專利名稱：具有冷卻元件的高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的高壓放電燈。
背景技術(shù)：
這種燈具有填充了放電介質(zhì)、例如惰性氣體-帶有或不帶有水銀填充物以及其他可能的填充物-的放電容器。在該放電容器內(nèi)部布置有兩個(gè)彼此相對(duì)的電極。在該放電容器上放置有兩個(gè)管殼柄，為了實(shí)現(xiàn)電極的電接觸，供電元件穿過(guò)該管殼柄氣密地向外引導(dǎo)。 在利用直流電流運(yùn)行的電燈類型的情況下，陽(yáng)極在此通常設(shè)計(jì)具有能高熱負(fù)荷的電極頭， 其中通過(guò)足夠大的尺寸來(lái)優(yōu)化熱輻射功率。陰極側(cè)的電極則設(shè)計(jì)為與此相比相對(duì)較小的、 錐形的電極頭。發(fā)出UV射線的高壓放電燈被用于構(gòu)造(光刻)半導(dǎo)體。OSRAM公司銷售一種對(duì)此適用的、其商品名為ΗΒ0 的水銀蒸汽短弧放電燈。為了提高生產(chǎn)率，半導(dǎo)體工業(yè)需要大功率的放電燈，該大功率放電燈所發(fā)出的UV射線在365nm情況下水銀i_線的范圍中。在運(yùn)行時(shí)，這種放電燈通常不允許超過(guò)大約為2. 5nm的光線寬度(FWHM)，因此，不能為了提高輻射強(qiáng)度而簡(jiǎn)單地提高填充物的水銀密度。這就表示也不能明顯地提高施加在電極上的點(diǎn)火電壓。因此，一種明顯提高輻射功率的可能方式在于提高燈電流并且由此提高電連接負(fù)荷。尤其是在HBO IC-燈并且有效供給電流大于220A的情況下，密封元件(例如，密封膜)將出現(xiàn)強(qiáng)烈加熱(焦耳熱損耗)的情況。因此人們力圖通過(guò)利用供電裝置和陽(yáng)極側(cè)的引線將部分熱量引走的方式來(lái)由此減小大面積陽(yáng)極的熱負(fù)荷。電極分別通過(guò)一個(gè)電極桿、多個(gè)鉬密封膜以及一個(gè)在端面?zhèn)蓉灤┕軞け耐獠抗╇娧b置而與各自的引線連接，其中，通常通過(guò)柔性的引線實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極側(cè)的供電，該引線大約在燈軸線的徑向方向上向外延伸。通常通過(guò)從陰極側(cè)的管座中伸出的管腳實(shí)現(xiàn)陰極側(cè)的接觸。在電流大于220A的大功率高壓放電燈中，尤其是陽(yáng)極側(cè)的管座需要有效的冷卻， 這是因?yàn)樵摴茏艿搅藦?qiáng)烈的加熱，這些熱量來(lái)源于密封膜的焦耳熱，由電極進(jìn)一步傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的熱量以及在可能的情況下在燈殼體中(例如，在光刻應(yīng)用中)所反射回來(lái)的熱輻射。 在此情況下，在溫度大于300° C時(shí)，與周圍環(huán)境氣體直接接觸的外部供電構(gòu)件可以在燈運(yùn)行期間被氧化并且隨后導(dǎo)致放電燈失效。為了改善冷卻，在WO 2007/000141A1中示出了一種方案，在該方案中，為了增大熱交換面，陽(yáng)極側(cè)的管座設(shè)計(jì)具有冷卻肋片。在這種方案中也還存在以下問(wèn)題只能通過(guò)將引線在一側(cè)與外部供電裝置焊接而在另一側(cè)與管座焊接來(lái)在管座與外部供電裝置之間間接地形成熱接觸。也就是說(shuō)，在外部供電裝置和管座壁之間的引線部段被作為一種熱橋，然而，由于在進(jìn)線套管和管座周邊壁之間的引線的長(zhǎng)度以及較小的引線橫截面而使得該熱橋的直徑過(guò)于小以至于無(wú)法確保從外部供電裝置到管座的充分散熱。也就是說(shuō)，即使為管座設(shè)置了散熱肋片，但由于在外部供電裝置和管座之間的不好的熱接觸也無(wú)法排除過(guò)熱。

發(fā)明內(nèi)容
與此相應(yīng)地，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種減少了熱問(wèn)題的高壓放電燈。本發(fā)明的另一個(gè)方面在于能確保高于220A的工作電流。該目的通過(guò)一種具有權(quán)利要求1所述的特征的高壓放電燈來(lái)實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的特別有利的實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明，高壓放電燈具有兩個(gè)電極，這兩個(gè)電極彼此相對(duì)地布置在放電容器中并且分別通過(guò)供電系統(tǒng)(內(nèi)部供電裝置，氣密的進(jìn)線套管和外部供電裝置)電接觸。該供電系統(tǒng)分別氣密地貫穿放置在放電容器上的管殼柄，在其上可以設(shè)置管座，其中，在至少一個(gè)管殼柄的外部供電裝置的區(qū)域中設(shè)置有冷卻元件。根據(jù)本發(fā)明，該冷卻元件和外部供電裝置直接地?zé)峤佑|和電接觸。也就是說(shuō)，并不(如現(xiàn)有技術(shù)那樣)通過(guò)由引線部段所構(gòu)成的橋?qū)崿F(xiàn)接觸，而是平面地通過(guò)外部供電裝置的和冷卻元件的相應(yīng)設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)接觸。通過(guò)這種方式能夠通過(guò)外部供電裝置和冷卻元件向周圍環(huán)境充分地散發(fā)熱流，從而可以避免供電系統(tǒng)的構(gòu)件的過(guò)熱以及由此而生的氧化。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，冷卻元件設(shè)計(jì)為管座，從而使得高壓放電燈具有非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)并且另外通過(guò)外部供電裝置和管座/冷卻元件之間的直接的熱接觸和電接觸確保實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的散熱。當(dāng)冷卻元件具有熱交換面增大的幾何結(jié)構(gòu)時(shí)可以改善散熱。這種設(shè)置可以例如通過(guò)冷卻肋片來(lái)實(shí)現(xiàn)，該冷卻肋片優(yōu)選地在徑向方向上延伸。在此優(yōu)選的是，冷卻肋片的直徑在離開管殼柄的方向上變小，從而盡可能地避免了照明裝置中的遮蔽效應(yīng)。在這樣一種變體中，可以通過(guò)在側(cè)視圖中所顯示出的錐形冷卻肋片結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)直徑的減小。在一個(gè)可尤其簡(jiǎn)單地實(shí)施的實(shí)施例中，外部供電裝置和冷卻元件設(shè)計(jì)為由一個(gè)唯一的構(gòu)件一體地構(gòu)成。在該變體中實(shí)現(xiàn)了最好的熱傳遞并且由此確保了有效的冷卻。為了克服這種實(shí)施方式的制造技術(shù)缺陷，可以在冷卻體和外部供電裝置之間以適當(dāng)?shù)姆绞?，通過(guò)夾緊、擠壓， 以螺絲擰緊，焊接或類似的方式實(shí)現(xiàn)該直接的接觸。焊接實(shí)施方式與一體式的實(shí)施方式相對(duì)應(yīng)，其中，在焊接過(guò)程中可以為供電裝置和冷卻元件應(yīng)用不同的材料。在另一個(gè)實(shí)施方式中，冷卻元件設(shè)計(jì)為由多部分構(gòu)成的，其中，這些冷卻元件共同形成了容納部，外部供電裝置的端部部段沒(méi)入該容納部中。為了對(duì)接觸進(jìn)行改進(jìn)，可以在冷卻元件和外部供電裝置之間的過(guò)渡區(qū)域中布置有導(dǎo)熱膏或類似物。在一個(gè)緊湊地實(shí)施的實(shí)施例中，陽(yáng)極側(cè)的管座包圍所屬的管殼柄。


下面借助優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。圖中示出圖1是根據(jù)本發(fā)明的高壓放電燈的示意圖；圖2是圖1中的高壓放電燈的冷卻管座的詳細(xì)視圖；以及
圖3是用于根據(jù)圖1的高壓放電燈的冷卻管座的另一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式下面將借助ΗΒ0 水銀蒸汽高壓放電燈來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，該高壓放電燈被應(yīng)用在例如用于制造半導(dǎo)體的微光刻技術(shù)中。如開頭所述，然而本發(fā)明并不局限于這種燈類型。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)也表現(xiàn)在其他放電燈中，例如在氙短弧燈(OSRAM XBO )中。在氙短弧燈中，處在充滿純粹的氙氣體(或氙氣體混合物)的環(huán)境中的放電弧在高壓下燃燒。例如，在傳統(tǒng)的和數(shù)字的電影放映時(shí)使用XBO-燈。根據(jù)圖1的極為示意性的視圖示出的是帶有水銀蒸汽短弧放電燈2的反射器-高壓放電燈1，該水銀蒸汽短弧放電燈被布置在燈殼體(未示出)的由點(diǎn)劃線表示的反射器4 的光軸線上。這種以短弧技術(shù)實(shí)施的高壓放電燈2具有放電容器6，該放電容器包圍放電室8。在放電容器6上放置有兩個(gè)在直徑方向上相對(duì)布置的密封的管殼柄9，10，這兩個(gè)管殼柄分別具有陽(yáng)極側(cè)的冷卻管座12和陰極側(cè)的管座外套14。該放電室8包括可離子化的填充物，該填充物基本上由水銀以及惰性氣體混合物構(gòu)成。構(gòu)成陰極的電極18設(shè)計(jì)為大概呈錐形的電極頭，而構(gòu)成陽(yáng)極的電極16設(shè)計(jì)為大概呈桶狀或圓柱狀并具有明顯更大的直徑。這兩個(gè)電極16，18分別被電極桿20，22固定， 該電極桿分別穿過(guò)其所屬的管殼柄9，10并且在其端部部段上支承鉬盤M，該鉬盤與氣密地熔化在管殼柄9，10中的鉬膜沈連接。該鉬膜的端部部段在該端部部段一側(cè)與接觸盤觀連接，該接觸盤分別與在端面?zhèn)葟墓軞け猩斐龅臈U狀的供電裝置30連接，該供電裝置在陽(yáng)極側(cè)與引線32電連接和熱連接。在此，接觸盤觀和桿狀的供電裝置30設(shè)計(jì)為一體的并且共同形成了外部的供電裝置。在陰極側(cè)上通過(guò)管腳實(shí)現(xiàn)接觸，在根據(jù)圖1的視圖中看不見該管腳。為了在構(gòu)造半導(dǎo)體(光刻層)時(shí)實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率，在高功率范圍內(nèi)運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的高壓放電燈2，其中，電流強(qiáng)度可以在大于220A的范圍內(nèi)。反射器4 (在此僅簡(jiǎn)述)由例如帶有反射涂層的石英玻璃制成。如開頭所述，在傳統(tǒng)解決方案中引線32與桿狀的供電裝置30焊接在一起并且也與管座外套保持接觸，從而通過(guò)引線32的橫截面來(lái)確定從外部供電裝置到管座的熱傳遞。 根據(jù)本發(fā)明與此相反的是，冷卻管座12直接與桿狀的供電裝置30接觸。根據(jù)圖2說(shuō)明該結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，該附圖示出高壓放電燈2的陽(yáng)極側(cè)的端部部段的放大圖。在該視圖中可以看出從陽(yáng)極側(cè)的管殼柄9的端面34中向外引導(dǎo)的桿狀的供電裝置 30，在該供電裝置的從端面?zhèn)壬斐龅亩瞬坎慷紊戏胖糜欣鋮s管座12。在所示的實(shí)施例中， 冷卻管座12設(shè)計(jì)為由兩部分組成的，其中，分割面位于繪圖平面中，使得整個(gè)冷卻管座12 由兩個(gè)彼此以螺絲擰緊的冷卻管座半部組合而成。在根據(jù)圖2的顯示中可以看出為了以螺絲擰緊而設(shè)置的螺絲孔36。這兩個(gè)管座部分共同形成了一個(gè)容納部38，該容納部的直徑D 和深度T與桿狀供電裝置30的從管殼柄9中伸出的端部部段的相應(yīng)尺寸相匹配，從而使得供電裝置在周邊側(cè)上以及-如果可能的話-也在端面上都平坦地貼靠在容納部38的周邊壁或端壁上，并且可以在熱接觸和電接觸方面提供大的傳遞面。當(dāng)在容納部38和桿狀的供電裝置30之間的貼靠區(qū)域中涂上導(dǎo)熱膏或類似物時(shí)，還可以改進(jìn)熱傳遞?？梢?如所述那樣-通過(guò)以螺絲擰緊來(lái)實(shí)現(xiàn)在桿狀的供電裝置30和冷卻管座12之間的連接。原則上也可以對(duì)容納部38和供電裝置30進(jìn)行壓配合，從而在以螺絲擰緊時(shí)產(chǎn)生擠壓連接或夾緊連接。
5對(duì)此可替換地也可以通過(guò)焊接或類似的方式實(shí)現(xiàn)該連接。為了改善朝向周圍環(huán)境的熱交換面，在冷卻管座12的外周邊上設(shè)置有多個(gè)在徑向方向上延伸的冷卻肋片40，這些冷卻肋片的外直徑在離開管殼柄9的方向上逐漸變小， 也就是說(shuō)如圖2所示向上逐漸變小，從而使得冷卻管座12的外周邊呈錐形或圓錐形。在冷卻管座12的管殼柄側(cè)的區(qū)域中設(shè)置有定心凸緣42，該凸緣包圍管殼柄9的端部部段并且同樣與其熱接觸。在此，可以通過(guò)粘合劑或類似物將定心凸緣42與管殼柄9連接。為了實(shí)現(xiàn)與燈軸線垂直地電接觸，冷卻管座12設(shè)計(jì)具有連接孔45。但是也可以間接地通過(guò)冷卻管座 12實(shí)現(xiàn)桿狀的供電裝置30與引線32的電接觸。為了實(shí)現(xiàn)精確地覆蓋在管殼柄9的端面34上，在朝向定心凸緣42的過(guò)渡區(qū)域中將環(huán)繞的環(huán)形槽44設(shè)置在冷卻管座12上，從而使得冷卻管座的輪轂狀的突起部46僅放置在管殼柄9的端面34上。在圖1中，利用直線箭頭示出了從陽(yáng)極16經(jīng)過(guò)電極桿20以及鉬條沈朝向冷卻管座12的方向的熱流。除了源于陽(yáng)極16的熱傳遞以及在導(dǎo)電的密封膜沈中所出現(xiàn)的焦耳熱而產(chǎn)生的熱輸入以外，管座12還通過(guò)被反射器4 (以及通常所使用的照明殼體；在此未示出)反射的光線46來(lái)加熱。然而，可以通過(guò)供電裝置30以及直接與其接觸的冷卻管座12 更快地將該輸入的熱能散發(fā)到周圍環(huán)境中，從而能避免構(gòu)件受到熱損傷。在上述實(shí)施例中，冷卻管座12設(shè)計(jì)為由多部分構(gòu)成的。這種變體(其例如通過(guò)螺絲組合而成)的優(yōu)點(diǎn)在于在熔化電極時(shí)放電燈的處理過(guò)程更為簡(jiǎn)單，這是因?yàn)楣茏梢栽陔姌O的熔化過(guò)程之后進(jìn)行裝配并且由此不會(huì)對(duì)熔化造成妨礙。圖3示出一種解決方案，在該解決方案中，冷卻管座12以及外部的供電裝置28， 30設(shè)計(jì)為一體的，這種帶有冷卻接觸功能和電接觸功能的構(gòu)件雖然能夠非常簡(jiǎn)單地進(jìn)行制造，然而其仍然具有上述缺陷，即外部供電裝置觀，30和開頭所述的鉬條的熔化(也由于改善的散熱)受到了妨礙。在圖3中所示的實(shí)施例中，由于定心凸緣可能額外地妨礙熔化，所以放棄了該包圍管殼柄9的定心凸緣42。圖3中所示的實(shí)施方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在桿狀供電裝置30和冷卻管座12之間可以不存在任何妨礙熱傳遞的縫隙空間。此外，圖3中所示的實(shí)施例與前述的變體相應(yīng)， 所以不再需要進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。根據(jù)熱接觸和電接觸來(lái)選擇冷卻管座12的材料，其中，外部的供電裝置觀，30以及冷卻管座12可以由不同的材料制成。冷卻肋片40的形狀自然也可以以適當(dāng)?shù)姆绞脚c各自的應(yīng)用方式相匹配。公開了一種具有兩個(gè)布置在放電容器中的電極的高壓放電燈。在該放電容器上放置有兩個(gè)管殼柄，這兩個(gè)管殼柄分別被用于電極的供電系統(tǒng)貫穿。根據(jù)本發(fā)明，陽(yáng)極側(cè)的外部供電裝置直接與冷卻元件熱接觸。
權(quán)利要求
1.一種具有兩個(gè)電極(16，18)的高壓放電燈，所述電極彼此相對(duì)地布置在放電容器 (6)中并且分別通過(guò)供電系統(tǒng)O0，M，26J8，30)電接觸，其中，每個(gè)供電系統(tǒng)分別氣密地貫穿放置在所述放電容器(6)上的管殼柄(9，10)，其中，在至少一個(gè)管殼柄(9)的外部供電裝置( ，30)的區(qū)域中布置有冷卻元件(12)，其特征在于，所述外部供電裝置( ，30)和所述冷卻元件(1 直接地?zé)峤佑|和電接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其中，所述冷卻元件(1 設(shè)計(jì)為管座。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓放電燈，其中，所述冷卻元件(1 具有熱交換面增大的幾何結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓放電燈，其中，冷卻肋片00)在徑向方向上延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓放電燈，其中，所述冷卻肋片00)的直徑在離開所述管殼柄(9)的方向上變小。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓放電燈，其中，所述冷卻元件(1 設(shè)計(jì)為錐形的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中，所述外部供電裝置( ，30) 和所述冷卻元件(1 設(shè)計(jì)為一體的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中，所述冷卻元件(1 設(shè)計(jì)為由多部分構(gòu)成的并且形成了用于所述外部供電裝置O8，30)的容納部(38)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)或權(quán)利要求8所述的高壓放電燈，其中，所述外部供電裝置( ，30)通過(guò)夾緊、焊接、以螺絲擰緊或類似的方式和所述冷卻元件(1 連接。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中，在所述外部供電裝置08， 30)和所述冷卻元件(1 之間的接觸面設(shè)計(jì)具有導(dǎo)熱層。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中，所述冷卻元件(1 部分地包圍所述管殼柄(9)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，所述高壓放電燈設(shè)計(jì)為水銀蒸汽短弧放電燈。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的高壓放電燈，所述高壓放電燈設(shè)計(jì)為用于在365nm情況下 i_線的應(yīng)用。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，所述高壓放電燈設(shè)計(jì)為用于至少為220A的有效的燈電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有兩個(gè)布置在放電容器(6)中的電極(16，18)的高壓放電燈(1)。在放電容器(6)上放置有兩個(gè)管殼柄(9，10)，這兩個(gè)管殼柄分別被用于電極(16，18)的供電系統(tǒng)(20，24，26，28，30)貫穿。根據(jù)本發(fā)明，陽(yáng)極側(cè)的外部供電裝置(28，30)和冷卻元件(12)直接地?zé)峤佑|和電接觸。
文檔編號(hào)H01J61/52GK102422383SQ201080021141
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者伯恩哈德·溫澤科, 賴納·科格, 阿達(dá)姆·科托維茨 申請(qǐng)人:歐司朗股份有限公司