[發(fā)明專利]用于真空電容器的電極單元和真空電容器

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• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113823508A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 蒂莫西·韋伯;雅尼娜·比朔夫;馬爾科·法澤爾;馬克·米爾德納
• 申請（專利權）人: 康姆艾德公司
• 主分類號: H01G4/005
• 分類號: H01G4/005;H01G4/224
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;崔俊紅

提供用于真空電容器的電極單元和真空電容器。用于電真空電容器的電極單元(10，20)包括具有高度H的帶狀電容器極板(11，21)，帶狀電容器極板(11，21)以螺旋卷繞，螺旋具有最大直徑D_max和連續(xù)螺旋圈之間的恒定距離，帶狀電容器極板(11，21)包括附接至支承部(12)的第一縱向邊緣(11a，21a)和自由的第二縱向邊緣(11b，21b)，在螺旋外端，第一縱向邊緣(11a，21a)和第二縱向邊緣(11b，21b)通過傾斜邊緣(11c，21c)連接使得第一縱向邊緣(11a，21a)比第二縱向邊緣(11b，21b)長，傾斜邊緣(11c，21c)與帶狀電容器極板(11，21)的縱向軸線(B)形成小于或等于角度α_max＝(45°·π/180°)的角度α。還涉及包括至少一個本發(fā)明電極單元(10，20)的真空電容器(30)。

技術領域

本發(fā)明涉及真空電容器領域。更確切地，本發(fā)明在第一方面涉及用于真空電容器的電極單元。該電極單元包括：由高導熱材料諸如銅制成的支承部；以及由高熔點金屬諸如不銹鋼、碳鋼、鉬、鉭、鎢、鎳、(鉻鎳鐵合金)、鈦、鉻或其合金制成的螺旋卷繞式帶狀電容器極板(capacitor plate)。本發(fā)明的電極單元允許在真空電容器內達到更高的電壓。在第二方面，本發(fā)明涉及包括至少一個根據本發(fā)明的電極單元的真空電容器。

背景技術

真空電容器在現有技術中是眾所周知的，并且用于需要高頻和高功率兩者的應用中。常見應用包括：例如，用于高功率射頻傳輸的振蕩電路，以及用于制造半導體、太陽能電池板和平板顯示器的高頻電源。

如前所述，真空電容器通常用于半導體行業(yè)中的應用中，例如等離子涂覆和蝕刻處理，使用27.12MHz、13.56MHz、6.78MHz處的電力或其他射頻電源的那些。非常普遍地，真空電容器用作調諧元件，并且集成在阻抗匹配箱或其他設備內，以保證從射頻發(fā)生器(具有輸出阻抗50Ω)至具有動態(tài)負載(即，變化的阻抗)的等離子處理室的最佳功率傳輸。期望能夠以越來越高的功率來使用這些阻抗匹配箱，從而導致更高的工作電壓。由于必須在不增加電容器的尺寸或其中放置電容器的設備的尺寸的情況下獲得更高的功率，因此功率密度必然增加。由于頻率低于6.78MHz甚至低于4MHz的功率輸送變得越來越頻繁的事實，進一步加劇了這種趨勢，該事實會導致即使在將真空電容器用于相同的標稱功率下的功率應用時由于這些真空電容器在這些頻率處的更高阻抗因而真空電容器中的電壓更高。

現有技術的真空電容器包括兩個或更多個由電介質隔開的銅電極或電極單元。銅通常被看作是用于電極或電極單元的良好材料，因為銅具有較低的電損耗。即使在非常高的RF電流下，真空電容器也僅產生適度的熱量，該熱量可以通過熱傳導容易地從電極傳輸至外殼的環(huán)，并且隨后通過簡單的對流和輻射從外殼傳輸至周圍大氣。然而，真空電容器可能受其在達到臨界溫度之前所能承受的電流的限制，或者可能受其能夠處理的信號的電壓的限制(取決于應用功率信號頻率或占空比，電壓或者電流將是最關鍵的限制因素)。當銅電極在真空中被隔開了1mm時，現有技術的真空電容器可以承受大約20kV至25kV。隨著電極間隔的增加，電壓可進一步增加，但是銅真空電容器在尺寸方面將增加。

如上所述，銅是優(yōu)選的電極材料，因為其允許真空電容器的非常高的額定電流。大多數真空電容器的額定標稱電流為13.56MHz處的額定標稱電流。該額定電流值可以是例如在13.56MHz處的94A_RMS。取決于電容器子部件(電極、環(huán)(collar)、波紋管(bellow)等)的幾何形狀和熱量傳遞布置，該值可以顯著更大或顯著更小。對于特定頻率或在頻率范圍內以I_max(頻率)曲線的方式給出額定電流。13.56MHz頻率是工業(yè)處理的標準頻率。然而，在各種應用中有時使用其他頻率，例如6.78MHz、2MHz、400kHz或甚至其他頻率。由于集膚效應現象的頻率依賴性導致銅部件的依賴于頻率的電阻率，因此在這些其他頻率處的額定電流是不同的。