CN111006515A - 电极组件及高温真空炉 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种电极组件及高温真空炉。电极组件设置于高温真空炉上，用于连接供电电缆及炉体内的加热器，包括：电极、冷却机构、密封机构及电极杆；电极位于炉体的外部，电极的上部与供电电缆连接，电极的底端与电极杆连接，电极杆穿过炉体的炉壁伸入炉体且与加热器连接；电极内具有轴向延伸设置的冷却腔，且冷却腔的开口位于电极的顶端；冷却机构设置于电极的顶端处且与电极连接，用于向冷却腔内通入冷却介质；密封机构用于密封电极与电极杆的连接处。本申请提供的电极组件不仅结构简单、紧凑，而且冷却机构与电极之间采用中通冷却方式，使得电极传热热阻较小，能更加快速的将电极的热量带走，从而提高了冷却效率。

Description

电极组件及高温真空炉

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种电极组件及高温真空炉。

背景技术

目前，高温真空炉的炉体内为真空密封环境，一般炉体内的工作温度在1500℃以上，目前作为发热体的材料有石墨和难熔金属。石墨随着温度的升高机械强度逐渐增大，石墨有良好的导热性、热膨胀系数小、热稳定性好、表面负荷高及材料成本较低等优点。因此石墨作为经济耐用的材料，较适合做高温加热器。高温真空炉的炉体通常为钟罩型，小功率的石墨加热器通常采用单相圆筒或圆片笼状结构，大功率的石墨加热器通常采用三相圆筒笼状结构。

现有技术中通常采用紫铜用作电极，由于高温真空炉需要同保证密封及高温的环境，因此需要对电极进行冷却，通常采用的方为在电极外加水冷装置，电极与水冷装置之间需要设置绝缘材料，不仅结构复杂而且冷却效率较低。

发明内容

本申请提出一种电极组件及高温真空炉，以解决现有技术存的结构复杂且冷却效果不佳的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种电极组件，设置于高温真空炉上，用于连接供电电缆及炉体内的加热器，包括：电极、冷却机构、密封机构及电极杆；所述电极位于所述炉体的外部，所述电极的上部与所述供电电缆连接，所述电极的底端与所述电极杆连接，所述电极杆穿过所述炉体的炉壁伸入所述炉体且与所述加热器连接；所述电极内具有轴向延伸设置的冷却腔，且所述冷却腔的开口位于所述电极的顶端；所述冷却机构设置于所述电极的顶端处且与所述电极连接，用于向所述冷却腔内通入冷却介质；所述密封机构用于密封所述电极与所述电极杆的连接处。

于本申请的一实施例中，所述冷却机构包括进液接头、出液接头及转接接头，所述进液接头、所述出液接头、所述电极均连接至所述转接接头，所述进液接头用于将冷却介质通过所述转接接头导入所述冷却腔内，所述出液接头用于将冷却介质通过所述转接接头导出所述冷却腔内。

于本申请的一实施例中，所述冷却机构还包括进液管，所述进液管通过所述进液接头、所述转接接头伸入所冷却腔的底部，并且所述进液管外径小于所述冷却腔的内径。

于本申请的一实施例中，所述电极外周上靠近所述底端处设置有凸环；所述密封机构包括电极压板、法兰、密封环以及紧固件，所述电极压板通过所述紧固件与所述法兰的顶端连接，所述凸环夹设与所述电极压板与所述法兰之间，所述密封环夹设与所述凸环与所述法兰之间，所述法兰与所述炉体密封连接。

于本申请的一实施例中，所述密封机构还包括：绝缘件、密封绝缘环，所述绝缘件套设于所述电极及所述凸环上，且位于所述凸环及所述电极压板之间；所述密封绝缘环套设于所述电极上，且位于所述电极的外壁与所述法兰的内壁之间。

于本申请的一实施例中，所述电极与所述电极杆通过螺纹连接，所述电极的底端设置有内螺纹孔，所述内螺纹孔的侧壁上开设有至少一个通孔；所述电极与所述电极杆之间还设置有垫片。

于本申请的一实施例中，所述电极杆位于所述炉壁内且靠近所述炉体外部的部分上套设有绝缘套，所述电极杆位于所述炉体的炉壁内且靠近所述炉体内部的部分上套设有高温绝缘套；所述电极杆的底端设置有夹持槽和夹持紧固件，所述加热器通过所述夹持紧固件夹持在所述夹持槽中；所述电极杆中沿所述夹持槽还开设有狭缝。

于本申请的一实施例中，所述电极组件还包括：电缆夹块，所述供电电缆通过所述电缆夹块与所述电极的上部连接。

第二个方面，本申请实施例提供了一种高温真空炉，包括炉体及如第一个方面提供的电极组件。

于本申请的一实施例中，多个所述电极组件均设置于所述炉体的顶部，且多个所述电极组件的冷却机构串联设置。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例提供的电极组件结构简单、紧凑，并且电极内还开设有冷却腔，可直接对电极进行冷却，冷却机构与电极之间采用中通冷却方式，使得电极传热热阻较小，能更加快速地将电极的热量带走，从而提高了冷却效率，进而提高了安全性及使用寿命。进一步的，当在炉体上布置多个电极组件时，可以将多个冷却机构串联设置，不仅便于液冷管路的布置，而且有效节省了安装空间及提高了拆装效率。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种电极组件的剖视示意图；

图2为本申请实施例提供的一种高温真空炉的局部示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例提供了一种电极组件100，设置于高温真空炉上，用于连接供电电缆及高温真空炉炉体200内的加热器201。该电极组件100的结构示意图如图1所示，包括：电极1、冷却机构2、密封机构3电极杆4；电极1位于炉体200的外部，电极1的上部与供电电缆连接，电极1的底端与电极杆4连接，电极杆4穿过炉体200的炉壁伸入炉体且与加热器201连接；电极1内具有轴向延伸设置的冷却腔11，且冷却腔11的开口位于电极1的顶端；冷却机构2设置于电极1的顶端处且与电极1连接，用于向冷却腔内11通入冷却介质；密封机构3用于密封电极1与电极杆4的连接处。

如图1及图2所示，电极1为采用电阻率较小的紫铜材质制成圆柱形结构。电极1位于炉体200的外部，且电极1的上部与供电电缆连接，电极1的底端伸入与电极杆4连接。电极杆4采用石墨材质制成的杆状结构，电极杆4的顶端与电极1连接，其底端伸入炉体200内与加热器201连接。电极1开设有轴向延伸设置的冷却腔11，冷却介质通过冷却机构2流入冷却腔11内以对电极1进行冷却，冷却腔11的开口位于电极1的顶端。冷却机构2设置于电极1的顶端上，即冷却机构2是设置于炉体200的外侧，冷却机构2用于向冷却腔11内通入冷却介质，以及将冷却介质由冷却腔11内导出。可选地，冷却介质采用去离子水，但是本申请实施例对于冷却介质的具体类型并不进行限定，只要冷却介质为绝缘液体即可。密封机构3设置于电极1的外壁上，并且与炉体200连接，以将电极1与电极杆4的连接处进行密封，由于电极杆伸入炉体200的内部，因此设置密封机构3需要满足炉体200高温及真空的要求。

本申请实施例通过在电极的顶端设置有冷却机构，电极的底端与电极杆连接，电极杆伸入炉体内与加热器连接，使得本申请实施例的电极组件结构简单、紧凑；由于电极内还开设有冷却腔，冷却机构可直接对电极进行冷却，冷却机构与电极之间采用中通冷却方式，使得电极传热热阻较小，能更加快速的将电极的热量带走，从而提高了本申请实施例的冷却效率，进而提高本申请实施例的安全性及使用寿命。进一步的，当在炉体上布置多个电极组件时，由于结构简单可以将多个冷却机构串联设置，不仅便于液冷管路的布置，而且有效节省了安装空间及提高了拆装效率。

需要说明的是，本申请实施例并不限定电极1具体形状、材质及结构，以及并非所有实施例都必须包括电极杆，只要电极1可以用于伸入炉体200内与加热器201连接并供电，并且电极1内开设有中空的冷却腔11即可，例如电极1也可以采用黄铜材质制成的杆状结构。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，冷却机构2包括进液接头21、出液接头22及转接接头23，进液接头21、出液接头22、电极1均连接至转接接头23，进液接头21用于将冷却介质通过转接接头23导入冷却腔11内，出液接头22用于将冷却介质通过转接接头23导出冷却腔11内。

如图1至图2所示，转接接头23可以为三通接头，转接接头23包括有竖管231及横管232，竖管231的底部与电极1的顶端连接，而竖管231的顶部与进液接头21连接，横管232的一端设置于竖管231的一侧，另一端连接有出液接头22。采用上述设计，使得冷却机构的结构较为简单，从而便于冷却机构的拆装维护，进而有效降低应用及维护成本。进一步的，进液接头21及出液接头22均通过液冷管路与冷源连接，从而实现冷却介质的循环。可选地，上述各部件均采用螺纹方式连接，但是本申请实施例并不以此为限。另外为了确保液冷管路与各接头之间的密封性，还可以在各接头上设置有生料带。

需要说明的是，本申请实施例并不限定进液接头21及出液接头22的具体设置方式，例如两可并列设置于上且均与冷却腔11连通；因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，冷却机构2还包括进液管24，进液管24通过进液接头21、转接接头23，伸入所冷却腔11的底部，并且进液管24外径小于冷却腔11的内径。

如图1至图2所示，进液管24的长度略短于与冷却腔11的长度，并且进液管24的外径小于冷却腔11的内径。进液管24的顶端与进液接头21连接，并且进液管24的底端穿过转接接头23后伸入冷却腔的底部，进液管24的外径还小于竖管231的内径。在实际应用时，冷却介质经由进液接头21进入进液管24内，然后由进液管24的底端流出，然且流经整个冷却腔11的轴向长度后由出液接头22排出。采用上述设计，由于进液管24将冷却介质导入冷却腔11的底部，因此使得冷却路径变长，从而进一步提高冷却效率。可选地，进液管24的底端还具有斜向切口，以便于冷却介质由进液管的底端流出。

需要说明的是，本申请实施例并不限定进液管24的具体实施方式，进液管24与进液接头21及出液接头22均可以采用耐高温材料制成。本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，电极1外周上靠近底端处设置有凸环12；密封机构3包括电极压板31、法兰32、密封环33以及紧固件34，电极压板31通过紧固件34与法兰32的顶端连接，凸环12夹设于电极压板31与法兰32之间，密封环33夹设与凸环12与法兰32之间，法兰32与炉体200密封连接。

如图1至图2所示，凸环12是沿电极1径向凸设的圆环。电极压板31采用圆环形板状结构，电极压板31套设于电极1上并且压在凸环12上。炉体200上设置有法兰32，凸环12抵于法兰32的顶面以配合密封。密封环33为采用耐高温氟橡胶材质制成的圆环形结构，密封环33套设电极1的外侧，并且位于凸环12与法兰32之间，由于设置了密封环33，因此在满足炉体200内真空条件下，电极1本身还可以自由转动，由于电极1可转动的特点，便于冷却机构2的安装及设置以及多个冷却机构2之间的串联。多个紧固件34沿电极压板31的圆周方向设置，且多个紧固件34穿过电极压板31后与炉体200上的法兰32连接，紧固件34使电极压板31压紧凸环12进而挤压密封环33，从而实现了电极1与法兰之间的密封，进而实现了电极1与电极杆4的密封，保证了炉体200的密封。多个紧固件34可以采用螺杆，但是本申请实施例并不以此为限。采用上述设计，不仅使得本申请实施例结构简单，而还有效降低本申请实施例的使用成本。

需要说明的是，本申请实施例并不限定电极压板31的具体实施方式，例如电极压板31可以采用圆形套筒结构，套筒于凸环12的外则然后与炉体200上的法兰32螺接。本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，密封机构3还包括绝缘件35及密封绝缘环36，绝缘件35套设于电极1及凸环12上，且位于凸环12及电极压板31之间；密封绝缘环36套设于电极1上，且位于电极1的外壁与法兰32的内壁之间。

如图1所示，绝缘件35为采用绝缘材质制成，其套设于电极1及凸环12上，并且位于凸环12及电极压板31之间。密封绝缘环36同样采用绝缘材质制成，其套设于电极1的外周并且位于凸环12的下方。在实际应用时，密封绝缘环36位于在电极1及法兰32之间，法兰32上还可以开设容置槽，用于容置及固定密封绝缘环36。由于设置了绝缘件35及密封绝缘环36，实现了电极1与法兰32之间的绝缘，从而确保了电极1与炉体200之间的绝缘性，进而有效提高本申请实施例的安全性及稳定性。

需要说明的是，本申请实施例并不限定密封绝缘环36的具体位置，例如密封绝缘环36可以包覆于电极2的外周，避免电极1在穿过法兰32时与之接触。本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，电极1与电极杆4通过螺纹连接，电极1的底端设置有内螺纹孔13，内螺纹孔13的侧壁上开设有至少一个通孔14。可选的，电极1与电极杆4之间还设置有垫片41。

如图1所示，电极1的底端凹设有内螺纹孔13，电极杆4的顶端可以设置外螺纹，电极杆4与电极1之间采用内外螺纹配合方式连接，由于采用螺接方式使电极1与电极杆4之间接触面积较大，从而使导电效率更佳。可选地，电极1侧壁上设置有通孔14，由于通孔14与内螺纹孔13连通设置，因此当炉体200内抽真空时，可同时将内螺纹孔13内气体抽走，从而确保炉体200内的真空状态处于较佳状态，以进一步提高温真空炉的工艺性能。可选地，电极1与电极杆4之间还设置有垫片41，垫片41可以为铜材质或者石墨材质制成的圆环结构，设置垫片41可以防止两者之间应力传递，从而有效提高安全性及稳定性。

需要说明的是，本申请实施例并不限定电极1与电极杆4的连接方式，例如两者也可以采用卡合固定的方式连接。本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1所示，电极杆4位于炉壁内且靠近炉体200外部的部分上套设有绝缘套42，电极杆4位于炉体200的炉壁内且靠近炉体200内部的部分上套设有高温绝缘套43；电极杆4的底端设置有夹持槽44和夹持紧固件45，加热器201通过夹持紧固件45夹持在夹持槽44中；电极杆4中沿夹持槽44还开设有狭缝46。电极杆4与炉体200的隔热层202之间设有绝缘套42和高温绝缘套43，以防止电极杆4与隔热层202短路，绝缘套42及高温绝缘套43均可以采用陶瓷材料制成，但是本申请实施并不限定其具体材料。电极杆4的下部开设有夹持槽44，夹持槽44的宽度与加热器201的厚度相同或者略大于加热器201的厚度，用于容置加热器201，夹持紧固件45可以采用石墨螺钉，夹持紧固件45穿过夹持槽44，以将加热器201固定于电极杆4的夹持槽44内。电极杆4的夹持槽44的上方还开有狭缝46，用于在高温膨胀时释放内应力。

于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，电极组件还包括：电缆夹块5，供电电缆(图中未示出)通过电缆夹块5与电极1的上部连接。两个电缆夹块5对称设置于电极1的两侧，供电电缆与电缆夹块5连接。电缆夹块5可以为采用红铜材质制成的板状结构，两个电缆夹块5可以对称地设置于电极1的两侧，且两个电缆夹块5通过螺栓固定夹设于电极1上。供电电缆也可以采用螺栓与电缆夹块5固定连接。由于两个电缆夹块5与电极1的接触面积较大，因此有效减少接触电阻及降低损耗，从而提高了安全性及降低了能源消耗，进而提高经济效益。

需要说明的是，本申请实施例并不限定电缆夹块的具体实施方式，电缆夹块可以采用焊接方式设置于电极上。本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

基于同一发明构思，如图2所示，本申请实施例提供了一种高温真空炉，包括炉体200及如上述各实施例提供的电极组件100。可选地，多个电极组件100均设置于炉体200的顶部，且多个电极组件100的冷却机构2串联设置。多个电极组件100均设置于炉体200的顶部上，多个电极组件100之间出液接头22与进液进头21串联设置，不仅便于管路连接和布置，而且可以大幅提高拆装效率。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例提供的电极组件结构简单、紧凑，并且由于电极内还开设有冷却腔，可以直接对电极进行冷却，冷却机构与电极之间采用中通冷却方式，使得电极传热热阻较小，能更加快速的将电极的热量带走，从而提高了冷却效率，进而提高了安全性及使用寿命。进一步的，当在炉体上布置多个电极组件时，由于结构简单可以将多个冷却机构串联设置，不仅便于液冷管路的布置，而且有效节省了安装空间及提高了拆装效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种电极组件，设置于高温真空炉上，用于连接供电电缆及所述高温真空炉炉体内的加热器，其特征在于，包括：电极、冷却机构、密封机构及电极杆；

所述电极位于所述炉体的外部，所述电极的上部与所述供电电缆连接，所述电极的底端与所述电极杆连接，所述电极杆穿过所述炉体的炉壁伸入所述炉体且与所述加热器连接；所述电极内具有轴向延伸设置的冷却腔，且所述冷却腔的开口位于所述电极的顶端；

所述冷却机构设置于所述电极的顶端处且与所述电极连接，用于向所述冷却腔内通入冷却介质；

所述密封机构用于密封所述电极与所述电极杆的连接处。

2.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述冷却机构包括进液接头、出液接头及转接接头，所述进液接头、所述出液接头、所述电极均连接至所述转接接头，所述进液接头用于将冷却介质通过所述转接接头导入所述冷却腔内，所述出液接头用于将冷却介质通过所述转接接头导出所述冷却腔内。

3.如权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述冷却机构还包括进液管，所述进液管通过所述进液接头、所述转接接头伸入所冷却腔的底部，并且所述进液管外径小于所述冷却腔的内径。

4.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述电极外周上靠近所述底端处设置有凸环；

所述密封机构包括电极压板、法兰、密封环以及紧固件，所述电极压板通过所述紧固件与所述法兰的顶端连接，所述凸环夹设与所述电极压板与所述法兰之间，所述密封环夹设与所述凸环与所述法兰之间，所述法兰与所述炉体密封连接。

5.如权利要求4所述的电极组件，其特征在于，所述密封机构还包括：绝缘件、密封绝缘环，所述绝缘件套设于所述电极及所述凸环上，且位于所述凸环及所述电极压板之间；所述密封绝缘环套设于所述电极上，且位于所述电极的外壁与所述法兰的内壁之间。

6.如权利要求1至5任一项所述的电极组件，其特征在于，所述电极与所述电极杆通过螺纹连接，所述电极的底端设置有内螺纹孔，所述内螺纹孔的侧壁上开设有至少一个通孔；所述电极与所述电极杆之间还设置有垫片。

7.如权利要求1至5任一项所述的电极组件，其特征在于，所述电极杆位于所述炉壁内且靠近所述炉体外部的部分上套设有绝缘套，所述电极杆位于所述炉体的炉壁内且靠近所述炉体内部的部分上套设有高温绝缘套；

所述电极杆的底端设置有夹持槽和夹持紧固件，所述加热器通过所述夹持紧固件夹持在所述夹持槽中；

所述电极杆中沿所述夹持槽还开设有狭缝。

8.如权利要求1至5的任一所述的电极组件，其特征在于，还包括：电缆夹块，所述供电电缆通过所述电缆夹块与所述电极的上部连接。

9.一种高温真空炉，其特征在于，包括炉体及如权利要求1至8的任一所述的电极组件。

10.如权利要求9所述的高温真空炉，其特征在于，所述炉体的顶部设置有多个所述电极组件，且多个所述电极组件的冷却机构串联设置。

Images