KR100881897B1

KR100881897B1 - 표면 장착 히터

Info

Publication number: KR100881897B1
Application number: KR1020067010970A
Authority: KR
Inventors: 마이클 조셉 보워; 로거 딘 체이스
Original assignee: 셀레리티 인크.
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2009-02-06
Anticipated expiration: 2024-11-05
Also published as: TWI279158B; CN1887029A; US7126094B2; US7307247B2; US20080041843A1; US20070047933A1; KR20060129210A; EP1680943A1; US20050109771A1; JP2007511052A; WO2005048655A1; TW200526063A

Abstract

히터는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층과, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제1 단부에 전기적으로 연결되는 제1 전기 도체와, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제2 단부에 전기적으로 연결되는 제2 전기 도체와, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층을 둘러싸고 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제1 단부를 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제2 단부를 전기적으로 절연하는 전기 절연 재료를 포함한다. 상기 히터는 유체 부품의 표면에 장착되어 상기 유체 부품을 가열하는데 사용될 수 있고, 상기 히터가 전기 절연 재료를 통해 연장하는 구멍을 포함하는 경우에, 상기 히터는 유체 부품과 유체 기판 사이에 배치되어 양자를 가열하는데 사용될 수 있다.

기판, 열전대, 시일, 중합체, 레귤레이터, 중합체

Description

표면 장착 히터{SURFACE MOUNT HEATER}

본 발명의 태양은 히터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유체가 운반되는 표면에 장착될 수 있는 저항성 히터에 관한 것이다.

다양한 다른 유체 처리 및 분배 시스템에서, 사용되는 공정 유체(액체, 가스, 액체 및 가스, 슬러리 등)의 온도를 제어하는 것이 중요할 수 있다. 예를 들어, 반도체 산업에서, 카트리지 타입 히터는 종종 유체 조종간의 기판으로 삽입되어 도구에 전달되는 공정 유체를 가열하는데 사용된다. 이러한 카트리지 타입 히터는 통상적으로, 공정 도구로 유체를 운반하는데 사용되는 기판 내에 형성된 캐비티(cavity) 또는 공간(well)으로 삽입되는 긴 원통 형상의 저항성-타입 히터이다.

참고 문헌으로 인용된, "공통 판넬에서 매니폴드 연결을 갖는 모듈식 기판 가스 판넬"을 명칭으로 하여 2003년 8월 26일 출원된, 공동 소유인 미국 특허 출원 일련번호 제10/650,102 호는 모듈 기판이 그 안에 형성된 이러한 공간을 갖는 모듈식 기판 가스 판넬을 설명한다.

공동 계류 중인 출원의 도17에서 도시되는 바와 같이, 본 명세서의 도6에서 재사용되어, 가스 판넬(200)은 복수의 가스 조종간(A 내지 L)을 포함하고, 각 가스 조종간은 도시되지 않은 카트리지-타입 히터가 삽입될 수 있는 한 쌍의 캐비 티(500)를 포함한다. 사용 중에, 가스 조종간을 형성하는 기판 각각은 유사한 캐비티를 가지며, 가스 조종간의 기판이 정렬될 때, 캐비티 또는 개구(500) 내에 삽입되는 카트리지 히터는 가스 조종간의 길이에 걸쳐 연장한다. 카트리지 히터는 열을 기판으로 열적으로 전달함으로써 작동하는데, 상기 기판은 스테인리스 강과 같은 열적으로 도체인 재료로 통상적으로 형성된다.

당업자에게 공지된 바와 같이, 카트리지 히터 효율은 카트리지 삽입을 위해 필요한 히터 공간(즉, 캐비티)의 공차 및 피스톤에 의해 주로 결정된다. 카트리지가 공간 벽과 히터 외피 사이에 너무 큰 간극을 가지면, 온도가 증가하고 동력 수요가 증가한다. 반도체 산업에서, 카트리지 히터 고장의 주요 원인은 히터 공간으로의 부적합한 삽입 또는 부적합한 공간 설계 때문이다.

카트리지 히터는, 히터 외피 온도가 그 히터의 최대 안전 온도를 초과할 때 벽 개구 내로 용접됨으로써 종종 고장 난다. 이것은, 히터가 교체되기 전에 천공될 필요가 있기 때문에 서비스 고통을 야기하고, 많은 잠재적인 안전 문제를 일으킨다.

적합하게 작동하는 카트리지 히터는 히터 공간의 영역에서 매우 높은 온도 구배를 생성하는데, 히터 표면에서의 온도는 종종 소정의 시스템 온도의 200% 내지 500%이다. 이것은 가스 조종간을 횡단하는 열적 스트레스를 야기하고, 히터는 목표 영역(즉, 공정 유체가 흐르는 기판 내에 형성된 채널)과 물리적으로 분리되어 위치되어야 하기 때문에, 소정의 영역에서 온도를 조절하는데 문제점을 제공한다.

카트리지 타입 히터의 고장율은 압도적으로 높으며, 히터 품질 또는 시스템 설계에 의해서라기 보다는 설치 방법에 의해 일반적으로 결정된다. 부적합하게 설 치된 카트리지 히터는 빠르게 히터가 고장나게 되고, 실제로, 부적합한 설치는 히터가 고장날 때까지 종종 테스트되거나 발견될 수 없고, 이때는 너무 늦게 된다.

본 발명의 일 태양에 따라, 히터가 제공된다. 히터는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층과, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제1 단부에 전기적으로 연결되는 제1 전기 도체와, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제2 단부에 전기적으로 연결되는 제2 전기 도체와, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층을 둘러싸고 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제1 단부를 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제2 단부를 전기적으로 절연하는 전기 절연 재료를 포함한다. 일 실시예에 따라, 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층은 구부러진 형상으로 배열될 수 있고, 그 구부러진 형상의 폭, 두께, 또는 밀도는 히터 내부에 다른 열 수용량을 갖는 영역을 제공하도록 변화될 수 있다. 히터는 유체 부품의 표면에 장착되어 유체 부품을 가열하는데 사용될 수 있고, 히터가 전기 절연 재료를 통해 연장하는 구멍을 포함하는 경우에, 히터는 유체 부품과 유체 기판 사이에 위치되어 유체 부품 및 유체 기판 양자를 가열하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예의 다른 태양에 따라, 제1 및 제2 전기 도체는 전기 저항성 재료의 층과 동일한 재료로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따라, 유체 부품의 하부 표면과 유체 기판의 상부 표면 사이에 실질적으로 평탄한 히터를 위치하는 단계와, 상기 실질적으로 평탄한 히터를 그 사이에 둔 상태로 상기 유체 기판에 상기 유체 부품을 고정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 일 실시예에 따라, 실질적으로 평탄한 히터는 한 쌍의 전기 도체를 포함할 수 있고, 전기 도체 쌍은 전원에 연결될 수 있고 히터의 온도는 외부 제어 없이 소정의 온도의 ±5℃ 내로 제한된다.

본 발명의 다른 태양에 따라, 유체 판넬이 제공된다. 유체 판넬은 하나 이상의 유체 기판의 제1 표면에 배치되는 기판 포트와, 하나 이상의 유체 기판에 체결되어 하나 이상의 유체 부품의 제1 표면에 배치되는 부품 포트를 갖는 하나 이상의 유체 부품과, 하나 이상의 유체 기판의 제1 표면과 하나 이상의 유체 부품의 제1 표면 사이에 배치되는 실질적으로 평탄한 히터를 포함하고, 하나 이상의 유체 부품의 상기 제1 부품 포트는 하나 이상의 유체 기판의 기판 포트와 유체 연동한다. 유체 부품은 밸브, 필터, 레귤레이터, 변환기, 정화기, 질량 유동 컨트롤러, 또는 하나 이상의 부품 포트를 갖는 다른 유형의 유체 부품을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 히터는 부품 포트와 기판 포트 사이에 유체 밀봉 조인트를 형성하는 시일을 포함할 수 있다. 이러한 시일은 히터의 일체형 부품이거나 히터에 의해 고정된 위치에서 유지되는 별개의 부품일 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따라, 조립식 장치가 기판과 사용되기 위해 제공된다. 조립식 장치는 기저부와 기저부에 형성되는 하나 이상의 유체 포트를 갖는 유체 부품과, 하나 이상의 구멍을 갖는 실질적으로 평탄한 히터와, 기판과 조립하기 전에 히터를 유체 부품의 기저부에 고정하기 위한 수단을 포함한다. 일 실시예에 따라, 히터를 유체 부품의 기저부에 고정하기 위한 수단은 히터 내에 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따라, 제1 및 제2 단부를 갖는 전기 저항성 재료의 층과, 전기 저항성 재료의 층을 둘러싸는 전기 절연 재료를 포함하는 시일이 제공된다. 전기 절연 재료는 전기 저항성 재료의 층이 존재하지 않는 영역에서 전기 절연 재료를 통해 연장하는 구멍을 갖는다. 일 실시예에 따라, 제1 및 제2 단부는 전원에 전기적으로 연결되어 열을 막는데 시일이 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따라, 시일 리테이너가 제공된다. 시일 리테이너는 제1 단부와 제2 단부를 갖는 전기 저항성 재료의 층과, 전기 저항성 재료의 층을 둘러싸고 전기 저항성 재료의 층이 존재하지 않는 영역에서 전기 절연 재료를 통해 연장하는 구멍을 갖는 전기 절연 재료를 포함한다. 시일 리테이너는 시일을 구멍 내부에 고정된 위치에서 유지하기 위한 수단을 더 포함한다. 바람직하게는, 제1 및 제2 단부는 전원에 전기적으로 연결될 수 있고, 시일 리테이너는 시일 유지에 더하여 열을 막는데 사용될 수 있다.

첨부된 도면은 일정한 비율로 도시된 것이 아니다. 다양한 도면에서 도시되는 각각의 동일하거나 거의 동일한 부품은, 도면에서 동일한 도면 부호에 의해 참조된다. 명료성을 위해, 모든 도면에서 모든 부품이 번호가 매기지는 않는다.

도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유체 부품과 유체 기판 사이에 표면 장착될 수 있는 히터를 도시한다.

도2는 도1의 히터의 단면도를 도시한다.

도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 부품과 유체 기판 사이에 표면 장착될 수 있는 히터를 도시한다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조종간의 개별 요소들을 가열하는데 사용될 수 있는 가열 시스템을 도시한다.

도5는 본 발명에 일 실시예에 따른 질량 유동 컨트롤러와 같은 유체 부품의 기저부에 히터를 장착하는데 사용될 수 있는 장착 구조를 도시한다.

도6은 종래의 카트리지-타입 히터가 안에 삽입될 수 있는 캐비티를 포함하는 모듈식 기판 가스 판넬을 도시한다.

본 발명의 다양한 실시예 및 태양은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 기술된다. 본 발명은 본 출원에서 이하의 기재에 기술되거나 도면에 도시되는 부품들의 상세한 구성 및 배열에 한정되지 않는다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명에서에서 사용된 전문 용어 및 기술 용어는 기재를 위한 것이며, 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다. "including", "comprising", "having", "containing", "involving" 및 본 명세서의 그 변경은 이하에서 열거되는 항목 및 그와 대등한 것과 추가적인 항목을 포함하는 것을 의미한다.

도1은 본 발명의 일 태양에 따른 표면 장착 히터를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 히터(10)는, 이. 아이. 뒤퐁 드 느무르(E.I. du Pont de Nemours and Company) 사에서 제공하는 캡톤(Kapton, 등록상표)의 폴리이미드 필름과 같은 전기 절연 재료(160)에 의해 둘러싸인, 호스킨스 매뉴펙쳐링(Hoskins Manufacturing) 사에서 제공하는 크로멜(Chromel, 등록상표)의 호일 저항 재료와 같은 에칭된 호일 저항 재료로 형성된 가열 요소(100)를 포함한다.

이. 아이. 뒤퐁 드 느무르(E.I. du Pont de Nemours and Company) 사의 등록상표인 캡톤은 탁월한 물리적 전기적 성질을 처리하는 폴리이미드 필름이다. 그것은 우수한 화학적 저항성을 갖는다. 이 필름에 대해 알려진 유기 용매는 없으며, MIL-P-46112B 및 ATSM D-5213-99의 요구조건을 만족하는 것으로 인증되었으며, 녹거나 타지 않는다. 그것은 가장 높은 UL-94 인화성율(V-0)을 갖는다. 캡톤 폴리이미드 필름은 -269℃(화씨 -452도)에서 400℃(화씨 752도)까지 연속 작동에 대해 등급화되어 있고, 25℃에서 대략 7000 V/mm의 절연 강도를 가지며, 열적 팽창 또는 수축도 거의 없고, 알려진 입자 발생 성질도 없다.

본 발명은 어떠한 특정 재료로 한정되지 않으므로, 크로멜 및 캡톤 이외의 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 가열 요소(100)는 충분한 저항성을 갖는 스테인리스 강과 같은 다양한 유형의 전기적으로 도체인 재료로 형성될 수 있어서, 전류가 그것을 통해 흐를 때 열이 발생하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서, 호일 저항 재료는 대략 22-32 옴의 저항을 가지며, 다른 전기적 저항을 갖는 재료가 사용될 수 있지만, 본 발명은 특정한 저항값 또는 저항값의 범위로 한정되지 않는다. 또한, 저항 재료는 레이저 절삭, 다이 스탬핑, 전기 방전 가공(EDM), 침전 등과 같은 다른 제조 공정이 사용될 수 있으므로 에칭될 필요는 없다고 볼 것이다.

유사하게, 캡톤, 캡톤 MT, 캡톤 MTB가 전기 절연 재료(160)로서 사용되는 것 이 바람직하지만, 다른 적합한 폴리머, 고무, 플라스틱 또는 열가소성 재료와 같은 다른 유형의 절연 재료가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 전기 절연 재료는 강하고, 높은 화학적 저항성을 가지며, 녹거나 타지 않고, 최소의 열적 팽창 및 수축 성질을 가지며, 넓은 온도 범위에 걸쳐서 가요성을 갖는다. 또한, 전기 절연 재료(160)는 상대적으로 낮은 열적 임피던스를 가지며, 가열 요소(100)에 의해 발생된 열의 일부는 주위 표면으로 전달된다. 이러한 성질들 모두가 필요한 것은 아니므로, 다른 중합체 및 절연 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 의약 제품 또는 바이오 의약 제품과 같이 공정 유체가 일반적으로 매우 반응적이지는 않은 제품에서, 더 낮은 화학적 저항성을 갖는 재료가 사용될 수 있다.

도1에서 도시되는 바와 같이, 가열 요소(100)는 구부러진 형상으로 배치된다. 본 발명은 구부러진 형상에 한정되지 않으므로, 예를 들어 사각형과 같은 다른 형상이 사용될 수 있다. 일반적으로, 가열 요소(100)의 형상, 두께(즉, 도1의 평면 밖으로 ± Z 방향으로 연장함), 폭(즉, 도1의 ± Y 방향으로 주로 연장함)은 그것이 사용되는 유체 처리 및/또는 분배 시스템의 요구 조건에 따라 변할 수 있다. 이러한 요구 조건은 소정의 작동 온도, 소정의 열 분배 패턴, 열 분배 패턴의 소정의 균일성 등을 생성하기 위해 필요한 와트량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도3에서 도시되고, 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이, 호일 저항 재료의 도시되지 않은 폭, 밀도, 형상, 두께는 개별 히터 내에서 또는 (다른 히터들이 동일 공급 전원에 연결된 때에) 다른 히터들 사이에서 가변 와트 밀도(면적당 와트량)를 달성하도록 변화될 수 있다.

도시되는 바와 같이, 가열 요소(100)는 제1 전기 도체(110)에 전기적으로 연결되는 제1 단부와, 제2 전기 도체(120)에 연결되는 제2 단부를 갖는다. 바람직하게는, 제1 및 제2 전기 도체는 가열 요소(100)와 동일한 재료로 형성될 수 있는데, 이것들은 도1에서 도시되는 바와 같이, 가열 요소(100)보다 더 큰 표면적을 가질 수 있다. 다르게는, 제1 및 제2 전기 도체(110 ,120)는 가열 요소의 두께 및/또는 폭보다 더 두껍거나, 더 두껍고 넓을 수 있다. 다르게는, 제1 및 제2 전기 도체는 알루미늄, 구리 등과 같이, 가열 요소(100)를 형성하는데 사용되는 재료보다 더 전도성 있는 재료로 형성될 수 있다.

제1 및 제2 전기 도체(110, 120)의 단부는 제1 및 제2 전기 도체를 교류 또는 직류 동력원으로/에서 제1 및 제2 전기 도체를 연결 및/또는 해제하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 도체(150)는 몰렉스사에서 제공하는 FFC 타입 커넥터이며, 필요하다면, 히터(10)를 쉽게 교체하도록 한다. 제1 및 제2 전기 도체(110, 120)를 전기적으로 동력원에 연결하는데 사용될 수 있는 어떠한 연결도 대신 사용될 수 있으므로, 본 발명은 특별한 타입의 커넥터에 한정되지 않는다.

도1의 도시되는 실시예에서, 히터(10)는 공정 유체 또는 체결구가 관통하여 통과하도록 할 수 있는 히터 내에 형성되는 복수의 구멍을 포함한다. 예를 들어, 히터(10)는 히터(10)의 네 개의 코너에 배치되어 체결구가 통과하여 유체 부품의 표면( 예를 들어, 하부 표면)을 기판의 짝을 이루는 표면에 고정할 수 있는 네 개의 구멍(130)을 포함한다. C-링과 같은 리테이너는 하나 이상의 체결구의 말단부 위에 위치되어 체결구를 유체 부품과 함께 유지하도록 해서, 유체 부품 및 하나 이 상의 체결구가 단일의 유닛으로서 설치 또는 제거될 수 있다. 리테이너는 히터(10)를 유체 부품의 기저부의 하부 표면 위에 유지하는데 사용되어, 유체 부품, 히터 및 체결구가 단일의 유닛으로서 모두 설치 및 제거될 수 있다. 다르게는, 구멍(130)은 치수가 조정되어서, 하나 이상의 체결구가 그것을 통해 나사 결합해서 유체 부품의 기저부의 하부 표면 위의 히터를 유지하고 유체 부품의 각각의 구멍 내에 각 체결구를 유지할 수 있다. 이러한 방식으로, 개별적인 리테이너의 사용을 피할 수 있고, 유체 부품, 히터 및 체결구가 단일의 유닛으로서 모두 설치 또는 제거될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "유체 부품"은 (기판에 직접 체결되거나, 이후 기판에 직접 체결되는 장착 플랜지에 부착되든지 간에) 밸브, 레귤레이터, 정화기, 분석기, 변환기, 필터 등과 같은 능동 및 수동 유체 부품과, 하나의 기판으로부터 다른 기판으로 유체를 운반하는 커넥터를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은 인접하는 유체 부품 쌍들을 유체적으로 연결하는 개별적인 모듈식 기판과, 공동 소유의 미국 특허 제5,992,463 호, 제6,283,155호, 제6,293,310 호, 제6,374,859 호와 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된 공동 계류 중인 출원에서 기재된 바와 같이, 많은 유체 부품들을 유체적으로 연결하는 매니폴드를 포함한다.

히터(10)는 공정 유체가 관통하여 유동할 수 있는 하나 이상의 구멍(140)을 포함한다. 도시되는 실시예에서, 히터(10)는 세 개의 구멍(140)을 포함하고, 밸브와 같이, 세 포트 부품과 사용될 수 있다. 도1에서 도시되는 실시예는 캘리포니아 주의 산타 클라라시의 셀러리티 그룹사(Celerity Group, Inc.)의 공정 유체 시스템의 K1S 라인에 사용되도록 구체적으로 구성되었지만, 히터(10) 내에 형성된 구멍의 위치, 크기, 개수는 유체 처리 및/또는 분배 시스템의 요구조건에 따라 변화할 수 있다. 본 발명의 실시예가 사용될 수 있는 유체 처리 및/또는 분배 시스템의 예는 공동 소유의 미국 특허 제5,836,355 호, 제5,992,463 호, 제6,283,155 호, 제6,293,310 호, 제6,302,141 호, 제6,374,859 호, 제6,394,138 호와 공동 계류 중인 출원에서 기재되는 것들과, 스웨즈락 사(Swagelok Company), 후지킨 사(Fujikin Incorporated), CKD 사(CKD Corporation) 등에서 제공하는 표면 장착 유체 처리 및/또는 분배 시스템을 포함할 수 있다.

사용 중에, 히터(10)는 기판의 상부 표면의 맨 위에 위치될 수 있고, 유체 부품은 히터(10) 위에 위치될 수 있다. 다르게는, 그 하부 표면 위에 유지되는 히터(10)를 구비하는 유체 부품은 기판의 상부 표면의 맨 위에 위치될 수 있다. 이 후, 유체 부품은 미국 특허 제6,293,310 호의 도27에서 도시되는 방식으로 기판에 고정될 수 있다. 바람직하게는, 히터(10)는 변형 가능한 금속 시일, W-시일, C-시일, Z-시일, V-시일, 또는 중합체 또는 엘라스토머 시일 등과 같은 다른 유형의 시일과 같은 시일을 히터(10) 내의 고정된 위치에서 유지하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 이러한 수단은, 공정 유체가 관통하여 유동하는 도1의 구멍(140)의 측벽에서 형성되는 주변 홈, 구멍(140)의 측벽에서 돌출하는 복수의 핑거, 또는 시일을 히터(10) 내의 고정된 피스톤 내에 유지할 수 있는 다른 구성을 포함할 수 있다. 시일을 고정된 위치 내에 유지하기 위한 이러한 수단의 일례는 미국 특허 제 6,293,310 호의 도12 및 도13에서 기재되어 있다. 시일을 고정된 위치 내에 유지하기 위한 수단의 다른 예는 미국 특허 제5,984,318 호 및 5,730,448 호에서 기재된 것들을 포함하고, 다른 수단들도 사용될 수 있지만, 고정된 위치 내에 시일을 유지하기 위한 수단의 유형은 사용되는 시일의 유형에 따라 달라질 수 있다. 이러한 수단을 히터(10) 내에 통합함으로써, 개별 시일 리테이너의 사용을 피할 수 있다.

일 실시예에서, 히터(10)는 C-시일을 유지하도록 구체적으로 구성된다. 이러한 실시예에서, 히터는 C-시일 가스켓을 기판과 유동 부품 사이에서 제자리에 유지하는 C-시일 리테이너를 교체한다. 히터는 종래의 C-시일 리테이너와 동일한 두께(예를 들어, 대략 5mm; 0.13mm 공칭)일 수 있고, 캡톤 재료의 물리적 안정성 및 균일성 때문에, 히터는 종래의 C-시일 리테이너와 대등하거나 또는 보다 우수하게 수행한다. 히터의 두께는 히터의 소정의 작동 온도 및/또는 압축(즉, 봉인) 상태에서 사용되는 시일 가스켓의 두께에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 히터는 시일을 유지하는데 사용되고, 히터의 두께는 유체의 누출을 피하기 위해 압축 상태에서 시일 가스켓의 두께보다 충분히 작아야 한다.

유체 부품 및 기판 사이의 이러한 위치 설정은 히터가 밸브, 질량 유동 컨트롤러(MFC), 또는 다른 유체 부품 바디와 직접적인 열적 접촉을 하도록 하고 히터를 히터 공간 내에서 멀리 떨어지게 보다는 목표 열 영역(예를 들어, 유체 유동 경로)의 중간으로 배치하게 된다. 이러한 배치의 결과로서, 목표 영역은 종래의 카트리지-타입 히터의 경우보다 더 빠르게 소정의 온도에 도달하고, 히터는 종래의 카트 리지-타입 히터의 경우만큼 소정의 온도 이상으로(예를 들어, 200% 내지 500% 이상으로) 공간으로 가열될 필요가 없다. 이것은 카트리지 히터를 사용하는 종래의 설계와 비교하여 우수한 온도 제어를 허용하고, 별도의 온도 제어 회로의 사용을 피하고, 온도 설계에서 정확도를 높여준다. 40℃ ±5℃의 안정한 시스템 온도의 목표을 달성하는 것이 이러한 히터를 사용하여 쉽게 수행된다(이하의 실시예 데이터 참조).

대안의 실시예에서, 히터(10)의 일부는 시일으로서 사용될 수 있다. 이것은 별도의 시일을 고정된 위치에서 유지하기 위해 히터를 사용하는 것과는 구별되고, 시일은 히터와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 히터(10)의 외부 표면은 캡톤과 같은 화학적으로 불활성의 재료로 형성되는데, 이러한 시일은 반도체 제조 제품에서 종래에 사용되는 매우 반응적인 공정 유체와 사용될 수 있다. 가열 요소(100)는 누출 밀봉 시일을 형성하는데 사용되는 히터의 영역으로 연장하거나 할 수 없다. 히터의 일부는 시일으로서 사용될 수 있는데, 그 부분은 히터의 잔여 부분보다 일반적으로 충분히 더 두꺼워서 시일 부분의 압축과 유체 밀봉 시일의 형성을 허용한다.

도2는 도1의 선 2-2를 따라 취한 도1의 히터의 단면도이다. 도시되는 바와 같이, 히터(10)는 전기적으로 절연인 중합체 재료의 제1 층(160A)과, 전기적으로 절연인 중합체 재료의 제2 층(160B)과, (도시되지 않은) 가열 요소(100) 또는 전기적으로 절연인 중합체 재료의 제1 및 제2 층(160A, 160B) 사이에 배치되는 제1 및 제2 전기 도체(110, 120) 중 어느 하나를 형성하는 전기 저항성 재료의 층을 포함 한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 전기 저항성 재료의 층은 종래의 방식으로 전기 저항성 재료를 에칭함으로써 형성될 수 있다. 본 발명은 전기 저항성 재료 층을 형성하는 특정한 방법에 한정되지 않으므로, 전기 저항성 재료의 층을 형성하는데 사용될 수 있는 다른 공정으로는 레이저 절삭, 다이-스탬핑, 전기 방전 가공(EDM), 침전 등이 포함될 수 있다. 본 발명은 특정한 공정에 한정되지는 않지만, 전기적으로 절연인 중합체 재료의 내부 표면의 양자 또는 하나는 PFA 테플론(PFA Teflon; 등록상표)과 같은 접착제(170)와, 가열 진공 프레스와 같은 가열 프레스에서 경화되어 일체형의 조립체를 형성하는 전체 조립체로 코팅될 수 있다.

도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 부품 및 유체 기판 사이에 표면 장착될 수 있는 히터를 도시한다. 도1 및 도2에 관해 상술한 실시예에서와 같이, 히터(30)는 전기 절연 재료(160)에 의해 둘러싸인 에칭된 호일 저항성 재료로 형성되는 가열 요소(100')를 포함한다. 가열 요소(100')는 제1 전기 도체(110)에 다시 전기적으로 연결되는 제1 단부와, 제2 전기 도체(120)에 연결되는 제2 단부를 갖는다. 상술한 실시예에 관해, 제1 및 제2 전기 도체(110, 120)는 가열 요소(100')와 동일한 재료 또는 다른 재료로 형성될 수 있고, 제1 및 제2 전기 도체(110, 120)의 폭, 두께, 및/또는 표면적은 가열 요소(100')를 형성하는 재료의 폭, 두께, 및/또는 표면적으로부터 달라질 수 있다. 상술한 실시예에서와 같이, 커넥터(150)는 제1 및 제2 전기 도체(110, 120)의 단부에 전기적으로 연결되어 제1 및 제2 전기 도체를 교류 또는 직류 동력원으로/에서 연결 및/또는 해제할 수 있다.

도1의 실시예에서와 같이, 히터(30)는 히터(30)의 네 개의 코너에 배치되어 체결구가 관통하여 통과해서 유체 부품의 하부 표면을 기판의 상부 표면에 고정하는 복수의 구멍(130)을 포함한다. 히터(130)는 공정 유체가 관통하여 유동할 수 있는 하나 이상의 구멍(140)을 포함한다. 도1에서 도시되는 실시예와는 달리, 히터(130)는 오직 두 개의 구멍(140)을 포함하고, 밸브, 레귤레이터, 필터, 수동 커넥터 블록 등과 같은 두 포트 부품과 사용될 수 있다. 상술한 실시예에 있어서, 히터(30) 내에 형성된 구멍의 위치, 크기 및 개수는 유체 처리 및/또는 분배 시스템의 요구조건 및, 히터(30)가 사용되는 유체 부품 (및/또는 기판)의 유형에 따라 달라질 수 있다.

가열 요소(100')는 도1에서 도시되는 실시예의 것과 유사한 방식으로 구부러진 형상으로 다시 배치되지만, 실질적으로 균일한 폭을 가지기 보다는, 가열 요소(100')의 폭 및 밀도는 영역에 따라 다르다. 특히, 가열 요소(100')의 폭 및 밀도는 와트-밀도가 다른 영역의 것과 다른 영역을 생성하기 위해 달라진다. 예를 들어, 도3의 도시되는 실시예에서, 히터(100')는 가열 요소(100')의 와트 밀도가 다른 영역(104)에 비해 증가되는 구멍(140)을 둘러싸는 네 개의 영역(102)을 포함한다. 와트-밀도의 이러한 증가는 가열 요소(100')의 폭을 더 작게 하고 주어진 영역에서 이루어진 구부러진 선회의 수를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 와트-밀도의 증가는 가열 요소의 두께를 더 얇게 함으로써 또는 이러한 기술들의 조합에 의해 달성될 수 있다. 네 개의 영역(102) 각각은 구성에서 유사하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 이에 관해서, 많은 다른 영역들이 제공될 수 있고, 각각은 다른 와트-밀도를 제공한다. 더욱이, 다른 형상이 대신에 사용될 수 있으므로, 히터(100')의 구성은 구부러질 필요가 없다.

도1의 상술한 실시예에 있어서, 히터(30)는 시일을 히터(30)내의 고정된 위치에서 유지하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 이러한 수단은 공정 유체가 관통하여 흐를 수 있는 구멍(140)의 측벽에 형성되는 주변 홈, 구멍의 측벽에서 돌출되는 복수의 핑거, 또는 시일을 히터(30) 내의 고정된 위치에서 유지할 수 있는 다른 구성을 포함할 수 있다. 다르게는, 히터(30)의 일부분이 시일으로서 사용되어, 시일이 히터와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 히터(30)의 외부 표면이 캡톤과 같은 화학적으로 불활성인 재료로 형성되는 경우에, 이러한 시일은 반도체 제조 제품에서 종래에 사용되는 매우 반응적인 공정 유체와 사용될 수 있다.

도4는 그 내부에서 사용되는 공정 유체의 온도를 제어하기 위해 유체 처리 및/또는 분배 시스템의 유체 조종간에 사용될 수 있는 본 발명의 다양한 태양에 따른 복수의 히터를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 복수의 히터는 밸브와 같은 세 개의 포트를 갖는 유체 부품과 사용되기 위해 구성되는 제1 복수 히터(10)와, 밸브, 압력 레귤레이터, 필터 등과 같은 두 개의 포트를 갖는 유체 부품과 사용되기 위해 구성되는 히터(30)와, 압력 변환기와 같은 단일의 포트 부품과 사용되기 위해 구성되는 다른 히터(20)를 포함한다. 체결구를 수용하기 위해 치수 조정된 구멍(130)과 공정 유체가 관통하여 흐를 수 있는 하나 이상의 구멍(140)에 추가하여(도1 및 도3 참조), 히터(10, 20, 30) 각각은 누출을 탐지하기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 구멍(135)을 포함한다. 복수의 히터는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터(40)를 포함한다. 히터(40)의 구성의 많은 상세한 부분들이 도1 내지 도 3의 실시예에 관해서 상술한 것들과 유사하므로, 도1 내지 도3의 실시예들과 공통적인 상세한 부분들은 본 명세서에서 간략하게 기술한다.

도1 내지 도3에 관해서 상술한 실시예에서와 같이, 히터(40)는 전기 절연 재료(160)에 의해 둘러싸인 에칭된 호일 저항성 재료로 형성되는 (도시되지 않은) 가열 요소를 포함한다. 가열 요소의 구성, 두께, 및/또는 폭은, 도3에 관해서 상술한 바와 같이, 사용되는 시스템의 요구조건들에 따라 다른 가열 영역을 달성하기 위해 변화될 수 있다. 상술한 실시예에서와 같이, 가열 요소는 전기적으로 제1 전기 도체와 연결되는 제1 단부와, 제2 전기 도체와 연결되는 제2 단부를 갖고, 각 단부는 커넥터에 전기적으로 연결된다. 상술한 실시예에 있어서, 커넥터는 제1 및 제2 전기 도체를 교류 및 직류 동력원으로/에서 연결 및/또는 해제하는데 사용될 수 있다.

도1 내지 도3에 관해서 상술한 실시예와 달리, 도4에서 도시되는 히터(40)는 유체 부품 및 기판 사이에서라기 보다, 유체 부품의 외부 표면에 장착되도록 구성된다. 예를 들어, 도4의 실시예에서, 히터(40)는 질량 유동 컨트롤러와 같은 유체 부품의 바디에 장착되도록 구성되고, 이러한 이유로, 공정 유체가 관통하여 유동 할 수 있는 구멍(140)(도1 및 도3)을 포함할 필요가 없다. 질량 유동 컨트롤러가 센서, 컨트롤, 밸브 부분들이 모두 질량 유동 컨트롤러 바디의 하나의 표면(예를 들어 상부 표면)에서 연장하도록 구성되는 경우에, 히터(40)는 질량 유동 컨트롤러 바디의 하부 표면 또는 질량 유동 컨트롤러 바디의 측면 표면의 어느 하나에 장착될 수 있다. 필요하다면, 별도의 히터(40)가 유체 부품의 바디의 하나 이상의 이 러한 표면에 장착될 수 있다. 다르게는, 히터(40)가 상대적으로 가요성이 있고 어떠한 소정의 형상에도 쉽게 부합할 수 있기 때문에, 유체 부품의 바디의 하부 및 양 측의 표면에 장착되는 U 형상을 갖는 단일의 히터가 사용될 수 있다. 필요한 경우에는, 도1 내지 도3에서 도시되는 실시예들과 구성상 유사한 추가 히터가 질량 유동 컨트롤러의 밸브와 질량 유동 컨트롤러의 바디 사이에 배치될 수 있다. 본 발명은 질량 유동 컨트롤러와 같은 유체 부품의 특정한 타입에 한정되지 않으므로, 히터(40)의 치수는 매우 다양한 유체 부품을 수용하기 위해 달라질 수 있다.

다양한 수단이 히터(40)를 유체 부품의 바디에 장착하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 열적으로 도체인 접착제, 또는 3M 사(3M Corporation)에서 제공하는 열 도체 접착 전달 테이프(Thermally Conductive Adhesive Transfer Tapes) 8805, 8810, 8815, 8820과 같은 접착제 테이프가 유체 부품의 바디에 히터(40)를 장착하는데 사용될 수 있다. 다르게는, 유체 부품의 바디에 히터를 접착제로 장착하기 보다는, 도5에서 도시되는 바와 같은 장착 구조가 사용될 수 있다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 유체 부품의 바디의 표면과 열적으로 접촉하는 히터를 배치하는데 사용될 수 있는 장착 구조에 부착되는 선 5-5를 따라 취한 히터(40)의 단면도를 도시한다. 개략적으로, 히터(40)는 (도시되지 않는) 유체 부품의 하부 표면과 인쇄 정합된 히터(40)의 상부 표면을 탄성적으로 가압하는 장착 구조 맨 위에 위치한다. 도5에서 도시되는 장착 구조는 도4의 히터(40)와 같은 히터를 질량 유동 컨트롤러와 같은 유체 부품의 하부 표면에 장착하도록 구성되지만, 다른 유형의 유체 부품과 다른 배향으로 사용될 수 있다.

도5에서 도시되는 실시예에서 도시되는 바와 같이, 히터(40)는 (도시되지 않은) 접착제를 사용하는 플레이트(510)에 장착된다. 일 실시예에서, 다른 방식이 대안으로 사용될 수 있지만, 양면을 갖는 접착 필름 또는 테이프가 사용된다. 예를 들어, 히터(40)가 플레이트(510)의 상부 표면에 장착되고, 플레이트는 유체 부품의 하부 표면에 대해 상향으로 압축되기 때문에, 플레이트(510) 위에 제자리에서 히터(40)를 유지하기 위해 높은 강도가 요구되지 않으므로, 다양한 형태의 장착이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 금속, 플라스틱 등을 포함하여 상대적으로 강성의 재료가 사용될 수 있지만, 플레이트(510)는 알루미늄으로 형성될 수 있다.

플레이트가 리세스를 포함할 필요는 없지만, 도시되는 바와 같이, 인쇄 회로 기판(520)은 플레이트 내에 함몰되는 영역 내에 플레이트(510)의 아래 표면에 장착된다. 일 실시예에서, 다른 유형의 접착제 또는 다른 유형의 장착(예를 들어, 스크류, 리벳 등)이 사용될 수 있지만, 인쇄 회로 기판(520)은 하이솔(Hysol; 등록상표)과 같은 에폭시를 사용하는 플레이트에 장착된다. 인쇄 회로 기판(520)은 히터(40)가 장착되는 유체 부품이 언제 소정의 온도에 도달했는지를 확인하는 열적으로 활성화된 스위치를 포함한다. 예를 들어, (도시되지 않은) 열전대는 히터(40)가 장착되는 유체 부품 위에 위치될 수 있고, 열전대로부터의 신호가 인쇄 회로 기판(520) 위의 열적으로 활성화된 스위치에 제공될 수 있다. 유체 부품이 소정의 온도에 도달했음을 나타낼 때, 열적으로 활성화된 스위치는 적합한 신호를 소정의 온도가 달성되었으며, 유체 유동이 개시될 수 있음을 나타내는 컨트롤러에 전송할 수 있다. 다르게는, 특히 열전대 또는 감지 회로가 플레이트(510)의 하부 표면과 같은 열적으로 도체인 표면에 장착되는 경우에, 열전대 또는 통합 열 감지 회로가 인쇄 회로 기판(520)에 장착될 수 있다.

플레이트(510)를 기저부(540)에 부착하는 복수의 탄성적으로 편향된 이격 유지부(530)가 플레이트(510)에 부착되는데, 기저부(540)는 일 실시예에서 유체 처리 및/또는 분배 시스템 판넬의 기저부가 될 수 있다. 탄성적으로 편향된 이격 유지부(530) 각각은 이격 유지부(532), 나사 체결구(534) 및 스프링(536)을 포함한다. 일 실시예에서, 이격 유지부(532)는 펜실베니아주의 단보로 펜 엔지니어링(Penn Engineering of Danboro) 사에서 제공하는 피이엠(PEM; 등록상표) 가압끼움 이격 유지부와 같은 재고품의 이격 유지부일 수 있다. 이격 유지부(532)는 플레이트(510) 내의 적합한 크기의 구멍으로 가압 끼워질 수 있고, 체결구(534)와 같은 체결구의 나사 단부를 수용하도록 내부적으로 나사를 이룬다. 체결구(534)는 스크류와 같은 종래의 나사 체결구일 수 있고, 기저부(540) 아래로부터 내부적으로 나사인 이격 유지부로 삽입될 수 있고 이격 유지부(532)로 나사 결합되고, 스프링(536)은 체결구(534) 및 이격 유지부(532)의 말단부를 둘러싼다. 이격 유지부(532)의 말단부는 기저부(540) 내의 보어를 통해 연장할 수 있어서, 플레이트(510)는 기저부(540)를 향해 이동될 수 있지만, 힘이 제거될 때, 플레이트(510)는 코일 스프링(536)의 힘에 의해 상향으로 가압된다. 본 발명의 일 실시예에서, 가변 길이 고정 이격 유지부가 사용되어 소정의 높이를 달성하고 기저부(540)를 다른 장착 표면과 결합할 수 있다.

본 발명의 실시예는 종래의 카트리지-타입의 히터에 비해 다양한 장점을 제공한다. 예를 들어, 각각의 유체 분배 및/또는 처리 시스템 내의 유체 부품은 개별적으로 가열될 수 있기 때문에, 특정한 유체 부품 내이든지 또는 다른 유체 부품 사이에서이든지 간에, 다른 온도 영역이 쉽게 생성될 수 있다. 히터 각각은 동일한 동력원에 전기적으로 연결된다 하더라도, 다른 유체 부품 (또는 유체 부품 내의 다른 영역)을 다른 온도로 개별적으로 가열할 수 있는 이러한 능력은 에칭된 호일 저항성 재료의 폭, 두께, 길이, 형상 및 저항 중 하나 이상을 제어함으로써 제공될 수 있다. 각 부품의 열 부하는 계산될 수 있고, 그 부품의 목표 작동 온도를 달성하기 위해 필요한 정확한 와트량이 사용될 수 있다. 예를 들어, 동력원에 의해 제공되는 전력량은 유체 부품 또는 유체 부품/유체 기판 조합(즉, 그 열 수용량)에 의해 수용된 전력량과 목표 작동 온도에서 히터에 의해 열로 분산된 전력량을 함한 것에 해당되는 것으로 선택될 수 있다.

히터가 달성하도록 설계된 목표 작동 온도는 히터의 구성에서 사용되는 재료의 등급화된 작동 범위까지의 값(예를 들어, 캡톤의 경우 약 400℃까지임)일 수 있다. 또한, 출원인은 종래의 공정을 사용하여 전기 저항성 재료를 절삭 또는 에칭하여, ±5℃의 허용 범위 내의 목표 작동 온도를 제공하는 히터가 달성되고, 더 정밀한 설계 공차의 사용을 통해, ±1도의 허용 범위 내의 목표 작동 온도가 제공되는 것을 발견하였다.

각 히터는 전기 저항성 재료가 가열되면서, 예측될 수 있는 온도에서 흐르는 전류를 "자기 제어(self-limiting)"해서 더 이상 고온이 되지 않을 때까지 그 내부 저항이 증가한다는 점에서, 자기 제어 방식이다. 따라서, 외부 온도 컨트롤러가 필요 없다. 유체 처리 및/또는 분배 시스템의 유체 유동 부품 및/또는 별개의 부분들이 개별적으로 가열되도록 하는 설계상의 이러한 유연성은 유체 조종간의 모든 유체 유동 부품에 통상적으로 부품에 공통되는 종래의 카트리지-타입 히터에는 가능하지 않다. 종래의 카트리지-타입 히터의 경우, 다양한 표준 카트리지-타입 히터 중에서 통상적으로 선택해야 하며, 따라서 특정한 목표 작동 온도를 달성하는 능력은 상당히 제한된다. 또한, 본 발명에 따른 히터는 종래의 카트리지-타입 히터보다 더 넓은 표면적에 대해 열을 분배할 수 있기 때문에, 그리고 의도하는 목표 열 영역의 중간에 위치할 수 있기 때문에, 카트리지 히터에서 가능한 것보다 훨씬 더 낮은 표면 온도에서 작동할 수 있다. 특히, 히터는 유체 부품과 유체 기판 사이에서 위치치되는데, 히터가 달성하도록 설계된 온도는 목표 작동 온도와 동일할 수 있다. 동력 이용은 카트리지 히터에서 보다 훨씬 더 효율적이고, 전체 시스템 전력 소모는 더 낮다. 히터가 종래의 C 시일 또는 다른 유형의 시일 리테이너를 교체하는 경우에, 또는 시일이 히터에 통합된 경우에, 카트리지 히터의 비용 및 별도의 시일 리테이너 및/또는 시일의 비용을 없앤다.

다른 장점으로는 기판이 히터를 수용하도록 유일하게 제조될 필요가 없고, 본 발명에 따른 히터는 내부에 형성되는 카트리지-타입 히터를 수용할 캐비티를 아직 갖지 않은 현재의 유동 처리 및/또는 분배 시스템에 새로 설치될 수 있는 점이 포함된다. 또한, 본 발명의 히터는 상술한 바로부터 설치될 수 있고, 따라서 종래의 카트리지 타입 히터와 같이 작동 공간을 많이 요구하지 않는다. 종래의 카트리 지-타입 히터에서, 카트리지 히터가 그것이 내부에 수용되는 캐비티로부터 삽입 및/또는 분리되도록 상당한 양의 공간이 제공되어야 한다.

본 명세서에서 기술되는 히터 각각은 실질적으로 평탄한 구조이지만, 본 발명이 그렇게 한정되는 것은 아니다. 이에 관해서, 본 발명의 히터는 상대적으로 유연성이 있고, 따라서 다양한 형상에 부합할 수 있다. 더욱이, 경화 공정 동안, 히터는 거의 어떠한 소정의 형상도 취할 수 있도록 성형될 수 있어서, 원통형 구조, 절두 원추형(frusto-conical) 구조 등을 형성하도록 성형될 수 있다.

실시예 데이터

본 발명의 일 실시예에 따른 히터는 수동 2방향 밸브, 레귤레이터, 변환기, 필터, 두 개의 공압 밸브 및 질량 유동 컨트롤러(MFC)를 포함한 셀레리티 그룹 사에서 제공하는 K1S 유체 조종간으로 테스트되었다. 이러한 유체 조종간은 16-조종간 구성으로 되어 있으며 여섯 개의 유체 부품 및 질량 유동 컨트롤러를 위한 히터를 포함했다. 히터는 자기 제어 방식이어서 유체 조종간을 40℃ ±5도의 온도에서 유지하도록 설계되었다. 히터는 220℃에 등급화된(테플론 절연) 18 미국 전선 규격(AWG)의 배선 장치에 연결되었다. 히터는 초기 세 개의 유체 부품이 직렬로 연결되고 다음 세 개가 직렬로 연결되어 세 개의 두 그룹이 질량 유동 컨트롤러와 병렬을 이루도록 구성되었다. 히터는 24 VDC 전원에 의해 동력이 공급되었다.

조종간은 플라스틱 박스 내에 위치하여 16-조종간 박스 배기 형상을 모의했다. 공기는 박스의 상부 마개를 통해, 조종간을 통해 아래로 및 팔레트 아래 4" 배기 호을 통해 외부로 견인되었다. 공기는 120 CFM의 속도로 박스를 통해 견인 되었다. 박스 내의 입구 구멍은 박스 내의 차압이 0.42 인치(물)를 달성하도록 조절되었다.

K 타입 열전대는 유체 부품 각각과 인쇄 정합되어 위치되었고, 시스템은 24V 직류 전원으로 활성화되었다. 온도 기록은 플루크(Fluke) 모델 70의 포켓용 온도계로 계측되었으며, 외부 온도 컨트롤러는 사용되지 않았다.

결과

개시시의 주변 온도 : 26.8℃

작동 전압 : 24 VDC

전체 히터 저항 : 21 Ω

배기 유동 속도 : 120 CFM

차압 : 0.4 인치(물)

목표 온도 : 40℃ ±5℃

이러한 실시예에 대한 온도 기록은 아래와 같다.

시간(시:분)	수동 밸브 온도(℃)	레귤레이터 온도(℃)	변환기 온도(℃)	필터 온도(℃)	질량 유동 컨트롤러 온도 1(℃)	질량 유동 컨트롤러 온도 2(℃)	질량 유동 컨트롤러 온도 3(℃)
16:05(전원 켜짐)	26.8	26.8	26.8	26.8	26.8	26.8	26.8
16:10	33	35	34	34	34	34	27
16:25	36	37	36	37	37	35	27
16:40	36	38	36	38	37	36	27.5
17:00	35	38	37	38	37	36	27.6
17:30	35	38	36	38	36	36	27.6

상기의 테스트 결과는 히터는 시스템을 목표 범위 내 공간으로 가져와서 유 지할 수 있었다는 것을 보여준다. 유체 조종간에 걸친 온도 일관성은 3℃ 내이었고, 임계 질량 유동 컨트롤러 온도는 목표의 4도 내이었다. 이러한 성능은 표준 카트리지 히터에서 가장 잘 관찰될 수 있는 성능을 훨씬 뛰어넘는다. 특히, 표준 카트리지 히터에서 동일한 테스트 설정으로는 질량 유동 컨트롤러를 29℃ 이상으로 끌어올릴 수 없었으며, 조종간을 형성하는 유체 부품들 사이에서 훨씬 더 큰 온도 차이(약 8℃)가 있었으며, 오직 하나의 부품 기록(필터)만이 40도 ±5도 허용 대역 내에서 안정화 되었다. 본 발명에 따른 히터는 유체 부품을 표준 카트리지-타입 히터에서 보다 소정의 목표 온도로 더 빠르게 끌어올릴 수 있었으며, 외부 온도 제어 또는 레귤레이션을 필요로 하지 않으면서 표준 카트리지-타입 히터의 전력의 약 절반을 소비하였다. 예측되는 더 길어진 수명, 더 안전한 설계, 더 뛰어난 온도 균일성, 시일 리테이너의 제거, 더 우수한 전력 사용 및 더 낮은 총 소유자 비용과 결합하는 이러한 더 뛰어난 초기 성능은 이러한 히터 해결책을 제조업차, OEM 설비 공급자 및 최종 소비자에게 성공적인 것으로 만든다.

본 발명은 반도체 산업에서 사용되는 유체 처리 및/또는 분배 시스템에 관해서 주로 기재되었지만, 본 발명이 그것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 의약 제품, 바이오 의약 제품, 공정 화학 및 석유화학 제품 등과 같이 가열에 대한 필요 및 요구가 있는 다양한 제품에서 사용될 수 있다. 또한, 유체는 액체 또는 가스, 또는 액체 및 가스의 조합, 또는 슬러리일 수 있다. 더욱이, 본 발명은 면 시일(face seal)과 사용될 필요가 없지만, 종래의 브이씨알(VCR; 등록상표) 타입 피팅 또는 나사 결합 타입 시일에 적용될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예의 다양한 태양이 기재되었으며, 다양한 변경, 수정 및 개량이 당업자에 의해 고안될 수 있다. 이러한 변경, 수정 및 개량은 이러한 개시의 일부이며, 본 발명의 범위 내이다. 따라서, 상술한 기재 및 도면은 오직 예시일 뿐이다.

Claims

유체 기판에 장착되는 유체 부품을 포함하는 유체 분배 시스템에 사용되는 히터이며,

제1 단부 및 제2 단부를 갖는 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층과,

상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제1 단부에 전기적으로 연결되는 제1 전기 도체와,

상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제2 단부에 전기적으로 연결되는 제2 전기 도체와,

상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층을 둘러싸고 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제1 단부를 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제2 단부로부터 전기적으로 절연하는 전기 절연 재료를 포함하고,

상기 유체 부품과 상기 유체 부품이 장착되는 상기 유체 기판 사이에 배치되도록 구성되고 배열되어 상기 유체 부품과 상기 유체 기판을 모두 가열하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기 도체 각각은 제1 단부, 제2 단부 및 길이부를 갖고,

상기 제1 전기 도체의 제1 단부는 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제1 단부에 전기적으로 연결되고,

상기 제2 전기 도체의 제1 단부는 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제2 단부에 전기적으로 연결되고,

상기 전기 절연 재료는 상기 제1 및 제2 전기 도체의 제1 단부와 길이부를 둘러싸고 상기 제1 전기 도체의 제1 단부와 길이부를 제2 전기 도체의 제1 단부와 길이부로부터 전기적으로 절연하는 히터.
제2항에 있어서, 상기 전기 절연 재료는 상기 제1 전기 도체의 제2 단부를 상기 제2 전기 도체의 제2 단부로부터 절연하는 히터.
제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기 도체는 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층과 동일한 재료로 형성되고, 상기 제1 및 제2 전기 도체의 폭과 두께 중 적어도 하나는 각각 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 폭과 두께 중 적어도 하나 보다 큰 히터.
제4항에 있어서, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층은 구부러진 형상으로 배열되는 히터.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 히터는 전기 절연 재료를 통해 연장하고 유체 부품 및 유체 기판 중 적어도 하나의 표면에 형성되는 포트와 정합하도록 구성되는 구멍을 포함하는 히터.
제6항에 있어서, 상기 구멍 내에 시일을 보유하는 수단을 더 포함하는 히터.
제7항에 있어서, 상기 시일을 보유하는 수단 내에 고정되는 시일을 더 포함 하는 히터.
제6항에 있어서, 상기 히터는 상기 히터와 일체로 형성되고 상기 구멍의 외주 주변에서 연장하는 시일을 더 포함하는 히터.
제6항에 있어서, 상기 구멍은 제1 구멍이고, 상기 히터는 복수의 제2 구멍을 더 포함하며, 상기 제2 구멍은 전기 절연 재료를 통해 연장하고 히터의 외주 주변에 배치되며, 대응하는 복수의 체결구를 수용하여 히터를 유체 부품 및 유체 기판 중 적어도 하나의 표면에 체결하도록 구성되는 히터.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 히터는 복수의 구멍을 포함하고, 상기 구멍은 전기 절연 재료를 통해 연장하고, 유체 부품 및 유체 기판 중 적어도 하나의 표면에 형성되는 대응하는 복수의 포트와 정합하도록 구성되는 히터.
제11항에 있어서, 각각의 상기 복수의 구멍 내에 시일을 보유하기 위한 수단을 더 포함하는 히터.
제12항에 있어서, 각각의 상기의 복수의 구멍 내에 고정되는 복수의 시일을 더 포함하는 히터.
제11항에 있어서, 상기 히터는 상기 히터와 일체로 형성되고 각각의 상기 복수의 구멍의 외주 주변에 연장하는 복수의 시일을 더 포함하는 히터.
제11항에 있어서, 상기 복수의 구멍은 복수의 제1 구멍이고, 상기 히터는 복수의 제2 구멍을 더 포함하며, 상기 제2 구멍은 전기 절연 재료를 통해 연장하고 상기 히터의 외주 주변에 배치되며, 대응하는 복수의 체결구를 수용하여 상기 히터를 상기 유체 부품 및 유체 기판 중 적어도 하나의 표면에 체결하도록 구성되는 히터.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 제1 및 제2 전기 도체가 동일 전원에 연결될 때 상기 제2 영역과 다른 단위 면적 당 열량을 제공하는 히터.
제16항에 있어서, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층은 폭, 두께 및 밀도를 갖고, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 폭, 두께 및 밀도 중 적어도 하나가 상기 제2 영역에 대하여 상기 제1 영역에서 다른 히터.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전기 저항성 재료는 전기적 호일 저항성 재료이고, 상기 전기 절연 재료는 전기 절연 중합체 재료이며, 상기 전기 절연 중합체 재료는 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제1 측면에 형성되는 전기 절연 중합체 재료의 제1 층과, 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층의 제2 측면에 형성되는 전기 절연 중합체 재료의 제2 층을 포함하고, 상기 제2 측면은 제1 측면에 대향이며,

절연 중합체 재료의 상기 제1 층을 절연 중합체 재료의 상기 제2 층에 결합하는 접착제를 더 포함하는 히터.
제18항에 있어서, 절연 중합체 재료의 상기 제1 및 제2 층은 상기 전기 저항성 재료의 실질적으로 평탄한 층과 그 사이에서 압력 하에 가열되어 일체의 조립체를 형성하는 히터.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 전기 저항성 재료의 상기 실질적으로 평탄한 층은 치수 조정되어 소정의 전압을 갖는 전원에 연결될 때 히터를 ±5℃ 내의 소정의 온도로 자기 제어하는 히터.
유체 부품의 하부 표면과 유체 기판의 상부 표면 사이에 실질적으로 평탄한 히터를 위치하는 단계와,

상기 실질적으로 평탄한 히터를 그 사이에 둔 상태로 상기 유체 기판에 상기 유체 부품을 고정하는 단계와,

상기 유체 부품의 하부 표면 및 상기 유체 기판의 상부 표면 양자에 열을 직접 제공하는 단계를 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 실질적으로 평탄한 히터는 한 쌍의 전기 도체를 포함하고, 상기 방법은 상기 한 쌍의 전기 도체를 전원에 분리 가능하게 연결하는 단계를 더 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 상기 실질적으로 평탄한 히터의 온도를 ±5℃ 이내의 소정의 온도로 제한하는 단계를 더 포함하는 방법.
제21항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유체 부품의 하부 표면과 상기 유체 기판의 상부 표면 각각은 유체가 통과하여 유동할 수 있는 하나 이상의 포트를 포함하고, 상기 실질적으로 평탄한 히터는 하나 이상의 구멍을 포함하고,

상기 방법은 상기 실질적으로 평탄한 히터의 하나 이상의 구멍 내에 시일을 보유하는 단계를 더 포함하는 방법.
제21항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유체 부품의 하부 표면과 상기 유체 기판의 상부 표면 각각은 유체가 통과하여 유동할 수 있는 하나 이상의 포트를 포함하고, 상기 실질적으로 평탄한 히터는 하나 이상의 구멍을 포함하고,

상기 유체 부품을 상기 유체 기판에 고정하는 단계는 하나 이상의 구멍을 둘러싸는 실질적으로 평탄한 히터의 일부를 사용하여 상기 유체 부품의 하부 표면의 하나 이상의 포트와 상기 유체 기판의 상부 표면의 하나 이상의 포트 사이에 유체 밀봉의 시일을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
제21항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 히터를 상기 유체 부품의 하부 표면에 보유하는 단계를 더 포함하는 방법.
제21항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 실질적으로 평탄한 히터는 실질적으로 평탄한 제1 히터이고, 상기 유체 부품은 제1 유체 부품이고, 상기 유체 기판은 제1 유체 기판이며, 상기 한 쌍의 전기 도체는 제1 전기 도체 쌍이고, 상기 방법은

제2 전기 도체 쌍을 포함하는 실질적으로 평탄한 제2 히터를 제2 유체 부품의 하부 표면과 제2 유체 기판의 상부 표면 사이에 위치시키는 단계와,

상기 실질적으로 평탄한 제2 히터를 그 사이에 둔 상태로 상기 제2 유체 부품을 상기 제2 유체 기판에 고정하는 단계와,

상기 제2 전기 도체 쌍을 상기 제1 전기 도체 쌍과 동일한 전원에 연결하는 단계와,

상기 실질적으로 평탄한 제1 히터의 제1 온도를 유지하는 단계와,

상기 실질적으로 평탄한 제2 히터의 제2 온도를 상기 제1 온도와 다른 온도로 유지하는 단계를 더 포함하는 방법.
제21항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 실질적으로 평탄한 히터는 실질적으로 평탄한 제1 히터이고, 상기 유체 부품은 제1 유체 부품이고, 상기 유체 기판은 제1 유체 기판이며, 상기 한 쌍의 전기 도체는 제1 전기 도체 쌍이고, 상기 방법은

제2 전기 도체 쌍을 포함하는 실질적으로 평탄한 제2 히터를 제2 유체 부품과 제2 유체 기판 중 적어도 하나에 열적으로 접촉하게 위치시키는 단계와,

상기 제2 전기 도체 쌍을 상기 제1 전기 도체 쌍과 동일한 전원에 연결하는 단계와,

상기 실질적으로 평탄한 제1 히터의 제1 온도를 유지하는 단계와,

상기 실질적으로 평탄한 제2 히터의 제2 온도를 상기 제1 온도와 다른 온도로 유지하는 단계를 더 포함하는 방법.
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