CN110300854A - 控制装置、搭载于该控制装置的基板以及应用了该控制装置的真空泵 - Google Patents

Abstract

提供一种能够以简单的散热结构降低部件更换时的成本且能够构成为比以往更小型的泵并且容易制造的控制装置、搭载于该控制装置的基板以及应用该控制装置的真空泵。在一张功率基板（21）上搭载有：驱动电流增幅器（5），包含用于对磁性轴承的电磁体（104）等令电流流通的FET；驱动电流增幅器（7），包含用于对三相马达（121）令电流流通的FET。另一方面，在一张控制基板（23）上搭载有：由包含用于磁性轴承悬浮控制的数字电路、传感器电路的弱电元件构成的磁性轴承悬浮控制（6）；包含对马达（121）的旋转速度控制（8）所需的数字电路、传感器电路的弱电元件。包含功率元件的仅为功率基板（21），因此仅该功率基板（21）由于热量而寿命短而容易故障。功率基板（21）经由散热片（24）被相对于框体（12）固接。

Description

控制装置、搭载于该控制装置的基板以及应用了该控制装置 的真空泵

技术领域

本发明涉及控制装置、搭载于该控制装置的基板以及应用了该控制装置的真空泵，特别地涉及能够以简单的散热结构降低部件更换时的成本、能够构成为比以往更小型的泵并且容易制造的控制装置、搭载于该控制装置的基板以及应用了该控制装置的真空泵。

背景技术

随着近年来电子技术的发展，对存储器、集成电路这种半导体的需求急剧增大。

这些半导体如下地制造：向纯度极高的半导体基板掺杂杂质而对其赋予电气特性、通过蚀刻而在半导体基板上形成微细的电路等而制造。

并且，这些操作为了避免由空气中的尘埃等导致的影响而需要在高真空状态的腔室内进行。对于该腔室的排气，一般地使用真空泵，特别地从残留气体较少、容易保养等角度考虑，经常使用作为真空泵中的一种的涡轮分子泵。

此外，在半导体的制造工序中，使各种各样的工艺气体作用于半导体的基板的工序数量多，涡轮分子泵不仅用于使腔室内成为真空，也被用于将这些工艺气体从腔室内排气。

进而，在电子显微镜等设备中，为了防止由粉尘等的存在而导致的电子束的折射等，涡轮分子泵也被用于使电子显微镜等的腔室内的环境成为高度真空状态。

该涡轮分子泵包含泵主体和控制该泵主体的控制装置。

泵主体与控制装置之间通常用缆线和连接器插头机构连接。此外，为了避免该泵主体与控制装置间的缆线的连接错误、缆线的长度调整的繁琐，公知有如以往专利文献1所述那样地将泵主体与控制机构一体化的结构。

图4示出该控制装置的内部模块图。

如图4所示，以往主要从功能方面的分离、设计的容易性考虑，一张AMB基板1担负对于磁性轴承（Active Magnetic Bearing以下简称为AMB）的各电磁体的驱动电流增幅器5和磁性轴承悬浮控制6，另一方面，一张马达基板2担负对于马达的驱动电流增幅器7和旋转速度控制8。而且，该AMB基板1和马达基板2经由包含用户接口9和I/O端口11的一张接口基板3而对用户4发送信号、接收来自用户的指令信号。

在此，在AMB基板1上，包含对于各电磁体的驱动电流增幅所需的FET等的电力增幅元件、包含用于磁性轴承悬浮控制的数字电路、传感器电路的弱电元件被搭载于同一基板。此外，在马达基板2上，包含对于三相的马达的驱动电流增幅所需的FET等的电力增幅元件、包含用于马达的旋转控制的数字电路、传感器电路的弱电元件被搭载于同一基板。

专利文献：日本特开2007-32535号公报。

但是，在如上所述地从功能方面考虑而将电路分离的情况下，在AMB基板1和马达基板2的双方上都存在驱动电流增幅的元件，所以各基板中的元件所产生的发热量大，需要对AMB基板1和马达基板2双方分别都实施散热措施。因此，如图4以及图5的基板配置图所示，在AMB基板1和马达基板2双方都需要配置与框体12相接的散热片13和与框体盖14相接的散热片15的空间。

并且，在关闭框体盖14时，人无法通过目测确认内部的状况，所以如图5中虚线所示，元件彼此以不超过各自的基板区域而向高度方向突出的方式而具有余量地被配置，以使元件彼此不相互冲突。这一点，由于接口基板3也存在于之间，所以需要高度方向的更多的余量。因而，作为控制装置的框体不得不变得更大。此外，在关闭框体盖14时，人无法通过目测确认内部的状况，所以在组装操作时对于基板间缆线需要空隙。

此外，像这样地AMB基板1和马达基板2双方都产生热量，所以AMB基板1和马达基板2都容易故障。在故障时大多需要以基板单位进行更换，因此为了更换用而总是需要确保AMB基板1和马达基板2双方的一定数量的库存。

进而，在AMB基板1和马达基板2的各自中，驱动电流增幅的元件和数字电路、传感器电路的弱电电路混装在一张基板上，需要将电力类的元件和弱电类的元件的区域分开以使由驱动电流增幅的元件产生的噪音不影响弱电电路侧，相应地基板变大。

进而，由于在AMB基板1和马达基板2上搭载有FET等的增幅用的元件，所以需要根据电流量而扩大布线图案宽度。此外，由于该宽度大的铜箔所以各元件间的间隙变大，AMB基板1和马达基板2变大。

发明内容

本发明是鉴于像这样的以往的课题而提出的，目的在于提供一种能够以简单的散热结构降低部件更换时的成本且能够构成为比以往更小型的泵而另一方面容易制造的控制装置、搭载于该控制装置的基板以及应用了该控制装置的真空泵。

为此，本发明（技术方案1）是一种控制装置的发明，构成为具备：功率基板，搭载有令电流向磁性轴承流动的磁性轴承用驱动电流增幅器和令电流向马达流动的马达用驱动电流增幅器；控制基板，担负由前述磁性轴承实现的悬浮控制和前述马达的旋转速度控制；框体，收纳该控制基板和前述功率基板。

以往，关于对磁性轴承与马达的驱动控制而从功能方面将基板细分，与之相比，集中为需要电力的基板和弱电即可的基板的两种基板。为此，与以往相比收纳的基板的张数减少而能够设计为更小型。此外，跨越基板间的连接器的根数也变少，相应地也能够设计为更小型。

需要散热的只是功率基板，一张散热片就足够。仅功率基板由于热量而寿命短且容易故障。因而，为了更换而事先准备的基板只为该功率基板一种基板即可。由于仅量产一种基板即可，所以能够减少修理成本。关于控制基板，由于发热量少而不被热量影响，所以基板的寿命长且几乎不发生故障。自然空气冷却就足够了。

此外，以往需要以考虑散热的方式将基板配置在控制装置内，因此布局复杂，但在本发明中能够集中散热而布局简单且操作性也变好。基板的安装操作容易，缆线的长度为必要最低限度即可。

此外，本发明（技术方案2）是一种控制装置的发明，其特征在于，前述控制基板还包含：用户接口，监视前述磁性轴承和前述马达的状态并进行通知控制；传送部，在与用户之间进行通信。

此外，本发明（技术方案3）是一种控制装置的发明，其特征在于，散热机构被夹在前述功率基板和前述框体之间。

散热机构包含散热器、散热片。设置散热机构的部位仅为一处，因此能够集中散热且布局简单，操作性也变好。

进而，本发明（技术方案4）是一种控制装置的发明，其特征在于，搭载于前述控制基板的至少一个的电子元件的高度的一部分或全部包含在搭载于前述功率基板的电子元件中最大高度的范围内。

能够设计布局以使基板间的部件不干涉。因而，能够将控制装置的高度抑制为较低。其结果，与作为技术方案1的效果的令基板的张数减少从而能够小型化的点相结合，能够将以往的控制装置的高度抑制为较低。

进而，本发明（技术方案5）是一种控制装置的发明，其特征在于，前述控制基板经由定位机构被支承在前述框体的内部。

控制基板由例如从框体立设的杆等的定位机构支承。因此，在框体盖打开的状态下操作员能够一边用肉眼确认一边进行基板、连接器的安装操作。组装是一个方向。因而，安装操作容易且缆线的长度为必要最低限度即可。

进而，本发明（技术方案6）是一种控制装置的发明，其特征在于，形成前述功率基板的配线图案的铜箔的厚度是35μm以上。

关于功率基板，通过令配线图案的铜箔的宽度变窄，并且令铜箔的厚度增厚，能够比以往更高密度地搭载功率元件。

进而，本发明（技术方案7）是一种控制装置的发明，其特征在于，在搭载于前述功率基板的电子元件中流通200mA以上的电流，另一方面，在搭载于前述控制基板的电子元件中流通小于200mA的电流。

进而，本发明（技术方案8）是一种功率基板的发明，其特征在于，被搭载于技术方案1至7中任意一项所述的控制装置，包含功率元件。

进而，本发明（技术方案9）是一种控制基板的发明，其特征在于，被搭载于技术方案1至7中任意一项所述的控制装置，具有包含数字电路以及传感器电路的至少某一方的控制类的弱电元件。

进而，本发明（技术方案10）是一种真空泵的发明，其特征在于，应用了技术方案1至7中任意一项所述的控制装置。

根据如以上说明的本发明（技术方案1），功率基板与控制基板分离，所述功率基板上搭载有令电流向磁性轴承流动的磁性轴承用驱动电流增幅器和令电流向马达流动的马达用驱动电流增幅器，所述控制基板担负由前述磁性轴承实现的悬浮控制和前述马达的旋转速度控制，因此与以往相比收纳的基板的张数减少而能够设计为更小型。需要散热的只是功率基板，一张散热片就足够。仅功率基板由于热量而寿命短且容易故障。因而，为了更换而事先准备的基板只为该功率基板一种基板即可。

此外，以往需要以考虑散热的方式在控制装置内配置基板，因此布局复杂，但在本发明中能够集中散热而布局简单，操作性也变好。

附图说明

图1是本发明的实施方式的整体结构图。

图2是将控制装置的内部模块与基板结构一起示出的图。

图3是表示控制装置的内部的基板的配置的图。

图4是将控制装置的内部模块与基板结构一起示出的图（以往例）。

图5是表示控制装置的内部的基板的配置的图（以往例）。

附图标记说明

1 AMB基板

2 马达基板

3 接口基板

4 用户

5、7 驱动电流增幅器

6 磁性轴承悬浮控制

8 旋转速度控制

9 用户接口

10 涡轮分子泵

11 I/O端口

12 框体

21 功率基板

23 控制基板

24 散热片

100 泵主体

104 上侧径向电磁体

105 下侧径向电磁体

106 轴向电磁体

121 马达

200 控制装置。

具体实施方式

以下说明本发明的实施方式，图1表示本发明的实施方式的结构图。

在图1中，涡轮分子泵10是将泵主体100和控制装置200一体化的结构。但是，即使泵主体100和控制装置200分离，也能够应用本实施方式。

在泵主体100的圆筒状的外筒127的上端形成有吸气口101。在外筒127的内方具备旋转体103，所述旋转体103在周部呈放射状且多级地形成有用于将气体吸引排气的由涡轮叶片实现的多个旋转翼102a、102b、102c……。

在该旋转体103的中心安装有转子轴113，该转子轴113借助例如所谓的五轴控制的磁性轴承被悬浮支承于空中且被位置控制。

上侧径向电磁体104为，四个电磁体在转子轴113的径向坐标轴即相互正交的X轴和Y轴上被成对地配置。与该上侧径向电磁体104接近并且对应而具备由四个电磁体构成的上侧径向传感器107。该上侧径向传感器107构成为检测旋转体103的径向变位并传输至控制装置200。

在控制装置200中，基于上侧径向传感器107检测到的变位信号，经由具有PID调节功能的补偿电路来控制上侧径向电磁体104的励磁，调整转子轴113的上侧的径向位置。

转子轴113由高导磁率材料（铁等）等形成，被上侧径向电磁体104的磁力吸引。所述调整在X轴方向和Y轴方向上分别独立地进行。

此外，下侧径向电磁体105以及下侧径向传感器108与上侧径向电磁体104以及上侧径向传感器107同样地配置，与上侧的径向位置同样地调整转子轴113的下侧的径向位置。

进而，轴向电磁体106A、106B被配置为上下地夹着配备于转子轴113的下部的圆板状的金属盘111。金属盘111由铁等高导磁率材料构成。构成为为了检测转子轴113的轴向变位而具备轴向传感器109，其轴向变位信号被传输至控制装置200。

并且，轴向电磁体106A、106B基于该轴向变位信号而经由控制装置200的具有PID调节功能的补偿电路被励磁控制。轴向电磁体106A和轴向电磁体106B借助磁力分别在上方和下方吸引金属盘111。

这样地，控制装置200恰当地调整该轴向电磁体106A、106B作用于金属盘111的磁力，使转子轴113在轴向磁性悬浮，保持为在空间上非接触。

马达121具备多个磁极，所述多个磁极以围绕转子轴113的方式被周状地配置。各磁极以经由在与转子轴113之间作用的电磁力而旋转驱动转子轴113的方式被控制装置200控制。

与旋转翼102a、102b、102c……隔开很小的空隙而配设有多个固定翼123a、123b、123c……。旋转翼102a、102b、102c……为了分别借助碰撞将排气气体的分子向下方移送，从与转子轴113的轴线垂直的平面倾斜既定的角度而形成。

此外，固定翼123也同样地从与转子轴113的轴线垂直的平面倾斜既定的角度而形成，并且朝向外筒127的内方与旋转翼102的层相互错开地配设。

并且，固定翼123的一端以被嵌插入多层层叠的固定翼间隔件125a、125b、125c之间的状态被支承。

固定翼间隔件125是环状的部件，由例如铝、铁、不锈钢、铜等金属、或者作为成分含有这些金属的合金等的金属构成。

在固定翼间隔件125的外周隔开很小的空隙而固定有外筒127。在外筒127的底部配设有基座部129，在固定翼间隔件125的下部与基座部129之间配设有带螺纹间隔件131。并且，在基座部129中的带螺纹间隔件131的下部形成有排气口133，与外部连通。

带螺纹间隔件131是由铝、铜、不锈钢、铁或以这些金属作为成分的合金等的金属构成的圆筒状的部件，在其内周面刻设有多条螺旋状的螺纹槽131a。

螺纹槽131a的螺旋的方向为下述方向：在排气气体的分子沿旋转体103的旋转方向移动时，该分子被向排气口133的方向移送。

在旋转体103的与旋转翼102a、102b、102c……连续的最下部垂下设置旋转翼102d。该旋转翼102d的外周面为圆筒状，并且朝向带螺纹间隔件131的内周面伸出，与该带螺纹间隔件131的内周面隔开既定的间隙而接近。

基座部129是构成涡轮分子泵10的基底部的圆盘状的部件，一般地由铁、铝、不锈钢等的金属构成。

基座部129物理地保持涡轮分子泵10，并且还兼备热的传导通路的功能，因此优选使用铁、铝及铜等具有刚性且热传导率高的金属。

在所述结构中，若旋转翼102被马达121驱动而与转子轴113一起旋转，则借助旋转翼102和固定翼123的作用，通过吸气口101而来自腔室的排气气体被吸气。

从吸气口101被吸气的排气气体通过旋转翼102和固定翼123之间，被向基座部129移送。在此时，由于排气气体与旋转翼102接触或碰撞时产生的摩擦热、在马达121产生的热的传导及辐射等，旋转翼102的温度上升，该热借助辐射或由排气气体的气体分子等实现的传导而被传递至固定翼123侧。

固定翼间隔件125在外周部相互地接合，固定翼123将从旋转翼102接受的热、排气气体与固定翼123接触或者碰撞时产生的摩擦热等向外筒127、带螺纹间隔件131传递。

被移送至带螺纹间隔件131的排气气体一边被螺纹槽131a引导一边被送向排气口133。

接着，说明控制装置200内的基板结构。

在图2中将控制装置200的内部模块图与基板结构一起表示。

如图2所示，在由一张基板构成的功率基板21上搭载有：驱动电流增幅器5，包含作为用于令电流相对于磁性轴承的各电磁体104、105、106流动的开关元件的FET；驱动电流增幅器7，包含作为用于令电流相对于三相马达121流动的开关元件的FET。在此，驱动电流增幅器5相当于磁性轴承用驱动电流增幅器，驱动电流增幅器7相当于马达用驱动电流增幅器。

即，在功率基板21上集中设置需要200mA以上的电流的电流增幅及驱动用的电子元件（功率元件）。在马达121加速时对于该功率元件令10安培程度的电流流通。

另一方面，在由一张基板构成的控制基板23上搭载有：由包含用于磁性轴承悬浮控制的数字电路[包含CPU或DSP（Digital Signal Processor）]、传感器电路的弱电元件构成的磁性轴承悬浮控制6；包含对马达121的旋转速度控制8所需的数字电路（包含CPU或DSP）、传感器电路的弱电元件。并且，在该控制基板23上还搭载有由弱电元件构成的用户接口9和I/O端口111，以便在与用户4之间进行信号的发送接收。

用户接口9监视磁性轴承104、105、106和马达121的状态，对用户4进行通知控制。

即，在控制基板23上集中设置流通小于200mA的弱电电流的控制类的电子元件（弱电元件）。

此外，图3表示控制装置200的内部的基板的配置。功率基板21经由散热片24被相对于控制装置200的框体12固接。由此，由功率基板21产生的热被传送至框体12而向外部散热，被自然空气冷却。即，框体12承担了作为散热板的功能。

在所述结构中，与图4以及图5的以往的基板配置需要AMB基板1、马达基板2和接口基板3的三张基板的情况相比，在本实施方式时只需要功率基板21和控制基板23两张即可。因此，与以往相比收纳的基板的张数减少而能够将控制装置200设计为更小型。此外，连接器的根数也变少，相应地也能够设计为更小型。

需要散热的仅为功率基板21，散热片24为一张就足够。在以往，包含功率元件的AMB基板1和马达基板2两张基板容易由于热量而发生故障，为了更换而需要准备这两种基板。相对于此，在本实施方式中包含功率元件的仅为功率基板21，因此仅该功率基板21由于热量而寿命短且容易故障。因而，为了更换而事先准备的基板只为该功率基板21一种基板即可。仅量产一种基板即可，所以能够减少修理成本。

关于控制基板23，发热量少而不被热量影响，所以基板的寿命长且几乎不发生故障。自然空气冷却就足够了。

此外，以往需要以考虑散热的方式在控制装置内配置AMB基板1和马达基板2这两张基板，因此布局困难，但在本实施方式中设置散热片24的部位仅为一处，因此能够集中散热而布局简单，操作性变好。

控制基板23被从框体12立设的未图示的杆支承。由此，在框体盖14打开的状态下操作员能够一边用肉眼确认一边进行基板及连接器的安装操作。组装是一个方向。因而，安装操作容易且缆线的长度为必要最低限度即可。

因而，不存在像以往那样由于对缆线的长度采取余量所以在框体的盖关闭时缆线被夹入盖和框体之间而不能顺畅地收纳缆线的情况。

此外，这样地操作员能够一边用肉眼确认一边进行安装操作，因此电路的高度例如能够如图3中所示，在搭载于功率基板21的元件25的高度的范围内包含搭载于控制基板23的元件26的高度的一部分或全部。即，能够以基板间的部件不干涉的方式设计布局。因而，能够将控制装置200的高度抑制为较低。其结果，与前述的使基板张数减少而能够小型化的点相结合，能够将以往的控制装置200的高度抑制在一半以下。

进而，以往由于AMB基板1和马达基板2两张基板都搭载需要电力的元件，所以配线图案的铜箔的宽度构成为较宽。相对于此，本实施方式的控制基板23中，由于在基板上流动的电流量小所以能够令配线图案的铜箔的宽度变窄。因此，能够搭载的电子元件可以高密度地搭载。

此外，关于功率基板21，令配线图案的铜箔的宽度窄且铜箔的厚度厚。即，以往的铜箔的厚度为18μm而宽度宽，在本实施方式中构成为铜箔的厚度为35μm而宽度窄。这样一来，与以往相比能够高密度地搭载功率元件。

另外，在本实施方式中说明了用户接口9和I/O端口11搭载于控制基板23，但该用户接口9和I/O端口11也可以是与控制基板23不同的另外的基板。在该情况下从用户接口9和I/O端口11也几乎不发热，因此散热片关于功率基板21能够仅集中在一处。由此，与以往相比能够将控制装置200设计为更小型。而且，在该情况下基板能够和控制基板23同样地由杆支承。由此，在框体盖14打开的状态下操作员能够一边用肉眼确认一边进行基板和连接器的安装操作。组装是一个方向。因而，安装操作容易且缆线的长度为必要最低限度即可。

另外，本发明所述的控制装置、功率基板、控制基板、真空泵除了上述的复合型真空泵之外也能够应用于全翼型的真空泵。

此外，本发明的实施方式和各变形例可以是根据需要而组合的结构。此外，只要不脱离本发明的主旨，本发明能够进行各种改变，并且本发明当然也包含该改变后的方案。

Claims (10)

1.一种控制装置，其特征在于，

具备：

功率基板，搭载有令电流向磁性轴承流通的磁性轴承用驱动电流增幅器、令电流向马达流通的马达用驱动电流增幅器；

控制基板，担负由前述磁性轴承实现的悬浮控制和前述马达的旋转速度控制；

框体，收纳该控制基板和前述功率基板。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

前述控制基板还包含：

用户接口，监视前述磁性轴承和前述马达的状态并进行通知控制；

传送部，在与用户之间进行通信。

3.如权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，散热机构被夹在前述功率基板和前述框体之间。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的控制装置，其特征在于，搭载于前述控制基板的至少一个电子元件的高度的一部分或全部被包含在搭载于前述功率基板的电子元件中最大高度的范围内。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的控制装置，其特征在于，前述控制基板经由定位机构被支承在前述框体的内部。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的控制装置，其特征在于，形成前述功率基板的配线图案的铜箔的厚度为35μm以上。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的控制装置，其特征在于，在被搭载于前述功率基板的电子元件中流通200mA以上的电流，另一方面，在被搭载于前述控制基板的电子元件中流通小于200mA的电流。

8.一种功率基板，其特征在于，被搭载于权利要求1至7中任意一项所述的控制装置，包含功率元件。

9.一种控制基板，其特征在于，被搭载于权利要求1至7中任意一项所述的控制装置，具有包含数字电路以及传感器电路的至少某一方的控制类弱电元件。

10.一种真空泵，其特征在于，应用权利要求1至7中任意一项所述的控制装置。