TW200840132A - High-frequency matching regulator - Google Patents

Description

200840132 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明，係有關於對高頻產生裝置與負載裝置之匹配 作調整的高頻匹配調整裝置。 【先前技術】 於先前技術中，爲了將高頻施加於線圈等之負載處， 高頻匹配器（matching box)係爲必要。在先前之高頻匹配 器中，爲了進行匹配所使用的電容器或電抗器或電阻等之 電性構件’爲了與高頻匹配器之筐體間的絕緣，係藉由聚 乙烯、鐵弗龍（登記商標）、陶瓷等之絕緣體而被支持。 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] (1) 本發明，係用以達成高頻匹配調整器之信賴性的 提昇。 (2) 又或是，本發明，係用以達成高頻匹配調整器之 高輸出化。 (3) 又或是’本發明，係用以達成高頻匹配調整器之 小型化。 [用以解決課題之手段] 本發明’係爲一種高頻匹配調整器，其特徵爲，在形 成對局頻產生裝置與負載裝置之匹配作調整之匹配調整電 -5- 200840132 路的高頻匹配調整器中，具備有：筐體：和匹配調整電路 之電性構件；和將電性構件之端子作連接的配線材，使電 性構件，藉由配線材而從筐體浮起。 [發明之效果] (1) 本發明，係可得到高頻匹配調整器之信賴性的提 昇。 (2) 又或是，本發明，係可得到高頻匹配調整器之高 輸出化。 (3 )又或是，本發明，係可得到高頻匹配調整器之小 型化。 、 【實施方式】 (高頻匹配調整器） 高頻匹配調整器，係爲在高頻電源等之高頻產生裝置 與線圈等之負載裝置之間取得匹配（matching)、或是使匹 配偏移之裝置。高頻匹配調整器，係可作爲使高頻產生裝 置與負載裝置之間作匹配的高頻匹配器而使用。或者是， 高頻匹配調整器，係可作爲意圖性的使匹配偏移的裝置而 使用。 另外，本發明者，係發現了：在對高頻產生裝置與負 載裝置之匹配作調整的高頻匹配調整器中，若是使用有用 以與電性構件絕緣之絕緣體、或是用以將其固定之螺絲， 而施加高輸出之高頻，則如果存在有絕緣體或螺絲等之些 -6 - 200840132 許的突起，便會被感應加熱，並在局頻匹配調整器內 未預期之放電，而成爲絕緣體之絕緣破壞或是破損之 一事。爲了防止此放電，係有必要採用像是將筐體設 較大來確保絕緣距離，或是封入sf6等之絕緣氣體， 是從外部而導入氣流等之絕緣對策。又，此種高頻匹 整器，在將高頻之頻率提昇一事上，亦爲困難。於此 發明者，係創作出一種：在高頻匹配調整器內之電性 的支持上，並不使用絕緣體或螺絲，而經由配線材， 時得到電性構件之支持、冷卻、高電性傳導性的高頻 調整器。 圖1，係展示高頻匹配調整器之例。高頻匹配調 10，係具備有筐體18、匹配調整電路100等。匹配調 路100，係具備有電容器（C)、電抗器（1〇、電阻（&)等 性構件1 2，和與此些之端子電性連接的配線材1 6等。 ，匹配調整電路100，係爲對電性構件12a、12b之特 調整，並在高頻產生裝置20與負載裝置14之間取得 (matching)的電路、或是使匹配（matching)偏移之電 配線材16，係使電性構件12從筐體18浮起並作支持。 材1 6，係在具備有高電性傳導性的同時，具有用以將 之真空電容器等較重的電性構件1 2作支持的強大強度 成爲可進行支持的配線材。進而，配線材1 6，當高頻 調整器1 〇成爲高溫的情況時，係以具備有冷卻功能爲 。另外，所謂使電性構件12從筐體18浮起而作支持， 不使用用以將墊性構件1 2作支持之絕緣體或螺絲，而 產生 原因 δ十爲 又或 配調 ，本 構件 來同 匹配 整器 整電 之電 另外 性作 匹配 路。 配線 可變 ，而 匹配 理想 係指 將電 200840132 性構件12藉由供給電力之配線材16來使電性構件12從筐體 1 8而離開並浮起在空間中以作保持。高頻匹配調整器1 〇， 例如，係可使用在電漿產生用高壓裝置、高壓放電裝置、 X線&迦瑪線產生裝置、換流式電力馬達裝置、換流式電 壓照明裝置用電源、大輸出揚聲器之輸出驅動電源部等廣 範圍的高電壓、高頻用裝置中。 圖2，係展示在匹配調整電路1 00中使用有電性構件1 2 φ 的高頻匹配調整器10之例。圖2(A)，係爲高頻匹配調整器 10之平面圖。圖2(B)，係爲從圖2(A)之B-B的虛線而朝向 箭頭方向所見之側面圖。圖2(C)，係爲從圖2(A)之C-C的 虛線而朝向箭頭方向所見之側面圖。圖2(D)，係爲從圖 2(A)之D-D的虛線而朝向箭頭方向所見之側面圖。高頻匹 配調整器1 〇，係在筐體1 8內，具備有2個的電性構件1 2、 例如電容器。當電性構件1 2係爲電容器的情況時，係具備 調整螺絲1 2〇，而可對電容器之電容作調整。 ^ 電容器，例如係爲：（a)可變真空電容器，Jennings 公司製之真空電容器的 CVDD-3 00- 1 5 S、1 0-300pF、9kV 、85A、1.4kg;又或是（b)COMET公司製之真空電容器的 CV1V-500WN、1 2-500pF、9kV、80A、1.6kg;又或是（c) 明電舍公司製之真空電容器的V-155T、70-500pF、9kV、 80A、1.0kg等。高頻產生裝置，例如係爲：（a)PERAL工 業（股份有限公司）製之RP-5000J、13〜41MHz、5kW;又 或是（b)HENRY 製之 2000D、27·12ΜΗζ、2.5kW ;又或是 (c)日本電子（股份有限公司）製之RF-1 2030、13.56MHz、 -8- 200840132 3kW ;又或是（d)電氣興業（股份有限公司）製之sLF-l、 13.56MHz、lkW 等。 筐體18’係爲用以防止高頻匹配調整器1〇之從高電壓 又或是高頻而來之危險者。筐體18，例如，係可採用高頻 匹配調整器1 0之塡充物、分隔狀、容器狀等對危險作防止 之各種的形狀。筐體1 8 ’係亦可用以進行高頻之漏洩防止 、高電壓之危險防止等、作爲遮蔽殼體而利用。當作爲遮 蔽殻體而利用的情況時，筐體1 8，係只要以傳導性之金屬 材來形成即可。 電性構件1 2 ’係藉由配線材1 6而從筐體1 8浮起並被支 持。藉由此構成，電性構件1 2，係可避免以用以進行與筐 體1 8間之絕緣而使用的聚乙烯、鐵弗龍（登記商標）、陶瓷 等的絕緣體來作支持。配線材1 6，係有必要具備能夠支持 電性構件1 2之強度。高頻匹配調整器1 0，係藉由採用上述 構成，而能夠得到高頻特性與大電力。若是在將上述絕緣 體配置在高頻匹配調整器1 〇之筐體1 8內的情況時，該些之 絕緣體會被加熱而變形，而使信賴性降低，並產生放電， 又或是，有產生絕緣體之絕緣破壞或破損之虞。此高頻匹 配調整器1 〇，由於並沒有配置保持用之絕緣體的必要，因 此成爲能夠具備有即使是對於會使絕緣體被加熱而變形， 使信賴性降低，並產生放電，又或是，會產生絕緣體之絕 緣破壞或破損一般的高頻率特性與大電力’亦能夠作適用 的匹配調整電路1 8。由於係僅藉由配線材1 6來將電性構件 1 2作保持，因此，若是配線材1 6變重’則係使用能夠負擔 200840132 該荷重的配線材1 6。此種絕緣體之加熱等的問題，例如’ 係在數10kHz〜數100kHz之頻率、數100V〜數l〇〇kV、數 A〜數10 0A的電力下爲易於發生。 配線材1 6，爲了盡可能的減少連接箇所或是構件數量 ，例如，係由一枚之板狀的金屬而製作，又或是藉由切出 而製作。進而，配線材1 6，係爲了得到高電性傳導率，而 使用銅或銀等之金屬，並因應於需要而施加金電鍍或銀電 鍍。進而，配線材1 6，係只要採用管狀之配線材、具有使 冷卻水等之冷卻媒體流動的空間之銅板等的板狀之配線材 、在內部埋入有管路之配線材等的構造，來防止加熱即可 〇 圖3，係展示在圖2之高頻匹配調整器10中，使用有連 結器182之例。圖3(A)，係爲高頻匹配調整器10之平面圖 。圖3(B)，係爲從圖3(A)之B-B的虛線而朝向箭頭方向所 見之側面圖。圖3(C)，係爲從圖3(A)之C-C的虛線而朝向 箭頭方向所見之側面圖。連結器1 82，係爲被固定在筐體 18上，並將高頻產生裝置與電性構件12作電性連接者。又 ，連結器182，係爲將電性構件12作保持之基點的箇所， 而被強固地固定筐體1 8上。配線材1 6 a。係被固定在連結 器182上。例外，當使用高頻產生裝置20之高頻纜線200的 情況時，連結器182，係被連接於高頻纜線200。 於圖2與圖3中，在第1電性構件12a之其他端子處， 係被連接有配線材16b。配線材16b之其他端子，係被電 性連接並固定於作爲接地（earth)而起作用之筐體18上。配 -10- 200840132 線材1 6b，係亦可作爲第1電性構件1 2a之支持材而利用。 若是藉由配線材1 6b而可充分地將第1電性構件i 2a作支持 ，則亦可不使其具有支持材之功能而單純的設爲電性之配 線材。配線材1 6b，當成爲高溫的情況時，係只要與配線 材1 2a同樣的，使其具備有冷卻功能即可。 第2電性構件12b之其他端子，係作爲輸出端子而被 利用，而被連接於負載裝置1 4。配線材1 2 b之其他端子， 係可直接連接於負載裝置1 4，又或是，亦可經由配線材 1 6 c而連接於負載裝置1 4。就算是在直接連接於負載裝置 14的情況時，負載裝置14之拉出配線，亦成爲具備有配線 材16c之功能。配線材16c，係爲了對負載裝置14供給電 力或訊號，而使其具備有高電性傳導性，進而，爲了支持 負載裝置1 4、又或是爲了使自身冷卻，可使其與配線材 1 6c同樣的成爲支持用並具備有可作冷卻之構造。配線材 16c，當負載裝置14較輕的情況時，又或是負載裝置14係 被固定在其他場所，而不需要支持力的情況時，則亦可不 使其具有支持材之功能而單純的設爲電性之配線材。當將 負載裝置14配置在筐體18外的情況時，配線材16c，係有 必要在筐體18處設置窗180a，並使配線材16通過該窗180a 。於該情況，爲了不使筐體1 8與配線材1 6c之間產生放電 ，係有必要將窗1 8 0a設爲較大，並在筐體1 8與配線材1 6 c 之間取有充分的距離。又，在圖2中’配線材1 6 a，係有必 要在筐體18處設置窗180b，並使配線材16a通過該窗180b 。於該情況，爲了不使筐體1 8與配線材1 6a之間產生放電 -11 - 200840132 ，係有必要將窗180b設爲較大，並在筐體18與配線材16a 之間取有充分的距離。 負載裝置14，係爲線圈等之被供給有高頻電流的電性 電路。負載裝置14之其他端子，係可直接連接於負載裝置 1 8，又或是，亦可經由配線材1 6d而連接於負載裝置1 8。 配線材16d，雖亦可作爲負載裝置14之支持材而利用，但 是，若是負載裝置14係可藉由其他之手段而充分的作支持 ，則亦可不使其具有支持材之功能而單純的設爲電性之配 線材。配線材1 6d，當成爲高溫的情況時，係只要與配線 材1 6a同樣的，設爲可進行冷卻之構造即可。 圖4，係展示將電性構件1 2中與配線材1 6以及連結器 18—體化形成之構造。圖4(B)，係爲將圖4(A)從上方所見 之圖。於圖4中，亦可將1個構件除外並作一體化形成，例 如’將電性構件12與配線材16以一體構造來形成、又或是 將配線材16與連結器182以一體構造而形成、又或是將電 性構件12與連結器182以一體構造而形成。連結器182，係 被固定在筐體上，電性構件1 2之未被作連接的端子，係被 連接於配線材。 配線材1 6，例如，係使用有厚度1 〇 m m、寬幅4 4 m m、 長度130mm之銅板。在銅板上形成凹坑，並在凹坑內配 置水冷管。連結器1 82，係被安裝在筐體1 8之側面的開口 部’並藉由聚乙烯、鐵弗龍（登記商標）、陶瓷等的絕緣體 而被形成。連結器182，係將配線材16與筐體18強固地作 固定。 -12 200840132 圖5，係展示將圖2之電性構件12a的配置作改變後之 高頻匹配調整器1 〇。於圖4之配置中，由於能夠使電性構 件12a與12b之連接端子接近，且能夠將電性構件12a與 1 2b之其他的連接端子相對於配線材1 6而配置在相反側， 因此能夠將電性構件12a與12b之其他的連接端子間之間 隔變長。其結果，由於能夠縮短配線材i 6a之長度，並能 夠減小電壓之下降，因此在能夠將在高頻匹配調整器1 0內 所產生之電壓降低的同時，亦能夠將筐體1 8小型化。 圖6，係展示作爲圖2之負載裝置14而使用有線圈140 的高頻匹配調整器10。當將線圈140作爲負載裝置14而使 用的情況時，圖2之配線材16c與16d，係可使用線圏之一 部分。線圈1 40，例如係可作爲電漿產生裝置之線圈而使 用。線圏1 40，係因應於用途而被配置在筐體1 8之內部又 或是外部。 圖7，係展示在圖6中，於電性構件1 2a、1 2b處使用 有電容器的高頻匹配調整器10之等價電路。圖7(A)，係展 示圖6之等價電路，圖（B)，係展示具有幾乎相同之功能的 其他之匹配調整電路。如此這般，高頻匹配調整器1 0 ’係 可因應於用途而採用各種之電路構成或是電性構件之配置 〇 圖8，係展示高頻匹配調整器1〇之冷卻方法。圖8(A) ，係展示藉由1根的冷卻路徑來將高頻匹配調整器1 〇作冷 卻的構造。圖8(B)，係展示使用附加有蓋丨84之箱狀的筐 體18，並爲了藉由冷氣來冷卻筐體18之內部’而將筐體18 -13- 200840132 之上面作冷卻的構造。在圖8 (A)中，係在配線材16之內部 具備有流動冷卻液等之媒體的配管。冷卻管22a ’係被連 接於配線材1 6a之配管，冷卻管22b ’係被連接於配線材 16a與配線材16b之配管，冷卻管22c，係被連接於配線材 16b與配線材16c之配管，冷卻管22d ’係被連接於配線材 16c與配線材16d之配管，而將負載裝置14作冷卻’冷卻 管22e，係被連接於16d之配管。冷卻管16，係有必要依 φ 照所連接之兩端的電性構件之電位差，來決定材質或長度 。當冷卻管1 6之兩端的電位差爲大的情況時，係有必要提 高絕緣性，而有必要藉由絕緣性高之材質而形成爲較長。 當在冷卻管1 6之兩端不存在有電位差的情況時’只要藉由 高傳導性之材料並形成爲較短即可。高頻匹配調整器1〇之 冷卻方法，因應於用途，係亦可將冷卻路徑設爲複數。當 負載裝置14係爲線圈140的情況時，只要將線圈140藉由中 空管來形成，並在管內流動冷卻媒體而作冷卻即可。 # 圖8(B)，係展示將筐體18之蓋184作冷卻之例。將冷 卻管22安裝於蓋184之內部又或是外部，而冷卻蓋184。在 蓋184之內壁，係安裝有多數之放熱鰭220。藉由此，筐體 18內之氣體，係藉由多數之放熱鰭220、220、…而被冷卻 ，冷氣係安靜地下降，而能夠減少筐體1 8內之氣體的亂流 ，並能夠將高頻匹配調整器1 〇作冷卻。 (電漿產生裝置） 圖9，係展示使用有圖6—般之高頻匹配調整器10的電 -14 - 200840132 漿產生裝置30之例。電漿產生裝置30，係具備有產生電漿 34之電漿產生室32。在電漿產生室23之周圍，係被配置有 線圈140。在電漿產生室32中，係經由配管，而被導入有 具備電漿氣體36、又或是輔助氣體4〇。液體噴射裝置42， 係作爲噴霧器（Nebulizer)而起作用，並將試料44導入至電 漿產生室32內。高頻產生裝置20，係經由高頻匹配調整器 10而將高頻供給至線圈140。在電漿產生室23內之電漿氣 體36，係成爲電漿狀態。此時，電漿產生室32，係藉由冷 卻氣體38而被冷卻。在電漿產生裝置30中所使用之高頻匹 配調整器10，例如，係被施加有數MHz〜數10MHz之頻 率、數10V〜數kV、數l〇A〜數100A的電力。 - (高頻匹配調整器之特徵） 被適用於電漿產生裝置中之高頻匹配調整器10，係可 爲以下之構成。（1)在電性構件12之支持中，係並不使用 絕緣體，而使用銅或銀等之電性傳導度高的金屬之配線材 16。（2)配線材16，係盡可能地減少連接部（構件數量），而 藉由一枚板、又或是藉由切出而製作。（3)在使用連接器 182的情況時，將其與配線材16a —體化。（4)此些之配線 材1 6，係可藉由管又或是中空之板所形成，並在內部流動 有冷卻水等之冷卻媒體。（5)將匹配調整電路100之接地部 與筐體18—體化。又或是，在鋁等之具有強度的筐體18之 內側，將銅等之電極以大面積來接著。藉由此構成，能夠 減少電路之電阻以及電感，而減少發熱。而且，藉由此構 -15- 200840132 成，內部之熱係成爲容易發散，而可降低內部溫度。（6) 將電性構件12彼此，例如將電容器與負載線圈（負載）140 作直接連接。其結果，由於電容器之電壓係下降，因此成 爲能夠高輸出化。又或是，成爲能夠使用耐壓性低之電容 器’且能夠使筐體1 8之體積減小，進而，能夠降低電感， 而成爲能夠使用在更高的頻率中。（7)配線材16，係能夠 同時滿足冷卻與支持以及電性傳導。（8)藉由將電性構件 12a之低電壓側以配線材16a來與筐體18作熱結合，而能 夠提高冷卻率。（9)使冷卻媒體流動於筐體18之上方的蓋 ，並冷卻放熱鰭220，而使筐體18內產生冷氣之對流，而 成爲能夠不使用放熱風扇，便進行有效之冷卻。 藉由上述實施形態，能夠得到以下一般之效果。（1 ) 能夠將可施加之筒頻率的輸出增大數倍。（2)能夠將可施 加之高頻率的頻率提昇數倍。（3)能夠將高頻匹配調整器 1〇之框體18的體積減少至數十分之一。（4)能夠延長電容 器等之電子構件12的壽命。（5)能夠減低高頻匹配調整器 1 〇、特別是由電性構件1 2之發熱所致的匹配點之偏移。 (6)由於由支持用之絕緣材或是螺絲所致的發熱係消失， 因此能夠提昇電力使用效率。（7)由於並不使用絕緣氣體 或是冷卻風扇，因此在清淨室等中之使用係成爲有利。 亦即是，藉由上述實施形態，而設爲不使用成爲放電 破壞之原因的電性構件12之支持用構件、例如絕緣體或是 螺絲的構造。具體而言，係可藉由金屬製（銅或銀等之電 性傳導度高者）之高頻配線本身，來將各電性構件1 2作連 -16- 200840132 續連接，並同時作支持。又，被使用在高頻纜線200之連 接中的連接器1 82，亦設爲與配線一體成形。藉由此，由 於從絕緣體或是電性傳導度低之金屬（鐵或黃銅等）而來之 發熱等的原因所產生之放電係消失，而能夠實現高頻匹配 調整器1〇之高輸出化。又，由於係使用金屬，因此能增大 冷卻之效果’並減低高頻匹配調整器〗〇之特性的熱變化， 而提昇動作之安定性。 【圖式簡單說明】 [圖1]高頻匹配裝置之說明圖 [圖2]使用有電容器之高頻匹配裝置之說明圖 [圖3]使用有連結器之高頻匹配裝置之說明圖 [圖4]將電性構件、配線材與連結器一體形成後之一 體化構件的說明圖 [圖5]將電容器之配置作改變後的高頻匹配裝置之說 # 明圖 [圖6]在負載裝置中使用有線圈之高頻匹配裝置之說 明圖 [圖7]高頻匹配裝置之等價電路的說明圖 [圖8]高頻匹配裝置之冷卻方法的說明圖 [圖9]適用有高頻匹配裝置之電漿產生裝置的說明圖 【主要元件符號說明】 1 0 :匹配調整器 -17- 200840132 1 2 :電性構件 120 :調整螺絲 1 4 :負載裝置 140 :線圈 1 6 :配線材 1 8 :筐體 1 80 :窗 182 :連接器 184 :筐體之蓋 20 :高頻產生裝置 200 :高頻纜線 2 2 :冷卻管 220 :放熱鰭 30 :電漿產生裝置 3 2 :電漿產生室 3 4 :電漿 36 :電漿氣體 3 8 :冷卻氣體 4 0 ·輔助氣體 42 :液體噴射裝置 4 4 ··試料 -18

Claims (1)

1. 200840132 十、申請專利範圍 1 . 一種高頻匹配調整器，其特徵爲，在形成對高頻產 生裝置與負載裝置之匹配作調整之匹配調整電路的高頻匹 配調整器中，具備有： 筐體；和 匹配調整電路之電性構件；和 將電性構件之端子作連接的配線材， Φ 使電性構件，藉由配線材而從筐體浮起。 2. 如申請專利範圍第1項所記載之高頻匹配調整器， 其中，電性構件，係並不使用支持用構件，而僅藉由配線 材來從筐體而浮起。 3. 如申請專利範圍第1項所記載之高頻匹配調整器， 其中，將電性構件之端子連接於配線材之其中一端，並將 配線材之另外一端連接於筐體，而使電性構件藉由配線材 來從筐體浮起。 φ 4.如申請專利範圍第1項所記載之高頻匹配調整器， 其中，筐體，係爲遮蔽材。 5 .如申請專利範圍第1項所記載之高頻匹配調整器， 其中，在配線材之內部，流動有冷卻媒體。 6. 如申請專利範圍第1項所記載之高頻匹配調整器， 其中，電性構件，係被與配線材一體化構成。 7. 如申請專利範圍第1項所記載之高頻匹配調整器， 其中，係具備有被固定於筐體之連接器，配線材，係被固 定於連接器處。 -19-