导热元件、组件和晶片制造装置的制作方法

1.本实用新型涉及真空导热技术领域，特别地涉及导热元件、该类型导热元件的组件、和包括该组件的晶片制造装置。


背景技术：

2.在现有技术中已经公开了利用流体流(例如空气或水)来冷却部件或整个组件。类似地，珀耳帖(peltier)元件用于冷却电路，但其冷却效率有限。因此，这些从真空中移除大量热量的技术要么不可行，要么这些技术的实现需要大量支出或维护。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是要克服现有技术的不足以及提供一种从真空中排出大量热量的导热元件，该导热元件的特征是设计简单、可靠高效且可扩展并且因此可以灵活地使用且几乎无需维护地操作，因此具有成本效益。
4.所述目的通过如下导热元件来解决。
5.根据本实用新型的导热元件被设计成布置在真空中的可移动部件之间。导热元件包括滚动元件和至少一个支撑元，滚动元件在能够相对于彼此线性移动的两个运行表面之间被引导，支撑元件可弹性回弹地抵靠其中一个运行表面安装并且接触所述运行表面，使得在所述支撑元件和所述运行表面之间存在热桥，其中滚动元件布置成彼此相距小于其各自直径的一半的距离。
6.根据本实用新型的导热元件的一个关键方面是该导热元件实际上被设计成类似于线性轴承，但由于该导热元件的弹性而不必(几乎不)传递任何荷载。导热元件的弹性预加载专门用于在各可移动的部件之间建立牢固的热接触。在这个过程中，热流(heat flux)主要通过支撑元件、运行表面、以及保持在支撑元件和运行表面之间的滚动元件。支撑元件和面向所述支撑元件的运行表面之间的连接是特别重要的，因为支撑元件和运行表面都被安装成使得它们可弹性回弹地抵靠彼此。支撑元件和运行表面以这样一种方式建立接触：在所述支撑元件和所述运行表面之间存在热桥。在这种情况下，整个导热元件上产生了特别宽的接触区域，所述接触区域本身去除了大量的热量，所述热量例如是从电动伺服电机释放的。此外，导热元件的简单设计有利于极其可靠的运行，且几乎不需要任何维护。同时，该导热元件几乎可以扩展到任何尺寸，即通过调整导热元件的尺寸、特别是通过选择导热元件的滚动元件的数量、类型和尺寸能针对大量应用进行调整。通过将滚动元件设置成彼此相距小于其各自直径一半的距离，这些滚动元件在运行表面侧的接触面积增加，因此每个单独的导热元件的能去除热流的横截面增加。
7.滚动元件基本上可以具有任何合适的形状，该合适的形状能够使运行表面相对于彼此进行双向运动。显然可以为此目的选择常见的球形。然而，如果滚动元件具有细长的圆柱形形状，则在滚动元件和运行表面之间产生特别宽的双面接触区域。由于接触面积的增加，根据本实用新型的导热元件的导热性类似地提高。
8.如果支撑元件包括至少一个突出部分并且其中一个运行表面包括分配给所述突出部分的至少一个开口、和/或其中一个运行表面包括至少一个突出部分并且支撑元件包括分配给所述突出部分的至少一个开口，并且相应的突出部分与所述开口接合或穿入所述开口中，则支撑元件和面向所述支撑元件的运行表面之间的导热性也尤其得到提高。这有助于显著扩大可弹性回弹地抵靠彼此安装的两个部件之间的热桥，这反过来又增加了两个部件之间的导热性。
9.可替代地或附加地，如果支撑元件至少部分地包围运行表面、和/或运行表面至少部分地包围支撑元件，则这也可以是优选的。这再次扩大了支撑元件侧的运行表面与支撑元件本身之间的接触面积，并且提高了两个部件之间的热桥的导热性。
10.导热元件的各个部件基本上可以由导热性满足拟应用区域的特定要求的材料构成。然而，为了实现特别有利的导热性，支撑元件优选由金属材料构成。
11.优选地，至少一个弹簧元件设置在支撑元件和运行表面之间。根据需要，也可以设置多个弹簧元件，使得导热元件的弹性回复力是能灵活调节的。滚动元件和运行表面之间的接触尤其能够通过特别高的回复力来改善。同时，弹簧元件在运行表面和可弹性回弹地抵靠所述运行表面安装的支撑元件之间也形成热桥。同样，如果弹簧元件例如由特别导热的材料制成，则运行表面和支撑元件这两个部分之间的热桥随着弹簧元件数量的增加而增强。
12.本实用新型的上述目的还通过包括在真空中能相对于彼此移动的两个部件的组件来解决，该组件具有保持在所述两个部件之间的至少一个线性轴承、和至少一个根据本实用新型的导热元件，导热元件被弹性预加载地布置在所述两个部件之间。
13.根据本实用新型的组件的一个关键方面在于，上述导热元件实际上类似于线性轴承被用在两个可移动的部件之间，但是导热元件在这里不(几乎不)承载任何荷载。事实上，导热元件仅被限制为预加载。因此，导热元件只是作为热桥，而不会利用线性轴承在荷载下通常产生的摩擦阻力来抵消部件的移动。因此，导热元件的设计旨在热优化，而与荷载相关的缺点已被刻意排除。总而言之，这实现了真空中部件之间的最佳热量排出。
14.如果在部件之间布置有用于使它们相对于彼此移动的驱动器，则这是有利的。驱动器(例如是电动机)的热量通常积聚在部件之间，并且被特别加热的是在沿竖直方向观察时位于顶部的部件。因此，两个部件之间会产生热应力，这会导致材料产生无法接受的高膨胀，从而导致加工不准确，尤其是在超精密生产设施中。而驱动器主要释放热量到顶部的部件，布置在各部件之间的预加载的导热元件通过确保从顶部处的部件到底部处的部件的有效热量去除来消除这种现象。如果底部处的部件是例如永久安装的，则热量最终能够通过底部处的部件的基部排出到周围环境中。因此，产生了如下热流，该热流源自驱动器并且在热流被释放到周围环境之前通过顶部处的部件、根据本实用新型的导热元件和底部处的部件。如果设置多个导热元件，则可以类似地倍增所述热流。到目前为止，这种真空排热方式还不能通过普通技术实现，普通技术既不能达到这种规模，也不能以如此简单可靠的方式实现。这种热量排出方式有助于最大限度地减少两个部件之间的温差，从而防止进一步的热应力。
15.在这样做时，如果驱动器被布置为在空间上离至少一个导热元件比离至少一个线性轴承更近，则这是优选的。这样，线性轴承不会直接暴露在可能影响其效率、特别是会增
加线性轴承的摩擦损失的热量中。相反，热量从所述轴承传导出去并且能排出到周围环境中。
16.上述组件应该优选地用于晶片制造装置中，因为特别是晶片制造装置相对于激光束的超精确定向不应受到任何波动的影响。
附图说明
17.下面参考附图，基于示例性的实施例详细说明本实用新型。相同的部件或具有相同功能的部件用相同的附图标号标记。图中：
18.图1示出了根据本实用新型的导热元件的斜前俯视透视图；
19.图2a示出了图1的导热元件的前视图；
20.图2b示出了图2a的导热元件的一部分的纵向侧视图，以及
21.图3示出了根据本实用新型的组件的一部分的前视图。
具体实施方式
22.图1示出了根据本实用新型的导热元件10的一部分的斜前俯视透视图。导热元件的滚动元件11、11'、11”、11”'、11
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和11
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'被设计成类似于滚针轴承的圆柱形辊，并且滚动元件布置在两个运行表面12、13之间。顶部的运行表面12被支撑元件14横向包围，从而在运行表面12和支撑元件14之间的侧面上形成热桥。在这种情况下，支撑元件14通过弹簧元件15可弹性回弹地抵靠运行表面12安装。即使在支撑元件14抵靠运行表面12的弹簧偏转和反弹期间，热桥也保持完整。因此，导热元件10可以预加载地安装在两个部件之间，并允许热流穿过支撑元件14、弹簧元件15、以及支撑元件14和运行表面12之间的热桥、滚动元件11、11'、11”、11”'、11
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、11
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'流向运行表面13，或反之亦然热流穿过弹簧元件15的每个位置。为此目的，尤其是支撑元件14、滚动元件11、11'、11”、11”'、11
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'和运行表面12、13由具有良好导热性的金属材料制成。弹簧元件15本身也能够有助于导热并且由所述类型的材料制成，特别是在选择在支撑元件的侧面和/或运行表面的侧面具有宽大的接触面积的板簧元件时。
23.支撑元件14和相关联的运行表面12之间的热桥能替代地或附加地通过在所述支撑元件14和所述运行表面12中彼此相对布置的突出部分或开口(未示出)来产生或改进，在热桥中突出部分与相应的开口接合，特别是与弹簧元件15的相应位置无关。这产生或进一步扩大了热量可以从一个部件传递到另一个部件的面积，从而显著提高了导热元件的导热性。
24.同时，包括弹簧元件15和运行表面12的支撑元件14能相对于运行表面13线性移动，而不接载和传递任何荷载。各个部件的潜在热应力和相关联的可能材料膨胀由弹簧元件15补偿，使得这不同于承载线性轴承，即没有出现与该移动相关的增大摩擦损失。此外，因为滚动元件11、11'、11”、11”'、11
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'以与运行表面12在顶部处被支撑元件14包围和引导相同的方式在底部处被运行表面13包围和引导，因此实现了较高的方向稳定性。此外，简单的设计有利于导热元件10的(几乎)免维护操作。
25.图2a示出了图1的导热元件10的前视图，其中包括已知的部件(附图标记11、12、13、14、15指代)，根据导热元件10的预期应用区域，这些部件可以扩展到任何尺寸。这在根
据本实用新型的导热元件10的使用中产生了相当大的灵活性，而无需改变该导热元件的基本设计。最后，图2b示出了图2a的导热元件10的一部分沿导热元件的中线a-a的纵向侧视图。与前面的附图不同，这里示出了两个弹簧元件15、15'，这两个弹簧元件一方面提供特别有利的热传导，另一方面提供支撑元件14抵靠运行表面12的宽广弹簧悬挂。此外，在导热元件10的预加载状态下，确保了导热元件的滚动元件11、11'、11”、11”'、11
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'和运行表面12、13之间特别强的接触。
26.图3示出了根据本实用新型的组件30的一部分的前视图，该组件具有布置在两个可移动的部件b1、b2之间的导热元件10、和承载线性轴承20。这样做时，顶部处的可移动部件b1应该可以通过驱动器(未示出)竖直移动到平齐高度。导热元件10和线性轴承20也类似地对齐。
27.导热元件本身由三种已知的部件(附图标记11、12、13、14、15指代)组成，并且理想地布置在驱动器附近，使得驱动器的热量通过顶部处的部件b1和导热元件10传导到部件b2。在本示例中，可以将驱动器布置成例如在线性轴承20和导热元件10之间。例如通过螺纹连接，使导热元件的支撑元件14可以与顶部处的部件b1永久连接，以及使导热元件下部处的运行表面13可以与部件b2永久连接。如果部件b2被永久地布置并且部件b1被安装成能线性地移动，则热量可以例如通过部件b2的合适基部被排出到周围环境中。这有助于使部件b1和部件b2之间的温差最小化，从而防止所述部件之间产生热应力。因此，组件30特别适用于存放在部件b1上传送并在真空下处理的晶片。相应的加工台能够例如在两个空间轴上移动，其中所述轴根据本实用新型以组件30的形式设计。在此过程中，也可以将待排出的热量引导穿过多级串联式导热元件10(其包括相互平行的多重导热元件)。根据本实用新型的组件30的基本设计不受影响。
28.上述示例性实施例的结构改型方案还可包括两个运行表面12、13的弹簧安装支架，无论由于应用区域的特定要求而在何处需要该弹簧安装支架，都不会削弱根据本实用新型的导热元件的热量排出效果。
29.在任何情况下，都提供了一种过去从未公开过的简单且有效的、同时维护量低且能灵活调节的热量排出装置。