CN114586477A - 层流限制器 - Google Patents

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Abstract

用于控制气流的设备是输送用于半导体制造的工艺气体的重要部件。这些用于控制气流的设备经常依赖于流量限制器，该流量限制器可以提供工艺气体的已知流动阻抗。在一个实施例中，公开了一种流量限制器，该流量限制器由多个层构成，其中一个或多个层具有从该流量限制器的第一端处的第一孔延伸到位于该流量限制器的第二端处的第二孔的流动通道。

Description

层流限制器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月5日提交的美国临时专利申请号62/882,794的权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
质量流量控制(mass flow control)一直是半导体芯片制造的关键技术之一。用于控制质量流量的设备对于提供用于半导体制造和其他工业过程的工艺气体的已知流速非常重要。此类设备用于测量和准确控制各种应用的流体流动。这种控制可以通过使用精确校准的层流限制器来实现。
随着芯片制造技术的进步，对流量控制设备的需求也随之提高。半导体制造工艺越来越需要提高性能，包括更准确的测量、更低的设备成本、改进的瞬态响应时间以及气体输送时间的更好的一致性。为了提高气体输送的一致性，需要改进流量限制器。
发明内容
技术涉及用于质量流量控制器或其他气体输送装置的层流限制器。这些气体输送装置中的一种或多种可用于广泛的工艺，诸如半导体芯片制造、太阳能电池板制造等。
在一种实施方式中，本发明是一种用于限制气体流量的流量限制器。流量限制器具有第一端、第二端和从第一端延伸到第二端的纵向轴线。多个第一层沿纵向轴线从第一端延伸到第二端。多个第二层沿纵向轴线从第一端延伸到第二端。第一端处的第一孔由多个第一层和多个第二层限定。第二端处的第二孔由多个第一层和多个第二层限定。流动通道由多个第一层和多个第二层限定，流动通道从第一孔延伸到第二孔。
在另一实施方式中，本发明是一种用于输送流体的质量流量控制装置，该质量流量控制装置具有阀，该阀包括入口通道、出口通道、阀座和关闭构件。质量流量控制装置还具有流量限制器，流量限制器位于入口通道或出口通道之一中。流量限制器具有第一端、第二端和从第一端延伸到第二端的纵向轴线。多个层基本上平行于纵向轴线延伸。第一孔位于第一端并且第二孔位于第二端。流动通道由多个层限定，流动通道流体地联接到第一孔和第二孔。
在又一实施方式中，本发明是一种制造流量限制器的方法。首先，提供多个层坯(layer blanks)，层坯具有第一边缘、与第一边缘相对的第二边缘、第三边缘、与第三边缘相对的第四边缘、正面和与正面相对的背面。第一空腔形成在多个层坯中的第一个层坯的正面中。多个层坯被堆叠。随后，将多个层坯结合以形成具有第一未修整端和相对的第二未修整端的阻抗叠层(resistor stack)。阻抗叠层的第一未修整端由多个层坯的第一边缘形成，并且阻抗叠层的第二未修整端由多个层坯的第二边缘形成。最后，从层坯的第一未修整端去除材料以暴露第一空腔并形成第一孔。
本技术的其他应用领域将从下文提供的详细描述中变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了优选实施方式，但仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本技术的范围。
附图说明
本公开的发明将通过详细描述和附图变得更加充分地理解，其中：
图1是使用一个或多个层流限制器的过程的示意图。
图2是可以在图1的过程中使用的质量流量控制器的示意图。
图3是可用于图2的质量流量控制器的层流限制器的第一实施例的立体图。
图4是说明形成图3的流量限制器的层的一部分的立体图。
图5A是图4的流量限制器的一部分的端视图。
图5B是图5A的区域VB的详细视图。
图6是图4的流量限制器的一部分的分解立体图。
图7是图4的沿线VII-VII截取的流量限制器的一部分的剖视图。
图8是图3的流量限制器的第一层的俯视图。
图9是图3的流量限制器的第二层的俯视图。
图10是层流限制器的第二实施例的立体图。
图11是说明形成图10的流量限制器的层的一部分的立体图。
图12A是图11的流量限制器的一部分的端视图。
图12B是图12A的区域XIIB的详细视图。
图13是图11的流量限制器的一部分的分解立体图。
图14是图11的沿线XIV-XIV截取的流量限制器的一部分的剖视图。
图15是图10的流量限制器的第一层的俯视图。
图16是图10的流量限制器的第二层的俯视图。
图17是层流限制器的第三实施例的一部分的立体图。
图18是图17的流量限制器的一部分的端视图。
图19是图17的流量限制器的一部分的分解立体图。
图20是图17的沿线XX-XX截取的流量限制器的一部分的剖视图。
图21是图17的流量限制器的第一层的俯视图。
图22是图17的流量限制器的第二层的俯视图。
图23是层流限制器的第四实施例的一部分的立体图。
图24是图23的流量限制器的一部分的端视图。
图25是图23的流量限制器的一部分的分解立体图。
图26是图23的沿线XXVI-XXVI截取的流量限制器的一部分的剖视图。
图27是图23的流量限制器的第一层的俯视图。
图28是图23的流量限制器的第二层的俯视图。
图29是图23的流量限制器的第三层的俯视图。
图30是层流限制器的第五实施例的立体图。
图31是说明形成图30的流量限制器的层的一部分的立体图。
图32是图31的流量限制器的一部分的端视图。
图33是图31的流量限制器的一部分的分解立体图。
图34是图31的沿线XXXIV-XXXIV截取的流量限制器的一部分的剖视图。
图35是图31的流量限制器的第一层的俯视图。
图36是图31的流量限制器的第二层的俯视图。
图37是多个层坯的分解立体图，示出了制造所公开的流量限制器的方法。
图38是图37的本发明的第一层的俯视图。
图39是图37的本发明的第二层的俯视图。
图40是根据图37的本发明在修整之前的阻抗叠层的立体图。
图41是根据图37的本发明在修整之后的阻抗叠层的立体图。
具体实施方式
根据本发明原理的说明性实施例的描述旨在结合附图来阅读，这些附图被认为是整个书面描述的一部分。在本文所公开的本发明的实施例的描述中，任何对方向或方向的提及仅是为了描述的方便，而不是以任何方式限制本发明的范围。相对术语，例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“左”、“右”、“顶”和“底”及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应解释为是指如随后描述的或如讨论中的附图所示的取向。这些相对术语仅是为了便于描述，并且不要求装置以特定方向构造或操作，除非明确指出。诸如“附接”、“固定”、“连接”、“联接”、“互连”和类似的术语是指一种关系，其中结构通过中间结构直接或间接地相互固定或附接，以及两者可移动的或刚性的附接或关系，除非另有明确说明。此外，本发明的特征和优点通过参考优选实施例来说明。因此，本发明明确地不应限于这样的优选实施例，这些优选实施例示出了可以单独存在或以其他特征组合存在的特征的一些可能的非限制性组合；本发明的范围由所附权利要求限定。
本发明涉及一种用于控制气流的装置中的层流限制器。在一些实施例中，该装置可以用作质量流量控制器以将已知质量流量的气体输送到半导体或类似工艺。半导体制造是一个需要高性能控制气流的行业。随着半导体制造技术的进步，客户已经认识到对在输送的气流质量方面具有更高的准确性和可重复性的流量控制设备的需求。现代半导体工艺要求严格控制气流的质量、最小化响应时间以及高度准确的气流。本发明改进了所传输流量的准确性和可重复性。
图1示出了使用一个或多个层流限制器的示例性处理系统1000的示意图。处理系统1000可以利用流体地联接到处理室1300的多个用于控制流量的装置100。多个用于控制流量的装置100用于将一种或多种不同的工艺气体供应到处理室1300。可以在处理室1300内处理诸如半导体之类的物品。阀1100将每个用于控制流量的装置100与处理室1300隔离，使得每个用于控制流量的装置100能够选择性地与处理室1300连接或隔离，从而促进各种不同的处理步骤。处理室1300可以包含施加器以施加由多个用于控制流量的装置100输送的工艺气体，从而能够选择性地或扩散地分配由多个用于控制流量的装置100供应的气体。此外，处理系统1000还可以包括真空源1200，其是通过阀1100与处理室1300隔离，以实现工艺气体的抽空或便于清除用于控制流量的设备100中的一个或多个，以实现在同一用于控制流量的装置100中的工艺气体之间的切换。可选地，用于控制流量的装置100可以是质量流量控制器、分流器或控制处理系统中的工艺气体的流动的任何其他装置。此外，如果需要，可以将阀1100集成到用于控制流量的设备100中。
可以在处理系统100中执行的工艺可以包括湿法清洁、光刻、离子注入、干法蚀刻、原子层蚀刻、湿法蚀刻、等离子灰化、快速热退火、炉退火、热氧化、化学气相沉积、原子层沉积,物理气相沉积、分子束外延、激光剥离、电化学沉积、化学机械抛光、晶圆测试,或使用受控容积的工艺气体的任何其他工艺。
图2示出了示例性质量流量控制器101的示意图，该质量流量控制器101是一种可以在处理系统1000中使用的用于控制流量的装置100。质量流量控制器101具有与入口104流体地联接的工艺气体的气体供应。入口流体地联接到比例阀120，该比例阀120能够改变流过比例阀120的工艺气体的容积。比例阀120计量通过P1容积106的工艺气体的质量流量。比例阀120能够提供工艺气体的比例控制，使得它不需要完全打开或关闭，而是可以具有中间状态以允许控制工艺气体的质量流率。
P1容积106流体地联接到比例阀120，P1容积106是质量流量控制器101内在比例阀120和流量限制器160之间的所有容积的总和。压力换能器130流体地联接到P1容积106以能够测量P1容积106内的压力。开/关阀150位于流量限制器160和比例阀120之间，可用于完全停止工艺气体流出P1容积106。可选地，流量限制器160可以以替代配置位于开/关阀150和比例阀120之间。最后，流量限制器160与质量流量控制器101的出口110流体联接。在处理系统中，出口110与阀1100流体联接或直接与处理室1300流体连接。
第一开/关阀150的内部是阀座和关闭构件。当装置100输送工艺气体时，第一开/关阀150处于打开状态，使得阀座和关闭构件不接触。这允许工艺气体流动，并对流体流动提供可忽略的限制。当第一开/关阀150处于关闭状态时，关闭构件和阀座被弹簧偏置成接触，从而阻止工艺气体流过第一开/关阀150。
流量限制器160与比例阀120结合使用，以计量工艺气体的流量。在大多数实施例中，流量限制器160对流体流动提供已知的限制。可以选择第一特征化流量限制器160以具有特定的流动阻抗，从而输送给定工艺气体的期望范围的质量流率。流量限制器160比流量限制器160上游和下游的通道具有更大的流动阻抗。
可选地，质量流量控制器101包括在流量限制器160和开/关阀150下游的一个或多个P2压力换能器。P2压力换能器用于测量通过流量限制器160的压差。在一些实施例中，流量限制器160下游的P2压力可以从连接到处理室的另一个装置100获得，读数传送到质量流量控制器101。
可选地，可以采用温度传感器来进一步提高质量流量控制器101的精度。它们可以安装在靠近P1容积106的质量流量控制器101的底座中。附加的温度传感器可用于各种位置，包括比例阀120、压力换能器130和开/关阀150。
转向参考图3-9，更详细地示出了流量限制器160的第一实施例。流量限制器160构造为形成限制器叠层170的多个层。限制器叠层170可以采用如图3所示的细长矩形形状的形式。流量限制器160沿纵向轴线A-A从第一端161延伸到第二端162。包括流动通道的多个层210被夹在不包括流动通道的多个外层220之间。流量限制器160具有由多个层210、220形成的第一侧163和相对的第二侧164。流量限制器160还包括正面165和相对的背面166。外层220在包括流动通道的层210的相对侧上封闭流动通道。外层220的厚度可以与包括流动通道的层210的厚度相同或不同。图4显示了层210的选择，其说明了流动通道的部分和层210的配置。每一层210从第一端213延伸到第二端214。在图4中可以看到多个流动通道的部分。下面将更详细地讨论流动通道的细节。
转向图5A和5B，层210包括形成在层210的相对端213、214处的多个孔212。这使得气体能够沿着层210沿纵向轴线A-A从第一端213流到第二端214。在替代实施例中，孔212不需要在相对的端部上，而是可以形成在相邻的侧面上或者可以专门形成在一端上。孔212也可以形成为使得气体垂直于纵向轴线A-A流过矩形层210的较短方向。层210也不必是矩形的，可以是正方形或任何其他所需的形状。进一步设想，可以在层210的平面中形成孔，允许气体垂直于层210的平面流动，然后转角并在层210的平面中流动。孔212的具体布置、层210的形状和所得流量限制器160的形状可以根据容纳所得流量限制器160的流动通道的形状而依需要进行调整。甚至可以设想，流量限制器160可以具有环形构造，其中孔212形成在流量限制器160的圆周中和/或孔212形成为使得气体垂直于一些或所有层210的平面流动。
图6示出了层210的分解图。层210包括两个第一层230和两个第二层260。如图8和9最佳所示，第一层230具有第一侧231、第二侧232、第三侧233、第四侧234、正面235和相对的背面236。第二层260具有第一侧261、第二侧262、第三侧263、第四侧264、正面265和相对的背面266。第一层230具有一系列流动通道，包括入口通道237、U形通道238和纵向通道239。入口通道和U形通道各自仅形成在第一层230的一部分厚度中，而纵向通道239延伸穿过第一层230的整个厚度。第二层260还具有形成在正面265中的入口通道267和U形通道268，它们对应于第一层240的入口通道237和U形通道238。当第一层230和第二层260与正面235、265堆叠成彼此面对时，入口通道237、267在层230，260的第一侧231、261和第二侧232、262上形成孔212。如图7中最佳所示，结合附加的第一层230和第二层260，形成多个流动通道270，其从多个层210的一端213上的孔212延伸到多个层210的相对的第二端214。
返回图5A，孔212具有第一边缘215、第二边缘216、第三边缘217和第四边缘218。第一边缘215由第一层230形成，第二边缘216由第二层260形成，第三边缘217和第四边缘218各自由第一层230的一部分和第二层260的一部分形成。
流动通道270可以以任何期望的方式变化以实现期望的流动阻抗。例如，可以通过减少或增加多个层210的数量来增加或减少流动通道270的数量。此外，可以通过改变流动通道270自身折回的次数来增加或减少流动通道270的长度，从而改变U形通道238、268和纵向通道239的最终数量。更多或更少数量的流动通道270可以形成成对的第一层230和第二层260。流动通道270的宽度也可以增加或减少，并且第一层230和第二层260的厚度可以改变。实际上，对于每对第一层230和第二层260，不必使用相同的厚度。多个层210中的每一层可以单独变化以改变流量限制器160的最终流动阻抗。
流量限制器160通过首先单独或以阵列蚀刻每个层210来制造。层210可以全部由相同的材料形成或者可以由不同的材料形成。蚀刻可以在单个步骤或一系列步骤中进行，以获得所需的多个深度。也可以使用诸如激光烧蚀、微机械加工或其他已知工艺的替代工艺。一旦已经形成多个层210，它们就与未蚀刻的外层220组装并通过扩散结合(diffusionbonding)而接合。同样，如本领域已知的，也可以使用替代技术，例如使用粘合剂的常规粘合、焊接或类似工艺。所得到的层210、220的堆叠被接合，密封流动通道270并形成流量限制器160。可以执行后续的修整步骤(finishing steps)以改变流量限制器160的整体形状或尺寸，以适合安装流量限制器160的流动通道的尺寸。这些工艺可以包括研磨、机加工、激光切割、水喷射或其他已知技术。实际上，流量限制器160不需要保持矩形并且可以形成为圆柱形，如下面将进一步讨论的。
转向图10-16，在图10中最佳地示出流量限制器300的第二实施例。如未明确指出，其附图标记与流量限制器160的第一实施例的附图标记相同。流量限制器300的第二实施例沿纵向轴线A-A从第一端302延伸到第二端303，并且还由具有流动通道的多个层310和不具有流动通道的多个外层320形成。在粘合之后，层310、320被后处理成圆柱形，这有助于插入圆柱形孔中，从而能够容易地将流量限制器300安装到阀或其他流动装置中。
如图11所示，层310的选择以立体图示出。层310从第一端313延伸到与第一端313相对的第二端314。图12A和12B最好地说明了形成在层310的第一端313中的孔312。还可以看出，层310包括两个第一层330和两个第二层360。如图12B最佳所示，孔312具有第一边缘315、与第一边缘315相对的第二边缘316、第三边缘317和与第三边缘317相对的第四边缘318。第一边缘315和第二边缘316由第一层330形成。第三边缘317和第四边缘318均由第二层360形成。
图13显示了层310的分解图，更好地说明了流量限制器300的流动通道。图15和16分别示出了第一层330和第二层360。第一层330具有第一侧331、第二侧332、第三侧333、第四侧334、正面335和相对的背面336。第二层360具有第一侧361、第二侧362、第三侧363、第四侧364、正面365和相对的背面366。第一层330具有终止于层过渡孔340的一系列纵向通道339。纵向通道339和层过渡孔340延伸穿过整个第一层330。第二层360具有从第一和第二侧361、362延伸的凹口369。凹口369还延伸穿过整个第二层360。如在图14中最佳示出，当层330、360如图所示交替堆叠时，孔312由凹口369的开口端形成。如图所示，流动通道370由层330、360的堆叠形成。在替代实施例中，层过渡孔可以形成为多种形状并且可以形成为在通道的端部处具有或不具有流动通道轮廓，或者具有不同形状的轮廓。
再一次，多个层330、360被堆叠并与外层320组装在一起。然后通过扩散接合或类似技术接合这些层。然后将得到的阻抗叠层研磨或加工成如图10所示的圆柱形。该圆柱形状还结合有环形槽，便于密封件的安装，该密封件将流量限制器300密封到装置的孔中，以确保通过流量限制器300的唯一气体必须通过通道370。在其他实施例中，最终部件可以被加工成不同的形状，或者可选择地保留其由接合的阻抗叠层形成的原始形状。
流量限制器400的第三实施例在图17-22中示出。图17显示了形成流量限制器400的流动通道的多个层410的选择。在该实施例中未示出外层，因为它们与其他实施例的外层基本相同。多个层410从第一端413延伸到与第一端413相对的第二端414。如图18最佳所示，孔412形成在第一端413和第二端414中以允许气体进出流量限制器400。图19显示了多个层410的分解图，以更好地说明流动通道。可以看出，多个层410包括两个第一层430和两个第二层460。
图21和22分别示出了第一层430和第二层460。第一层430具有第一侧431、第二侧432、第三侧433、第四侧434、正面435和相对的背面436。第二层460具有第一侧461、第二侧462、第三侧463、第四侧464、正面465和相对的背面466。第一层430具有一系列纵向通道439，该纵向通道439具有细长构造，具有直边和在每一端处的圆角。第二层460具有凹口469，凹口469从具有平行侧的U形过渡到倾斜侧，当它们接近第二层460的第一侧461或第二侧462时，倾斜侧的宽度增加。当第一层和第二层对齐时，凹口469与纵向通道439重叠。第二层460还具有D形孔468，其允许两个相邻纵向通道439的连接以增加从一个孔412到另一个孔412的流动通道的有效长度。可以采用的D形孔468的数量没有限制。此外，不需要将孔468限制为D形，它们可以是任何期望的形状以促进相邻纵向通道439之间的连接。在替代实施例中，凹口469的形状可以不同。例如，可以使用诸如矩形、楔形或其他形状。此外，纵向通道439可以在其中具有轮廓以改善流动特性。因此，纵向通道439不需要形成为具有恒定的宽度，并且可以在两端或沿着它们的长度的任何地方具有变化的宽度。在更进一步的实施例中，第三层(或多个层)可以在第一层430和第二层460之间交错，使得每个第一层430仅接触一个第二层460，并且随后的片材之间的孔468不允许除了相邻的第一层430和第二层460之外的流动过渡。
如在图20中可以最好地看出，当层430、460如图所示交替堆叠时，孔412由凹口469的开口端形成。如图所示，流动通道470由层430、460的堆叠形成。在该实施例中，层430、460具有相同的厚度，但如果需要可以具有不同的厚度。
流量限制器500的第四实施例在图23-29中示出。图23显示了形成流量限制器500的流动通道的多个层510的选择。在该实施例中未示出外层，因为它们与其他实施例的外层基本相同。多个层510从第一端513延伸到与第一端513相对的第二端514。如图24最佳所示，孔512形成在第一端513和第二端514中以允许气体进出流量限制器500。图25显示了多个层510的分解图，以更好地说明流动通道。可以看出，多个层510包括第一层530、第二层560和第三层580。
图27-29分别示出了第一层530、第二层560和第三层580。第一层530具有第一侧531、第二侧532、第三侧533、第四侧534、正面535和相对的背面536。第二层560具有第一侧561、第二侧562、第三侧563、第四侧564、正面565和相对的背面566。第一层530具有一系列纵向通道539，该纵向通道539具有细长构造，具有直边和在每一端处的圆角。第二层560具有凹口569，凹口569从具有平行侧的U形过渡到倾斜侧，当它们接近第二层560的第一侧561或第二侧562时，倾斜侧的宽度增加。当第一层和第二层对齐时，凹口569与纵向通道539重叠。第三层580具有第一侧581、第二侧582、第三侧583、第四侧584、正面585和相对的背面586。如在图26中可以最好地看出，当层530、560如图所示交替堆叠时，孔512由凹口569的开口端形成。如图所示，流动通道570由层530、560的堆叠形成。在该实施例中，层530、560具有相同的厚度，但如果需要可以具有不同的厚度。第三层可用于降低流动通道的密度，确保流动更均匀地分布在流量限制器500的横截面上。这对于生产非常高的流动阻抗的流量限制器特别有用。
流量限制器600的第五实施例示于图30-36中。图30以立体图显示了流量限制器600。流量限制器600从第一端602延伸到第二端603并且具有包围层610的外层620，层610中具有流动通道。层610的选择在图31中以立体图示出。这些层610从第一端613延伸到第二端614，在第一端613和第二端614上具有孔612。图33显示了层610的分解图，说明了两个第一层630和两个第二层660。
第一层630和第二层660在图35和36中示出。第一层630具有第一侧631、第二侧632、第三侧633、第四侧634、正面635和相对的背面636。第二层660具有第一侧661、第二侧662、第三侧663、第四侧664、前面665和相对的后面666。第一层630具有一系列纵向通道639，其具有细长构造，其与U形部分640或开口641会合。第二层660没有任何流动通道或其他特征。可以看出，在流量限制器600中，气体仅保留在单个层630上并且不在第一层630和第二层660之间过渡。而是，它通过第一侧631处的开口641进入，沿纵向通道639向下行进，沿U形部分640返回至少两次，然后通过第二侧632上的开口641离开。确切的流动路径可以改变为之字形、利用多于两个的U形部分640、无U形部分640，或者在层630上采用任何其他路径。然而，在本实施例中，它从不流过第二层660。纵向通道369、U形部分640和开口641都延伸穿过第一层630的整个厚度。在替代配置中，可以通过形成仅部分地穿过片材的流动通道深度来获得单片材流动，使得片材尺寸在接合之前的组装过程中保持完整。
如图34中最佳所示，流动通道670由所示的层630、660的堆叠形成。在该实施例中，层630、660具有相同的厚度，但是如果需要可以具有不同的厚度。层630、660由当受到蚀刻化学品时具有不同反应性的不同材料单独地形成。第一层630的材料可以比第二层660的材料更具反应性，从而促进第一层630的有效蚀刻而不显著蚀刻第二层660。通过将一个第一层630与一个第二层660组装在一起形成层对(layer pair)。然后层对被扩散结合，从而它们不容易分离。如上所述，可以使用其他接合技术。然后，蚀刻层对使得流动通道670形成到第一层630中而不蚀刻第二层660。然后将层对组装成具有流动通道670的多个层610。外层620也与具有流动通道670的多个层610组装在一起。最后，层610、620被扩散结合在一起。可选地，诸如研磨之类的后处理可用于形成流量限制器600并使其适合安装到装置的流动通道中。
需要注意的是，流动通道不需要从流量限制器的一端笔直延伸到流量限制器的另一端，也不需要在平行的排中折回。而是，可以设想，流动通道可以是之字形的、弧形的或采取在所完成的流量限制器中实现期望的流动阻抗所需的任何其他路径。也可以进行多层过渡，从而能够使用分叉和重新接合的流动通道，过渡跨越多于两层或三层等。进一步设想，流量限制器可以结合特定实施例的特征，从而可以构造所公开实施例的混合体。上面公开的流量限制器设计可用于实现高度层流和较高的部分对部分再现性(part to partreproducibility)。当使用一个或多个层流元件制造流量控制装置时，这种高再现性降低了校准要求。
说明形成根据本发明的流量限制器的方法的细节在图37-41中示出。图37以分解图显示了多个层坯710。每个层坯具有第一边缘711、与第一边缘相对的第二边缘712、第三边缘713和与第三边缘相对的第四边缘714。层坯710进一步包括正面715和与正面715相对的背面716。层坯710形成为第一层730和第二层760，如图38和39中进一步所示。通过在第一层730中形成第二空腔732，第一层730被由层坯710修改。通过在第二层760中形成第一空腔761和第三空腔763，第二层760被由层坯710修改。第一空腔761、第二空腔732和第三空腔763形成在它们各自的第一层730和第二层760的正面715中。优选地，空腔761、732、763穿过层730、760的厚度形成。在一些实施例中，空腔761、732、763中的一些或全部可以仅部分地形成穿过层730、760的厚度。在所示方法中，从正面715到背面716形成空腔761、732、763。空腔761、732、763与层坯710的第一边缘711、第二边缘712、第三边缘713和第四边缘714间隔开。
空腔761、732、763通过蚀刻层坯710形成。替代工艺是可用的，诸如微机械加工、激光烧蚀或其他已知技术。如图40所示，阻抗叠层770由多个层730、760形成。在形成空腔761、732、763之后，层730、760以交替层堆叠，确保层730、760保持对齐，使得第二空腔762与第一空腔761和第三空腔763重叠。然后将层730、760接合以将阻抗叠层770形成为单一组件。层730、760可以通过扩散结合、焊接、胶合或任何其他已知技术结合。
阻抗叠层770包括由第一层730和第二层760的第一边缘711形成的第一未修整端771。相对的第二未修整端772由阻抗叠层770的第一层730和第二层760的第二边缘712形成。可以看出，未修整端771、772上没有暴露空腔。在替代实施例中，仅层730、760之一需要具有空腔，而其他层730、760没有空腔。这允许形成阻抗，例如图30-36中所示的阻抗。在又一些实施例中，可以使用三种或更多种不同类型的层，例如图23-27中所示。这些层不需要交替堆叠，而是可以简单地彼此分离。因此，如果需要，未修改的层坯710可以与第一层和第二层交错。只要在已修整的流动阻抗中形成至少一个流动通道，就可以进行任何层的组合。
图41示出了在修整操作已经结束之后的阻抗叠层770。这些修整操作可以采用两种替代形式之一。在第一工艺中，未修整端771、772从阻抗叠层770断开以暴露第一空腔761和第三空腔763。暴露的第一空腔761和第三空腔763在第一已修整端773和第二已修整端774上形成孔712。这导致流动通道从第一已修整端773上的孔712延伸到第二已修整端上的孔712。可选地，可以在去除未修整端771、772之前对阻抗叠层770进行额外的材料去除操作。这样做的好处是可以最大限度地减少进入流动通道的碎屑数量，确保产生的流量限制与流量限制器提供的理论流量限制紧密匹配。此外，通过确保碎屑不会进入流动通道，大大提高了制造的可重复性。
在替代的第二工艺中，阻抗叠层770的未修整端771、772通过常规的材料去除工艺例如机械加工、铣削车削、锯切、磨削、放电加工或蚀刻来去除。一旦去除未修整端771、772以形成已修整端773、774，就用去离子水冲洗阻抗叠层770。电解抛光工艺用于溶解任何残留的金属颗粒并产生具有非常低粗糙度的表面。接下来，去离子水被泵送通过流动通道以冲洗电解抛光溶液。然后干燥阻抗叠层770，随后使用硝酸溶液去除任何剩余的游离铁、磷酸盐和硫酸盐。这导致表面非常干净且没有污染物。
虽然本发明已经针对具体示例进行了描述，包括目前实施本发明的优选模式，但是本领域技术人员将理解，上述系统和技术存在许多变化和排列。应当理解，可以利用其他实施例，并且可以进行结构和功能修改而不脱离本发明的范围。因此，本发明的精神和范围应当被宽泛地如所附权利要求中所解释。

Claims (42)

1.一种用于限制气体流动的流量限制器，该流量限制器包括：
第一端；
第二端，从所述第一端延伸到所述第二端的纵向轴线；
多个第一层，其沿所述纵向轴线从所述第一端延伸至所述第二端；
多个第二层，其沿所述纵向轴线从所述第一端延伸至所述第二端；
第一孔，其在由所述多个第一层和所述多个第二层限定的所述第一端处；
第二孔，其在由所述多个第一层和所述多个第二层限定的所述第二端处；
其中，流动通道由所述多个第一层和所述多个第二层限定，所述流动通道从所述第一孔延伸到所述第二孔。
2.根据权利要求1所述的流量限制器，还包括多个第一孔、多个第二孔和多个流动通道，所述多个流动通道中的每一个流动通道从所述第一孔中的单个孔延伸到所述第二孔中的单个孔。
3.根据权利要求1所述的流量限制器，其中，所述多个第一层和所述多个第二层被布置在阻抗叠层中，所述阻抗叠层包括所述多个第一层和所述多个第二层中的交替层。
4.根据权利要求1所述的流量限制器，其中，所述多个第一层中的每一层与所述多个第一层中的每个其他层间隔开并隔离。
5.根据权利要求1所述的流量限制器，其中，所述多个第一层和所述多个第二层形成阻抗叠层。
6.根据权利要求5所述的流量限制器，其中，所述阻抗叠层还包括多个外层，其形成所述流量限制器的正面和相对的背面。
7.根据权利要求1所述的流量限制器，其中，所述多个第一层中的每一层包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、第三侧、与所述第三侧相对的第四侧、正面和相对的背面，所述流动通道包括形成在所述第一层的正面中的纵向通道。
8.根据权利要求7所述的流量限制器，其中，所述多个第二层中的每一层包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、第三侧、与所述第三侧相对的第四侧、正面和相对的背面，所述流动通道包括形成在所述第二层的正面或所述第二层的背面之一中的第一入口通道和第二入口通道。
9.根据权利要求8所述的流量限制器，其中，所述第一入口通道和所述第二入口通道流体地联接到所述纵向通道。
10.根据权利要求8所述的流量限制器，其中，所述第一入口通道和所述第二入口通道从所述第二层的正面延伸到所述第二层的背面。
11.根据权利要求8所述的流量限制器，其中，所述流动通道包括形成在所述第二层的正面或所述第二层的背面之一中的U形通道，所述U形通道流体地联接到所述纵向通道。
12.根据权利要求7所述的流量限制器，其中，所述纵向通道从所述第一层的正面延伸到所述第一层的背面。
13.根据权利要求1所述的流量限制器，其中所述第一孔包括由所述多个第一层中的第一层形成的第一边缘、由所述多个第一层中的第二层形成的第二边缘、由所述多个第二层中的第一层形成的第三边缘，以及由所述多个第二层中的第一层形成的第四边缘。
14.根据权利要求1所述的流量限制器，其中，所述第一孔包括由所述多个第一层中的第一层形成的第一边缘、由所述多个第二层中的第一层形成的第二边缘，由所述多个第一层中的第一层的第一部分和所述多个第二层中的第一层的第一部分形成的第三边缘，以及由所述多个第一层中的第一层的第二部分和所述多个第二层中的第一层的第二部分形成的第四边缘。
15.根据权利要求1所述的流量限制器，其中，所述流动通道包括形成在所述多个第二层中的第一层中的第一入口通道、形成在所述多个第二层中的第一层中的第二入口通道、以及形成在所述多个第一层中的第一层的纵向通道，由所述第一入口通道限定的所述第一孔和由所述第二入口通道限定的所述第二孔，以及所述第一入口通道和所述第二入口通道流体联接到所述纵向通道。
16.根据权利要求1所述的流量限制器，其中，所述流动通道从所述多个第一层中的第一层穿到所述多个第二层中的第一层。
17.根据权利要求1所述的流量限制器，其中，所述多个第一层中的每一层是相同的，所述多个第二层中的每一层是相同的。
18.一种用于输送流体的质量流量控制装置，该质量流量控制装置包括：
阀，其包括入口通道、出口通道、阀座和关闭构件；
流量限制器，所述流量限制器位于所述入口通道或所述出口通道中的一个中，所述流量限制器包括：
第一端；
第二端，从所述第一端延伸到所述第二端的纵向轴线；
多个层，其基本上平行于所述纵向轴线延伸；
在所述第一端处的第一孔；
在所述第二端处的第二孔；以及
由所述多个层限定的流动通道，所述流动通道流体地联接到所述第一孔和所述第二孔。
19.根据权利要求18所述的质量流量控制装置，其中所述多个层形成限制器叠层，所述限制器叠层包括多个第一层和多个第二层。
20.根据权利要求19所述的质量流量控制装置，其中，所述限制器叠层还包括多个外层。
21.根据权利要求19所述的质量流量控制装置，其中，所述多个第一层中的每一层与所述多个第一层中的每个其他层间隔开并隔离。
22.根据权利要求19所述的质量流量控制装置，其中，所述多个第一层中的每一层包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、第三侧、与所述第三侧相对的第四侧、正面和相对的背面，所述流动通道包括形成在所述第一层的正面中的纵向通道。
23.根据权利要求22所述的质量流量控制装置，其中，所述多个第二层中的每一层包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、第三侧、与所述第三侧相对的第四侧、正面和相对的背面，所述流动通道包括形成在所述第二层的正面或所述第二层的背面中的一个中的第一入口通道和第二入口通道。
24.根据权利要求23所述的质量流量控制装置，其中，所述第一入口通道和所述第二入口通道流体地联接到所述纵向通道。
25.根据权利要求23所述的质量流量控制装置，其中，所述第一入口通道和所述第二入口通道从所述第二层的正面延伸到所述第二层的背面。
26.根据权利要求22所述的质量流量控制装置，其中，所述流动通道包括形成在所述第二层的正面或所述第二层的背面之一中的U形通道，所述U形通道流体地联接到所述纵向通道。
27.根据权利要求22所述的质量流量控制装置，其中，所述纵向通道从所述第一层的正面延伸到所述第一层的背面。
28.根据权利要求18所述的质量流量控制装置，其中所述第一孔包括由所述多个第一层中的第一层形成的第一边缘、由所述多个第一层中的第二层形成的第二边缘、由所述多个第二层中的第一层形成的第三边缘，以及由所述多个第二层中的第一层形成的第四边缘。
29.根据权利要求18所述的质量流量控制装置，其中，所述第一孔包括由所述多个第一层中的第一层形成的第一边缘、由所述多个第二层中的第一层形成的第二边缘、由所述多个第一层中的第一层的第一部分和所述多个第二层中的第一层的第一部分形成的第三边缘，以及由所述多个第一层中的第一层的第二部分和所述多个第二层中的第一层的第二部分形成的第四边缘。
30.根据权利要求18所述的质量流量控制装置，其中，所述流动通道包括形成在所述多个第二层中的第一层中的第一入口通道、形成在所述多个第二层中的第一层中的第二入口通道、以及形成在所述多个第一层的第一层中的纵向通道，所述第一孔由所述第一入口通道限定，所述第二孔由所述第二入口通道限定，并且所述第一入口通道和所述第二入口通道流体地联接到所述纵向通道。
31.根据权利要求18所述的质量流量控制装置，其中，所述流动通道穿过所述多个第一层中的第一层与所述多个第二层中的第一层之间的界面。
32.一种制造流量限制器的方法，该方法包括：
a)提供多个层坯，所述层坯具有第一边缘、与所述第一边缘相对的第二边缘、第三边缘、与所述第三边缘相对的第四边缘、正面，以及与所述正面相对的背面；
b)在所述多个层坯中的第一个的正面中形成第一空腔；
c)堆叠所述多个层坯；
d)接合所述多个层坯以形成具有第一未修整端和相对的第二未修整端的阻抗叠层，所述阻抗叠层的第一未修整端由所述多个层坯的第一边缘形成，所述阻抗叠层的第二未修整端由所述多个层坯的第二边缘形成；
e)从所述叠层的第一未修整端去除材料以暴露所述第一空腔并形成第一孔。
33.根据权利要求32所述的方法，其中步骤b)还包括在所述多个层坯中的第二个层坯的正面中形成第二空腔，所述第二空腔流体地连接到所述第一空腔。
34.根据权利要求33所述的方法，其中步骤b)还包括在所述多个层坯中的第一个层坯的正面中形成第三空腔。
35.根据权利要求34所述的方法，其中步骤e)进一步包括从所述阻抗叠层的第二未修整端去除材料以暴露所述第三空腔并形成第二孔。
36.根据权利要求32所述的方法，其中在步骤b)中形成的所述第一空腔与所述层坯的第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘均间隔开。
37.根据权利要求32所述的方法，其中步骤e)还包括断开所述阻抗叠层的第一未修整端。
38.根据权利要求32所述的方法，其中步骤e)还包括加工所述阻抗叠层的第一未修整端。
39.根据权利要求32所述的方法，还包括步骤f)，步骤f)包括用去离子水冲洗所述阻抗叠层。
40.根据权利要求39所述的方法，还包括在步骤f)之后的步骤f-1)，步骤f-1)包括电解抛光所述阻抗叠层。
41.根据权利要求40所述的方法，还包括在步骤f-1)之后的步骤f-2)，步骤f-2)包括用去离子水冲洗所述阻抗叠层。
42.根据权利要求41所述的方法，还包括在步骤f-2)之后的步骤f-3)，步骤f-3)包括用硝酸处理所述阻抗叠层。
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