一种水冷式射频中和器的制作方法

本实用新型涉及射频中和器技术领域，更具体地说，涉及一种水冷式射频中和器。

背景技术：

离子源中和器向离子源引出的离子束发射电子，使束电流和束电荷得到中和的离子发射部件。离子源栅极引出的是带正电的离子束。为了避免靶材或加工表面积累电荷，需要中和离子束电流；为了减少离子束中的空间电荷，以继续引出离子，减小羽流扩散角，需要中和离子束电荷。为此，需要在放电室和栅极外边设置中和器，向离子束发射与束电流等量的电子流。传统中和器靠加热灯丝产生自由电子。由于灯丝寿命短，一般只有不到10小时的连续工作间。而使用射频技术驱动的离子源中和器寿命可以大大延长到上1000小时，是一种效率极高的离子源中和器系统。

传统的射频中和器使用内安装式安装方法，如图1所示，传统的射频中和器和真空接头之间通过导线连接，射频中和器如果不做固定，中和器会在真空室内保持一个不稳定状态。并且，由于高速运转的电子流会不断撞击中和器内壁，从而会产生一定的热量，在射频中和器长期工作过程中，中和器上积累的热量会逐渐增多，从而会影响中和器的正常工作和使用寿命。为了保证中和器的正常运转，需要对中和器进行一定的散热维护。现有的中和器散热处理方法主要是采用自然散热方式，当中和器工作一段时间，暂停中和器的运行，让中和器自行散热到一定程度后再继续运行，通过这种一停一动的运作方式，使得中和器能在合理的温度范围内运行，但是，这种方式会降低中和器的工作效率，影响生产效率，导致散热性能不佳。因此，如何设计出一种具有冷却性能的射频中和器成为当前行业的亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种水冷式射频中和器，以解决现有技术内射频中和器因采用自然散热方式而导致冷却效率不佳的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种水冷式射频中和器，包括有维持极、隔离块、第一电极组件、第二电极组件、中空电极组件、中和器本体、水冷底盘、进水管、冷却管、出水管以及法兰接口；所述水冷底盘固定在所述法兰接口上；所述水冷底盘的顶部向下凹设有冷却槽，所述中和器本体固定安装在所述冷却槽内，所述维持极通过隔离块固定设置在所述中和器本体上；所述水冷底盘的顶部于冷却槽侧边处向下凹设有电极槽，所述第一电极组件的第一导电端穿过电极槽和中和器本体后与所述维持极的电源端电性连接，所述第一电极组件的第二导电端穿过水冷底盘和法兰接口与外部电源电性连接；所述第二电极组件的第一导电端穿过电极槽与中和器本体的第一电源端电性连接，所述第二电极组件的第二导电端穿过水冷底盘和法兰接口与外部电源电性连接；所述中空电极组件的第一导电端与中和器本体的第二电源端电性连接，所述第二电极组件的第二导电端穿过水冷底盘和法兰接口与外部电源电性连接；所述水冷底盘的底部向上凹设有冷管槽；所述冷却管固定设置在所述冷管槽内，所述进水管固定在冷却管的进水端并与所述冷却管连通，所述进水管固定在冷却管的出水端并与所述冷却管连通。

作为本实用新型的优选方案，该中和器本体包括有屏蔽内壳、外罩壳、导热片、射频线圈、螺旋罩、支撑底板以及屏蔽外壳；所述支撑底板固定设置在所述冷却槽内；所述螺旋罩固定在所述支撑底板上并与所述螺旋罩形成有电离腔室；所述屏蔽内壳固定设置在所述支撑底板于电离腔室内壁处；所述射频线圈环设于螺旋罩上；所述导热片固定在所述水冷底盘于冷却槽处；所述屏蔽内壳固定设置在所述导热片上；所述屏蔽外壳盖设固定在所述水冷底盘上。

作为本实用新型的优选方案，该第一电极组件包括有第一电极和第一电极套；所述电极槽包括有第一电极槽；所述第一电极套镶嵌固定设置在所述第一电极槽内，所述第一电极的第一导电端穿过第一电极套、导热片以及屏蔽外壳后与所述维持极的电源端电性连接，所述第一电极的第二导电端穿过水冷底盘和法兰接口与外部电源电性连接。

作为本实用新型的优选方案，该第二电极组件包括有第二电极和第二电极套；所述电极槽包括有第二电极槽；所述第二电极套镶嵌固定设置在所述第二电极槽内，所述第二电极的第一导电端穿过第二电极套与所述射频线圈电性连接，所述第二电极的第二导电端穿过水冷底盘和法兰接口与外部电源电性连接。

作为本实用新型的优选方案，该中空电极组件包括有中空电极和中空电极套；所述水冷底盘的顶部于冷却槽中心处向下凹设有中空电极槽；所述中空电极套镶嵌固定设置在所述中空电极槽内，所述中空电极的第一导电端穿过中空电极套并伸入至电离腔室内，所述中空电极的第二导电端穿过水冷底盘和法兰接口与外部电源电性连接。

作为本实用新型的优选方案，该外罩壳的顶部设有上沿台阶，所述射频线圈位于上沿台阶下。

作为本实用新型的优选方案，该螺旋罩为圆柱形腔体，所述螺旋罩于远离中空电极组件的一端中部开设有发射孔。

作为本实用新型的优选方案，该螺旋罩的外侧壁设有螺旋线槽，所述射频线圈螺旋设于螺旋线槽内。

作为本实用新型的优选方案，该水冷式射频中和器还包括有连接柱；所述隔离块固定在中和器本体上，所述维持极固定在隔离块上，所述连接柱依次穿过维持极和隔离块后与所述第一电极电性连接。

作为本实用新型的优选方案，该水冷式射频中和器还包括有法兰底板，所述法兰底板固定设置在所述法兰接口上。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型的有益效果为：

本实用新型将中和器本体固定在水冷底盘，采用水冷式的冷却方式对中和器本体进行散热，提高了中和器的散热性能，解决了现有技术内射频中和器因采用自然散热方式而导致冷却效率不佳的缺陷；此外，本实用新型采用法兰式的安装方式，将中和器本体固定在水冷底盘，将水冷底盘固定在法兰接口上，使得中和器本体便于安装固定到真空腔室壁于法兰接口上，安装便利，维护简单，安装结构稳定，不需要额外的固定，克服了现有技术内安装式射频中和器存在安装维护不便利的缺陷，避免了线缆因直接暴露在在真空腔室而造成线缆损坏大火的缺陷，从而达到延长产品使用寿命的目的。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1为现有射频中和器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例所提供的一种水冷式射频中和器的整体结构图。

图3为图1的A-A’方向剖视结构图。

图4为图2的爆炸结构图。

图5为本实用新型实施例所提供的水冷底盘的平斜视结构图。

图6为本实用新型实施例所提供的水冷底盘的仰斜视结构图。

图7为本实用新型实施例所提供的一种水冷式射频中和器的运作原理图。

图中：10-维持极；20-中和器本体；30-水冷底盘；40-法兰接口；50-法兰底板；60-导电线缆；70-导气线缆；11-连接柱；12-隔离块；13-第一通孔；21-屏蔽内壳；22-外罩壳；23-导热片；24-射频线圈；25-第一电极组件；251-第一电极；252-第一电极套；26-中空电极组件；261-中空电极；262-中空电极套；27-第二电极组件；271-第二电极；272-第二电极套；28-螺旋罩；29-支撑底板；211-屏蔽外壳；212-电离腔室；31-冷却槽；32-电极槽；33-冷管槽；341-进水管；342-冷却管；343-出水管。

具体实施方式

实施例一：如图2-7中所示，本实施例提供了一种水冷式射频中和器，包括有维持极10、隔离块12、第一电极251组件25、第二电极271组件27、中空电极261组件26、中和器本体20、水冷底盘30、进水管341、冷却管342、出水管343以及法兰接口40；所述水冷底盘30固定在所述法兰接口40上；所述水冷底盘30的顶部向下凹设有冷却槽31，所述中和器本体20固定安装在所述冷却槽31内，所述维持极10通过隔离块12固定设置在所述中和器本体20上；所述水冷底盘30的顶部于冷却槽31侧边处向下凹设有电极槽32，所述第一电极251组件25的第一导电端穿过电极槽32和中和器本体20后与所述维持极10的电源端电性连接，所述第一电极251组件25的第二导电端穿过水冷底盘30和法兰接口40与外部电源电性连接；所述第二电极271组件27的第一导电端穿过电极槽32与中和器本体20的第一电源端电性连接，所述第二电极271组件27的第二导电端穿过水冷底盘30和法兰接口40与外部电源电性连接；所述中空电极261组件26的第一导电端与中和器本体20的第二电源端电性连接，所述第二电极271组件27的第二导电端穿过水冷底盘30和法兰接口40与外部电源电性连接；所述水冷底盘30的底部向上凹设有冷管槽33；所述冷却管342固定设置在所述冷管槽33内，所述进水管341固定在冷却管342的进水端并与所述冷却管342连通，所述进水管341固定在冷却管342的出水端并与所述冷却管342连通。在本实用新型实施例中，所述水冷底盘30通过螺纹旋合方式固定在所述法兰接口40上，所述水冷底盘30的底部向内凹设有冷管槽33，所述冷却管342粘贴固定在冷管槽33内；所述冷却管342的进水口通过进水管341与外部冷源的出流口连通，所述冷却管342的出水口通过出水管343与外部冷源的回流口连通。所述水冷底盘30的顶部向内凹分别形成设有电极槽32和冷却槽31，且所述电极槽32为贯穿槽孔，所述水冷底盘30于冷却槽31中心处还开设有贯穿盘体的中空电极261槽；所述第一电极251组件25和第二电极271组件27镶嵌密封螺纹旋合固定在电极槽32内，所述中空电极261组件26镶嵌密封螺纹旋合固定在中空电极261槽内；所述中和器本体20螺纹旋合固定安装在冷却槽31内；所述维持极10通过隔离块12固定设置在中和器本体20上，并通过第一电极251组件25与外部维持电源连通，用于维持中和器的持续工作；所述第一电极251组件25主要是连通外部电源，为中和器提供维持工作电压；所述第二电极271组件27主要是连通外部电源，为中和器提供射频负极电压；所述中空电极261组件26一方面连通电源，为中和器提供正离子收集电压；此外，由于中空电极261组件26开设有气体通道，惰性气体经中空电极261组件26的气体通道进入到中和器本体20的中空内腔中进行电离。

传统的射频中和器使用内安装式安装方法，如图1所示，传统的射频中和器和真空接头之间通过导线连接，也就是简单地通过导电线缆60将电源导入至中和器内以提供电源，通过导气线缆70将惰性气体导入至中和器内以提供电离材料，这样传统的射频中和器一方面容易造成电缆长时间暴露至真空室内而加快老化损坏，另一方面，不方便将这种射频中和器安装至真空室内，使得中和器会在真空室内保持一个不稳定状态，从而会降低电离效率。在本实用新型实施例中，本实用新型利用第一电极251组件25、中空电极261组件26以及第二电极271组件27的有机分类组合，将中和器的电源分别通过第一电极251组件25、中空电极261组件26以及第二电极271组件27将电源导入至中和器内以提供工作电源，通过中空电极261组件26将惰性气体导入至中和器内以提供电离材料，本实用新型安装便利，维护简单，安装结构稳定，不需要额外的固定，克服了现有技术内安装式射频中和器存在安装维护不便利的缺陷，避免了线缆因直接暴露在在真空腔室而造成线缆损坏大火的缺陷，从而达到延长产品使用寿命的目的，进一步增强了中和器的电离效果。

具体地，该中和器本体20包括有屏蔽内壳21、外罩壳22、导热片23、射频线圈24、螺旋罩28、支撑底板29以及屏蔽外壳211；所述支撑底板29固定设置在所述冷却槽31内；所述螺旋罩28固定在所述支撑底板29上并与所述螺旋罩28形成有电离腔室212；所述屏蔽内壳21固定设置在所述支撑底板29于电离腔室212内壁处；所述射频线圈24环设于螺旋罩28上；所述导热片23固定在所述水冷底盘30于冷却槽31处；所述屏蔽内壳21固定设置在所述导热片23上；所述屏蔽外壳211盖设固定在所述水冷底盘30上。

更具体地，该第一电极251组件25包括有第一电极251和第一电极套252；所述电极槽32包括有第一电极251槽；所述第一电极套252镶嵌固定设置在所述第一电极251槽内，所述第一电极251的第一导电端穿过第一电极套252、导热片23以及屏蔽外壳211后与所述维持极10的电源端电性连接，所述第一电极251的第二导电端穿过水冷底盘30和法兰接口40与外部电源电性连接。该第二电极271组件27包括有第二电极271和第二电极套272；所述电极槽32包括有第二电极271槽；所述第二电极套272镶嵌固定设置在所述第二电极271槽内，所述第二电极271的第一导电端穿过第二电极套272与所述射频线圈24电性连接，所述第二电极271的第二导电端穿过水冷底盘30和法兰接口40与外部电源电性连接。该中空电极261组件26包括有中空电极261和中空电极套262；所述水冷底盘30的顶部于冷却槽31中心处向下凹设有中空电极261槽；所述中空电极套262镶嵌固定设置在所述中空电极261槽内，所述中空电极261的第一导电端穿过中空电极套262并伸入至电离腔室212内，所述中空电极261的第二导电端穿过水冷底盘30和法兰接口40与外部电源电性连接。

该外罩壳22的顶部设有上沿台阶，所述射频线圈24位于上沿台阶下。该螺旋罩28为圆柱形腔体，所述螺旋罩28于远离中空电极261组件26的一端中部开设有发射孔。该螺旋罩28的外侧壁设有螺旋线槽，所述射频线圈24螺旋设于螺旋线槽内。该水冷式射频中和器还包括有连接柱11；所述隔离块12固定在中和器本体20上，所述维持极10固定在隔离块12上，所述连接柱11依次穿过维持极10和隔离块12后与所述第一电极251电性连接。该水冷式射频中和器还包括有法兰底板50，所述法兰底板50固定设置在所述法兰接口40上。将发射孔设置在所述螺旋罩28于远离中空电极261组件26的一端中部位置，便于分布在电离腔室212内的自由电子通过，提高中和器的电子发射效率。

另外，所述离子源中和器还包括罩射于外罩壳22外的屏蔽外壳211，屏蔽外壳211开设有与发射孔对应的第二通孔，所述维持极开设有与第二通孔对应的第一通孔13。利用屏蔽外壳211进行屏蔽，避免外界因素对惰性气体的电离造成干扰，进一步提高了电离效果的稳定性和可靠性。其中，所述离子源中和器还包括设于外罩壳22与屏蔽外壳211之间的导热片23。导热片23的设置便于将外罩壳22内的热量传输到屏蔽外壳211上，进而加快热量散发的速度，使得射频线圈24不产生变形，从而进一步提高中和器电离效果的稳定性。本实施例中，为了进一步提高散热效果，将所述导热片23设置为石墨结构。另外，外罩壳22的顶部设有上沿台阶，射频线圈24位于上沿台阶下。上沿台阶的设置能防止射频线圈24上沿与屏蔽外壳211接触发生短路情况。本实施例中，电离腔体外侧壁的底部设有用于支撑外罩壳22的支撑部；支撑部与上沿台阶配合能更好地固定射频线圈24，防止其产生变形。其中，外罩壳22及螺旋罩28为氮化铝陶瓷结构。这样设置能加快螺旋罩28内热量的散失，使得射频线圈24不产生变形，从而进一步提高中和器电离效果的稳定性。

该水冷式射频中和器的工作原理如图7所示：使用该射频中和器时，惰性气体通过中空电极261组件26的气体通道进入电离腔室212，射频电源通过感抗匹配网络调制后输出功率加载到射频线圈24上，使电离腔室212内形成电磁场，维持极10维持中和器内部保持电离工作状态，通过射频线圈24产生电磁场使惰性气体电离，产生自由电子并通过所述螺旋罩28的发射孔射出，并依次经过第二通孔和第一通孔13射到真空室内，中空电极261组件26用于收集电离腔室212内的正离子，防止正离子导致的打火放电。本实用新型通过将射频线圈24螺旋设于螺旋罩28的外侧壁，并将外罩壳22套设于射频线圈24的外侧，使得射频线圈24得到固定，不容易随工作时间的延长而产生变形，保证了中和器电离效果的稳定性，而且外罩壳22的设置减少了射频线圈24与空气的接触面，进而使得射频线圈24的氧化效果得到有效抑制，在提高射频线圈24使用寿命的同时保证了电离效果。

本实用新型将中和器本体20固定在水冷底盘30，采用水冷式的冷却方式对中和器本体20进行散热，提高了中和器的散热性能，解决了现有技术内射频中和器因采用自然散热方式而导致冷却效率不佳的缺陷；此外，本实用新型采用法兰式的安装方式，将中和器本体20固定在水冷底盘30，将水冷底盘30固定在法兰接口40上，使得中和器本体20便于安装固定到真空腔室壁于法兰接口40上，安装便利，维护简单，安装结构稳定，不需要额外的固定，克服了现有技术内安装式射频中和器存在安装维护不便利的缺陷，避免了线缆因直接暴露在在真空腔室而造成线缆损坏大火的缺陷，从而达到延长产品使用寿命的目的。

显然，在本实用新型实施例中，该水冷式射频中和器的工作原理如图5所示：该水冷式射频中和器安装在高真空环境，惰性气体通过正离子收集极25的进气通道和惰性气体供气孔进入绝缘电离腔室21226。射频电源通过感抗匹配网络调制后，输出功率加载到射频线圈2424上，使绝缘电离腔室21226内形成电磁场，起辉维持极1014维持电子源器件内部保持电离工作状态，通过射频线圈2424产生电磁场使惰性气体电离，产生自由电子并通过电离腔室21226的发射孔射出，正离子收集极25用于收集绝缘电离腔室21226内的正离子，防止正离子导致的打火放电。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。