CN117545158B - 一种射频线性等离子发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于等离子放射装置技术领域，特别涉及一种射频线性等离子发生装置，包括由主体和进气板组成的容置空间，主体包括相匹配的第一主体和第二主体，容置空间内设置有陶瓷管和设置于陶瓷管内的电极，第一主体和第二主体组合后与陶瓷管之间围合形成有进气流道和与进气流道连通的放电腔，放电腔的底部区域设置有倒角，第一主体和第二主体的下端部之间形成有与放电腔连通的出气狭缝。相对于现有技术，本发明通过巧妙的结构设计，利用有限元仿真，结合仿真结果优化放电内部结构及放电间隙，保持电离区域的等离子浓度，达到降低静电的目的；采用等静压成型工艺形成陶瓷介质，精度高，陶瓷表面无气泡，放电均匀。
Description
技术领域
本发明属于等离子放射装置技术领域，特别涉及一种射频线性等离子发生装置。
背景技术
射频线性等离子放射装置主要由三大部分组成：射频电源、匹配器及射频等离子放电头，其工作原理为：射频线性等离子放射装置接通电源工作时一般称之为“放电”，电极外围采用陶瓷管(绝缘介质)进行隔离，并预留一定间隙保证工艺气体通过，外加高压到电极和接地负极板之间产生高压电场，电离通过电极的工艺气体，从而产生等离子体，通过接地负极板的出气缝，排出等离子体到待处理的产品表面。电离后的工艺气体，含有大量的电子、离子、自由基和亚稳态的分子和原子，上述物质会对产品表面产生氧化、还原、裂解、交联和聚合等物理和化学反应改变样品表面性质，从而优化材料表面性能，增加材料表面的疏水性、可染性、粘接性、抗静电性以及生物相容性，实现清洁、改性、刻蚀等目的。
目前市场上的射频线性等离子放射装置至少存在如下缺点：
第一，清洗温度过高达不到低温要求，会烫伤产品；
第二，静电高，静电是由放电时正负电荷的电位差形成的，当正电荷多于负电荷，产生正静电，反之则产生负静电，在处理某些产品时，受到静电损伤后的产品性能会下降，多次累加放电会造成产品不良，甚至导致报废；
第三，陶瓷介质管精度低，放电不均匀。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种射频等离子发生装置，其至少具有如下优点：
第一，通过结构设计，在射频等离子发生器的主体及内部电极上，增加水冷散热结构，达到低温处理的目的；
第二，为了降低放电时产生的静电，利用有限元仿真，结合仿真结果优化放电内部结构及放电间隙，保持电离区域的等离子浓度，达到降低静电的目的；
第三，目前市面上很多的陶瓷介质是采用挤压成型工艺，精度低、有气泡，放电均匀性难保证，本发明采用等静压成型工艺，精度高，陶瓷表面无气泡，放电均匀。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的上述缺陷，其通过巧妙的结构设计，如在射频等离子发生器的主体及内部电极上增加水冷散热结构，达到低温处理的目的；利用有限元仿真，结合仿真结果优化放电内部结构及放电间隙，保持电离区域的等离子浓度，达到降低静电的目的；采用等静压成型工艺形成陶瓷介质，精度高，陶瓷表面无气泡，放电均匀。
为解决现有技术的上述缺陷，本发明提供的技术方案是：
一种射频线性等离子发生装置，包括由主体和进气板组成的容置空间，所述主体包括相匹配的第一主体和第二主体，所述容置空间内设置有陶瓷管和设置于所述陶瓷管内的电极，所述进气板上设置有气管接头和可供高压结构通过的通孔，所述高压结构与所述电极电连接，所述高压结构还连接有射频连接器，所述第一主体和所述第二主体组合后形成有匀气槽，且所述第一主体和所述第二主体组合后与所述陶瓷管之间围合形成有进气流道和与所述进气流道连通的放电腔，工艺气体从所述气管接头进入后经过所述匀气槽和进气流道后到达所述放电腔，所述放电腔的底部区域设置有倒角，所述第一主体和所述第二主体的下端部之间形成有与所述放电腔连通的出气狭缝。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，所述倒角的倾斜角度为60°-70°。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，所述电极的最底端与所述出气狭缝之间的距离为5mm-6mm。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，所述装置还包括水冷散热装置。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，所述水冷散热装置包括第一水冷结构，所述第一水冷结构包括第一进水口、第一水管和第一出水口，所述电极内部设置有第一水冷通道，所述第一水冷通道的两端分别通过第一水管与所述第一进水口和所述第一出水口连接，所述第一水管设置于所述主体和侧板形成的容置空间内。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，所述水冷散热装置还包括第二水冷结构，所述第二水冷结构包括第二进水口、第二水管和第二出水口，所述第一主体内部设置有第二水冷通道，所述第二水冷通道的两端分别通过第二水管与所述第二进水口和所述第二出水口连接，所述第二水管设置于所述主体和侧板形成的容置空间内。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，所述水冷散热装置还包括第三水冷结构，所述第三水冷结构包括第三进水口、第三水管和第三出水口，所述第二主体内部设置有第三水冷通道，所述第三水冷通道的两端分别通过第三水管与所述第三进水口和所述第三出水口连接，所述第三水管设置于所述主体和侧板形成的容置空间内。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，所述高压结构包括绝缘柱、高压连接棒和高压连接片；所述高压连接片的一端与所述高压连接棒连接，另一端穿过所述陶瓷管后与所述电极连接，所述高压连接棒设置于所述绝缘柱内且与所述射频连接器连接。所述射频连接器、所述高压连接棒、所述高压连接片和所述电极固定在一起导通组合为高压正极；所述进气板、所述第一主体和所述第二主体固定在一起导通组合为负极接地。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，所述陶瓷管为采用等静压成型工艺形成的管体。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，出气狭缝的宽度为0.3-1mm。
作为本发明射频线性等离子发生装置的一种改进，工艺气体为氩气和氧气的混合气体，具体的，混合气体包括99.5％的氩气和0.5％的氧气。
使用时，气源通过气管接头进入后依次经过匀气槽和进气流道后到达放电腔，射频连接器、高压连接棒、高压连接片和电极固定在一起导通组合为高压正极，电极插入陶瓷管内，陶瓷管作为放电介质，进气板、第一主体和第二主体固定在一起导通组合为负极接地，接入射频电源后将会正常放电。当在高压正极和负极之间施加高电压时，在高压电极和负极之间产生高压电场，电离通过两电极之间的工艺气体产生等离子体，通过出气狭缝将等离子体排出到待处理的产品表面。
相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：
第一，本发明通过有限元仿真，结合仿真结果优化放电腔的结构：工艺气体经匀气槽流到放电腔，在放电腔的左右两端形成尖端放电，此时两边等离子还不稳定，若直接吹到待处理产品上，则会因为正负电荷电位差产生静电，正电荷多于负电荷是正静电，反之为负静电。本发明巧妙地在放电腔的底部区域设置倒角，该区域会吸引放电腔左右两端的等离子，在这个区域内进行正负电荷中和，保证内部等离子成电中性状态，并控制等离子的浓度，保证放电均匀性性，达到静电控制在0～±30V的目的，低于国家的静电标准值±100V，微电子行业±35V。
第二，本发明增加了水冷散热结构，通过水冷机控制水温，降低放电温度，实现持续散热，可使水温保持在设定值温度，达到低温处理的目的。本发明通过散热结构的设计，达到了清洗温度低的目的，适用范围广，可应用于更多要求严格、需低温处理的产品。
第三，匀气槽和出气狭缝的配合可以实现限制流量、增强物理冲击和持续散热的作用。即，本发明通过独特的匀气结构，可带走部分放电时产生的热量。
第四，本发明的陶瓷管采用等静压成型工艺，精度高，陶瓷表面无气泡，放电均匀。
附图说明
下面就根据附图和具体实施方式对本发明及其有益的技术效果作进一步详细的描述，其中：
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明内部结构的分解结构示意图。
图3是本发明打开侧板后的立体结构示意图。
图4是本发明中放电腔的剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围内。
如图1～图4所示，本发明提供的一种射频线性等离子发生装置，包括由主体1和进气板2组成的容置空间，主体1包括相匹配的第一主体11和第二主体12，容置空间内设置有陶瓷管3和设置于陶瓷管3内的电极4，进气板2上设置有气管接头5和可供高压结构6通过的通孔，高压结构6与电极4电连接，高压结构6还连接有射频连接器7，第一主体11和第二主体12组合后形成有匀气槽13，且第一主体11和第二主体12组合后与陶瓷管3之间围合形成有进气流道14和与进气流道14连通的放电腔15，工艺气体从气管接头5进入后经过匀气槽13和进气流道14后到达放电腔15，放电腔15的底部区域设置有倒角16，第一主体11和第二主体12的下端部之间形成有与放电腔15连通的出气狭缝17。出气狭缝17的宽度为0.3-1mm。
本发明通过有限元仿真，结合仿真结果优化放电腔的结构：工艺气体经匀气槽13流到放电腔15，在放电腔15的左右两端(图4中的A端和B端)形成尖端放电，此时两边等离子还不稳定，若直接吹到待处理产品上，则会因为正负电荷电位差产生静电，正电荷多于负电荷是正静电，反之为负静电。本发明巧妙地在放电腔15的底部区域(图4中的C区域)设置倒角16，该区域会吸引放电腔左右两端的等离子，在这个区域内进行正负电荷中和，保证内部等离子成电中性状态，并控制等离子的浓度，保证放电均匀性性，达到静电控制在0～±30V的目的，低于国家的静电标准值±100V，微电子行业±35V。
匀气槽13和出气狭缝17的配合可以实现限制流量、增强物理冲击和持续散热的作用。即，本发明通过独特的匀气结构，可带走部分放电时产生的热量。
其中，倒角16的倾斜角度为60°-70°。
电极4的最底端与出气狭缝17之间的距离为5mm-6mm。
简言之，本发明利用有限元仿真，结合仿真结果优化放电腔15的内部结构及放电间隙，保持电离区域的等离子浓度，达到降低静电的目的。即本发明通过优化放电区域到出气狭缝17之间的结构，控制适当的放电间隙(电极4到出气狭缝17的距离)，保持内部等离子体的浓度及放电均匀性，达到降低静电的目的。
本发明的装置还包括水冷散热装置8。通过水冷机控制水温，降低放电温度，实现持续散热，可使水温保持在设定值温度，达到低温处理的目的。本发明通过散热结构的设计，达到了清洗温度低的目的，适用范围广，可应用于更多要求严格、需低温处理的产品。
具体的，水冷散热装置8包括第一水冷结构81，第一水冷结构81包括第一进水口811、第一水管812和第一出水口813，电极4内部设置有第一水冷通道，第一水冷通道的两端分别通过第一水管812与第一进水口811和第一出水口813连接，第一水管812设置于主体1和侧板9形成的容置空间内。优选的，第一水冷通道的两端设置有第一水管接头814。水源从第一进水口811进入第一水管812，再经过第一水冷通道后从第一出水口813流出，一进一出循环，持续散热，可保持水温设定值温度。
水冷散热装置8还包括第二水冷结构82，第二水冷结构82包括第二进水口821、第二水管822和第二出水口823，第一主体11内部设置有第二水冷通道，第二水冷通道的两端分别通过第二水管822与第二进水口821和第二出水口823连接，第二水管822设置于主体1和侧板9形成的容置空间内。优选的，第二水冷通道的两端设置有第二水管接头824。水源从第二进水口821进入第二水管822，再经过第二水冷通道后从第二出水口823流出，一进一出循环，持续散热，可保持水温设定值温度。
水冷散热装置8还包括第三水冷结构83，第三水冷结构83包括第三进水口831、第三水管832和第三出水口833，第二主体12内部设置有第三水冷通道，第三水冷通道的两端分别通过第三水管832与第三进水口831和第三出水口833连接，第三水管832设置于主体1和侧板9形成的容置空间内。优选的，第三水冷通道的两端设置有第三水管接头834。水源从第三进水口831进入第三水管832，再经过第三水冷通道后从第三出水口833流出，一进一出循环，持续散热，可保持水温设定值温度。
高压结构6包括绝缘柱61、高压连接棒62和高压连接片63；高压连接片63的一端与高压连接棒62连接，另一端穿过陶瓷管3后与电极4连接，高压连接棒62设置于绝缘柱61内且与射频连接器7连接。射频连接器7、高压连接棒62、高压连接片63和电极4固定在一起导通组合为高压正极；进气板2、第一主体11和第二主体12固定在一起导通组合为负极接地。
陶瓷管3为采用等静压成型工艺形成的管体，精度高，陶瓷表面无气泡，放电均匀。
工艺气体为氩气和氧气的混合气体，具体的，混合气体包括99.5％的氩气和0.5％的氧气。
使用时，气源通过气管接头5进入后依次经过匀气槽13和进气流道14后到达放电腔15，射频连接器7、高压连接棒62、高压连接片63和电极4固定在一起导通组合为高压正极，电极4插入陶瓷管3内，陶瓷管3作为放电介质，进气板2、第一主体11和第二主体12固定在一起导通组合为负极接地，接入射频电源后将会正常放电。当在高压正极和负极之间施加高电压时，在高压电极和负极之间产生高压电场，电离通过两电极之间的工艺气体产生等离子体，通过出气狭缝17将等离子体排出到待处理的产品表面，以实现对产品的表面处理。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和结构的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (9)
1.一种射频线性等离子发生装置，其特征在于：包括由主体和进气板组成的容置空间，所述主体包括相匹配的第一主体和第二主体，所述容置空间内设置有陶瓷管和设置于所述陶瓷管内的电极，所述进气板上设置有气管接头和可供高压结构通过的通孔，所述高压结构与所述电极电连接，所述高压结构还连接有射频连接器，所述第一主体和所述第二主体组合后形成有匀气槽，且所述第一主体和所述第二主体组合后与所述陶瓷管之间围合形成有进气流道和与所述进气流道连通的放电腔，工艺气体从所述气管接头进入后经过所述匀气槽和进气流道后到达所述放电腔，所述放电腔的底部区域设置有倒角，所述第一主体和所述第二主体的下端部之间形成有与所述放电腔连通的出气狭缝；
所述电极的最底端与所述出气狭缝之间的距离为5mm-6mm；
所述陶瓷管为采用等静压成型工艺形成的管体。
2.根据权利要求1所述的射频线性等离子发生装置，其特征在于：所述倒角的倾斜角度为60°-70°。
3.根据权利要求1所述的射频线性等离子发生装置，其特征在于：所述装置还包括水冷散热装置。
4.根据权利要求3所述的射频线性等离子发生装置，其特征在于：所述水冷散热装置包括第一水冷结构，所述第一水冷结构包括第一进水口、第一水管和第一出水口，所述电极内部设置有第一水冷通道，所述第一水冷通道的两端分别通过第一水管与所述第一进水口和所述第一出水口连接，所述第一水管设置于所述主体和侧板形成的容置空间内。
5.根据权利要求3所述的射频线性等离子发生装置，其特征在于：所述水冷散热装置还包括第二水冷结构，所述第二水冷结构包括第二进水口、第二水管和第二出水口，所述第一主体内部设置有第二水冷通道，所述第二水冷通道的两端分别通过第二水管与所述第二进水口和所述第二出水口连接，所述第二水管设置于所述主体和侧板形成的容置空间内。
6.根据权利要求3所述的射频线性等离子发生装置，其特征在于：所述水冷散热装置还包括第三水冷结构，所述第三水冷结构包括第三进水口、第三水管和第三出水口，所述第二主体内部设置有第三水冷通道，所述第三水冷通道的两端分别通过第三水管与所述第三进水口和所述第三出水口连接，所述第三水管设置于所述主体和侧板形成的容置空间内。
7.根据权利要求1所述的射频线性等离子发生装置，其特征在于：所述高压结构包括绝缘柱、高压连接棒和高压连接片；所述高压连接片的一端与所述高压连接棒连接，另一端穿过所述陶瓷管后与所述电极连接，所述高压连接棒设置于所述绝缘柱内且与所述射频连接器连接；
所述射频连接器、所述高压连接棒、所述高压连接片和所述电极固定在一起导通组合为高压正极；所述进气板、所述第一主体和所述第二主体固定在一起导通组合为负极接地。
8.根据权利要求1所述的射频线性等离子发生装置，其特征在于：出气狭缝的宽度为0.3-1mm。
9.根据权利要求1所述的射频线性等离子发生装置，其特征在于：所述工艺气体为氩气和氧气的混合气体。
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