[发明专利]用于真空电容器的电极单元和真空电容器

说明书

提供用于真空电容器的电极单元和真空电容器。用于电真空电容器的电极单元(10，20)包括具有高度H的带状电容器极板(11，21)，带状电容器极板(11，21)以螺旋卷绕，螺旋具有最大直径D_max和连续螺旋圈之间的恒定距离，带状电容器极板(11，21)包括附接至支承部(12)的第一纵向边缘(11a，21a)和自由的第二纵向边缘(11b，21b)，在螺旋外端，第一纵向边缘(11a，21a)和第二纵向边缘(11b，21b)通过倾斜边缘(11c，21c)连接使得第一纵向边缘(11a，21a)比第二纵向边缘(11b，21b)长，倾斜边缘(11c，21c)与带状电容器极板(11，21)的纵向轴线(B)形成小于或等于角度α_max＝(45°·π/180°)的角度α。还涉及包括至少一个本发明电极单元(10，20)的真空电容器(30)。

技术领域

本发明涉及真空电容器领域。更确切地，本发明在第一方面涉及用于真空电容器的电极单元。该电极单元包括：由高导热材料诸如铜制成的支承部；以及由高熔点金属诸如不锈钢、碳钢、钼、钽、钨、镍、(铬镍铁合金)、钛、铬或其合金制成的螺旋卷绕式带状电容器极板(capacitor plate)。本发明的电极单元允许在真空电容器内达到更高的电压。在第二方面，本发明涉及包括至少一个根据本发明的电极单元的真空电容器。

背景技术

真空电容器在现有技术中是众所周知的，并且用于需要高频和高功率两者的应用中。常见应用包括：例如，用于高功率射频传输的振荡电路，以及用于制造半导体、太阳能电池板和平板显示器的高频电源。

如前所述，真空电容器通常用于半导体行业中的应用中，例如等离子涂覆和蚀刻处理，使用27.12MHz、13.56MHz、6.78MHz处的电力或其他射频电源的那些。非常普遍地，真空电容器用作调谐元件，并且集成在阻抗匹配箱或其他设备内，以保证从射频发生器(具有输出阻抗50Ω)至具有动态负载(即，变化的阻抗)的等离子处理室的最佳功率传输。期望能够以越来越高的功率来使用这些阻抗匹配箱，从而导致更高的工作电压。由于必须在不增加电容器的尺寸或其中放置电容器的设备的尺寸的情况下获得更高的功率，因此功率密度必然增加。由于频率低于6.78MHz甚至低于4MHz的功率输送变得越来越频繁的事实，进一步加剧了这种趋势，该事实会导致即使在将真空电容器用于相同的标称功率下的功率应用时由于这些真空电容器在这些频率处的更高阻抗因而真空电容器中的电压更高。

现有技术的真空电容器包括两个或更多个由电介质隔开的铜电极或电极单元。铜通常被看作是用于电极或电极单元的良好材料，因为铜具有较低的电损耗。即使在非常高的RF电流下，真空电容器也仅产生适度的热量，该热量可以通过热传导容易地从电极传输至外壳的环，并且随后通过简单的对流和辐射从外壳传输至周围大气。然而，真空电容器可能受其在达到临界温度之前所能承受的电流的限制，或者可能受其能够处理的信号的电压的限制(取决于应用功率信号频率或占空比，电压或者电流将是最关键的限制因素)。当铜电极在真空中被隔开了1mm时，现有技术的真空电容器可以承受大约20kV至25kV。随着电极间隔的增加，电压可进一步增加，但是铜真空电容器在尺寸方面将增加。

如上所述，铜是优选的电极材料，因为其允许真空电容器的非常高的额定电流。大多数真空电容器的额定标称电流为13.56MHz处的额定标称电流。该额定电流值可以是例如在13.56MHz处的94A_RMS。取决于电容器子部件(电极、环(collar)、波纹管(bellow)等)的几何形状和热量传递布置，该值可以显著更大或显著更小。对于特定频率或在频率范围内以I_max(频率)曲线的方式给出额定电流。13.56MHz频率是工业处理的标准频率。然而，在各种应用中有时使用其他频率，例如6.78MHz、2MHz、400kHz或甚至其他频率。由于集肤效应现象的频率依赖性导致铜部件的依赖于频率的电阻率，因此在这些其他频率处的额定电流是不同的。