CN111385955A - 一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体处理器的安装结构，所述等离子体处理器包括安装基板、陶瓷材料制成的气体喷淋头板，一螺丝用于把安装基板及气体喷淋头板固定在一起形成装配体，螺丝与气体喷淋头板之间通过一补偿螺丝与安装基板热膨胀量差值的结构进行连接，该补偿螺丝与安装基板热膨胀量差值的结构包含：弹性浮动机构，包含螺纹部，弹性体，以及通过该弹性体弹性连接该螺纹部的固定部，螺纹部连接所述的螺丝；连接件，用于将弹性浮动机构的固定部与所述的气体喷淋头板固定到一起，温度变化时，借助螺纹部的弹性浮动来补偿螺丝与安装基板之间的热膨胀差值。其优点是：同时解决了温度变化时热膨胀量差值导致的气体喷淋头板被破坏以及螺丝松动的问题。

Description

一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器
技术领域
本发明涉及热膨胀技术领域，具体涉及一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器。
背景技术
目前使用螺丝(Screw)把两个及两个以上零件固定在一起形成装配体，一般在室温下进行安装，螺丝本身有一定的预紧力。在本发明所应用的等离子处理器中，由于需要施加高功率的射频功率到反应器的腔体中，所以在处理过程中，陶瓷制成(如SiC或Si)的气体喷淋头和铝制的安装基板均会上升到较高温度，但是在等离子处理完成后气体喷淋头又会下降到室温。在频繁进行的等离子处理工艺中，安装基板和气体喷淋头的温度也经常波动，由于两者的热膨胀系数不同，在这种频繁温度变化的环境中会导致两者之间的紧固结构变得非常难以设计。一旦两者之间的缝隙变大或者相对变形都会导致整个等离子处理器中的射频电场分布和热量分布的变化，这些因素又会导致等离子处理效果的变化，所以无法稳定固定安装基板和气体喷淋头会导致整个等离子处理器处理效果的不均一和不稳定。但是，当在常温下安装好的装配体(用螺丝将安装基板与气体喷淋头板固定连接)处于高温的条件时，如果螺丝材料与锁紧零件安装基板材料的热膨胀系数不同，就会带来一些问题(本发明主要考虑的是沿螺丝轴向上的热膨胀量问题)，例如：
当螺丝材料热膨胀系数大于锁紧零件材料的热膨胀系数，随着温度升高，螺丝的热膨胀量就大于锁紧零件材料的热膨胀量，螺丝就会松动；
当螺丝材料热膨胀系数小于锁紧零件材料的热膨胀系数，随着温度升高，螺丝的热膨胀量就小于锁紧零件材料的热膨胀量，螺丝的内应力就不断加大，就有可能把螺母所在的零件拉坏；具体的：
比如室温20℃条件下，规格M3×20的哈氏合金(Hastlloy)材料螺钉穿过铝材料安装基板(Mount Base)锁紧另外一个零件气体喷淋头板，哈氏合金(Hastlloy)，热膨胀系数CTEH＝10.5×10-6/K，AL6061-T6铝，热膨胀系数CTEAL＝24×10-6/K，热膨胀量计算过程如下：
当120℃，△L＝120℃-20℃＝100℃；
螺钉ΔL1＝20×100×10.5×10-6＝0.021mm；
底座ΔL2＝20×100×24×10-6＝0.048mm；
ΔL＝ΔL2-ΔL1＝0.027mm；
哈氏合金弹性模量E＝213GPa；
E＝(F/A)/(ΔL/L)，其中F为外力，A为螺钉的横截面积，ΔL为程度增量，L为原始长度；
F＝EAΔL/L＝213×109×3.14×1.52×10-6×0.027×10-3/(20×10-3)＝2031.5N
即，室温时扭矩30cn*m，那么预紧力大约500N，当温度到120摄氏度，20mm铝膨胀量是0.048mm，20mm哈氏合金膨胀量是0.021mm，那么螺丝就会被拉长ΔL＝0.027mm，从而螺丝的内应力就会增加2031.5N。如果被锁紧的零件气体喷淋头板强度不够就会被破坏，也可能把螺母所在的零件拉坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器，通过设计一个固定部以及与原螺母位置处重新设计的螺纹部之间的弹性变形来补偿不同材料的螺丝与安装基板之间热膨胀量差值，同时解决了温度变化情况下气体喷淋头板可能被破坏以及螺丝松动的问题。
一种等离子体处理器的安装结构，所述等离子体处理器包括一反应腔，反应腔顶部包括一安装基板，安装基板下方包括一气体喷淋头板，其中所述气体喷淋头板由陶瓷材料制成，其特征是，一螺丝用于把安装基板及气体喷淋头板固定在一起形成装配体，螺丝与气体喷淋头板之间通过一补偿螺丝与安装基板热膨胀量差值的结构进行连接，该补偿螺丝与安装基板热膨胀量差值的结构包含：
弹性浮动机构，包含螺纹部，弹性体，以及通过该弹性体弹性连接该螺纹部的固定部，螺纹部连接所述的螺丝；
连接件，用于将弹性浮动机构的固定部与所述的气体喷淋头板固定到一起，温度变化时，借助螺纹部的弹性浮动来补偿螺丝与安装基板之间的热膨胀差值。
上述的等离子体处理器的安装结构，其中：
气体喷淋头板上对应固定部的位置设置一具有侧向槽的沉孔，连接件的至少一部分嵌设在沉孔的侧向槽中。
上述的等离子体处理器的安装结构，其中：
弹性浮动机构的螺纹部与安装基板及气体喷淋头板之间存在间隙，以便有空间可以变形。
上述的等离子体处理器的安装结构，其中：
所述的螺纹部两侧分别设置一个固定部，每个固定部分别包含：台面，弹性连接螺纹部，中间设有第一通孔；
所述的连接件包含：
盖板，位于台面下方，其为一柱状结构且下方设有一个口部，口部对应于第一通孔的位置同轴设置一个第二通孔，盖板的至少一部分嵌设在沉孔的侧向槽中；
T型螺母，其凸缘部位于盖板的口部中，其轴部依次穿过第二通孔、第一通孔；
T型螺栓，从上方旋入T形螺母的螺纹槽并拧紧使得盖板的顶部与沉孔的侧向槽的上底面抵紧以将气体喷淋头板与弹性浮动机构嵌紧。
上述的等离子体处理器的安装结构，其中：：
盖板采用塑料材质。
上述的等离子体处理器的安装结构，其中：
所述的弹性体为具有弯曲或波浪形轮廓的结构。
一种等离子体处理器，其特征是：
采用上述的等离子体处理器的安装结构来将设有螺丝的安装基板与气体喷淋头板连接固定。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、通过设计一个固定部以及与原螺母位置处重新设计的螺纹部之间的弹性变形来补偿不同材料的螺丝与安装基板之间热膨胀量差值，同时解决了温度变化情况下气体喷淋头板可能被破坏以及螺丝松动的问题；
2、和目前的标准弹垫相比，有更大的变形量，不仅能起到防松的作用，还能释放螺丝由于热膨胀产生的内应力。
附图说明
图1为本发明的实施例中的使用场景结构示意图；
图2为本发明的实施例中的整体结构使用状态示意图；
图3为本发明的实施例中的整体结构爆炸图；
图4为本发明的实施例中的整体结构立体图；
图5为本发明的弹性浮动机构受力时的变形量模拟图；
图6为本发明的实施例中的弹性浮动机构的变形图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
本发明提出一种等离子体处理器的安装结构，如图1所示，所述等离子体处理器包括一反应腔，反应腔顶部包括一安装基板2，安装基板2下方包括一气体喷淋头板1，其中所述气体喷淋头板1由陶瓷材料制成，一螺丝3用于把安装基板2及气体喷淋头板1固定在一起形成装配体，螺丝3与气体喷淋头板3之间通过一补偿螺丝3与安装基板2热膨胀量差值的结构进行连接，如图2～4所示，该补偿螺丝3与安装基板2热膨胀量差值的结构包含：
弹性浮动机构4，包含螺纹部41，弹性体43，以及通过该弹性体43弹性连接该螺纹部41的固定部42，螺纹部41连接所述的螺丝3；连接件5，用于将弹性浮动机构4的固定部42与所述的待安装零件1固定到一起，其原理是，温度变化时，借助螺纹部41的弹性浮动来补偿螺丝3与安装基板2之间的热膨胀差值，以达到同时解决当螺丝3热膨胀系数大于安装基板2热膨胀系数时温度升高导致的螺丝松动问题，以及当螺丝热膨胀系数小于安装基板热膨胀系数时温度升高导致的气体喷淋头板1受到过大拉力进而被破坏的问题的目的。
为了保证常温下气体喷淋头板1上表面与安装基板2下表面之间的贴合效果在高温状态下依旧保持，较佳的，在弹性浮动机构4的螺纹部41与安装基板2及螺纹部41与气体喷淋头板1之间均设置间隙，这样对螺纹部41的变形预留了适当空间，变形后气体喷淋头板1与锁紧零件2之间依旧可以在连接件5作用下保持最初彼此接触的状态不脱开也不会过度贴合，具体的实施结构可以是在气体喷淋头板1上设置一个沉孔111，螺纹部41被容纳在沉孔111中，螺纹部41根据沉孔的大小设计的短一点。
本实施例中，连接件5与气体喷淋头板1的嵌入关系是通过如下结构实现的：在气体喷淋头板1上对应固定部42的位置设置一具有侧向槽的沉孔111，连接件5的至少一部分嵌设在沉孔111的侧向槽中。所述的螺纹部41两侧分别设置一个固定部42，对称的结构设计进一步确保结构稳定，每个固定部42分别包含：台面，弹性连接螺纹部41，中间设有第一通孔；所述的连接件5包含：盖板52，位于台面下方，其为一柱状结构且下方设有一个口部，口部对应于第一通孔的位置同轴设置一个第二通孔，盖板52的至少一部分嵌设在沉孔111的侧向槽中；T型螺母53，其凸缘部位于盖板52的口部中，其轴部依次穿过第二通孔、第一通孔；T型螺栓51，从上方旋入T形螺母53的螺纹槽并拧紧使得盖板52的顶部与沉孔111的侧向槽的上底面抵紧以将气体喷淋头板1与弹性浮动机构4嵌紧。
所述的弹性体43的实现方式有很多，可以是通过柔性材料实现，但较佳的采用具有弹性形变可能的机械结构，例如，在本实施例中，如图2、6所示，采用的是具有弯曲或波浪形轮廓的结构，例如V型，M型等，可以平布也可以竖直布置，具体的根据空间大小进行调整。
如图5所示，为了证明本发明的效果，对采用了如图2所示V型弹性机械机构的弹性浮动机构4进行模拟实验，对弹性浮动机构4两端固定，中间加载500N(相当于螺纹预紧力)，这样的话螺纹部41中间的变形量是0.06mm，如果把螺纹部41的变形量和所收到的力看作正比关系的话，那么之前提到的热膨胀量差值L＝0.027mm使螺母增加的力为220N，可以起到补偿热膨胀量差值的技术效果。
由于气体喷淋头板是陶瓷材料制成(硅或者石英材料)，因此较佳的，与气体喷淋头板1接触的盖板52应当采用软硬适中的塑料材质，以避免在热膨胀情况下碰伤气体喷淋头板1。
本发明安装时，首先将补偿螺丝与安装基板热膨胀量差值的结构整体与气体喷淋头板1连接，再将安装基板2放置到安装有补偿螺丝与安装基板热膨胀量差值的结构的气体喷淋头板1上的对应位置，最后用螺丝3依次穿过安装基板2的螺纹孔以及本发明结构中螺纹部41的螺纹孔中拧紧，以完成装配。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种等离子体处理器的安装结构，所述等离子体处理器包括一反应腔，反应腔顶部包括一安装基板，安装基板下方包括一气体喷淋头板，其中所述气体喷淋头板由陶瓷材料制成，其特征在于，一螺丝用于把安装基板及气体喷淋头板固定在一起形成装配体，螺丝与气体喷淋头板之间通过一补偿螺丝与安装基板热膨胀量差值的结构进行连接，该补偿螺丝与安装基板热膨胀量差值的结构包含：
弹性浮动机构，包含螺纹部，弹性体，以及通过该弹性体弹性连接该螺纹部的固定部，螺纹部连接所述的螺丝；
连接件，用于将弹性浮动机构的固定部与所述的气体喷淋头板固定到一起，温度变化时，借助螺纹部的弹性浮动来补偿螺丝与安装基板之间的热膨胀差值。
2.如权利要求1所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于：
气体喷淋头板上对应固定部的位置设置一具有侧向槽的沉孔，连接件的至少一部分嵌设在沉孔的侧向槽中。
3.如权利要求1所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于：
弹性浮动机构的螺纹部与安装基板及气体喷淋头板之间存在间隙，以便有空间可以变形。
4.如权利要求2或3所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于：
所述的螺纹部两侧分别设置一个固定部，每个固定部分别包含：台面，弹性连接螺纹部，中间设有第一通孔；
所述的连接件包含：
盖板，位于台面下方，其为一柱状结构且下方设有一个口部，口部对应于第一通孔的位置同轴设置一个第二通孔，盖板的至少一部分嵌设在沉孔的侧向槽中；
T型螺母，其凸缘部位于盖板的口部中，其轴部依次穿过第二通孔、第一通孔；
T型螺栓，从上方旋入T形螺母的螺纹槽并拧紧使得盖板的顶部与沉孔的侧向槽的上底面抵紧以将气体喷淋头板与弹性浮动机构嵌紧。
5.如权利要求4所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于：
盖板采用塑料材质。
6.如权利要求1所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于：
所述的弹性体为具有弯曲或波浪形轮廓的结构。
7.一种等离子体处理器，其特征在于：
采用如权利要求1～6任意一项所述的等离子体处理器的安装结构来将设有螺丝的安装基板与气体喷淋头板连接固定。
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