WO2001035699A1 - Strahlungsheizung mit einer hohen infrarot-strahlungsleistung für bearbeitungskammern - Google Patents

Strahlungsheizung mit einer hohen infrarot-strahlungsleistung für bearbeitungskammern Download PDF

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Johann Georg Reichart
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    • H05B2203/032—Heaters specially adapted for heating by radiation heating

Definitions

  • the invention relates to radiant heating with a high infrared radiation power for processing chambers.
  • Such radiant heaters are used, for example, inside processing chambers, e.g. Vacuum chambers, used to generate a required working temperature in a given working area. Such temperatures can easily reach 3,000 ° C in the radiator area, whereby a radiator array can also be used for large-area work areas in order to achieve a uniform working temperature over a larger area.
  • processing chambers e.g. Vacuum chambers
  • the voltage can be reduced, but then the required radiation power cannot be achieved.
  • the invention is therefore based on the object of realizing a vacuum-compatible radiation heater in which the disadvantages of the prior art shown are avoided.
  • the object on which the invention is based is achieved in the case of radiant heating of the type mentioned at the outset in that an infrared-radiation-permeable tube is provided which extends into the processing chamber and at least one end of which penetrates the wall and that an infrared radiation source is arranged within the tube , the interior of the tube being insulated from the atmosphere inside the processing chamber.
  • the invention enables the infrared radiation source to be operated with any operating voltages, that is to say also at high operating voltages, without the risk of electrical flashovers in the processing chamber.
  • the invention makes it possible to achieve particularly high work temperatures or radiation powers, since the atmosphere inside the tube is completely independent of the atmosphere in the processing chamber.
  • the tube is made of a material that can withstand high temperatures, such as quartz glass.
  • Another development of the invention provides that the passages of the tube are sealed gas-tight through the wall. This has the advantage that the radiant heater according to the invention can also be used in the processing chamber in an aggressive atmosphere.
  • the infrared radiation source is accommodated in the tube, it is a further development of the invention possible to cool the infrared radiation source by connecting the tube to a cooling device. This is particularly useful when the tube extends through the opposite wall of the processing chamber on both ends.
  • the tube is connected to a device for generating an air flow within the tube, which enables intensive cooling of the infrared radiation source, so that particularly high infrared radiation powers can be achieved without problems, without the life of Infrared radiation source would be reduced.
  • the infrared radiation source is assigned a radiation reflector in one embodiment of the invention.
  • the radiation reflector is preferably arranged in the tube together with the infrared radiation source in order to avoid possible additional thermal effects in the processing chamber.
  • a further development of the invention is characterized in that several tubes with infrared radiation sources are arranged in an array. This makes it possible to implement large-area and uniform radiation.
  • the array is arranged within the processing chamber, with at least one end of each tube of the array being guided through the wall of the processing chamber.
  • the end of each tube of the array extending into the processing chamber must of course be closed.
  • these tubes can be connected to a cooling circuit so that the cooling medium can flow through the tubes.
  • each infrared radiation source can be connected separately to an energy source.
  • this enables the radiation power to be easily adapted to the respective requirements, e.g. by switching on the required number of infrared radiation sources.
  • FIG. 1 shows a radiant heater according to the invention, in which the infrared-radiation-permeable tube extends through both opposite walls of the processing chamber;
  • Fig. 2 shows a variant in which the infrared radiation-transmissive tube is only guided through a wall and the free end of the tube is closed in the processing chamber.
  • the radiant heater according to the invention consists of an infrared radiation-permeable tube 1 which extends through a processing chamber 3 and the wall 6 of which penetrates both ends in a wall opening 4.
  • An infrared radiation source 2 is arranged inside the tube 1 and is insulated from the atmosphere inside the processing chamber 3.
  • This tube 1 consists of a material which can withstand high temperatures, preferably quartz glass.
  • the infrared radiation source 2 in the tube 1 is connected to a cooling circuit, not shown.
  • the tube 1 can be connected to a device for generating an air flow within the tube 1. In this way, long-term high radiation powers can also be achieved without the service life of the infrared radiation source 2 being adversely affected thereby.
  • the radiation reflector should be arranged together with the infrared radiation source 2 in the tube 1 in order to avoid undesirable thermal effects, or also contamination of the atmosphere in the processing chamber 3, which could be caused by the material of the radiation reflector.
  • a plurality of tubes 1 with infrared radiation sources 2 can be arranged to form an array by arranging the array within the processing chamber 3, each tube of the array being guided through the wall 6 of the processing chamber 3 at both ends.
  • Each of the infrared radiation sources 2 can be separately connected to an energy source. This enables e.g. a simple adjustment of the radiation power to the respective requirements. In this way, uniform irradiation of the objects to be irradiated is achieved over the entire radiator area of the array.
  • FIG. 2 shows a variant in which the infrared radiation-permeable tube 1 is only guided through a wall 6, the free end of the tube 1 being closed in the processing chamber 3.
  • This variant can be implemented with less effort and offers the same advantages as the Variant in which both ends of the tube 1 are guided through the wall 6 of the processing chamber.
  • An array of infrared radiation sources 2 can also be easily implemented, in which all tubes 1 are only guided through one wall 6 of processing chamber 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsheizung mit einer hohen Infrarot-Strahlungsleistung für Bearbeitungskammern. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vakuumtaugliche Strahlungsheizung zu realisieren, mit der problemlos auch sehr hohe Strahlungsleistungen erreicht werden können. Erfindungsgemäß ist ein infrarot-strahlungsdurchlässiges Rohr (1) vorgesehen, das sich in die Bearbeitungskammer (3) erstreckt und deren Wandung (6) zumindest mit einem Ende durchdringt. Innerhalb des Rohres (1) ist eine Infrarot-Strahlungsquelle (2) angeordnet, wobei der Innenraum des Rohres (1) gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Bearbeitungskammer (3) isoliert ist.

Description

STRAHLUNGSHEIZUNG MIT EINER HOHEN INFRAROT-STRAHLUNGSLEISTUNG FÜR BEARBEITUNGSKAMMERN
Die Erfindung betrifft eine Strahlungsheizung mit einer hohen Infrarot-Strahlungsleistung für Bearbeitungskammern.
Derartige Strahlungsheizungen werden beispielsweise innerhalb von Bearbeitungskammern, z.B. Vakuumkammern, eingesetzt, um in einem vorgegebenen Arbeitsbereich eine erforderliche Arbeitstemperatur zu erzeugen. Derartige Temperaturen können im Strahlerbereich durchaus 3.000 °C erreichen, wobei bei großflächigen Arbeitsbereichen auch ein Strahlerarray zur Anwendung kommen kann, um über einen größeren Bereich eine gleichmäßige Arbeitstemperatur zu erreichen.
Bei derartigen Strahlungsheizungen haben sich jedoch einige Nachteile herausgestellt, die deren Anwendung erheblich behindern. Dies ist einerseits das Problem, daß insbesondere bei Anwendungen im Vakuum bei hohen Betriebsspannungen elektrische Überschläge auftreten können. Diese Gefahr besteht insbesonde- re während des Evakuierungsvorganges. Andererseits können besonders hohe Arbeitstemperaturen bzw. Strahlungsleistungen mangels ausreichender Kühlung der Infrarotstrahler im Vakuum nicht realisiert werden können.
Zur Vermeidung von Überschlägen kann zwar die Spannung reduziert werden, jedoch läßt sich dann die geforderte Strahlungsleistung nicht erreichen. Außerdem besteht grundsätzlich die Möglichkeit, daß die Heizung während der Evakuierung der Vaku- umkammer abgeschaltet wird. Dies führt aber zwangsläufig zu einer unerwünschten Erhöhung bzw. Verlängerung der Prozeßzeit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vaku- umtaugliche Strahlungsheizung zu realisieren, bei der die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird bei einer Strahlungsheizung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein infrarot-strahlungsdurchlässiges Rohr vorgesehen ist, das sich in die Bearbeitungskammer erstreckt und deren Wandung zumindest mit einem Ende durchdringt und daß innerhalb des Rohres eine Infrarot-Strahlungsquelle angeordnet ist, wobei der Innenraum des Rohres gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Bearbeitungskammer isoliert ist.
Durch die Erfindung wird ermöglicht, daß die Infrarot-Strahlungsquelle mit beliebigen Betriebsspannungen, also auch bei hohen Betriebsspannungen betrieben werden kann, ohne daß die Gefahr von elektrischen Überschlägen in der Bearbeitungskammer bestehen würde. Darüberhinaus ermöglicht die Erfindung das Erreichen besonders hoher Arbeit stemper aturen bzw. Strahlungsleistungen, da die Atmosphäre innerhalb des Rohres völlig unabhängig von der Atmosphäre in der Bearbeitungskammer ist.
Es ist von Vorteil, wenn das Rohr aus einem hoch temperaturbelastbaren Material, wie Quarzglas, gefertigt wird.
Eine weitere Fortbildung der Erfindung sieht vor, daß die Durchgänge des Rohres durch die Wandung gasdicht abgedichtet sind. Das hat den Vorteil, daß die erfindungsgemäße Strahlungsheizung auch bei einer aggressiven Atmosphäre in der Bearbeitungskammer eingesetzt werden kann.
Dadurch, daß die Infrarot-Strahlungsquelle in dem Rohr untergebracht ist, ist es in weiterer Fortführung der Erfindung möglich, die Infrarot-Strahlungsquelle zu kühlen, indem das Rohr mit einer Kühleinrichtung verbunden wird. Das bietet sich besonders dann an, wenn sich das Rohr beidends durch die jeweils einander gegenüberliegende Wandung der Bearbeitungs- kammer erstreckt.
Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Rohr mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Luftstromes innerhalb des Rohres verbunden wird, wodurch eine intensive Kühlung der Infrarot-Strahlungsquelle ermöglicht wird, so daß problemlos besonders hohe Infrarot-Strahlungsleistungen erreicht werden können, ohne daß die Lebensdauer der Infrarot-Strahlungsquelle dadurch verringert würde.
Um eine Infrarot-Strahlung in unerwünschte Richtungen zu vermeiden und eine Erhöhung der Strahlungsleistung in Richtung zu einem zu erwärmenden Objekt zu erreichen, ist der Infrarot- Strahlungsquelle in einer Ausgestaltung der Erfindung ein Strahlungsreflektor zugeordnet.
Bevorzugt ist der Strahlungsreflektor gemeinsam mit der Infrarot-Strahlungsquelle in dem Rohr angeordnet, um sonst mögliche zusätzliche thermische Effekte in der Bearbeitungskammer zu vermeiden.
Eine weitere Fortbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rohre mit Infrarot-Strahlungsquellen zu einem Array angeordnet sind. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine großflächige und gleichmäßige Bestrahlung zu reali- sieren.
Um dies realisieren zu können, ist das Array innerhalb der Bearbeitungskammer angeordnet, wobei jedes Rohr des Arrays wenigstens mit einem Ende durch die Wandung der Bearbeitungs- kammer geführt ist. In diesem Fall muß dann natürlich das sich in die Bearbeitungskammer erstreckende Ende jedes Rohres des Arrays verschlossen sein. Im Falle daß sich die Rohre des Arrays durch beidends durch die Wandung der Bearbeitungskammer erstrecken, können diese Rohre mit einem Kühlkreislauf verbunden werden, so daß das Kühlmedium durch die Rohre strömen kann .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jede Infrarot-Strahlungsquelle separat mit einer Energiequelle verbindbar ist. Das ermöglicht bei großflächigen Arrays eine einfache Anpassung der Strahlungsleistung an die jeweiligen Erfordernisse, z.B. durch Einschalten der jeweils benötigten Anzahl von Infrarot-Strahlungsquellen.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Aus den zugehörigen Zeichnungsfiguren sind unterschiedliche Ausführungen der erfindungsgemäßen Strahlungsheizung ersichtlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Strahlungsheizung, bei der sich das infrarot-strahlungsdurchlässige Rohr durch beide gegenüberliegenden Wandungen der Bearbeitungskammer erstreckt; und
Fig. 2 eine Variante, bei der das infrarot-strahlungsdurchlässige Rohr nur durch eine Wandung geführt ist und das freie Ende des Rohres in der Bearbeitungskammer verschlossen ist.
Die erfindungsgemäße Strahlungsheizung besteht nach Fig. 1 aus einem infrarot-strahlungsdurchlässigen Rohr 1, das sich durch eine Bearbeitungskammer 3 erstreckt und deren Wandung 6 beid- ends in einem Wanddurchbruch 4 durchdringt. Innerhalb des Rohres 1 ist eine Infrarot-Strahlungsquelle 2 angeordnet, die gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Bearbeitungskammer 3 isoliert ist. Dieses Rohr 1 besteht aus einem hoch temperaturbelastbaren Material, vorzugsweise aus Quarzglas.
Um jegliche Störung der Atmosphäre innerhalb der Bearbeitungskammer 3 auszuschließen, sind die Durchgänge des Rohres 1 durch die Wandung 6 gasdicht abgedichtet. Hierzu ist ein Ver- Schluß 5 mit einer innenliegenden Dichtung 7 vorgesehen.
Weiterhin ist die Infrarot-Strahlungsquelle 2 in dem Rohr 1 mit einem nicht dargestellten Kühlkreislauf verbunden. Beispielsweise kann das Rohr 1 mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Luftstromes innerhalb des Rohres 1 verbunden werden. Auf diese Weise können auch langzeitig hohe Strahlungsleistungen gefahren werden, ohne daß dadurch die Lebensdauer der Infrarot-Strahlungsquelle 2 negativ beeinflußt würde.
Auch ist es problemlos möglich, der Infrarot-Strahlungsquelle 1 einen Strahlungsreflektor zuzuordnen, um eine maximale Strahlungsleistung in Richtung auf einen Arbeitsbereich innerhalb der Bearbeitungskammer 3 zu erreichen.
Der Strahlungsreflektor sollte gemeinsam mit der Infrarot- Strahlungsquelle 2 in dem Rohr 1 angeordnet werden, um unerwünschte thermische Effekte, oder auch eine Kontamination des Atmosphäre in der Bearbeitungskammer 3 zu vermeiden, die durch das Material des Strahlungsreflektors verursacht werden könnte .
Es ist auch möglich, mehrere Rohre 1 mit Infrarot-Strahlungsquellen 2 zu einem Array anzuordnen, indem das Array innerhalb der Bearbeitungskammer 3 angeordnet wird, wobei jedes Rohr des Arrays beidends durch die Wandung 6 der Bearbeitungskammer 3 geführt ist. Jede der Infrarot-Strahlungsquellen 2 kann separat schaltbar mit einer Energiequelle verbunden sein. Das ermöglicht z.B. eine einfache Anpassung der Strahlungsleistung an die jeweiligen Erfordernisse. Damit wird über die gesamte Strahlerfläche des Arrays eine gleichmäßige Bestrahlung der zu bestrahlenden Objekte erreicht.
In Fig. 2 ist eine Variante dargestellt, bei der das infrarot- strahlungsdurchlässige Rohr 1 nur durch eine Wandung 6 geführt ist, wobei das freie Ende des Rohres 1 in der Bearbeitungskammer 3 verschlossen ist. Diese Variante ist mit weniger Aufwand realisierbar und bietet die gleichen Vorteile, wie die Variante, bei der beide Enden des Rohres 1 durch die Wandung 6 der Bearbeitungskammer geführt sind. Auch läßt sich problemlos ein Array der Infrarot-Strahlungsquellen 2 realisieren, bei dem sämtliche Rohre 1 nur durch eine Wandung 6 der Bearbeitungskammer 3 geführt sind.
Strahlungsheizung
Bezugszeichenliste
Rohr Infrarot-Strahlungsquelle Bearbeitungskammer Wanddurchbruch Verschluß Wand Dichtung

Claims

StrahlungsheizungPatentansprüche
1. Strahlungsheizung mit einer hohen Infrarot-Strahlungsleistung für Bearbeitungskammern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein infrarot-strahlungsdurchlässiges Rohr (1) vorgesehen ist, das sich in die Bearbeitungskammer (3) erstreckt und deren Wandung (6) zumindest mit einem Ende durchdringt und daß innerhalb des Rohres (1) eine Infrarot-Strahlungsquelle (2) angeordnet ist, wobei der Innenraum des Rohres ( 1 ) gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Bearbeitungskammer (3) isoliert ist.
2. Strahlungsheizung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Rohr (1) aus einem hoch temperaturbelastbaren Material besteht.
3. Strahlungsheizung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß das Rohr (1) aus Quarzglas besteht.
4. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Durchgänge des Rohres (1) durch die Wandung (6) gasdicht abgedichtet sind.
5. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Infrarot- Strahlungsquelle (2) in dem Rohr (1) mit einer Kühleinrichtung verbunden ist.
6. Strahlungsheizung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß das Rohr (1) mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Luftstromes innerhalb des Rohres verbunden ist.
7. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Infrarot- Strahlungsquelle (1) ein Strahlungsreflektor zugeordnet ist .
8. Strahlungsheizung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß der Strahlungsreflektor gemeinsam mit der Infrarot-Strahlungsquelle (2) in dem Rohr (1) angeordnet ist.
9. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere Rohre
(1) mit Infrarot-Strahlungsquellen (2) zu einem Array angeordnet sind.
10. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Array innerhalb der Bearbeitungskammer (3) angeordnet ist, wobei jedes Rohr des Arrays wenigstens mit einem Ende durch die Wandung der Bearbeitungskammer (3) geführt ist.
11. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jede Infrarot- Strahlungsquelle (2) separat mit einer Energiequelle verbindbar ist.
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