[发明专利]气体射流冲击冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，且特别涉及一种气体射流冲击冷却装置。

背景技术

射流冲击是指射流对固体壁面或液体表面等的冲击流动，即气体或液体在压差的作用下，通过圆形或窄缝形喷嘴垂直(或成一定倾角)喷射到被冷却或加热表面上。由于流体直接冲击欲被冷却或加热的表面，流程短且被冲击的表面上的流动边界层薄，从而使直接受到冲击的区域产生很强的换热效果，是一种极其有效的强化传热方法。

在半导体制造技术中，高压汞灯作为紫外光源被使用在常规的I线步进光刻机或Bumping机上。使用的汞灯功率常常需要达上千瓦或更高功率，追求产率的趋向使得汞灯功率会越来越高，更高的汞灯功率意味着更高的对外散热。因为只有一小部分光能最后进入曝光场，其余的能量都以热能的形式耗散掉。巨大的耗散热如果不及时排出制造设备，会引起设备温度升高，导致设备不能正常工作，因此，汞灯功率的提高要求对汞灯散热能力也要相应提高。

对于汞灯的冷却方式，目前公开了一种低功率汞灯的空气强制流动散热实现技术，针对低功率汞灯散热。由于2000W以上大功率汞灯阳极的表面热流一般都超过5w/cm2的空气强制流动冷却极限，因此这种冷却技术已经不能适应新的需求。

另一些现有技术公开了利用两种射流冷却高热流密度电子器件的技术方式。射流介质都是液体，热流密度非常高，超过5w/cm²，射流都是以超短射程直接冲击被冷却表面。

但这种液态冲击射流技术对汞灯阳极也不适用，一是因为汞灯阳极不能采用液体冲击冷却，二是由于受到冷却结构不能布置于光路的限制，射流射程的安排将是极大的技术挑战。

在另一些现有技术中，围绕灯泡的密封透明套管，充满循环流动的冷却液，属于液冷方式。该技术能用于400瓦到7000瓦的高压气体放电灯泡，冷却效果好且冷却较均匀，但其缺点也很明显：制作难度高，流动的冷却液可能会对光强减弱和产生不稳定影响，不利于曝光剂量准确控制。

在一些汞灯结构中，由于同一空间不同部件的温度需求不同，因此，采用传统的单一冷却措施已不能满足要求。

传统的汞灯冷却都是通过椭球碗外壁水冷，同时，另外一路强制空气在椭球碗内部和外部分流流动，用于辅助冷却椭球碗、阴极以及阳极。这种强制流动冷却措施可以有效控制阴极的温度，再通过合理分配冷却空气进入椭球碗入口的空气量，就可以有效控制椭球碗的温度。

发明内容

本发明提出一种气体射流冲击冷却装置，用于冷却汞灯的阳极，利用气体介质作为冲击射流，同时又具有能恰当布置其结构、合理设计射流参数、低成本的特点。

本发明提出一种气体射流冲击冷却装置，用于冷却汞灯的阳极，汞灯包括阳极和椭球碗，阳极容置在椭球碗中，气体射流冲击冷去装置包括：

偶数个喷嘴，对称设置在椭球碗的上端面，喷嘴包括：

接入口，连接冷却介质；以及

喷口，用于喷出冷却介质至阳极。

进一步说，喷口的截面积大于接入口的截面积，喷口为窄缝形。

进一步说，汞灯的阳极为2000W以上的大功率汞灯阳极。

进一步说，喷口的长与宽的比例为10∶1。

进一步说，喷嘴还包括：

腔体段，连接于接入口；

平直段，连接于喷口，截面积与喷口的截面积相同；以及

收缩段，连接于腔体段与平直段，截面积逐渐减小。

进一步说，腔体段的截面积与接入口的截面积相同。

进一步说，平直段的截面积与喷口的截面积相同

进一步说，收缩段的截面积逐渐减小。

进一步说，冷却介质为压缩空气或压缩氮气。

进一步说，喷口的宽度与阳极的宽度比例为1∶18。

进一步说，接入口还包括调压阀，用以调整冷却介质的压力。

本发明提出的气体射流冲击冷却装置，包括对称设置在汞灯上的喷嘴，能够对圆柱体形的阳极进行有效冷却，其成本低廉，冷却效率高，适于产业上的广泛利用。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例应用气体射流冲击冷却装置的汞灯的结构示意图。

图2所示为本发明较佳实施例应用气体射流冲击冷却装置的汞灯的侧面剖视图。

图3所示为本发明较佳实施例应用气体射流冲击冷却装置的汞灯的俯视图。

图4a所示为本发明较佳实施例气体射流冲击冷却装置的喷嘴的俯视剖面图。

图4b所示为本发明较佳实施例气体射流冲击冷却装置的喷嘴的左视图。