专利名称：具有多个绝缘区段的绝缘导体元件的制作方法
技术领域：
本发明是有关于电场应力屏蔽，特别是关于一种用以对处于一定电压的结构进行 电性屏蔽的绝缘导体元件。
背景技术：
离子植入(ion implantation)是一种用以将改变电导率的杂质引入或掺杂至半 导体晶圆的标准技术。典型的离子植入制程使用高能离子束将杂质(离子)引入到半导体 晶圆。在离子植入过程中，对源进料(source feedmaterial)进行赋能从而产生离子束，并 且产生的离子束需要由高压(诸如670千伏)的加速筒(acceleration column)进行加速。 电压结构(通常称为终端)用于提供上述高压。递交于2006年9月27日的共同未决美国专利申请第11，527，842号公开了 一种在 离子植入装置中作为电压结构的电应力屏蔽的绝缘导体，此专利申请并入本案以供参考。 图1是11，527，842号所公开的电压结构400的透视图。参照图1，电压结构400可包括 基底、一或多个耦接于基底的直立侧壁404以及耦接于一或多个直立侧壁404的顶部402。 直立侧壁404可包括具有把手442的门440，以提供能到达电压结构400内腔的人员通道 (personnel access)。电压结构400的直立侧壁404可由一实心材质件或任意多个分离件 制成。尽管显示成实心件，但电压结构400的顶部402也可由多个相间隔的导体制成，从而 形成一导体网格以允许空气流经网格的开口。一或多个绝缘导体412设置于具有过量电应力的电压结构400的部份外表面附 近。图1中，顶部绝缘导体412设置于电压结构400的顶部边缘470的整个周边附近，而底 部绝缘导体412设置于底部边缘472的整个周边附近。尽管顶部绝缘导体412和底部绝缘 导体412位于各自边缘470、472的整个周边附近，但其他实施例可将绝缘导体412定位在 附加或其他的外围部份。这些部份可包括但不限于水平边缘、垂直边缘、角落以及开口或电 压结构400与外部部件交界的界面。外部部件可包括马达、发电机或使用界面。在一实例 中，球形绝缘导体可位于电压结构400的角落附近。绝缘导体412可包括介电强度大于75 千伏/英寸的绝缘体416。多个支架422可耦接到电压结构400和相关绝缘导体412，从而将绝缘导体412支 撑于电压结构400的外围部份附近。支架422的长度可使绝缘导体412定位成与电压结构 400相距所需距离。所需距离可从近乎为零(近似接触)到周围空气空隙所允许的最大距 离。在一实施例中，所需距离至少为1.5英寸。支架422可由导体材质或非导体材质制成。 支架422还可作为电压结构400与绝缘导体412之间的电性连接。如图1所示，绝缘导体412和绝缘体416为单个连续闭合结构。单片绝缘体416 的大尺寸在制作、安装、维护、成本和可靠性上都会产生问题。
发明内容
本发明的第一方面提供一种电压结构的绝缘导体元件，此绝缘导体元件包括导体
4及多个绝缘区段，导体连接一电压，多个绝缘区段包围导体且多个绝缘区段彼此交界。本发明的第二方面提供一种电压结构的绝缘导体元件，此绝缘导体元件包括彼此 交界的多个区段，每一区段包括由绝缘部包围的导体；其中导体包括多个导体线缆，其中一 导体线缆连接至电压结构。本发明的第三方面提供一种电压结构的电性屏蔽方法，此方法包括下列步骤。首 先，提供多个区段，每一区段包括由介电材质包裹的导体。接着，将每一导体连接至电压结 构。而后，定位这些区段，以使两个直接相邻的导体接近成使得此两个直接相邻的导体的等 位线实质上与连续导体的等位线相似。本发明的示意性方面设计成解决本案所描述的问题或未讨论的其他问题。
通过本发明各方面的后续详细描述并结合附图可更轻易地理解本发明的上述以 及其他特征，附图中描述本发明的各种实施例，要注意本发明的附图并未按比例绘制。图1绘示先前技术的一种绝缘导体。图2绘示本发明一实施例之绝缘导体元件的示意图。图3绘示图2的绝缘导体元件的等位线。图4绘示本发明另一实施例的绝缘导体元件的示意图。图5A至图5D绘示本发明一实施例的具有线缆群组的绝缘导体元件。图6绘示具有由分段绝缘体系统包裹的连续导体的绝缘导体元件。附图意图仅描述本发明的典型方面，并且不应认为是限制本发明的范围。在附图 中，相同的标号代表相似的元件。
具体实施例方式参照图2，图2绘示本发明一实施例之绝缘导体元件10的示意图。如图2所示，系 统8包括电压结构11和绝缘导体元件10。绝缘导体元件10位于电压结构11和接地13 (例 如，金属结构)之间。绝缘导体元件10与接地13之间的空隙填充有空气15。绝缘导体元 件10包括多个区段12 (显示为12a、12b)，每一区段12分别包括导体区段14 (显示为14a、 14b)和绝缘区段16(显示为16a、16b)。绝缘区段16可由诸如氯化聚氯乙烯(Chlorinated Poly Vinyl Cholride，CPVC)、合成硅泡沫(syntheticsilicone foam)或环氧树脂(印oxy resin)等介电材质制得。如仅在区段12b中所示，绝缘区段16(16b)可包括不同材质的 多个层161、162以控制绝缘区段16内部以及绝缘区段16周围的空气15内的径向应力 (radialstress)。导体区段14由备自的绝缘区段16包围/包裹。直接相邻的二绝缘区段16a、16b相互交界。在本案的描述中，“交界”(interface) 是指二绝缘区段16a、16b的位置相互靠近，包括但不限于绝缘区段16a、16b相互接触。根 据一实施例，二交界绝缘区段16a、16b之间可施加界面媒质(interface medium) 20来改良 界面区21内的绝缘强度。根据一实施例中，界面媒质20延伸出界面区21并部份覆盖绝缘 区段 16a、16b。 虽然图2显示了导体区段14a、14b分别通过各自的连接通路22a、22b各别地连接 到电压结构11，但这并不是必定的。例如，根据另一实施例，若能够使导体区段14a、14b两者的电势实质上相当，则导体区段14a、14b可分别连接到不同于电压结构11的电源。例 如，导体区段14a、14b可连接到不同于电压结构11 (如处于670千伏下)的电势(如500 千伏)。当处于500千伏时，绝缘导体元件10仍然可以对电压结构11进行屏蔽，但接地13 与绝缘导体元件10之间的应力将减小。根据如图3所示的一实施例，导体区段14a、14b接近成使得导体区段14a、14b的 等位线24实质上相似于连续导体的等位线，即导体区段14a、14b相似于整体的单一导体。 另外，等位线24将电压结构11的电应力主要分配在绝缘区段16a、16b的绝缘材质和/或 界面媒质20上，而非分配在电压结构11周围的空气15上。如此一来可避免电性击穿现象 的产生。绝缘导体元件10的详细功能可参阅美国专利申请第11，527，842号。根据如图2所示的实施例，绝缘区段16a、16b的交界面18a、18b实质上分别垂直 于相邻表面，例如表面26a和26b。导体区段14的边缘27 (仅显示于14a)朝交界面18a的 方向呈圆形。根据图4所示的另一实施例，交界面118a或118b实质上倾斜于相邻表面126a或 126b。在这种情况下，交界面118a、118b相互交迭。根据如图4所示的实施例，相邻于交界 面118a的导体区段14a的边缘128a实质上也是倾斜的。较佳地，倾斜的边缘128a与倾斜 的交界面118a相匹配，即边缘128a与交界面118a的倾斜角度相近。根据图2和图4所示 的实施例，每个导体区段14a、14b可为单一的中空金属管(并未显示细节部份)。根据如图 5A所示的另一实施例，导体区段214可包括导体线缆群组215。导体线缆215被称为线缆， 优选地为高压线缆，其包括包裹在绝缘材质内的中心导体。请同时参阅图5A和图5B，区段212(在图5A和图5B中分别显示了 212a和212b) 分别包括具有导体线缆群组215的导体区段214 (为清楚起见显示于图5A的左边)。根据 实施例，导体线缆群组215包括多个导体线缆，如四个导体线缆215 (1)、215 (2)、215 (3)和 215(4)。四个导体线缆之一(此处为导体线缆215(4))通过连接通路222与电压结构11 电性连接。连接通路222可为连接线缆215 (4)的一体部件。导体区段214还可包括相邻于交界面218(显示为218a、218b)的屏蔽导体部 236 (对于区段212a、212b分别显示为236a、236b)。屏蔽导体部236相较于导体线缆群组 215朝交界面218进一步延伸。线缆群组215藉由延伸入屏蔽导体部236的开口 238 (显示 为238a、238b)与屏蔽导体部236进行电性连接。根据一实施例，屏蔽导体部236实质上是U形的，如图5A中由屏蔽导体部236a以 横截面图显示的，其中U形的连接边缘240面向交界面218a。连接边缘240朝交界面218a 呈圆形。根据一实施例，相邻于U形的开口 238a的端部242同样呈圆形。根据另一实施例，屏蔽导体部236实质上是H形的，如图5B中由屏蔽导体部236b 以横截面图显示的，其中H形的开口 244面向交界面218b。相邻于开口 244的端部246朝 交界面218b呈圆形。根据一实施例，相邻于H形之开口 238b的端部248同样呈圆形。屏蔽导体部236的其他物理结构也是可能的并且包括于本发明范围中。请继续参阅图5A和图5B，区段212可包括具有管状部份230和连接模部份232的 绝缘区段216 (为了简单起见，仅显示于图5A中)。根据一实施例，连接模部份232可包括 交界面218。管状部份230可包括氯化聚氯乙烯(CPVC)管。管状部份230可包括单管(如 图5A和图5B所示)或包括多个套管231、233 (如图5C所示)，从而将绝缘区划分成分离/
6不同的腔体235、237，其中不同的腔体235、237更包括不同的绝缘材质(图未示)。导体线缆215实质上可为直线的(如图5A和图5B所示)，或盘绕于管状部份230 内部(如图5D所示)以进一步降低电应力。另外，二导体线缆215可进行换位(transpose)， 例如在管状部份230内改变其相对位置或缠绕在一起。请再次参阅图5A，连接模部份232相邻于区段212的交界面218。连接模部份232 的一部份234收容于或延伸到管状部份230内，使得连接模部份232和管状部份230相耦 接。连接模部份232实质上包裹屏蔽导体部236，除了其连接到线缆215的部份248。连接 模部份232实质上可为实心的非导电材质，如环氧树脂(塑胶)。根据图5A所示的实施例，较佳地，连接模部份232可包括中空部250，其延伸至屏 蔽导体部236的部份248。导体线缆群组215可穿过中空部250并连接到屏蔽导体部份 236。请参阅如图6所示的另一实施例，绝缘导体元件312包括连续导体314和多个绝 缘区段316 (显示为316a、316b)。连续导体314可包括多个导体线缆315，其中之一连接到 电压结构11。绝缘区段316彼此交界，并共同地包围连续导体314。根据一实施例，绝缘区 段316可包括诸如氯化聚氯乙烯(CPVC)的绝缘管338。另一绝缘层340位于连续导体314 和绝缘管338之间，绝缘层340诸如加压空气、六氟化硫(SF6)、合成硅泡沫或者环氧树脂 的。根据另一实施例，本发明还包括一种藉由提供图2及图4至图6的绝缘导体元件 并将绝缘导体元件耦接(定位)到电压结构来电性屏蔽电压结构(例如，电压结构11)的 方法。已经公开了具有绝缘区段的绝缘导体元件的结构及其制造方法。尽管已经结合较 佳实施例具体显示了上述内容，但应知道本领域熟知此项技艺者在不脱离本发明范围情况 下可进行各种修改及润饰。
权利要求
一种绝缘导体元件，用于电压结构，其特征在于所述绝缘导体元件包括导体，连接一电压；及多个绝缘区段，包围所述导体，所述多个绝缘区段彼此交界。
2.根据权利要求1所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述电压不同于所述电压结 构的电压。
3.根据权利要求1所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述导体包括中空金属管或 导体线缆群组之一。
4.根据权利要求3所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述导体线缆群组包括一连 接到所述电压结构的导体线缆。
5.根据权利要求1所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述导体包括多个导体区 段，各所述导体区段由所述多个绝缘区段中之一者所包围，并分开地连接到所述电压结构。
6.根据权利要求5所述的绝缘导体元件，其特征在于其中直接相邻的二导体区段接近 成使得所述二导体区段之等位线实质上与连续导体的等位线相似。
7.根据权利要求5所述的绝缘导体元件，其特征在于其中绝缘区段的交界面为以下情 况之一所述交界面实质上垂直于所述绝缘区段的相邻表面；或者所述交界面实质上相对于所述相邻表面倾斜。
8.根据权利要求7所述的绝缘导体元件，其特征在于在所述交界面实质上倾斜的情况 下，所述交界面与直接相邻的绝缘区段的交界面交迭。
9.根据权利要求8所述的绝缘导体元件，其特征在于其中相邻于所述交界面的所述绝 缘区段内所包围的导体区段的边缘实质上是倾斜的。
10.根据权利要求7所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述绝缘区段内所包围的 导体区段的边缘实质上朝所述交界面的方向呈圆形。
11.根据权利要求5所述的绝缘导体元件，其特征在于其中导体区段包括导体线缆群 组，所述导体线缆群组连接到相邻于包围所述导体区段的对应绝缘区段之交界面的屏蔽导 体部，所述屏蔽导体部相较于所述导体线缆群组朝所述交界面进一步延伸。
12.根据权利要求11所述的绝缘导体元件，其特征在于其中导体线缆实质上为直线形 或盘绕形。
13.根据权利要求12所述的绝缘导体元件，其特征在于其中二导体线缆为进行换位以 及缠绕在一起这两种情况中的至少一种。
14.根据权利要求11所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述屏蔽导体部在横截面 图中为以下情况之一实质上为U形，且所述U形的连接端实质上朝所述交界面呈圆形；或者实质上为H形，且所述H形的开口面向所述交界面，并且所述H形的相邻端部朝所述交 界面呈圆形。
15.根据权利要求11所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述绝缘区段包括管状部 份，所述管状部份耦接到相邻于所述交界面的连接模部份，所述连接模部份包裹相邻于所 述交界面的一部份所述屏蔽导电部，且实质上为实心介电材质。
16.根据权利要求15所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述管状部份包括氯化聚2氯乙烯管。
17.根据权利要求15所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述管状部份包括多个套 管，所述多个套管将所述管状部份划分为独立的不同腔体。
18.根据权利要求17所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述不同腔体包括不同的 绝缘材质。
19.根据权利要求1所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述导体为连续导体。
20.根据权利要求19所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述绝缘区段包括多个绝缘管。
21.根据权利要求20所述的绝缘导体元件，其特征在于更包括位于所述连续导体和所 述多个绝缘管之间的另一绝缘层。
22.根据权利要求1所述的绝缘导体元件，其特征在于其中绝缘区段包括多层不同绝 缘材质。
23.—种绝缘导体元件，用于电压结构，其特征在于所述绝缘导体元件包括 多个区段，所述多个区段彼此交界，各所述区段包括由绝缘部包围的导体； 其中所述导体包括多个导体线缆，所述导体线缆中之一者连接至所述电压结构。
24.根据权利要求23所述的绝缘导体元件，其特征在于其中所述绝缘部包括氯化聚氯 乙烯管和相邻于所述区段的交界面的连接模部份，其中所述导体包括相邻于所述交界面的 屏蔽导体部，所述屏蔽导体部的边缘实质上朝所述交界面的方向呈圆形。
25.—种电压结构的电性屏蔽方法，其特征在于包括 提供多个区段，每一区段包括由介电材质包裹的导体； 将每一导体连接至所述电压结构；及定位所述多个区段，以使两个直接相邻的导体接近成使得所述两个直接相邻的导体的 等位线实质上与连续导体的等位线相似。
全文摘要
一种绝缘导体元件及其相关方法。用于电压结构的绝缘导体元件包括导体以及多个绝缘区段。导体连接一电压，多个绝缘区段包围此导体且多个绝缘区段彼此交界。
文档编号H01B17/56GK101903960SQ200880110580
公开日2010年12月1日 申请日期2008年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者卡森·D·泰克雷特萨迪克, 史蒂夫·E·克劳斯, 拉塞尔·J·罗, 艾立克·D·赫尔曼森 申请人:瓦里安半导体设备公司