CN107533940A - 横截面不同的电子束窗口瓦片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子束系统窗口瓦片。所述窗口瓦片包括第一表面、第二表面以及从所述第一表面延伸至所述第二表面的一个或以上结构。所述一个或以上结构具有位于所述第一表面和所述第二表面之间的不同的或逐渐变窄的横截面。所述第一表面可以被配置为暴露于真空环境，并可以被配置为接收由电子束生成器加速的电子。第二表面被配置为允许电子穿过并射向箔片。所述窗口瓦片可通过多种方面完善电子束处理系统，例如，增加电子通过量、降低电能消耗、减少所述箔片热量吸收、改善并延长箔片寿命、能够在电子束处理过程中使用尺寸更小、价格更低的机器。

Description

横截面不同的电子束窗口瓦片

技术领域

本发明的实施方案主要涉及电子束系统，并且尤其涉及电子束处理系统的窗口瓦片（window tiles）组件。

背景技术

粒子束处理装置，被普遍应用于将基片或涂层暴露于高加速粒子束中，如电子束（EB）,以便在所述基片或涂层上产生化学反应。

电子是存在于所有物质中的带负电的粒子。电子围绕原子的原子核旋转，如同行星围绕太阳旋转。通过共享电子，两个或以上原子结合，形成分子。在电子束（EB）处理过程中，高能电子被用于改变各种产品和材料的分子结构。例如，电子可被用于改变经特殊设计的液体涂层、油墨及粘合剂。在电子束（EB）处理过程中，电子破坏化学键，并且形成带电粒子与自由基。这些基团于是结合形成大分子。通过这一过程，液体被转化为固体。这一过程被称为聚合。

经电子束处理的液体涂层可以包括印刷油墨、清漆、有机硅剥离涂层、底漆涂层、压敏胶粘剂、阻挡层、层压粘合剂。电子束处理也可用于改变和提升如纸、基片及非编织织物基片等所有经特殊设计、在电子束处理过程中产生反应的固体材料的物理特性。

粒子束处理装置通常包括三个区域，例如生成粒子束的真空室区、粒子加速器区以及处理区。在真空室内，钨丝被加热至约2400K，即钨的热电子发射温度，形成电子云。然后对真空室施加正电压差以便提取并同时加速这些电子。然后，所述电子穿过薄箔片进入处理区。所述薄箔片起到分隔真空室与处理区的作用。加速后的电子经薄箔片由真空室进入处于大气条件下的处理区。

窗口瓦片组件可被用于支撑电子束处理系统中的所述箔片。现有窗口瓦片组件结构在垂直于所述箔片方向上的板或窗口的整个深度上具有一致的横截面几何结构。

因此，有在板的整个深度上采用不同的横截面几何结构的窗口瓦片组件的需求，使其可以增加电子通过量并且提高电子束处理系统的效率。

发明内容

本发明涉及用于粒子束系统的窗口瓦片组件，例如用于电子束处理。在一个实施例中，提供了一种电子束系统窗口瓦片。所述窗口瓦片可以包括第一表面和第二表面，以及从所述第一表面延伸到所述第二表面的一个或以上结构。所述一个或以上结构在所述第一表面和第二表面之间可以具有不同的横截面。所述第一表面可以暴露于真空环境并且可以被配置为接收经由电子束生成器加速的电子。所述第二表面可以毗邻所述电子穿过的箔片。

附图简要说明

图1为根据本发明的一个方面的典型窗口瓦片组件的侧视图。

图2为根据本发明的一个方面的典型窗口瓦片组件的部分侧面放大视图。

图3为根据本发明的一个方面的典型窗口瓦片组件的部分侧面放大视图。

图4为根据本发明的一个方面的典型窗口瓦片组件的部分侧面放大视图。

图5为根据本发明的一个方面的典型窗口瓦片组件的部分侧面放大视图。

图6为根据本发明的一个方面的典型窗口瓦片组件的部分侧面放大视图。

图7为根据本发明的一个方面的典型窗口瓦片组件的部分侧面放大视图。

图8为根据本发明的一个方面的典型窗口瓦片组件的部分侧面放大视图。

具体实施方式

以下为示范性、解释性详细说明，旨在进一步解释在此所述的本发明。根据下述本发明详细说明，其他优势与创新点对于本领域技术人员而言是显而易见的。

在某些实施例中，提供了一种用于粒子束处理系统的窗口瓦片组件。粒子束生成组件可以被存放在容器或腔室的真空环境中。在电子束处理装置中，粒子生成组件通常被称为电子枪组件。真空室可由生成电子等粒子的严格密封的容器构成。真空泵部件可被用于制造近似10-6托的真空环境或其他所需的真空条件。在所述腔室的真空环境内，当高压电源传输电力以加热灯丝时，所述灯丝周围产生电子云。

所述灯丝经充分加热后发出白热的光并产生电子云。由于电子为带负电的粒子并且被加速至极高速度，所述电子从所述灯丝处被吸引至高压区域。所述灯丝可由一条或以上通常由钨制成的金属丝构成，其中两条或以上金属丝可以被配置为横跨箔片支撑物长边均匀间隔排列，并穿过基片宽边释放电子束。

粒子束生成组件可以具有提取栅（extractor grid）、终端栅（terminal grid）以及反射极。反射极板排斥电子并且将所述电子发射至提取栅。所述反射极板可工作于不同的电压，例如略低于所述灯丝的电压，收集和重定向由所述灯丝逸出的偏离所述电子束方向的电子。

所述提取栅可工作于略有不同的电压，例如高于所述灯丝的电压，且能吸引所述电子偏离所述灯丝，并将他们引向终端栅。所述提取栅可控制来自所述电子云的电子数量，决定所述电子束的强度。所述终端栅通常可在与提取栅相同的电压下工作，并可作为加速至极高速度的电子通过箔片支撑组件之前的最后通道。所述灯丝可在-1100，000伏电压（即110kV）下工作，并且所述箔片支撑组件可接地或设置为0伏。所述反射极板可选择工作在-110，010伏电压以朝向所述灯丝排斥所有电子。所述提取栅与终端栅可选择在-1，107，000伏至-109，700伏电压范围内工作。

然后所述电子可以离开所述真空室并经过薄箔片（例如钛箔）进入箔片支撑系统，从而进入涂层材料或基片以引发例如聚合、交联、消毒等的化学反应。所述电子速度可高达每秒100，000英里或以上。所述薄箔片可被稳固的夹持在所述箔片支撑组件外部以提供在腔室内的防漏真空密封。高速电子可穿过所述箔片支撑系统，经所述薄箔片并进入待处理的基片。为防止过度的能量损失，所述箔片可被制作的尽可能薄，而同时提供足够的机械力，以保持粒子生成组件内真空状态与处理组件之间的压力差。

所述箔片支撑系统可以包括窗口瓦片组件。所述窗口瓦片组件可在所述窗口瓦片整体厚度上采用不同的横截面几何结构。所述窗口瓦片组件具有供电子穿过的窗体结构。所述窗口瓦片组件在电子首次遇到窗体处，以及在沿电子穿过所述窗体朝所述薄箔片并进入所述待处理基片的方向上，具有减小或增大的横截面区域。

在某些实施例中，所述窗口瓦片可以包括第一表面（如顶面）与第二表面（如底面）。正如通常在此提及，所述第一表面和第二表面处于水平方向，与所述第一表面和第二表面垂直的为竖直方向。所述第一、第二表面通常互相平行。所述第一表面可暴露于真空环境并配置为接收由电子束生成器加速的电子。所述第二表面可邻近所述薄箔片。一个或以上结构可从第一表面延伸到第二表面。所述结构可以包括，例如（不限于），鳍状结构、肋状结构、孔洞、钻孔或其他适合的支撑几何构造。所述电子束生成器生成的电子可在所述窗口瓦片组件的结构之间自由穿过，通过薄箔片，并进入所述待处理基片。所述结构可以在第一表面和第二表面之间具有不同的横截面。所述不同的横截面可以包括俯视横截面。所述结构横截面的不同可以是在所述第一表面和第二表面之间逐渐变窄的效果。所述结构可均匀分布于整个所述窗口瓦片组件。所述箔片厚度约为5至12.5微米，并且所述窗口瓦片组件可向所述箔片提供机械支撑以维持例如从真空侧到大气侧将近1个大气压的压力差和高温。

在某些实施例中，可通过优化所述结构的密度，向所述箔片提供适宜的热传导与机械支撑。可通过优化所述结构在所述真空侧的密度与在所述箔片侧的密度的比例，提供高效率的电子通过量。例如，将所述结构的密度逐渐减小，可减少所述第一表面和第二表面之间的表面积，使所述箔片与结构的接触区域（例如在第二表面）保持最大限度的热传导效果，同时减少在所述结构中被吸收的能量。变窄量可在任何合适的范围内。在一个实施例中，变窄量可约为50%，例如，所述第一表面的结构密度在第二表面可减少（变窄）至约50%。

在某些实施例中，一个或以上所述结构在第一表面的横截面直径大于其在第二表面的横截面直径。在其他实施例中，一个或以上所述结构在第一表面的横截面直径小于其在第二表面的横截面直径。在其他实施例中，一个或以上所述结构在第一表面和第二表面之间的横截面直径大于第一和第二表面的横截面。

在某些实施例中，所述一个或以上结构包括侧视横截面，所述侧视横截面包括至少一个不完全垂直于第一和第二表面的部分。所述侧视横截面在第一表面和第二表面之间的一个或多个距离上的宽度可以不同于该侧视横截面在第一表面和第二表面之间或一个或多个其它距离上的宽度。例如，侧视横截面在第一表面和第二表面之间第一距离上的宽度可以大于或小于侧视横截面在第一表面和第二表面之间第二距离上的宽度。在另一个实施例中，所述一个或以上结构包括不完全笔直的侧视横截面。

在某些实施例中，所述一个或以上结构包括位于第一表面和第二表面之间一个或多个距离上的一个或多个横截面积，以及位于第一表面和第二表面之间一个或多个其它距离上的一个或多个其它横截面积。所述一个或多个横截面积可以不同于所述一个或多个其它横截面积。例如，位于第一表面和第二表面之间第一距离上的第一横截面积大于或小于位于第一表面和第二表面之间第二距离上的第二横截面积。

在某些实施例中，所述一个或以上结构具有不完全垂直于第一表面和第二表面的至少一个的侧视横截面，其中所述一个或以上结构具有在第一表面上的第一水平直径、在第二表面上的第二水平直径，和位于第一表面与第二表面之间的至少一个第三水平直径。在某些实施例中，所述第二水平直径大于所述第三水平直径，并且所述第三水平直径大于所述第一水平直径。在其它实施例中，所述第一水平直径大于所述第三水平直径，并且所述第三水平直径大于所述第二水平直径。在其它实施例中，所述第一水平直径等于所述第二水平直径，并且所述第三水平直径大于所述第一水平直径和所述第二水平直径两者。

在某些实施例中，所述一个或多个结构的侧视横截面可以是任意合适的形状，例如（不限于），大致三角形、大致梯形、大致椭圆形、大致六边形、大致锥形及不规则的形状。

所述窗口瓦片组件可为任意适用于粒子束处理系统的尺寸大小。例如，54英寸的窗体适用于54英寸的电子束加速器。所述窗口瓦片组件可由任意适用于粒子束处理系统的材料制成。例如所述窗口瓦片组件可由铜制成。具有所述结构（例如，鳍状结构、肋状结构、钻孔等）的所述窗口瓦片组件可通过多种加工方式制造，例如（不限于），钻孔（例如使用钻孔电火花加工机床（EMD））、碾压和／或铸造。所述结构可由铜、铝或其他具有高热传导率的合适媒介制成。所述结构横截面的锥形区，可通过在电火花加工过程中调整一条或多条金属丝的角度实现。结构内具有钻孔的锥形区，可通过使用锥形钻或埋头钻打出非圆柱形或圆锥形的孔洞实现。在机床使用过程中，锥形区可通过使用锥形端铣刀实现。在铸造过程中，锥形区可并入铸模中。

根据本发明，所述窗口瓦片组件可优化电子束处理，例如（不限于）通过为所述薄箔片降温的功能以在包括一单位标准大气压的真空环境下支撑所述薄箔片，并提供将真空室与外部大气隔离的密封。根据本发明，所述窗口瓦片组件的其他优势包括较高的电子通过量、较低的电能消耗、减少所述窗口结构与所述箔片（例如与所述一个或以上结构接触的所述箔片上的某些位置）吸收的热量、改善并延长箔片的寿命、能够在电子束处理过程中使用尺寸更小、价格更低的机器。

上述优势（与其他优势相比）是通过使用根据本发明的所述窗口瓦片组件实现的，例如，基于位于所述窗体的第一表面（例如距所述真空室最近的表面）与第二表面（例如距所述薄箔片最近的表面）之间的所述一个或多个结构（例如，鳍片结构、肋状结构、孔洞、钻孔以及其他合适的支撑几何构造）的横截面不同或逐渐变窄的特性。例如，经所述真空室穿过所述窗口瓦片组件的电子，可在所述结构之间自由通过，且与通过假如相同、非逐渐变窄的结构横截面区域相比，通过逐渐变窄的所述结构区域所遇障碍更少。所述电子穿过所述窗口瓦片时所遇障碍的减少，增加了穿过所述窗口瓦片与薄箔片的电子数量，提升了所述电子束系统的电子通过量。结构相同或非逐渐变窄的窗口瓦片组件无法实现上述优势，因为所述电子穿过所述窗口瓦片时所遇障碍并未减少。

现参考图1，根据本发明的一个方面，示出了典型窗口瓦片组件100的侧视图。所述窗口瓦片组件100包括第一表面102与第二表面103。所述第二表面103邻近电子束处理系统（未显示）的箔片101。所述窗口瓦片组件100包括一个或以上结构110，例如（不限于）鳍片结构、肋状结构、孔洞、钻孔以及其他合适的支撑几何构造。所述结构110包括在第一表面102上的第一直径，它比在第二表面103上的第二直径要大，例如使得结构110产生逐渐变窄的效果。在电子束处理过程中，电子沿箭头120的方向流动。所述电子在所述窗口瓦片组件100的结构110之间穿过和/或穿过所述窗口瓦片组件100的结构110，沿箭头120的方向穿过所述箔片101。例如，当所述结构包括固体结构（例如鳍片结构、肋状结构等）时，所述电子在所述结构之间穿过，并且当所述结构包括孔洞时，所述电子穿过所述结构。结构110在第一表面102与第二表面101之间不同的俯视或侧视横截面可减少所述电子在沿箭头120方向通过所述窗口瓦片组件100时所遇的障碍。

现参考图2，根据本发明的一个方面，示出了典型的窗口瓦片组件200的部分侧面放大视图。所述窗口瓦片组件200包括第一表面202与第二表面203。所述第二表面203邻近电子束处理系统（未显示）的箔片201。所述窗口瓦片组件200包括结构210，所述结构210可以包括大于在第二表面203的第二直径的在第一表面202的第一直径，例如使得结构210产生逐渐变窄的效果。

现参考图3，根据本发明的一方面，示出了典型的窗口瓦片组件300的部分侧面放大视图。电子束流路320沿所述真空室至所述箔片301的方向。结构310具有大致呈三角形的侧视横截面。结构310在第一表面在第一直径d（例如邻近所述真空室的表面）具有第一直径d，在第二表面（例如邻近所述箔片的表面）具有第二直径d2，以及在第一表面和第二表面之间具有第三直径d1。例如在某些实施例中，d大于d1，并且d1大于d2。

现参考图4，根据本发明的一个方面，示出了典型的窗口瓦片组件400的部分侧面放大视图。电子束流路420沿真空室至箔片401的方向。结构410具有大致呈椭圆形的侧视横截面。结构410在第一表面（例如邻近真空室的表面）具有第一直径d，在第二表面（例如邻近箔片的表面）具有第二直径d2，在第一表面和第二表面之间具有第三直径d1。例如在某些实施例中，d小于d1，并且d等于d2。

现参考图5，根据本发明的一个方面，示出了典型的窗口瓦片组件500的部分侧面放大视图。电子束流路520沿真空室至箔片501的方向。结构510具有大致呈六边形的侧视横截面结构510在第一表面（例如邻近真空室的表面）具有第一直径d，在第二表面（例如邻近箔片的表面）具有第二直径d2，在第一表面和第二表面之间具有第三直径d1。例如在某些实施例中，d小于d1，并且d等于d2。

现参考图6，根据本发明的一个方面，示出了典型的窗口瓦片组件600的部分侧面放大视图。电子束流路620沿真空室至箔片601的方向。结构610具有不规则形状的侧视横截面。结构610在第一表面（例如邻近真空室的表面）具有第一直径d，在第二表面（例如邻近箔片的表面）具有第二直径d3，在第一表面和第二表面之间具有第三直径d1，并在第一表面和第二表面之间具有第四直径d2。例如在某些实施例中，d小于d1，d1大于d2，并且d等于d3。

现参考图7，根据本发明的一个方面，示出了典型的窗口瓦片组件700的部分侧面放大视图。电子束流路720沿真空室至箔片701的方向。结构710具有大致呈梯形的侧视横截面。结构710在第一表面（例如邻近真空室的表面）具有第一直径d，在第二表面（例如邻近箔片的表面）具有第二直径d2，在第一表面和第二表面之间具有第三直径d1。例如在某些实施例中，d小于d1，并且d1小于d2。

现参考图8，根据本发明的一个方面，示出了典型的窗口瓦片组件800的部分侧面放大视图。电子束流路820沿真空室至箔片801的方向。结构810具有大致呈锥形瓶形状的侧视横截面。结构810在第一表面（例如邻近真空室的表面）具有第一直径d，在第二表面（例如邻近箔片的表面）具有第二直径d2，在第一表面和第二表面之间具有第三直径d1。例如在某些实施例中，d小于d₁，并且d₁小于d₂。

尽管以一定实施例的形式讨论了本发明，应当理解的是本发明并不只局限于此。本文通过实例的方式描述实施例，并且存在许多修改、变形和其它可被采用的实施例，其都在本发明范围之内。

Claims (23)

1.一种电子束系统窗口瓦片，包括：

第一表面与第二表面；以及

一个或以上从所述第一表面延伸至第二表面的结构；

其中所述一个或以上结构在所述第一表面和所述第二表面之间具有不同的横截面。

2.根据权利要求1所述的窗口瓦片，其中所述的不同的横截面为俯视横截面。

3.根据权利要求1所述的窗口瓦片，其中所述的第一表面被配置为暴露于真空环境，并且接收由电子束生成器加速的电子。

4.根据权利要求1所述的窗口瓦片，其中所述的第二表面被配置为允许电子穿越至箔片。

5.根据权利要求1所述的窗口瓦片，其中所述的第一表面与所述第二表面大致平行。

6.根据权利要求1所述的窗口瓦片，其中所述的一个或以上结构包括一个或以上逐渐变窄的面。

7.根据权利要求6所述的窗口瓦片，其中所述的逐渐变窄的面包括一个或以上鳍状结构、肋状结构及孔洞。

8.根据权利要求1所述的窗口瓦片，其中所述的结构在整个所述窗口瓦片上均匀分布。

9.根据权利要求1所述的窗口瓦片，其中一个或以上所述结构在第一表面的横截面直径大于在第二表面的横截面直径。

10.根据权利要求1所述的窗口瓦片，其中一个或以上所述结构在第一表面的横截面直径小于在第二表面的横截面直径。

11.根据权利要求1所述的窗口瓦片，其中一个或以上所述结构在所述第一表面和所述第二表面之间的横截面直径大于在第一表面和所述第二表面的俯视横截面。

12.一种电子束系统窗口瓦片，包括：

顶面与底面；以及

一个或以上结构，其从所述顶面延伸至所述底面；

其中所述一个或以上结构包括在所述顶面与所述底面之间的侧视横截面；以及

其中所述侧视横截面包括至少一个部分，所述部分不完全垂直于所述顶面与所述底面。

13.根据权利要求12所述的窗口瓦片，其中所述的一个或以上结构的侧视横截面呈大致三角形、大致梯形、大致椭圆形、大致六边形、大致锥形以及不规则的形状中的一个或多个。

14.根据权利要求12所述的窗口瓦片，其中位于所述顶面与所述底面之间在一个或多个距离上的所述侧视横截面的宽度不同于位于所述顶面与所述底面之间在一个或多个其它距离上的所述侧视横截面的宽度。

15.根据权利要求12所述的窗口瓦片，其中所述的一个或以上结构包括在所述顶面的第一水平直径、在所述底面的第二水平直径，以及位于所述顶面与所述底面之间一定距离的至少一个第三水平直径。

16.根据权利要求15所述的窗口瓦片，其中所述的第二水平直径大于所述第三水平直径，并且所述第三水平直径大于所述第一水平直径。

17.根据权利要求15所述的窗口瓦片，其中所述的第一水平直径大于所述第三水平直径，并且所述第三水平直径大于所述第二水平直径。

18.根据权利要求15所述的窗口瓦片，其中所述的第一水平直径等于所述第二水平直径，所述第三水平直径大于所述第一水平直径和所述第二水平直径。

19.根据权利要求3所述的窗口瓦片，其中所述的一个或以上结构增加通过所述板的电子通过量并且减少热量吸收。

20.根据权利要求4所述的窗口瓦片，其中所述的一个或以上结构减少所述窗口瓦片吸收的热量。

21.一种电子束系统窗口瓦片，包括：

第一表面与第二表面；

一个或以上结构，其从所述第一表面延伸至所述第二表面；

其中所述一个或以上结构包括位于所述第一表面和所述第二表面之间在一个或多个距离上的一个或以上横截面积，和位于所述第一表面和所述第二表面之间在一个或多个其它距离上的一个或以上其它横截面积；

其中所述一个或以上横截面积不同于所述一个或以上其它横截面积。

22.根据权利要求19所述的窗口瓦片，其中所述的一个或以上结构包括位于所述第一表面和所述第二表面之间在第一距离上的第一横截面积，该第一横截面积大于或小于位于所述第一表面和所述第二表面之间在第二距离上的第二横截面积。

23.一种电子束处理系统，包括：

真空室；

大气处理区；以及

所述真空室与所述大气处理区之间的窗口瓦片，所述窗口瓦片包括：

第一表面与第二表面；以及

一个或以上结构，其从所述第一表面延伸至所述第二表面；

其中所述一个或以上结构包括位于所述第一表面和所述第二表面之间的不同的横截面。