專利名稱：電離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電離器(Electrical Ioniser)，尤其是涉及用于敏感電子設(shè)備組件(例如半導(dǎo)體設(shè)備、計算機元件、硬盤、LCDs等)的“潔凈間(clean rooms)”中的電離器。
背景技術(shù)：
電離器被普遍用于在空氣中產(chǎn)生離子并借此能夠中和表面電荷的環(huán)境中。在大多數(shù)應(yīng)用中，將靜電荷減少到幾百伏，這在名義上足以消除吸塵作用。然而，在電子工業(yè)中，特別是在潔凈間中，幾百伏的靜電荷對諸如微處理器芯片這樣的半導(dǎo)體設(shè)備具有毀滅性作用。在這些情況中，重要的是，確保由中和系統(tǒng)傳遞的電離平衡并具體靶向(target)需要中和的區(qū)域。在許多應(yīng)用中，必須將靜電荷的增長限定到幾伏，可能有+/-1V或更低。
這些應(yīng)用中所用的電離器通常具有一個或多個風(fēng)扇，這些風(fēng)扇用于引導(dǎo)電離的空氣流并將其靶向與電離器相隔一段距離的工作臺。許多這種類型的電離器都能穩(wěn)定地監(jiān)測離子輸出，以確保離開電離器的空氣流平衡，從而能夠獲得非常精確的中和。
工業(yè)上的實施是采用一個或多個軸流風(fēng)扇(即，在這樣的風(fēng)扇中，空氣流與風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸軸向平行)，來引導(dǎo)空氣流在電離源(發(fā)射器)之上或經(jīng)過電離源，然后向下移動到待中和的表面上。軸流風(fēng)扇具有許多問題。它們所產(chǎn)生的空氣流是湍流。這導(dǎo)致離子重新結(jié)合，從而能夠擾亂電離平衡，并且還很可能造成污染。此外，由于許多應(yīng)用需要沿拉長工作面的電離流，因此經(jīng)常需要使用包括并列設(shè)置的多個軸流風(fēng)扇的安裝形式。當(dāng)采用一組軸流風(fēng)扇時，空氣流的速度隨風(fēng)扇的不同而不同，并且在空氣流中可出現(xiàn)由風(fēng)扇與來自風(fēng)扇的空氣流圖之間的間隔所導(dǎo)致的重疊的縫隙或區(qū)域。這使得電離平衡的控制非常難以實現(xiàn)。已經(jīng)嘗試通過對每個風(fēng)扇采用專用的控制電路，來解決離子不平衡的問題。這對離子平衡有一些益處，但是在實現(xiàn)平衡的總體裝配上又出現(xiàn)控制電路產(chǎn)生的問題，并導(dǎo)致額外的花費。
為了在工作面獲得合適的流動，而同時在工作面上留有足夠的空間供工人操作，需要以相當(dāng)高的速度來運轉(zhuǎn)軸流風(fēng)扇。這是非常嘈雜的，特別是在屋內(nèi)有大量的風(fēng)扇安裝時。
最后，軸流風(fēng)扇的準(zhǔn)確性意味著，必須使至少部分驅(qū)動機構(gòu)位于空氣流中。在大多數(shù)情況下，將電機安裝在風(fēng)扇的中心。這能夠迅速產(chǎn)生不可接受水平的微粒污染。
在許多不同的專利申請中都公開了帶有風(fēng)扇的電離器。US 4 757 422，US 4 878149，GB 1 356 211和EP 1 067 828都公開了不同的方案以為工業(yè)應(yīng)用提供離子化的空氣流。US 4 794 486，WO 02/17978和EP 1 293 216介紹了用于空調(diào)的離子化裝置。GB 2 023 351介紹了在頭發(fā)干燥器中使用的一種電離器。
發(fā)明的內(nèi)容按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種電離器，它包括用于產(chǎn)生空氣層流的貫流式風(fēng)扇(crossflow fan)；用于將正離子驅(qū)逐到空氣流內(nèi)的正離子發(fā)射器；用于將負(fù)離子驅(qū)逐到空氣流內(nèi)的負(fù)離子發(fā)射器；為正離子發(fā)射器提供正電壓的裝置；為負(fù)離子發(fā)射器提供負(fù)電壓的裝置；以及用于控制所述正、負(fù)電壓以便在空氣流中獲得所需離子平衡的控制裝置。
本文所用的貫流式風(fēng)扇的含義是，在這樣的風(fēng)扇中，從風(fēng)扇中排出的空氣流通常垂直于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)軸。貫流式風(fēng)扇一般包括圍繞轉(zhuǎn)軸設(shè)置在圓柱形結(jié)構(gòu)中并限制在風(fēng)扇外罩內(nèi)的多個通常平行的扇葉，所述風(fēng)扇外罩具有通常平行于轉(zhuǎn)軸、定位在圍繞轉(zhuǎn)軸的不同徑向位置上的拉長空氣入口和拉長空氣出口。空氣在入口處被扇葉吸入，而在出口被離心排出。
如此產(chǎn)生的空氣流一般是，沿整個風(fēng)扇長度的、高度均勻的層流空氣柱。在電離器中使用這樣的風(fēng)扇因此具有顯著的優(yōu)越性即，避免在空氣流中產(chǎn)生縫隙并保持恒定的空氣速度，從而確保優(yōu)良的離子平衡。
貫流式風(fēng)扇的使用不僅使空氣流得以改善，而且還能夠?qū)⒉倏v機構(gòu)包含在簡單的“淚滴形”輪廓內(nèi)。它還使設(shè)備的大多數(shù)可操縱部件例如電機、軸承、電子器件(諸如印刷電路板)被容納在空氣流之外，借此消除了空氣流的可能污染源。還發(fā)現(xiàn)，對于可比尺寸的電離器外罩，相比于類似的、采用軸流風(fēng)扇的傳統(tǒng)設(shè)備，可以更高的速度產(chǎn)生大約兩倍的質(zhì)量流。電荷中和越快，貫穿靶向表面的偏置電壓就越均勻。也就顯著減小了噪聲水平。
正、負(fù)離子發(fā)射器可包括多個發(fā)射件例如釘電極等。
這種電離器優(yōu)選地包括用于設(shè)置代表空氣流內(nèi)的預(yù)期離子平衡的參比值的裝置，例如人工調(diào)節(jié)的電位計。也可配備用于測定空氣流內(nèi)的實際離子平衡的離子平衡傳感器，并且控制裝置可包括用于將參比值與離子平衡傳感器測得的值相比較的裝置，以便產(chǎn)生用于控制離子發(fā)射器的正、負(fù)壓源的控制電壓。該控制裝置還包括用于顯示電離器的狀態(tài)并在出現(xiàn)故障或問題時引起注意的指示器和報警器。例如，為了在檢測低電流讀數(shù)時顯示弄臟的發(fā)射器釘，而配備報警器或顯示器。
也可配備連接裝置例如電連接器，用于連接測定遠(yuǎn)離電離器的空氣流中的離子平衡的遙感器。如果諸如，由于電離器與其靶向工作面之間的距離改變，或者由于周圍環(huán)境的濕度或溫度改變，而造成該單元的校準(zhǔn)發(fā)生變化，那么遙感器的使用就特別有價值。
在一個優(yōu)選實施例中，電離器包括在所電離空氣中的離子平衡漂移參比值的量多于預(yù)期量(諸如多于+/-25V)時，用于產(chǎn)生報警信號的裝置。當(dāng)借助于電位計人工設(shè)置參比值時，優(yōu)選的是，配備用于檢測電位計設(shè)置的裝置，以便可以恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置“不平衡”觸發(fā)水平。在一個特別便利的實施例中，通過提供用于探測電位計設(shè)置的變化并圍繞新的呼叫點(callbration piont)重新設(shè)置觸發(fā)水平的光學(xué)傳感器，可實現(xiàn)這一點，此時光學(xué)傳感器檢測到校準(zhǔn)點已經(jīng)改變。還可將電離器設(shè)置成，當(dāng)檢測到嚴(yán)重故障時就能夠自動關(guān)閉。
本發(fā)明還延伸到一種制備含有正、負(fù)離子的空氣流的方法，包括操縱如上所述的電離器。
附圖的簡要說明現(xiàn)在參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中

圖1是按照本發(fā)明的電離器的前部示意圖，圖2是沿圖1的AA所作的截面，以及圖3是與圖1的設(shè)備相關(guān)的控制電路的簡化示意圖。
最佳實施方式圖1和2表示出按照本發(fā)明一個實施例的適用于潔凈間環(huán)境中的電離器。該電離器包括具有葉輪10的貫流式風(fēng)扇，葉輪10由葉輪電機5驅(qū)動并容納在外殼7內(nèi)。此外殼是由不銹鋼(也可采用適用于潔凈間環(huán)境的其它材料)制成的，并具有“淚滴”外形(如圖2所示)。該外形使電離器定位在碰撞在潔凈間內(nèi)的層狀下沉式空氣流中，而不會過度擾亂此空氣流。
空氣通過入口11進入單元內(nèi)，并通過出口12排出。將隔板1配置在單元的每一端上，并借助于襯墊密封到外殼7上，以便將空氣流限制在單元的所需部分內(nèi)。隔板1還避免電機5及相關(guān)的控制電子器件產(chǎn)生的微粒污染物進入空氣流。
將控制電路配置在與葉輪電機5對置的單元那一端的印刷電路板4上。利用密封的軸承3避免灰塵進入空氣流。使位于空氣流出口12的發(fā)射器釘6a和6b分別與圖3中的正、負(fù)高壓電源28和27相連。將傳感器格柵2配置在單元的出口處，以便測定離開單元的空氣中的離子平衡。
如圖3所示，傳感器格柵2將兩個輸入之一提供給高阻抗非反相緩沖放大器20。放大器20的另一個輸入是由平衡電位計21提供的。連接點22用于連接諸如可位于工作臺上的遙感器(未示出)。將來自放大器20的輸出傳送到相應(yīng)的反相功率級驅(qū)動放大器25和26的輸入中。而放大器25和26分別為正高壓DC-DC變換器27和負(fù)高壓DC-DC變換器28提供驅(qū)動輸入。將來自DC變換器27和28的輸出分別連接到正、負(fù)發(fā)射器釘陣列6a和6b上。DC-DC變換器27和28是固定的工作循環(huán)諧振變換器，具有與外加DC輸入成比例的HT輸出。
分別在地標(biāo)電阻器33和34中探測來自每個變換器的最終輸出電流，并將最終電壓傳送到微處理器30中。編程和設(shè)置微處理器30，以便監(jiān)測離子電流隨時間的減小，并且如果數(shù)值超過預(yù)定限，就通過狀態(tài)指示器9和蜂鳴器31發(fā)出警報和/或關(guān)閉單元。
微處理器30的額外輸入由光學(xué)傳感器(未示出)提供，該傳感器的設(shè)置是用來探測電位計21的設(shè)置中的變化的。
風(fēng)扇速度可由風(fēng)扇速度選擇器開關(guān)35(也可以是電位計或滑動開關(guān)/抽頭式電機繞組)來控制。
當(dāng)不能將正、負(fù)釘消磁6a和6b的相對電壓調(diào)整到所需水平時，就使LED’s9中的“不平衡”指示器發(fā)亮。一般將通常觸發(fā)“不平衡”警報的電壓水平設(shè)置在+/-25V，盡管對于一些應(yīng)用來說，也可以不對稱地設(shè)置該電壓。然而，可以根據(jù)具體應(yīng)用的要求，在諸如+/-5V至+/-75V的范圍內(nèi)來調(diào)整觸發(fā)電壓?？梢园凑找髞磉x擇該范圍。
優(yōu)選地對微處理器進行編程和設(shè)置，以便在出現(xiàn)過度“不平衡”信號時，關(guān)閉發(fā)射器陣列的高壓源，從而將對被處理敏感元件的損害可能性降到最小。微處理器也可以利用通過電阻器33和34上產(chǎn)生的電壓對正、負(fù)離子電流進行的檢測，來確定發(fā)射器釘6a和6b是否已經(jīng)變得骯臟或退化。當(dāng)電流降到預(yù)設(shè)水平(例如40％的初始校準(zhǔn)水平)之下時，就在LEDs’9上顯示報警。蜂鳴器或其它聲頻警報可以發(fā)出顯示故障的聲音。
可以將遙感器連接到外部連接器22上。將來自遙感器的信號饋送到電路內(nèi)并與格柵控制信號合并，用以控制單元的離子平衡。這兩個信號的合并據(jù)發(fā)現(xiàn)能夠提高短期和長期離子平衡的穩(wěn)定性。在正常工作中，一般將離子平衡維持在+/-2v之內(nèi)。遙感器的采用能夠使我們將其提高到+/-0.5v。
也可以將遠(yuǎn)距離連接器提供給印刷電路板4，以便在以下情形時能夠監(jiān)測多種不同的功能(例如傳感器的電流值，或信號)例如，當(dāng)需要檢查發(fā)射器陣列時、當(dāng)已經(jīng)啟動關(guān)閉時、當(dāng)已經(jīng)打開單元的電源時、當(dāng)正和/或負(fù)不平衡狀況已經(jīng)出現(xiàn)時。
顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，除了以上具體描述的實施例之外，還能夠在后面所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)作出許多變化。
權(quán)利要求
1.一種電離器，包括用于產(chǎn)生空氣層流的貫流式風(fēng)扇；用于將正離子驅(qū)逐到所述空氣流內(nèi)的正離子發(fā)射器；用于將負(fù)離子驅(qū)逐到所述空氣流內(nèi)的負(fù)離子發(fā)射器；與所述正離子發(fā)射器相連的正壓源；與所述負(fù)離子發(fā)射器相連的負(fù)壓源；以及用于在使用中調(diào)節(jié)和控制所述正、負(fù)電壓以便在空氣流中獲得所需離子平衡的控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的電離器，其特征在于，正、負(fù)電壓源提供了穩(wěn)定狀態(tài)的直流電壓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電離器，其特征在于，使所述貫流式風(fēng)扇位于具有淚滴形截面的外殼內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的電離器，其特征在于，所述外殼是由不銹鋼制成的。
5.如前述任一項權(quán)利要求所述的電離器，其特征在于，還包括用于設(shè)置代表所述空氣流中的所需離子平衡的參比值的裝置、用于測定所述空氣流中的實際離子平衡的離子平衡傳感器，其中所述控制器將所述參比值與所述離子平衡傳感器測得的值進行比較，以便產(chǎn)生用于控制所述離子發(fā)射器的所述正、負(fù)壓源的控制電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的電離器，其特征在于，用于設(shè)置參比值的所述裝置包括電位計。
7.如權(quán)利要求6所述的電離器，其特征在于，還包括用于探測電位計設(shè)置中的偏差的傳感器。
8.如權(quán)利要求7所述的電離器，其特征在于，所述傳感器包括光學(xué)傳感器。
9.如前述任一項權(quán)利要求所述的電離器，其特征在于，還包括用于連接遙感器的連接器，所述遙感器用于測定遠(yuǎn)離所述電離器的空氣流中的離子平衡。
10.如權(quán)利要求9所述的電離器，其特征在于，還包括用于將來自所述遙感器的信號與來自所述離子平衡傳感器的信號合并的裝置。
11.如前述任一項權(quán)利要求所述的電離器，其特征在于，還包括微處理器。
12.如前述任一項權(quán)利要求所述的電離器，其特征在于，還包括用于顯示不平衡狀況的顯示器。
13.如前述任一項權(quán)利要求所述的電離器，其特征在于，還包括位于空氣流之外的風(fēng)扇控制器。
14.一種制備含有正、負(fù)離子的空氣流的方法，包括操縱如前述任一項權(quán)利要求所述的電離器。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟設(shè)置代表空氣流中的所需離子平衡的參比值；測定所述空氣流中的實際離子平衡；將所測得的離子平衡與所述參比值進行比較；以及產(chǎn)生用于控制離子發(fā)射器的正、負(fù)壓源的控制電壓。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，還包括利用遙感器探測遠(yuǎn)離所述電離器的空氣流中的離子平衡。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括由所述遙感器校準(zhǔn)所述離子平衡傳感器。
全文摘要
一種電離器，包括用于產(chǎn)生空氣層流的風(fēng)扇(5)；用于將正離子驅(qū)逐到空氣流內(nèi)的正離子發(fā)射器(6b)；用于將負(fù)離子驅(qū)逐到空氣流內(nèi)的負(fù)離子發(fā)射器(6a)；與正離子發(fā)射器相連的正壓源(27)；與負(fù)離子發(fā)射器相連的負(fù)壓源(28)；以及用于控制正、負(fù)電壓以便在空氣流中獲得所需離子平衡的微處理器(30)。風(fēng)扇(5)是貫流式風(fēng)扇，其產(chǎn)生沿整個風(fēng)扇長度的、高度均勻的層流空氣柱，并且空氣流中的縫隙減小，而空氣流速恒定，從而改善了離子平衡。貫流式風(fēng)扇的使用還能夠?qū)⒉倏v機構(gòu)包含在簡單的“淚滴形”輪廓內(nèi)，并且使設(shè)備的可操縱部件例如電機、軸承、電子器件(諸如印刷電路板)被容納在空氣流之外，借此消除了空氣流的可能污染源。對于可比尺寸的電離器外罩，相比于類似的、采用軸流風(fēng)扇的傳統(tǒng)設(shè)備，可以更高的速度產(chǎn)生大約兩倍的較低噪聲水平的質(zhì)量流。
文檔編號H01T23/00GK1601834SQ20041007832
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者克里斯托弗·弗朗西斯, 西蒙·哈徹, 戴維·羅杰斯, 戴維·斯蒂芬斯 申請人:米奇靜電消除器有限公司