JP7134215B2

JP7134215B2 - 静電感知システム及び静電感知アセンブリ

Info

Publication number: JP7134215B2
Application number: JP2020207415A
Authority: JP
Inventors: ミンジュタン; ミンダヤン; シユエンタン; ユティンファン; チュンピンウ
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2040-12-15
Also published as: JP2021110732A; CN113125864A; US11913981B2; TWI744760B; TW202125762A; US20210199704A1

Description

本開示は、静電感知システム（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）及び静電感知アセンブリに関し、より詳細には、接触型静電感知システム及び接触型静電感知アセンブリに関する。

近年、電子部品の小型化、高集積化に伴い、静電気放電（ＥＳＤ）による電子部品の静電ダメージが大きくなってきている。しかし、静電気現象は目に見えないため、静電気を防止することは容易ではない。いわゆる「静電ダメージ」は、電気的に絶縁されているはずの回路モジュール間に静電現象が発生し、その静電現象によりモジュール間に短絡回路が形成され、集積回路（ＩＣ）にダメージを与えることで発生する。静電気放電によりＩＣに大電流が流れると、電気的に絶縁性の高い酸化シリコン膜などの絶縁膜や内部回路が損傷する。電子部品の小型化、高集積化が進むと、静電気に弱くなる。半導体業界では、約８０Ｖ～１００Ｖの電圧で半導体を誤動作させることがある。また、約３ｋＶの電圧は、人間が痛みを感じるのに十分な電圧であることが知られている。このように、静電気現象に起因する問題を改善するための解決策が必要である。

本開示は、改善された感知精度を有し、かつ、感知された流体の汚染を回避することができる静電感知システム及び静電感知アセンブリを提供する。

本開示の一実施形態は、流体分配コンポーネント（ｆｌｕｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）内の流体の静電情報を感知するように構成された静電感知システム（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）を提供し、静電感知アセンブリ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓｅｎｓｉｎｇａｓｓｅｍｂｌｙ）、信号増幅器、及びアナログ／デジタル変換器を含む。静電感知アセンブリは、感知コンポーネント（ｓｅｎｓｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と、シールド（ｓｈｉｅｌｄ）とを含む。感知コンポーネントは、流体分配コンポーネントに配置されるように構成されている。感知コンポーネントは、流体分配コンポーネント内に部分的に位置するように、流体分配コンポーネントを貫通して配置される。シールドは、流体分配コンポーネント内に位置する感知コンポーネントの一部を囲む。前記シールドの少なくとも一部は、前記感知コンポーネントの上流側に配置されている。信号増幅器は、感知コンポーネントに電気的に接続されている。アナログ／デジタル変換器は、信号増幅器に電気的に接続されている。シールドは、感知コンポーネントから離間した開口部を有する。

本開示の別の実施形態は、感知コンポーネント及びシールドを含む静電感知アセンブリを提供する。感知コンポーネントは、流体分配コンポーネントに配置されるように構成されている。感知コンポーネントは、流体分配コンポーネント内に部分的に配置されるように、流体分配コンポーネントを介して配置される。シールドは、流体分配コンポーネント内に位置する感知コンポーネントの一部を囲む。シールドの少なくとも一部は、感知コンポーネントの上流側に配置されている。前記シールドは、前記感知コンポーネントから離間している開口部を有する。

上述した静電感知システム及び静電感知アセンブリによれば、感知コンポーネントと開口部との間の距離は、ゼロに近い（ｎｅａｒｚｅｒｏ）、又は、ほぼゼロである（ｅｖｅｎｂｅｉｎｇｚｅｒｏ）瞬間速度（ｉｎｓｔａｎｔｓｐｅｅｄ）で流体を感知コンポーネントに密着（ｃｏｎｔａｃｔ）させるか、又は、接触（ｔｏｕｃｈ）させることができる。

本開示は、以下に記載された詳細な説明及び添付の図面からより良く理解されるであろう。

本開示の第１の実施形態による静電感知アセンブリが流体分配コンポーネントに取り付けられた状態を示す断面図である。本開示の第１の実施形態に従った静電感知システムのブロック図である。本開示の第２の実施形態による静電感知システムのブロック図である。

以下の詳細な説明では、説明の目的で、開示された実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載されている。しかしながら、１つ以上の実施形態が、これらの特定の詳細なしに実施されてもよいことは明らかであろう。他の例では、図面を簡略化するために、周知の構造及び装置が模式的に示されている。

図１を参照されたい。図１は、本開示の第１の実施形態に従った静電感知アセンブリが流体分配コンポーネントに取り付けられている様子を示す断面図である。

一実施形態では、静電感知アセンブリ１００が提供され、流体分配コンポーネント２０内の流体の静電特性を感知し、静電情報を生成するように構成されている。流体分配コンポーネント２０は、例えば、チューブ又はポンプであり、流体分配コンポーネント２０の最外層は、例えば、テフロン（登録商標）（例えば、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ））などの電気絶縁材料で構成されている。さらに、流体分配コンポーネント２０は、内周面２２を有し、内周面２２は、流体が流れることを可能にする流路Ｃを形成する。ここで、前記流体は、例えば、高純度有機溶媒、例えば、ネガティブトーン現像（ＮＴＤ）溶媒、超純水、又は酢酸ブチルなどである。流れる流体は、流体分配コンポーネント２０との間で摩擦を生じ、それによって静電現象を発生させる。

本実施形態では、静電感知アセンブリ１００は、感知コンポーネント１１０とシールド１２０とを含む。感知コンポーネント１１０は、流体分配コンポーネント２０の内部に部分的に配置されるように、流体分配コンポーネント２０を介して配置されるように構成される。この配置では、感知コンポーネント１１０は、流体の静電特性を感知することができ、流体と直接接触することによって静電情報を生成することができる。これにより、静電感知アセンブリ１００は、改善された感知精度を有する。

シールド１２０は、テフロン（登録商標）のような電気絶縁材料で構成されている。シールド１２０は、流体分配コンポーネント２０の内部に部分的に位置するように流体分配コンポーネント２０を貫通して配置されている。シールド１２０は、少なくとも流体分配コンポーネント２０の内部に位置する感知コンポーネント１１０の一部を囲み、覆っている。さらに、本実施形態及び他の実施形態では、流体分配コンポーネント２０内の流体は、特定の方向（例えば、図１に示す流れ方向Ｆ１）に流れ、流体は、感知コンポーネント１１０に接触する前にシールド１２０の一部に接触する。すなわち、流れ方向Ｆ１を流れる流れは、シールド１２０の一部に到達した後、感知コンポーネント１１０に到達する。ここで、前記シールド１２０の前記一部が位置する感知コンポーネント１１０の側は、感知コンポーネント１１０の上流側と定義されている。換言すれば、シールド１２０の少なくとも一部が感知コンポーネント１１０の上流側に位置する。

本実施形態では、シールド１２０は、第１の環状体部分１２１と第２の環状体部分１２２とを含む。第１の環状体部分１２１は、流体分配コンポーネント２０の内周面２２に対して実質的に垂直な第１の内面１２１１を有する。第２の環状体部分１２２は、第１の環状体部分１２１の第１の内面１２１１に対して角度θの第２の内面１２２１を有する。ここで、角度θは９０度よりも大きく、２７０度よりも小さい。この実施形態では、第２の環状体部分１２２の第２の内面１２２１と第１の環状体部分１２１の第１の内面１２１１との間の角度θは、９０度よりも大きく、１８０度よりも小さいが、本開示はこれに限定されない。他の実施形態では、第２の環状体部分の第２の内面と第１の環状体部分の第１の内面との間の前記角度は、１８０度よりも大きく、２７０度よりも小さくてもよく、そのような範囲では、第１の環状体部分の内径は、第２の環状体部分の異なる部分が互いに干渉しないように幅が拡がっていることが好ましい。

第２の環状体部分１２２は、第１の環状体部分１２１から離れた位置に開口部Ｏを有し、感知コンポーネント１１０と開口部Ｏとは、互いに、感知コンポーネントの延在方向に沿った距離Ｄだけ離間している。また、感知コンポーネント１１０とシールド１２０とは、共に内周面２２から突出しており、シールド１２０は、感知コンポーネント１１０よりも内周面２２からさらに突出している。

この実施形態では、シールド１２０の開口部Ｏは、流れの流れ方向（例えば、図１に示される方向Ｆ１及びＦ３）に対して実質的に垂直な開口部方向Ａに向かっていると定義される。本明細書で使用されるように、「実質的に垂直」という用語は、厳密な直角に対して無視できるほどの差を有する方向と有していない方向との２つの方向の間の角度を指す。しかしながら、開口部方向Ａは、流体の流れ方向Ｆ１及びＦ３に対して実質的に垂直であることに限定されず、他の実施形態では、開口部方向Ａは、流体の流れ方向に対して鋭角又は鈍角を有するなど、流体の流れ方向に対して非平行であってもよい。

この実施形態では、感知コンポーネント１１０と開口部Ｏとの間の距離Ｄは、ゼロに近いか、又は、ほぼゼロである瞬間速度で、流体を感知コンポーネント１１０に密着させるか、又は接触させることができる。詳細には、方向Ｆ１に沿って静電感知アセンブリ１００に向かって流れる流体は、シールド１２０によって遮断されて停止され、これによって流体から静電感知アセンブリ１００への直接的な衝撃が回避される。その後、流体は、シールド１２０の外表面に沿ってのみ流れ、方向Ｆ２に沿ってシールド１２０の開口部Ｏに流入し、シールド１２０の内部に入ることができる。流体が方向Ｆ２に沿って移動している間、その流速は大きく減少し、感知コンポーネント１１０に到達したときには、ほぼゼロにまでダウンし得る。その後、流体は、シールド１２０の外に流れ出て、感知コンポーネント１１０から離れた方向Ｆ３に沿って流れてもよい。

開口部Ｏは、距離Ｄに対して１／３以上１／１以下の範囲の比率を有する直径Ｗを有しており、本実施形態では、前記比率は１／２であってもよい。具体的には、一例では、開口部Ｏの直径Ｗは０．５ミリ（ｍｍ）であってもよく、感知コンポーネント１１０と開口部Ｏとの間の距離Ｄは１ミリであってもよい。これにより、流体は感知コンポーネント１１０に接触している間にゼロに近いか、又はほぼゼロである瞬間流速を有することができる。また、開口部Ｏの直径Ｗが１ｍｍであり、感知コンポーネント１１０と開口部Ｏとの間の距離Ｄが２ｍｍである場合には、感知コンポーネント１１０に接触している流体の瞬間流速はゼロに近いか、又はほぼゼロである。開口部Ｏの直径Ｗが２ｍｍであり、感知コンポーネント１１０と開口部Ｏとの間の距離Ｄが５ｍｍであるとき、感知コンポーネント１１０と接触している流体の瞬間流速はゼロに近いか、又はほぼゼロである。開口部Ｏの直径Ｗが５ｍｍであり、感知コンポーネント１１０と開口部Ｏとの間の距離Ｄが１０ｍｍである場合、感知コンポーネント１１０と接触している流体の瞬間的な流速は、ゼロに近いか、又は、ほぼゼロである。

上述したように、開口部Ｏの直径Ｗと距離Ｄとの前記比が前記範囲（すなわち、１／３以上１／１以下）の間にある限り、シールド１２０は、感知コンポーネント１１０に十分な保護を提供することができ、感知コンポーネント１１０の近くの流体の流速をゼロに近いか、又はほぼゼロであるように減少させ、それにより、感知コンポーネント１１０を流体からの直接的な衝撃から保護することができる。このように、感知コンポーネント１１０は、流体によって損傷を受けることが防止される。具体的には、流体からの衝撃によって感知コンポーネント１１０の表面層が損傷を受けることが防止され、その結果、感知コンポーネント１１０から流体に落下する破片が発生しないようになる。その結果、流体の純度が所望のレベルに維持されるため、その後の工程の歩留まりを維持するか、又は向上させることができる。

シールド１２０は、流体分配コンポーネント２０を貫通して配置されることに限定されないことに留意されたい。他の実施形態では、シールドは、流体分配コンポーネントのチャンバ内の感知コンポーネントの部分を囲み、感知コンポーネントの上流側に位置する部分を有することができる限り、流体分配コンポーネントのチャンバ（例えば、チューブ）内に配置されてもよい。

さらに図２を参照すると、静電感知システム１０が提供される。ここで、図２は、本開示の第１の実施形態による静電感知システム１０のブロック図である。図示されているように、静電感知システム１０は、静電感知アセンブリ１００と、静電マッチングコンポーネント（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｍａｔｃｈｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）２００と、信号増幅器３００と、アナログ／デジタル変換器（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）４００と、放電コントローラ６００とを含む。静電感知システム１０は、信号処理コンポーネント５００をさらに含んでもよい。

静電感知アセンブリ１００は、感知コンポーネント１１０とシールド１２０とを含む。上述したように、感知コンポーネント１１０は、流体分配コンポーネント２０の内部に部分的に位置するように、流体分配コンポーネント２０を貫通して配置されるように構成されている。シールド１２０は、流体分配コンポーネント２０の内部に位置する感知コンポーネント１１０の一部を少なくとも囲んで覆っている。シールド１２０の少なくとも一部は、感知コンポーネント１１０の上流側に位置している。静電マッチングコンポーネント２００は、感知コンポーネント１１０に電気的に接続されている。信号増幅器３００は、静電マッチングコンポーネント２００に電気的に接続された抵抗器（ｒｅｓｉｓｔｏｒ）３１０をさらに含む。アナログ／デジタル変換器４００は、信号増幅器３００の抵抗器３１０に電気的に接続されている。放電コントローラ６００は、静電信号が信号増幅器３００の抵抗器３１０と整合（ｍａｔｃｈ）するように、感知コンポーネント１１０及び静電マッチングコンポーネント２００に電気的に接続されている。信号処理コンポーネント５００は、静電信号を処理するように構成されている。

図１及び図３を参照して説明する。図３は、本開示の第２の実施形態による静電感知システム１０ａのブロック図である。静電感知システム１０ａは、静電感知アセンブリ１００、抵抗器１５０、静電マッチングコンポーネント２００、信号増幅器３００、アナログ／デジタル変換器４００、及び放電コントローラ６００を含む。静電感知システム１０ａは、信号処理コンポーネント５００をさらに含んでもよい。

静電感知アセンブリ１００は、感知コンポーネント１１０とシールド１２０とを含む。上述したように、感知コンポーネント１１０は、流体分配コンポーネント２０の内部に部分的に位置するように、流体分配コンポーネント２０を介して配置されるように構成されている。シールド１２０は、流体分配コンポーネント２０の内部に位置する感知コンポーネント１１０の部分を少なくとも囲んで覆っている。シールド１２０の少なくとも一部は、感知コンポーネント１１０の上流側に位置している。抵抗器１５０は、感知コンポーネント１１０に電気的に接続されている。静電マッチングコンポーネント２００は、静電信号が大きくなりすぎないように、抵抗器１５０に電気的に接続されている。信号増幅器３００は、静電マッチングコンポーネント２００に電気的に接続されている。アナログ／デジタル変換器４００は、信号増幅器３００に電気的に接続されている。放電コントローラ６００は、静電信号が信号増幅器３００に整合するように、抵抗器１５０及び静電マッチングコンポーネント２００に電気的に接続されている。信号処理コンポーネント５００は、受信した静電信号を処理するように構成されている。

上述した静電感知システム及び静電感知アセンブリによれば、感知コンポーネントと開口部Ｏとの間の距離Ｄは、ゼロに近い、又は、ほぼゼロである瞬間速度で流体を感知コンポーネントに密着させるか、又は接触させることができる。

さらに、感知コンポーネントと開口部Ｏとの間の距離Ｄに対する開口部の比が１／３以上１／１以下、より具体的には１／２の範囲である場合、流体の瞬間流速は、流体が感知コンポーネントと接触しているとき、ゼロに近いか、又は、ほぼゼロであり得る。

本開示に様々な修正及び変形がなされ得ることは、当技術分野に熟練した当業者には明らかであろう。本明細書及び例示は、例示的な実施形態としてのみ考えられることが意図されており、開示の範囲は、以下の特許請求の範囲及びその均等物によって示される。

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１９年１２月３０日付けで台湾特許庁に提出された特許出願Ｎｏ．１０８１４８２７４の出願日の利益を主張し、その内容のすべては、本出願に参照として含まれる。

Claims

流体分配コンポーネント内の流体の静電情報を感知するように構成された静電感知システムであって、
前記静電感知システムは、静電感知アセンブリを含み、
前記静電感知アセンブリは、
前記流体分配コンポーネント内に部分的に配置されるように前記流体分配コンポーネントを介して配置されるよう構成された感知コンポーネントと、
前記流体分配コンポーネント内に配置された感知コンポーネントの一部を囲むとともに、少なくとも一部が前記感知コンポーネントの上流側に配置されている保護カバーであって、前記保護カバーは、第１の環状体部分及び第２の環状体部分を含み、前記第１の環状体部分の第１の内面は、前記第２の環状体部分の第２の内面に対して角度を有し、前記角度は、９０度より大きく２７０度より小さい前記保護カバーと、
前記感知コンポーネントに電気的に接続された信号増幅器と、
前記信号増幅器に電気的に接続されたアナログ／デジタル変換器と、
を含み、
前記保護カバーは、前記感知コンポーネントから離間した開口部を有し、
前記開口部は、前記流体が前記開口部に流入する方向である開口部方向に対向するように定義され、前記開口部方向は、前記流体の流れ方向と非平行である、
静電感知システム。
前記開口部方向が前記流れ方向に対して実質的に垂直である、請求項１に記載の静電感知システム。
前記流体分配コンポーネントは、内周面を有し、
前記感知コンポーネント及び前記保護カバーは、前記内周面から突出し、
前記保護カバーは、前記感知コンポーネントよりも前記内周面からさらに突出している、請求項１に記載の静電感知システム。
前記流体分配コンポーネントは、前記第１の環状体部分の第１の内面に対して実質的に垂直な内周面を有する、請求項１に記載の静電感知システム。
前記感知コンポーネントと前記開口部とは、前記感知コンポーネントの延在方向に沿った距離Ｄだけ離間しており、
前記開口部の直径と前記距離Ｄとの比が１／３以上１／１以下の範囲である、請求項１に記載の静電感知システム。
前記開口部の直径と前記距離Ｄとの比が１／２である、請求項５に記載の静電感知システム。
前記保護カバーが電気絶縁材料で構成されている、請求項１に記載の静電感知システム。
前記保護カバーがフッ素樹脂で構成されている、請求項７に記載の静電感知システム。
前記感知コンポーネントと前記信号増幅器とを電気的に接続する電気抵抗器をさらに備えている、請求項１に記載の静電感知システム。
前記信号増幅器は、前記感知コンポーネント及び前記アナログ／デジタル変換器に電気的に接続された電気抵抗器をさらに含む、請求項１に記載の静電感知システム。
流体分配コンポーネント内に部分的に配置されるように前記流体分配コンポーネントを介して配置されるよう構成された感知コンポーネントと、
前記流体分配コンポーネント内に配置された前記感知コンポーネントの一部を囲むとともに、少なくとも一部が前記感知コンポーネントの上流側に配置されている保護カバーであって、前記保護カバーは、第１の環状体部分及び第２の環状体部分を含み、前記第１の環状体部分の第１の内面は、前記第２の環状体部分の第２の内面に対して角度を有し、前記角度は、９０度より大きく２７０度より小さい前記保護カバーと、
を含み、
前記保護カバーは、前記感知コンポーネントから離間した開口部を有している、静電感知アセンブリ。