CN113438792A - 一种智能可控等离子火焰装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能可控等离子火焰装置，包括阴极铜、阴极套、绝缘板、阳极套、阳极压板、阳极铜和线圈控制器，阴极铜的下端设置有钨极；阴极套套设于阴极铜的外周，并与阴极铜滑动配合；绝缘板套设于阴极铜的外周，且位于阴极套的下方；阳极压板设置于绝缘板的底部，阳极压板的上端口与阴极套连接，阳极压板的下端口套设于阳极套上端口的内部，并与阳极套的上端口密封配合，阳极压板与阴极套围成一个空腔。通过在阳极铜的外周设置电磁线圈，电磁线圈通电时会产生磁场，磁场可控制等离子体的发散程度；通过线圈控制器控制电磁线圈的电流可改变磁场的方向、大小、位置等，进而对等离子火焰进行控制。

Description

一种智能可控等离子火焰装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种智能可控等离子火焰装置。

背景技术

随着半导体行业的日益繁荣，产能激增，在生产过程中会产生各种废气，这些气体大多对人体和环境危害严重。因此废气处理设备市场需求量非常大，不过由于半导体厂商内部设施及环境的不一样，废气处理设备也对各类实用的专用装置有较大需求。

热等离子的产生方法有火花放电、电弧放电、射频放电、高频耦合放电、微波放电等五种，热等离子体除用于材料加工外，也用于废气、废液和固体废物的处理。等离子火炬由阴极和阳极之间放电，工作气体流过放电区域在强大电流作用下发生电离，形成等离子体，等离子体在工作气体的推动下从喷火口喷射出形成超高温喷射流火焰。利用等离子火焰的超高温度为待处理废气和相关反应气体提供热能，将废气中的有机物或者卤化物转化为二氧化碳、水等无机小分子物质。

等离子反应过程中温度高，反应速度快，对设备表面腐蚀性较大，造成设备使用寿命短。同时，现有的等离子火焰装置等离子火焰的形状和方向无法控制，进一步缩短设备的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种智能可控等离子火焰装置，用以解决现有技术中智能可控等离子火焰装置存在等离子火焰的形状和方向无法控制，以及设备使用寿命短的问题。

本发明提供一种智能可控等离子火焰装置，包括阴极铜、阴极套、绝缘板、阳极套、阳极压板、阳极铜和线圈控制器，所述阴极铜的下端设置有钨极；所述阴极套套设于所述阴极铜的外周，并与所述阴极铜滑动配合；所述绝缘板套设于所述阴极铜的外周，且位于所述阴极套的下方；所述阳极压板设置于所述绝缘板的底部，所述阳极压板的上端口与所述阴极套连接，所述阳极压板的下端口套设于所述阳极套上端口的内部，并与所述阳极套的上端口密封配合，所述阳极压板与所述阴极套围成一个空腔；所述阳极铜设置于所述空腔内，所述阳极铜的上端与所述阳极压板的上端口密封配合，所述阳极铜的下端与所述阳极套的下端口密封配合，所述阳极铜的外周设置有电磁线圈，所述线圈控制器与所述电磁线圈电连接。

根据本发明提供的一种智能可控等离子火焰装置，所述智能可控等离子火焰装置还包括安装法兰，所述安装法兰套设于所述阳极套下端口的外部，所述安装法兰的内部设置有环形空腔。

根据本发明提供的一种智能可控等离子火焰装置，所述智能可控等离子火焰装置还包括电源控制器和控制器，所述电源控制器分别与所述阴极铜、所述阳极铜电连接，所述控制器分别与所述电源控制器、所述线圈控制器电连接。

根据本发明提供的一种智能可控等离子火焰装置，所述智能可控等离子火焰装置还包括阴极驱动装置，所述阴极驱动装置包括丝杆电机和丝杆螺母，所述丝杆电机与所述控制器电连接，所述丝杆电机与所述阴极套连接，所述丝杆螺母与所述阴极铜连接，所述丝杆螺母与所述丝杆电机的丝杆螺纹配合。

根据本发明提供的一种智能可控等离子火焰装置，所述阴极驱动装置还包括位置传感器，所述位置传感器设置于所述阴极铜，所述位置传感器与所述控制器电连接，所述位置传感器用于检测所述阴极铜的移动距离。

根据本发明提供的一种智能可控等离子火焰装置，所述阳极铜的内部设置有从上至下依次连通的缩口段、连接段和火焰通道，所述缩口段的内径从上至下逐渐减小，所述缩口段上端口的边沿间隔设置有多个出气孔，所述阳极压板设置有与所述出气孔连通的进气接口。

根据本发明提供的一种智能可控等离子火焰装置，所述进气接口与输气管连通，所述输气管设置有压力控制器和流量控制器，所述压力控制器和所述流量控制器分别与所述控制器电连接。

根据本发明提供的一种智能可控等离子火焰装置，所述智能可控等离子火焰装置还包括防护罩，所述防护罩设置于所述阴极铜的顶部，并与所述阴极铜通过螺栓连接。

根据本发明提供的一种智能可控等离子火焰装置，所述阴极铜的内部设置有阴极冷却腔，所述阴极铜的上端设置有阴极进液口，以及与所述阴极冷却腔连通的阴极出液口，所述阴极冷却腔的内部设置有导流管，所述导流管的下端延伸至所述阴极冷却腔的底部，所述导流管的上端与所述阴极进液口连通。

根据本发明提供的一种智能可控等离子火焰装置，所述阳极压板设置有与所述空腔连通的阳极进液口和阳极出液口。

本发明提供的智能可控等离子火焰装置，通过在阳极铜的外周设置电磁线圈，电磁线圈通电时会产生磁场，磁场可控制等离子体的发散程度；通过线圈控制器控制电磁线圈的电流可改变磁场的方向、大小、位置等，进而对等离子火焰进行控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的智能可控等离子火焰装置的侧视剖面结构示意图；

图2是本发明提供的智能可控等离子火焰装置的立体结构示意图；

图3是本发明提供的智能可控等离子火焰装置的侧视结构示意图；

图4是本发明提供的智能可控等离子火焰装置的俯视结构示意图。

附图标记：

10、阴极铜；11、阴极套；12、绝缘板；13、阳极套；14、阳极压板；15、阳极铜；16、线圈控制器；17、安装法兰；18、电源控制器；19、控制器；21、防护罩；22、电磁线圈；23、丝杆电机；24、丝杆螺母；25、缩口段；26、连接段；27、火焰通道；28、压力控制器；29、流量控制器；30、导流管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

图1示例了一种智能可控等离子火焰装置的侧视剖面结构示意图，图2示例了一种智能可控等离子火焰装置的立体结构示意图；图3示例了一种智能可控等离子火焰装置的侧视结构示意图；图4示例了一种智能可控等离子火焰装置的俯视结构示意图。如图1、图2、图3和图4所示，智能可控等离子火焰装置包括阴极铜10、阴极套11、绝缘板12、阳极套13、阳极压板14、阳极铜15和线圈控制器16，阴极铜10的下端设置有钨极；阴极套11套设于阴极铜10的外周，并与阴极铜10滑动配合；绝缘板12套设于阴极铜10的外周，且位于阴极套11的下方；阳极压板14设置于绝缘板12的底部，阳极压板14的上端口与阴极套11连接，阳极压板14的下端口套设于阳极套13上端口的内部，并与阳极套13的上端口密封配合，阳极压板14与阴极套11围成一个空腔；阳极铜15设置于空腔内，阳极铜15的上端与阳极压板14的上端口密封配合，阳极铜15的下端与阳极套13的下端口密封配合，阳极铜15的外周设置有电磁线圈22，线圈控制器16与电磁线圈22电连接。

本发明提供的智能可控等离子火焰装置，通过在阳极铜15的外周设置电磁线圈22，电磁线圈22通电时会产生磁场，磁场可控制等离子体的发散程度；通过线圈控制器16控制电磁线圈22的电流可改变磁场的方向、大小、位置等，进而对等离子火焰进行控制。

根据本发明的实施例，智能可控等离子火焰装置还包括安装法兰17，安装法兰17套设于阳极套13下端口的外部，安装法兰17的内部设置有环形空腔。环形空腔内具有冷却介质，用于降低安装法兰17的温度。安装法兰17上设置有与环形空腔连通的法兰进液口和法兰出液口，法兰进液口和法兰出液口分别与输液管连接，实现冷却介质在环形空腔内流动，进而对安装法兰17进行降温。

根据本发明的实施例，智能可控等离子火焰装置还包括电源控制器18和控制器19，电源控制器18分别与阴极铜10、阳极铜15电连接，控制器19分别与电源控制器18、线圈控制器16电连接。阴极铜10与电源控制器18的负极电连接，阳极铜15与电源控制器18的正极电连接，电源控制器18用于给阴极铜10和阳极铜15供电，控制器19通过对电源控制器18进行控制，改变电源控制器18输出的电流大小，进而改变电场的强弱，以及改变智能可控等离子火焰装置的功率。

根据本发明的实施例，智能可控等离子火焰装置还包括阴极驱动装置20，阴极驱动装置20包括丝杆电机23和丝杆螺母24，丝杆电机23竖直设置，丝杆电机23与控制器19电连接，丝杆电机23与阴极套11连接，丝杆螺母24与阴极铜10连接，丝杆螺母24与丝杆电机23的丝杆螺纹配合。当丝杆电机23转动时，丝杆电机23带动丝杆转动，在丝杆与丝杆螺母24的配合下，丝杆螺母24带动阴极铜10上下运动，进而改变阴极铜10下端的钨极与阳极铜15之间的距离，钨极与阳极铜15之间的距离可由控制器19根据相关检测数据用进行控制。

根据本发明的实施例，阴极驱动装置20还包括位置传感器，位置传感器设置于阴极铜10，位置传感器与控制器19电连接，位置传感器用于检测阴极铜10的移动距离。当阴极铜10移动时，控制器19根据位置传感器准确确定阴极铜10的位置，进而对钨极与阳极铜15之间的距离进行精确调节。

根据本发明的实施例，阳极铜15的内部设置有从上至下依次连通的缩口段25、连接段26和火焰通道27，缩口段25的内径从上至下逐渐减小，缩口段25上端口的边沿间隔设置有多个出气孔，阳极压板14设置有与出气孔连通的进气接口。连接段26的内径小于缩口段25的最小内径，同时连接段26的内径也小于火焰通道27的内径，火焰通道27的内径为固定值，缩口段25的轴线、连接段26的轴线和火焰通道27的轴线为同一直线。设置连接段26对阳极铜15的使用寿命有明显提升，具体原理是工作气体螺旋通过阴阳极电离形成等离子体，旋转的等离子体首先进入缩口段25，缩口段25呈喇叭状，内径的缩小对等离子体起到导向作用，连接段26的内径越小，等离子火焰从连接端喷入火焰通道27时，对阳极铜15的火焰通道27的电腐蚀就越小；但是连接端的内径过小也会影响工作气体流量，因此具体实施时连接段26的内径需要综合考虑上述因素进行确定。

根据本发明的实施例，进气接口与输气管连通，输气管设置有压力控制器28和流量控制器29，压力控制器28和流量控制器29分别与控制器19电连接。在输气管设置压力控制器28和流量控制器29，可实现控制器19对等离子气体的精确控制。

根据本发明的实施例，如图2所示，智能可控等离子火焰装置还包括防护罩21，防护罩21设置于阴极铜10的顶部，并与阴极铜10通过螺栓连接。连接防护罩21与阴极铜10的螺栓采用绝缘套绝缘，设置防护罩21目的在于防止误碰阴极铜10，因为阴极工作过程中带电，阳极则接地。

根据本发明的实施例，阴极铜10的内部设置有阴极冷却腔，阴极铜10的上端设置有阴极进液口，以及与阴极冷却腔连通的阴极出液口，阴极冷却腔的内部设置有导流管30，导流管30的下端延伸至阴极冷却腔的底部，导流管30的上端与阴极进液口连通。设置导流管30的目的在于当温度较低的冷却介质通过导流管30流入阴极冷却腔后，冷却介质先接触阴极铜10的底部，加强底部冷却效果，使得钨极的热量迅速被带走。

根据本发明的实施例，阳极压板14设置有与空腔连通的阳极进液口和阳极出液口，冷却介质通过阳极进液口进入空腔内，对阳极铜15进行冷却，最后通过阳极出液口排出空腔。

根据本发明的一个实施例，阴极冷却腔、空腔以及环形空腔通过输液管串联连接，即阴极出液口通过输液管与阳极进液口连通，阳极出液口通过输液管与法兰进液口连通，这样冷却介质可依次流过阴极冷却腔、空腔以及环形空腔。

根据本发明的实施例，如图1和图2所示，智能可控等离子火焰装置包括阴极铜10、阴极套11、绝缘板12、阳极套13、阳极压板14、阳极铜15、线圈控制器16、安装法兰17、电源控制器18、控制器19、阴极驱动装置20和防护罩21，防护罩21设置于阴极铜10的顶部，并与阴极铜10通过螺栓连接，连接防护罩21与阴极铜10的螺栓采用绝缘套绝缘。

阴极铜10的内部设置有阴极冷却腔，阴极铜10的上端设置有阴极进液口，以及与阴极冷却腔连通的阴极出液口，阴极冷却腔的内部设置有导流管30，导流管30的下端延伸至阴极冷却腔的底部，导流管30的上端与阴极进液口连通。阴极铜10的下端设置有凹槽，钨极嵌入于凹槽内。阴极铜10与阳极铜15的材质均为金属铜，阴极铜10与阳极铜15均具有良好的导热性、导电性和耐电腐蚀。而阳极铜15的材料性能影响阳极铜15的使用寿命，目前使用无氧铜与合适的阳极结构在不间断使用的情况下，寿命可达到一年左右(功率8kw左右)。

阴极套11套设于阴极铜10的外周，并与阴极铜10滑动配合，阴极铜10可相对阴极套11在竖直方向滑动，阴极套11上设置有螺栓孔。绝缘板12由耐高温、耐腐蚀的绝缘材料制成，绝缘板12主要作用是对阴阳极绝缘，绝缘板12套设于阴极铜10的外周，且位于阴极套11的下方。绝缘板12上设置有通孔，通孔可供螺栓穿过。

阳极压板14设置于绝缘板12的底部，阳极压板14的上端口的上端面设置有第一环形凹槽，第一环形凹槽内设置有第一密封圈，第一密封圈用于密封绝缘板12与阳极压板14之间的间隙。阳极压板14的上端口通过螺栓与阴极套11连接，螺栓采用绝缘套绝缘。阳极压板14的下端口套设于阳极套13上端口的内部，阳极压板14的下端口的外边沿设置有第二环形凹槽，第二环形凹槽内设置有第二密封圈，第二密封圈用于密封阳极压板14与阳极套13之间的间隙，可以有效增加整体装置的同心度。阳极压板14的外壁上设置有与出气孔连通的进气接口。进气接口与输气管连通，输气管设置有压力控制器28和流量控制器29，压力控制器28和流量控制器29分别与控制器19电连接，通过阳极压板14与阴极套11配合围成一个空腔。进一步地，阳极套13的底部间隔设置有多个布气孔，布气孔可通入助燃介质。

阳极铜15设置于空腔内，阳极铜15的上端的外边缘设置有第三环形凹槽，第三环形凹槽内设置有第三密封圈，第三密封圈用于密封阳极铜15的上端与阳极压板14的上端口之间的间隙。阳极铜15下端的外边沿设置有第四环形凹槽，第四环形凹槽内设置有第四密封圈，第四密封圈用于密封阳极铜15的下端与阳极套13的下端口之间的间隙。阳极铜15的外周设置有电磁线圈22，线圈控制器16与电磁线圈22电连接。空腔内充满了冷却介质，阳极铜15的外周面上间隔设置有多个散热片，散热片可以有效增加阳极铜15与冷却介质的接触面积，加强冷却效果。阳极铜15的内部设置有从上至下依次连通的缩口段25、连接段26和火焰通道27，缩口段25的内径从上至下逐渐减小，缩口段25上端口的边沿间隔设置有多个出气孔，电离气体通过出气孔进入缩口段25，在缩口段25的锥面作用下旋转进入连接段26。

安装法兰17套设于阳极套13下端口的外部，安装法兰17的内部设置有环形空腔，安装法兰17可根据使用环境需求更换安装法兰17，安装法兰17上可加装助燃装置。

阴极驱动装置20包括丝杆电机23、丝杆螺母24和位置传感器，丝杆电机23竖直设置，丝杆电机23与控制器19电连接，丝杆电机23与阴极套11连接，丝杆螺母24与阴极铜10连接，丝杆螺母24与丝杆电机23的丝杆螺纹配合。位置传感器设置于阴极铜10，位置传感器与控制器19电连接，位置传感器用于检测阴极铜10的移动距离。

电源控制器18分别与阴极铜10、阳极铜15电连接，控制器19分别与电源控制器18、线圈控制器16电连接。阴极铜10与电源控制器18的负极电连接，阳极铜15与电源控制器18的正极电连接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智能可控等离子火焰装置，其特征在于，包括阴极铜、阴极套、绝缘板、阳极套、阳极压板、阳极铜和线圈控制器，所述阴极铜的下端设置有钨极；所述阴极套套设于所述阴极铜的外周，并与所述阴极铜滑动配合；所述绝缘板套设于所述阴极铜的外周，且位于所述阴极套的下方；所述阳极压板设置于所述绝缘板的底部，所述阳极压板的上端口与所述阴极套连接，所述阳极压板的下端口套设于所述阳极套的上端口的内部，并与所述阳极套的上端口密封配合，所述阳极压板与所述阴极套围成一个空腔；所述阳极铜设置于所述空腔内，所述阳极铜的上端与所述阳极压板的上端口密封配合，所述阳极铜的下端与所述阳极套的下端口密封配合，所述阳极铜的外周设置有电磁线圈，所述线圈控制器与所述电磁线圈电连接。

2.根据权利要求1所述的智能可控等离子火焰装置，其特征在于，所述智能可控等离子火焰装置还包括安装法兰，所述安装法兰套设于所述阳极套下端口的外部，所述安装法兰的内部设置有环形空腔。

3.根据权利要求1所述的智能可控等离子火焰装置，其特征在于，所述智能可控等离子火焰装置还包括电源控制器和控制器，所述电源控制器分别与所述阴极铜、所述阳极铜电连接，所述控制器分别与所述电源控制器、所述线圈控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的智能可控等离子火焰装置，其特征在于，所述智能可控等离子火焰装置还包括阴极驱动装置，所述阴极驱动装置包括丝杆电机和丝杆螺母，所述丝杆电机与所述控制器电连接，所述丝杆电机与所述阴极套连接，所述丝杆螺母与所述阴极铜连接，所述丝杆螺母与所述丝杆电机的丝杆螺纹配合。

5.根据权利要求4所述的智能可控等离子火焰装置，其特征在于，所述阴极驱动装置还包括位置传感器，所述位置传感器设置于所述阴极铜，所述位置传感器与所述控制器电连接，所述位置传感器用于检测所述阴极铜的移动距离。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的智能可控等离子火焰装置，其特征在于，所述阳极铜的内部设置有从上至下依次连通的缩口段、连接段和火焰通道，所述缩口段的内径从上至下逐渐减小，所述缩口段上端口的边沿间隔设置有多个出气孔，所述阳极压板设置有与所述出气孔连通的进气接口。

7.根据权利要求6所述的智能可控等离子火焰装置，其特征在于，所述进气接口与输气管连通，所述输气管设置有压力控制器和流量控制器，所述压力控制器和所述流量控制器分别与所述控制器电连接。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的智能可控等离子火焰装置，其特征在于，所述智能可控等离子火焰装置还包括防护罩，所述防护罩设置于所述阴极铜的顶部，并与所述阴极铜通过螺栓连接。

9.根据权利要求8所述的智能可控等离子火焰装置，其特征在于，所述阴极铜的内部设置有阴极冷却腔，所述阴极铜的上端设置有阴极进液口，以及与所述阴极冷却腔连通的阴极出液口，所述阴极冷却腔的内部设置有导流管，所述导流管的下端延伸至所述阴极冷却腔的底部，所述导流管的上端与所述阴极进液口连通。

10.根据权利要求9所述的智能可控等离子火焰装置，其特征在于，所述阳极压板设置有与所述空腔连通的阳极进液口和阳极出液口。

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