一种气体冷却装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及光刻机技术领域，尤其涉及一种气体冷却装置。


背景技术：

[0002]
光刻机内存在很多高功率发热元件，发热元件产生的热量累积，会让环境温度持续升高。在某些工况环境下，不便直接对发热元件接触降温，为保证元件正常工作，通常采用换气的方式将发热元件所处的环境中的热量带走，让环境温度控制在发热元件可正常工作范围内。
[0003]
例如光刻机曝光系统的汞灯，在工作时，汞灯室环境温度达100℃以上，为使灯室温度恒定，常采用换气方式让环境快速降温。由于灯室内温度过高，不采取其他冷却措施情况下，排气管道内平均温度高达80℃。排气管从光刻机内部通过，排气管内的气流温度过高会对光刻机内热敏元件造成严重损坏，对光刻机稳定性和可靠性造成不良影响。
[0004]
目前有采用水冷的方式为排气管内的高温气流散热，但目前的水冷方式中，水冷装置仅在外壳上布置水路，将水冷装置的外壳制成内外双层的形式，即外壳包括内管和包覆在内管外的外层，内管用于通散热气流，外层用于通冷却水，冷却水能对散热气流进行散热。上述冷却方式冷却效果有限，且水冷装置体积较大，适用环境有限。


技术实现要素：

[0005]
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种能提升散热效率且体积较小的气体冷却装置。
[0006]
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0007]
一种气体冷却装置，其中，包括：
[0008]
壳体，所述壳体内设置有气流通道，所述壳体上设置有冷却介质入口和冷却介质出口；
[0009]
冷却管道，设于所述气流通道内，并与所述冷却介质入口和所述冷却介质出口连通，所述冷却管道用于流通冷却介质，所述冷却介质能冷却所述气流通道内的气流；所述冷却管道在所述气流通道的截面内弯折形成管网单元，所述管网单元为若干个，若干个所述管网单元沿所述气流通道的气流方向间隔设置，且相邻的所述管网单元在所述气流通道的截面上的投影不重叠，以使相邻的所述管网单元错位设置。
[0010]
可选的，每一所述管网单元上的间隙的总截面积大于或等于所述气体冷却装置规定的散热核定截面积。
[0011]
可选的，若干所述管网单元叠合能布满所述气流通道的截面。
[0012]
可选的，相邻的所述管网单元之间的间隔大于或等于1倍所述冷却管道的沿所述气流方向上的尺寸。
[0013]
可选的，所述冷却管道为一条，所述冷却管道中所述冷却介质的流动方向与所述气流方向相反。
[0014]
可选的，所述冷却介质入口与所述冷却介质出口并排设置。
[0015]
可选的，所述管网单元为菱形网状，所述管网单元中形成有若干菱形。
[0016]
可选的，所述管网单元的管道呈s形弯折。
[0017]
可选的，所述管网单元的管道呈回形弯折。
[0018]
可选的，所述壳体的内壁和/或所述冷却管道上设置有散热翅片。
[0019]
可选的，所述壳体的两端设置有连接孔，所述壳体与外部部件通过螺钉连接；或
[0020]
所述壳体的两端设置有螺纹，所述壳体与外部部件通过螺纹连接。
[0021]
可选的，所述气体冷却装置，还包括：
[0022]
晶片结构，设于所述气流通道内，用于散热及用于支撑所述管网单元。
[0023]
可选的，所述壳体上设置有探测器安装接口，所述探测器安装接口用于连接探测器，以检测所述气流通道内的气流参数。
[0024]
本实用新型的有益之处在于：冷却管道在气流通道的截面内弯折形成若干管网单元，大幅度提高了气流与冷却管道的接触面积，从而间接的增加了气流与冷却介质的接触面积，提升了冷却效率；能充分利用气流通道内的空间布置，使得整个气体冷却装置的体积较小，适用性更高；本实用新型的气体冷却装置能将光刻机内高达90℃的高温气流冷却到56度以下，满足整机抽排气流小于60℃的需求，冷却效果明显。
附图说明
[0025]
图1是本实用新型中气体冷却装置实施例的结构示意图；
[0026]
图2是本实用新型图1所示的气体冷却装置与排气管道和热环境连接的示意图；
[0027]
图3是本实用新型图1所示的气体冷却装置另一视角的结构示意图；
[0028]
图4是本实用新型图1所示的气体冷却装置的剖视结构示意图；
[0029]
图5是本实用新型中冷却管道实施例的结构示意图；
[0030]
图6是本实用新型图5所示的冷却管道另一视角的结构示意图；
[0031]
图7是本实用新型图5所示的冷却管道的侧视结构示意图；
[0032]
图8是本实用新型图7所示冷却管道沿a-a截面的结构示意图；
[0033]
图9是本实用新型图6所示冷却管道沿平面e的截面结构示意图；
[0034]
图10是本实用新型7所示冷却管道沿f-f截面的结构示意图；
[0035]
图11是本实用新型中气体冷却装置另一实施例的结构示意图；
[0036]
图12是本实用新型中冷却管道另一实施例的结构示意图；
[0037]
图13是本实用新型图12所示的冷却管道的侧视结构示意图；
[0038]
图14是本实用新型图13所示冷却管道沿b-b截面的结构示意图；
[0039]
图15是本实用新型图11中c部分的放大图；
[0040]
图16是本实用新型中气体冷却装置又一实施例的结构示意图；
[0041]
图17是本实用新型图16所示气体冷却装置的截面结构示意图；
[0042]
图18是本实用新型图16所示气体冷却装置内冷却管道的截面结构示意图；
[0043]
图19是本实用新型图16所示气体冷却装置内冷却管道与晶片结构装配的结构示意图；
[0044]
图20是本实用新型图16所示气体冷却装置与外部部件连接的示意图。
[0045]
图中：
[0046]
100、气体冷却装置；
[0047]
10、壳体；11、气流通道；12、气流入口；13、气流出口；14、冷却介质入口；15、冷却介质出口；16、连接孔；17、探测器安装接口；
[0048]
20、冷却管道；21、管网单元；22、贴壁管道；
[0049]
30、散热翅片；
[0050]
40、快速管道接插件；
[0051]
50、晶片结构。
具体实施方式
[0052]
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
[0053]
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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实用新型中的具体含义。
[0054]
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。
[0055]
请参考图1，本实用新型提供一种气体冷却装置，气体冷却装置100主要用于光刻机，当然也可以应用到其它领域。如图2所示，气体冷却装置100可以用于连接光刻机中的热环境和排气管道，热环境是发热元件所处的环境，例如汞灯室。如图2所示，热环境中的高温气流经过气体冷却装置100再进入排气管道，使得排气管道中的气流温度不会太高，排气管道中的气流从光刻机内部通过时，不会对光刻机内的热敏元件造成损坏，提升了光刻机的稳定性和可靠性。
[0056]
请参考图1、图3及图4，气体冷却装置100包括壳体10和设置在壳体10内的冷却管道20。如图4所示，壳体10内设置有气流通道11，气流通道11用于供气流通过，请结合图2及图4，热环境中的气流通过气流通道11进入到排气管道中。如图3所示，可以理解的是，壳体10上设置有气流入口12和气流出口13。
[0057]
请结合图1、图3及图4，冷却管道20设置在气流通道11内，壳体10上设置有冷却介质入口14和冷却介质出口15，冷却介质入口14和冷却介质出口15与冷却管道20连通，使得冷却介质从壳体10外部通过冷却介质入口14进入到冷却管道20中，并从冷却介质出口15排出到壳体10外。冷却管道20用于流通冷却介质，冷却介质例如可以是水，冷却介质能冷却气流通道11内的气流，当气流流过气流通道11时，经过气流通道11中的冷却管道20，冷却管道20中的冷却介质与气流进行热交换，对气流进行冷却降温。
[0058]
如图5到图7所示，冷却管道20盘绕设置，盘绕形成的大体形状随形于气流通道11。冷却管道20可以与壳体10一体成形，也可以是一个单独的零件。如图6和图8所示，冷却管道20在气流通道11的截面内弯折形成管网单元21，具体的，如图6所示，冷却管道20包括贴设
在气流通道11的内壁的贴壁管道22以及在气流通道11的截面内弯折形成的管网单元21。设置在气流通道11的截面内弯折的管网单元21可以增大气流与冷却管道20的接触面积，充分利用气流通道11内的空间，提升冷却效果。冷却管道20可以为一条管道，也就是说贴壁管道22和管网单元21都是由一条冷却管道20盘绕形成，串联成一条水路，冷却管道20中冷却水的大体流向与气流流向相反，形成单向流动的逆向冷却水路，单向流动的逆向冷却水路能加速热传递和热交换速率，提升换热效果。
[0059]
请参考图6及图9，管网单元21为若干个，若干个管网单元21沿气流通道11的气流方向a间隔设置，如图9所示，相邻的管网单元21之间的间隔为l，且如图8所示，相邻的管网单元21在气流通道11的截面上的投影不重叠，即相邻的管网单元21错位设置，这样可以使气流与管网单元21充分的接触，提升冷却效果。另外，这样充分利用气流通道11内的空间来设置管网单元21，可以减小气体冷却装置100的体积，在满足冷却需求的前提下，气体冷却装置100可以较小，使气体冷却装置100的适用性更高。
[0060]
管网单元21可以弯折成各种形状，例如图8所示，管网单元21弯折成菱形网状。由于管网单元21为弯折形成的，所以管网单元21上具有间隙，管网单元21上的间隙的总截面积大于或等于气体冷却装置100规定的散热核定截面积，也就是说对于气体冷却装置100中气流的流量具有规定，管网单元21上的间隙的总截面积不能少于此规定值，不然就不能达到气流的流通量了。
[0061]
另外，所有管网单元21叠合后能布满气流通道11的截面，这样可以尽量增大冷却管道20与气流的接触面积，提升冷却效果。并且由于每个管网单元21上都具有间隙，且相邻的管网单元21之间也是间隔设置，所以完全不影响气流流动。
[0062]
在一种实施方式中，如图9所示，相邻的管网单元21之间的间隔l大于或等于1倍冷却管道20的沿气流方向a上的尺寸h，这样可以使得相邻的管网单元21之间具有充分的间隔供气流通过。
[0063]
如前文所述，请参考图8，管网单元21可以弯折成菱形网状，管网单元21中形成有若干菱形，如图8，菱形的顶角b小于90
°
。
[0064]
如图6所示，冷却管道20为扁平型管道，可以尽量增加冷却管道20的表面积，如图3所示，冷却管道20可以与壳体10通过3d打印一体成形。图10是本实用新型7所示冷却管道沿f-f截面的结构示意图，如图10所示，冷却管道20端部的圆角的半径r小于4mm。冷却管道20的管道壁厚大于0.3mm，较佳的厚度为0.5-1.2mm。如图1所示，壳体10上的冷却介质入口14和冷却介质出口15的内壁可以攻螺纹，通过螺纹与外部管路连接。
[0065]
在一种实施方式中，为了提升散热效果，如图4所示，还可以在壳体10的内壁和/或冷却管道20上设置有散热翅片30，图4所示中，冷却管道20为扁平型管道，散热翅片30设置在壳体10内壁上。如图4所示，散热翅片30包括与壳体10的内壁垂直的翅片和相对于壳体10的内壁倾斜设置的翅片，相对于壳体10的内壁倾斜设置的翅片与壳体10的内壁的夹角为45
°
。散热翅片30的数量为多个，具体可根据需要设置，相邻的散热翅片30之间的间隙大于或等于2倍的翅片厚度，以保证气流的顺利流通。
[0066]
请参考图1，冷却介质入口14和冷却介质出口15并排设置，将冷却介质入口14和冷却介质出口15设置在一处，有利于提升装配速率，只在一个地方就可以完成冷却介质入口14和冷却介质出口15与外部管路的连接，如果将冷却介质入口14和冷却介质出口15设置在
不同位置，则会浪费装配时间。
[0067]
请参考图2，壳体10的两端设置有连接孔16，壳体10与外部部件(例如排气通道)通过螺钉连接。将螺钉穿入连接孔16后锁附在外部部件上，即可将气体冷却装置100与外部部件连接了。具体的，壳体10的两端设置安装法兰面，连接孔16设置在安装法兰面上，安装法兰面能紧贴在外部部件上，提升气密性和装配便利性，提升气体冷却装置100的适配性，便于气体冷却装置100与外部部件匹配。
[0068]
请参考图11至图14，在一种实施方式中，冷却管道20为圆管，可通过折弯工艺或3d打印成形。如图14所示，管网单元21的管道呈s形弯折。
[0069]
图15是本实用新型图11中c部分的放大图，如图15所示，当冷却管道20为圆管时，可将散热翅片30焊接在冷却管道20上，提升冷却管道20的散热效果。
[0070]
如图12所示，冷却管道20的出口和入口处设置快速管道接插件40，快速管道接插件40与冷却管道20焊接，通过快速管道接插件40将冷却管道20与外部管路连接。
[0071]
请参考图16至图19，在一种实施方式中，气体冷却装置100的壳体10大致为柱形，具体为菱形柱状或矩形柱状。如图16所示，壳体10的两端可设置螺纹，以使气体冷却装置100通过壳体10两端的螺纹与外部部件连接(如图20所示)。
[0072]
如图18所示，在一种实施方式中，管网单元21的管道可以呈回形弯折。
[0073]
请参考图17，气体冷却装置100还包括晶片结构50，晶片结构50为带网孔的金属片，晶片结构50设置在壳体10的气流通道11内，用于散热及用于支撑管网单元21，晶片结构50上设置有卡槽，管网单元21能卡在晶片结构50上的卡槽中，以使晶片结构50支撑管网单元21。同时，晶片结构50还可以实现辅助散热。
[0074]
请参考图1，壳体10上设置有探测器安装接口17，探测器安装接口17用于连接探测器，以检测气流通道11内的气流，实时监控气流的温度、压力和速度。
[0075]
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。