWHM)，因此，不能为了提高辐射强度而简单地提高填充物的水银密度。这就表示也不能明显地提高施加在电极上的点火电压。

因此，一种明显提高辐射功率的可能方式在于：提高灯电流并且由此提高电连接负荷。尤其是在HBO IC-灯并且有效供给电流大于220A的情况下，密封元件(例如，密封膜)将出现强烈加热(焦耳热损耗)的情况。因此人们力图通过利用供电装置和阳极侧的引线将部分热量引走的方式来由此减小大面积阳极的热负荷。

电极分别通过一个电极杆、多个钼密封膜以及一个在端面侧贯穿管壳柄的外部供电装置而与各自的引线连接，其中，通常通过柔性的引线实现阳极侧的供电，该引线大约在灯轴线的径向方向上向外延伸。通常通过从阴极侧的管座中伸出的管脚实现阴极侧的接触。

在电流大于220A的大功率高压放电灯中，尤其是阳极侧的管座需要有效的冷却，这是因为该管座受到了强烈的加热，这些热量来源于：密封膜的焦耳热，由电极进一步传导过来的热量以及在可能的情况下在灯壳体中(例如，在光刻应用中)所反射回来的热辐射。在此情况下，在温度大于300°C时，与周围环境气体直接接触的外部供电构件可以在灯运行期间被氧化并且随后导致放电灯失效。

为了改善冷却，在WO 2007/000141A1中示出了一种方案，在该方案中，为了增大热交换面，阳极侧的管座设计具有冷却肋片。在这种方案中也还存在以下问题：只能通过将引线在一侧与外部供电装置焊接而在另一侧与管座焊接来在管座与外部供电装置之间间接地形成热接触。也就是说，在外部供电装置和管座壁之间的引线部段被作为一种热桥，然而，由于在进线套管和管座周边壁之间的引线的长度以及较小的引线横截面而使得该热桥的直径过于小以至于无法确保从外部供电装置到管座的充分散热。也就是说，即使为管座设置了散热肋片，但由于在外部供电装置和管座之间的不好的热接触也无法排除过热。

发明内容

与此相应地，本发明的目的在于实现一种减少了热问题的高压放电灯。本发明的另一个方面在于能确保高于220A的工作电流。

该目的通过一种具有权利要求1所述的特征的高压放电灯来实现。在从属权利要求中描述了本发明的特别有利的实施方式。

根据本发明，高压放电灯具有两个电极，这两个电极彼此相对地布置在放电容器中并且分别通过供电系统(内部供电装置，气密的进线套管和外部供电装置)电接触。该供电系统分别气密地贯穿放置在放电容器上的管壳柄，在其上可以设置管座，其中，在至少一个管壳柄的外部供电装置的区域中设置有冷却元件。根据本发明，该冷却元件和外部供电装置直接地热接触和电接触。也就是说，并不(如现有技术那样)通过由引线部段所构成的桥实现接触，而是平面地通过外部供电装置的和冷却元件的相应设计方案来实现接触。

通过这种方式能够通过外部供电装置和冷却元件向周围环境充分地散发热流，从而可以避免供电系统的构件的过热以及由此而生的氧化。

在一个优选的实施例中，冷却元件设计为管座，从而使得高压放电灯具有非常简单的结构并且另外通过外部供电装置和管座/冷却元件之间的直接的热接触和电接触确保实现优化的散热。

当冷却元件具有热交换面增大的几何结构时可以改善散热。这种设置可以例如通过冷却肋片来实现，该冷却肋片优选地在径向方向上延伸。

在此优选的是，冷却肋片的直径在离开管壳柄的方向上变小，从而尽可能地避免了照明装置中的遮蔽效应。

在这样一种变体中，可以通过在侧视图中所显示出的锥形冷却肋片结构来实现直径的减小。

在一个可尤其简单地实施的实施例中，外部供电装置和冷却元件设计为由一个唯一的构件一体地构成。

在该变体中实现了最好的热传递并且由此确保了有效的冷却。为了克服这种实施方式的制造技术缺陷，可以在冷却体和外部供电装置之间以适当的方式，通过夹紧、挤压，以螺丝拧紧，焊接或类似的方式实现该直接的接触。焊接实施方式与一体式的实施方式相对应，其中，在焊接过程中可以为供电装置和冷却元件应用不同的材料。

在另一个实施方式中，冷却元件设计为由多部分构成的，其中，这些冷却元件共同形成了容纳部，外部供电装置的端部部段没入该容纳部中。

为了对接触进行改进，可以在冷却元件和外部供电装置之间的过渡区域中布置有导热膏或类似物。

在一个紧凑地实施的实施例中，阳极侧的管座包围所属的管壳柄。

附图说明

下面借助优选的实施例详细描述本发明。图中示出：

图1是根据本发明的高压放电灯的示意图；

图2是图1中的高压放电灯的冷却管座的详细视图；以及

图3是用于根据图1的高压放电灯的冷却管座的另一个实施例。

具体实施方式

下面将借助HBO水银蒸汽高压放电灯来说明本发明，该高压放电灯被应用在例如用于制造半导体的微光刻技术中。如开头所述，然而本发明并不局限于这种灯类型。根据本发明的优点也表现在其他放电灯中，例如在氙短弧灯(OSRAM XBO)中。在氙短弧灯中，处在充满纯粹的氙气体(或氙气体混合物)的环境中的放电弧在高压下燃烧。例如，在传统的和数字的电影放映时使用XBO-灯。

根据图1的极为示意性的视图示出的是带有水银蒸汽短弧放电灯2的反射器-高压放电灯1，该水银蒸汽短弧放电灯被布置在灯壳体(未示出)的由点划线表示的反射器4的光轴线上。这种以短弧技术实施的高压放电灯2具有放电容器6，该放电容器包围放电室8。在放电容器6上放置有两个在直径方向上相对布置的密封的管壳柄9，10，这两个管壳柄分别具有阳极侧的冷却管座12和阴极侧的管座外套14。该放电室8包括可离子化的填充物，该填充物基本上由水银以及惰性气体混合物构成。

构成阴极的电极18设计为大概呈锥形的电极头，而构成阳极的电极16设计为大概呈桶状或圆柱状并具有明显更大的直径。这两个电极16，18分别被电极杆20，22固定，该电极杆分别穿过其所属的管壳柄9，10并且在其端部部段上支承钼盘24，该钼盘与气密地熔化在管壳柄9，10中的钼膜26连接。该钼膜的端部部段在该端部部段一侧与接触盘28连接，该接触盘分别与在端面侧从管壳柄中伸出的杆状的供电装置30连接，该供电装置在阳极侧与引线32电连接和热连接。在此，接触盘28和杆状的供电装置30设计为一体的并且共同形成了外部的供电装置。在阴极侧上通过管脚实现接触，在根据图1的视图中看不见该管脚。为了在构造半导体(光刻层)时实现高生产率，在高功率范围内运行根据本发明的高压放电灯2，其中，电流强度可以在大于220A的范围内。

反射器4(在此仅简述)由例如带有反射涂层的石英玻璃制成。

如开头所述，在传统解决方案中引线32与杆状的供电装置30焊接在一起并且也与管座外套保持接触，从而通过引线32的横截面来确定从外部供电装置到管座的热传递。根据本发明与此相反的是，冷却管座12直接与杆状的供电装置30接触。

根据图2说明该结构的细节，该附图示出高压放电灯2的阳极侧的端部部段的放大图。在该视图中可以看出从阳极侧的管壳柄9的端面34中向外引导的杆状的供电装置30，在该供电装置的从端面侧伸出的端部部段上放置有冷却管座12。在所示的实施例中，冷却管座12设计为由两部分组成的，其中，分割面位于绘图平面中，使得整个冷却管座12由两个彼此以螺丝拧紧的冷却管座半部组合而成。在根据图2的显示中可以看出为了以螺丝拧紧而设置的螺丝孔36。这两个管座部分共同形成了一个容纳部38，该容纳部的直径D和深度T与杆状供电装置30的从管壳柄9中伸出的端部部段的相应尺寸相匹配，从而使得供电装置在周边侧上以及-如果可能的话-也在端面上都平坦地贴靠在容纳部38的周边壁或端壁上，并且可以在热接触和电接触方面提供大的传递面。当在容纳部38和杆状的供电装置30之间的贴靠区域中涂上导热膏或类似物时，还可以改进热传递。可以-如所述那样-通过以螺丝拧紧来实现在杆状的供电装置30和冷却管座12之间的连接。原则上也可以对容纳部38和供电装置30进行压配合，从而在以螺丝拧紧时产生挤压连接或夹紧连接。对此可替换地也可以通过焊接或类似的方式实现该连接。

为了改善朝向周围环境的热交换面，在冷却管座12的外周边上设置有多个在径向方向上延伸的冷却肋片40，这些冷却肋片的外直径在离开管壳柄9的方向上逐渐变小，也就是说如图2所示向上逐渐变小，从而使得冷却管座12的外周边呈锥形或圆锥形。在冷却管座12的管壳柄侧的区域中设置有定心凸缘42，该凸缘包围管壳柄9的端部部段并且同样与其热接触。在此，可以通过粘合剂或类似物将定心凸缘42与管壳柄9连接。为了实现与灯轴线垂直地电接触，冷却管座12设计具有连接孔45。但是也可以间接地通过冷却管座12实现杆状的供电装置30与引线32的电接触。

为了实现精确地覆盖在管壳柄9的端面34上，在朝向定心凸缘42的过渡区域中将环绕的环形槽44设置在冷却管座12上，从而使得冷却管座的轮毂状的突起部46仅放置在管壳柄9的端面34上。

在图1中，利用直线箭头示出了从阳极16经过电极杆20以及钼条26朝向冷却管座12的方向的热流。除了源于阳极16的热传递以及在导电的密封膜26中所出现的焦耳热而产生的热输入以外，管座12还通过被反射器4(以及通常所使用的照明壳体；在此未示出)反射的光线46来加热。然而，可以通过供电装置30以及直接与其接触的冷却管座12更快地将该输入的热能散发到周围环境中，从而能避免构件受到热损伤。

在上述实施例中，冷却管座12设计为由多部分构成的。这种变体(其例如通过螺丝组合而成)的优点在于在熔化电极时放电灯的处理过程更为简单，这是因为管座可以在电极的熔化过程之后进行装配并且由此不会对熔化造成妨碍。

图3示出一种解决方案，在该解决方案中，冷却管座12以及外部的供电装置28，30设计为一体的，这种带有冷却接触功能和电接触功能的构件虽然能够非常简单地进行制造，然而其仍然具有上述缺陷，即外部供电装置28，30和开头所述的钼条的熔化(也由于改善的散热)受到了妨碍。在图3中所示的实施例中，由于定心凸缘可能额外地妨碍熔化，所以放弃了该包围管壳柄9的定心凸缘42。

图3中所示的实施方式的另一个优点在于，在杆状供电装置30和冷却管座12之间可以不存在任何妨碍热传递的缝隙空间。此外，图3中所示的实施例与前述的变体相应，所以不再需要进行进一步的说明。

根据热接触和电接触来选择冷却管座12的材料，其中，外部的供电装置28，30以及冷却管座12可以由不同的材料制成。冷却肋片40的形状自然也可以以适当的方式与各自的应用方式相匹配。

公开了一种具有两个布置在放电容器中的电极的高压放电灯。在该放电容器上放置有两个管壳柄，这两个管壳柄分别被用于电极的供电系统贯穿。根据本发明，阳极侧的外部供电装置直接与冷却元件热接触。

Claims (14)

1.一种具有两个电极(16，18)的高压放电灯，所述电极彼此相对地布置在放电容器(6)中并且分别通过供电系统(20，24，26，28，30)电接触，其中，每个供电系统分别气密地贯穿放置在所述放电容器(6)上的管壳柄(9，10)，其中，在至少一个管壳柄(9)的外部供电装置(28，30)的区域中布置有冷却元件(12)，其特征在于，所述外部供电装置(28，30)和所述冷却元件(12)直接地热接触和电接触，其中，所述冷却元件(12)具有冷却肋片(40)，所述冷却肋片(40)在径向方向上延伸，其中，所述冷却肋片(40)的直径在离开所述管壳柄(9)的方向上变小。

2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中，所述冷却元件(12)设计为管座。

3.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中，所述冷却元件(12)具有热交换面增大的几何结构。

4.根据权利要求2所述的高压放电灯，其中，所述冷却元件(12)具有热交换面增大的几何结构。

5.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中，所述冷却元件(12)设计为锥形的。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的高压放电灯，其中，所述外部供电装置(28，30)和所述冷却元件(12)设计为一体的。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的高压放电灯，其中，所述冷却元件(12)设计为由多部分构成的并且形成了用于所述外部供电装置(28，30)的容纳部(38)。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的高压放电灯，其中，所述外部供电装置(28，30)通过夹紧、焊接、以螺丝拧紧的方式和所述冷却元件(12)连接。

9.根据权利要求7所述的高压放电灯，其中，所述外部供电装置(28，30)通过夹紧、焊接、以螺丝拧紧的方式和所述冷却元件(12)连接。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的高压放电灯，其中，在所述外部供电装置(28，30)和所述冷却元件(12)之间的接触面设计具有导热层。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的高压放电灯，其中，所述冷却元件(12)部分地包围所述管壳柄(9)。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的高压放电灯，所述高压放电灯设计为水银蒸汽短弧放电灯。

13.根据权利要求12所述的高压放电灯，所述高压放电灯设计为用于在365nm情况下i-线的应用。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的高压放电灯，所述高压放电灯设计为用于至少为220A的有效的灯电流。