KR100419923B1 - 클린룸 온도센서장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도센서장치에 관한 것으로서, 특히 장치는 하우징과, 하우징 외주면으로부터 길게 돌출되고, 종단이 오픈된 덮개관과, 덮개관 내측에 위치하고 상기 덮개관의 내경 보다 작은 외경을 가지며, 상기 하우징 외주면으로부터 길게 돌출된 리드선 보호관과, 덮개관 내측에서 상기 리드선 보호관의 종단에 고정단이 착탈식으로 결합되고, 상기 고정단으로부터 인출된 복수의 리드선들이 상기 리드선 보호관 내부를 통하여 상기 하우징 내로 연장되고, 자유단에 온도센서 엘리먼트가 노출된 봉형상의 온도센서를 포함한다.
따라서, 본 발명에서는 오픈된 덮개관 내측에 온도센서 엘리먼트가 대기 중에 노출된 상태로 존재하게 되므로, 온도센서 엘리먼트가 클린룸 내의 대기 온도의 변화에 대하여 민감하게 검출함으로써 클린룸 온도제어장치의 온도응답특성을 향상시킬 수 있다.

Description

클린룸 온도센서장치{TEMPERATURE SENSOR DEVICE IN CLEAN ROOM}
본 발명은 클린룸 온도센서장치에 관한 것으로서, 특히 온도센서장치의 온도센서 엘리먼트를 대기 중에 노출시킨 구성으로 클린룸 내의 온도변화를 민감하게 검출할 수 있는 온도센서장치에 관한 것이다.
반도체 기술은 웨이퍼 상에 사진식각기술을 이용하여 수 ㎛ 급의 미세 회로패턴을 형성하는 것이다. 따라서, 먼지나 다른 파티클 등이 웨이퍼에 접촉될 경우에는 불량이 발생하게 되어 수율이 떨어지게 되고 이는 반도체 소자의 원가를 상승시키는 주요 요인으로 작용하게 된다.
그러므로, 반도체 제조라인은 주변 대기의 고청정을 요구하므로 반드시 클린룸 내에 장비들이 설치된다.
또한, 반도체 기술은 웨이퍼 표면에서의 화학적 반응에 의한 다양한 제조기술이 적용되므로 주변 온도의 변화는 웨이퍼 공정에 큰 영향을 미치게 된다. 그러므로, 클린룸의 온도도 항상 일정한 적정온도가 유지되도록 제어된다.
이와 같이 클린룸의 온도를 적정 온도로 유지하기 하기 위한 클린룸 온도제어장치는 클린룸의 온도를 검출하기 위한 온도센서장치를 채용한다. 클린룸 온도센서장치는 기존에는 YAMATAKE 사의 TY7700B21F, KONICS 사의 SS-5030, 명성사의 Pt-100 등의 센서를 사용하였다.
그러나, 기존의 온도센서장치들은 클린룸용으로 제작된 것이 아니라 특정 액체나 기타 클린룸 조건이 아닌 열악한 환경에서의 온도를 측정하기 위하여 제작된 것들이다.
따라서, 종래의 온도센서장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 주변의 열악한 환경으로부터 온도센서 엘리먼트(10)를 보호하기 위하여 2중 또는 3중의 보호관(12, 14) 내에 내장된 구조로 형성되어 있다. 보호관(12)의 내부는 실링 실리콘(16)으로 채워진다.
그러므로, 2중 또는 3중의 보호관들의 열전달 특성에 따라서 온도센서 엘리먼트가 주변의 온도에 반응하는 시간이 지연될 수밖에 없어서 클린룸 온도제어장치의 온도응답특성이 떨어지는 단점이 발견되었다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 클린룸 환경에 적합한 온도센서장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 온도센서장치에 비하여 온도응답특성이 빠른 온도센서장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 유지보수가 용이한 온도센서장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 온도센서장치의 온도센서의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 의한 온도센서장치의 온도센서의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 클린룸 온도센서장치의 바람직한 일 실시예의 외관 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 클린룸 온도센서장치의 바람직한 일 실시예의 단면도.
도 5는 본 발명의 온도센서장치와 기존의 온도센서장치들의 응답특성을 비교한 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20 : 백금센서 22 : 리드선
24 : 내부 커버 26 : 외부 절연 봉
28, 40 : 덮개관 30 : 하우징
32 : 내부 공간 34 : 단자부
36 : 케이블 그립 38 : 케이블
42 : 통공 44 : 개구
50 : 리드선 보호관 60 : 온도센서
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 온도센서장치는 주변 대기의 온도변화에 민감하게 대응하기 위하여 온도센서 엘리먼트가 대기중에 노출되고, 그 주변에 오픈된 덮개관을 가진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 장치는 하우징과, 상기 하우징 외주면으로부터 길게 돌출되고, 종단이 오픈된 덮개관과, 덮개관 내측에 위치하고 상기 덮개관의 내경 보다 작은 외경을 가지며, 상기 하우징 외주면으로부터 길게 돌출된 리드선 보호관과, 덮개관 내측에서 상기 리드선 보호관의 종단에 고정단이 착탈식으로 결합되고, 상기 고정단으로부터 인출된 복수의 리드선들이 상기 보호관 내부를 통하여 상기 하우징 내로 연장되고, 자유단 내측에 온도센서 엘리먼트가 노출된 봉형상으로 구성된 온도센서를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 온도센서 엘리먼트에 주변의 대기가 원할하게 유통되도록 덮개관의 표면에 다수의 통공이 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에서 온도센서장치의 유지보수가 용이하도록 하우징은 상기 보호관이 결합된 면과 대략적으로 마주보는 면에 개구가 형성되고, 이 개구에 뚜껑체가 착탈식으로 결합된 것이 바람직하며, 온도센서는 보호관의 종단에 나사식으로 체결되는 것을 좋다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 온도센서장치의 구조를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 온도센서장치의 온도센서는 코일형상의 백금센서(20)가 글래스 커버(24) 내에 밀봉되고, 글래스 커버(24) 외부로 두 개의 리드선(22)이 인출된 온도센서 엘리먼트를 포함한다. 글래스 커버(24)의 리드선 인출부 및 리드선(22)은 외부 절연 봉(26)으로 실링된다. 외부 절연 봉(26)은 실리콘이나 세라믹 재로 구성될 수 있다. 따라서, 온도센서는 전체적으로 봉형으로 그 첨두에 온도센서 엘리먼트가 대기중에 노출된 상태로 제작된다.
외부 절연 봉(26)의 둘레에는 일정 간격 이격된 덮개관(28)이 배치되어 절연 봉(26)을 물리적 충격으로부터 보호한다. 덮개관(28)은 외주면에 다수의 통공(28a)들이 타공되고, 하단부가 오픈되어 개구(28b)를 가진다. 이와 같은 덮개관(28)의 통공(28a) 및 개구(28b)는 내부에 위치한 온도센서 엘리먼트에 주변의 공기 흐름의 유통을 원할하게 한다.
따라서, 본 발명의 온도센서 엘리먼트는 단지 글래스 커버(24)만으로 실링되어 있으므로 주변 공기의 온도변화에 보다 민감하게 반응할 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 클린룸 온도센서장치의 바람직한 일 실시예의 외관 구조를 나타내고, 도 4는 단면구조를 나타낸다.
도면을 참조하면, 본 발명의 온도센서장치는 하우징(30), 덮개관(40), 보호관(50), 온도센서(60)를 포함한다.
하우징(30)은 내부 공간(32)에 단자부(34)을 구비하고, 전체적으로 원통형의 알루미늄 합금체로 상면에는 경사지게 개구가 형성되고, 이 개구에 알루미늄 합금체의 뚜껑(30a)이 나사식으로 체결된다.
뚜껑(30a)은 분실되지 않도록 체인(30b)으로 하우징(30)의 외주면에 연결된다. 하우징(30)의 우측면에는 우방으로 돌출된 돌출부(30c)가 형성되고, 돌출부(30c) 단부에는 케이블 그립(36)이 체결된다. 케이블 그립(36)은 세라믹재로 미도시된 온도 콘트롤부와 연결된 케이블(38)의 종단부를 고정시킨다.
하우징(30)의 저면에는 온도센서장치를 브라켓에 고정하기 위한 체결볼트(30d)가 일체로 형성된다. 체결 볼트(30d)의 내부는 통공(30e)이 형성되어 하우징(30)의 내부 공동(32)과 연통되어 있다.
덮개관(40)은 스테인레스강 304로 된 파이프 형상으로 일단이 체결볼트(30d)의 통공(30e)에 억지 끼움 방식으로 삽입되어 결합된다. 덮개관(40)의 외주면에는 다수의 통공들(42), 예컨대 6열 3개의 통공들이 형성되고, 하단부에 개구(44)가 형성된다. 이들 통공들(42) 및 개구(44)는 덮개관(40) 외부와 내부의 대기 흐름을 원할하게 유통시킨다.
덮개관(40) 내부에는 리드선 보호관(50)과 온도센서(60)가 설치된다.
리드선 보호관(50)은 스테인레스강 304의 파이프 형상으로 일단(52)이 체결볼트(30d)의 통공(30e)을 통하여 하우징(30)에 억지 끼움 방식으로 결합된다. 리드선 보호관(50)의 타단(54) 내측에는 나사산이 형성된다.
온도센서(60)는 봉형상으로 고정단(62)의 외주면에는 나사산이 형성되어 리드선 보호관(50)의 타단(54) 내측에 나사결합된다. 고정단(62)의 단부에는 온도센서 엘리먼트의 리드선들(66)이 인출되고, 리드선들(66)은 리드선 보호관(50)을 통하여 하우징(30)의 내부 공간(32)까지 연장되어 단자부(34)에서 케이블(38)과 전기적으로 연결된다. 리드선들(66)은 4선식으로 신호선 두 선과 나머지 두 선은 공통선으로 제공된다.
온도센서(60)의 자유단(64)에는 도 2의 백금센서인 온도센서 엘리먼트가 장착된다. 내장된 온도센서 엘리먼트는 특 “A” 급 백금센서로 ±0.1℃의 오차한계를 가지며 센싱온도범위는 0℃ 내지 30℃이다.
즉 본 발명에서는 온도센서(60)를 외부 보호관으로 커버링된 밀폐구조가 아니라 외부 보호관, 즉 덮개관이 오픈된 구조로 가져감으로써 온도센서 엘리먼트가 가 직접 공기와 접촉되므로 주변 온도의 변화에 민감하게 센싱할 수 있다.
도 5는 본 발명의 온도센서장치와 기존의 온도센서장치의 응답특성을 비교한 그래프이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 온도센서장치(도면 ①)는 22.2℃에서 1차 지연 시정온도인 16℃까지 4초 걸린 반면에 종래의 WISE 백금센서(도면 ②) 및 SS5030(도면 ③)이 16초 걸리고, TY7700B21F(도면 ④)가 79초 걸린 것을 알 수 있다.
즉, 기존 장치들에 비하여 대략 4배 내지 20배 정도의 응답특성이 개선됨을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 클린룸의 대기환경이 기존의 온도센싱환경에 비하여 매우 양호한 조건임을 감안하여 온도센서 엘리먼트를 1겹으로만 보호커버를 씌운 구조로 가져감으로써 대략 10초 이내로 온도응답특성이 기존 방식에 비하여 매우 빠르다.
또한, 하우징에 뚜껑을 설치하고, 온도센서를 보호관에 착탈식으로 체결함으로써 온도센서의 불량시 교체가 용이하여 유지보수가 쉽다.

Claims (13)

  1. 하우징;
    상기 하우징 외주면으로부터 길게 돌출되고, 종단이 오픈된 덮개관;
    덮개관 내측에 위치하고 상기 덮개관의 내경 보다 작은 외경을 가지며, 상기 하우징 외주면으로부터 길게 돌출된 리드선 보호관; 및
    상기 덮개관 내측에 위치하고 상기 보호관의 종단에 고정단이 착탈식으로 결합되고, 상기 고정단으로부터 인출된 복수의 리드선들이 상기 리드선 보호관 내부를 통하여 상기 하우징 내로 연장되고, 자유단 내측에 온도센서 엘리먼트가 첨두에 노출된 봉으로 구성된 온도센서를 구비한 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개관의 표면에 다수의 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 보호관이 결합된 면과 대략적으로 마주보는 면에 개구가 형성되고, 이 개구에 뚜껑체가 착탈식으로 결합된 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 하우징은 내부 공간에 상기 온도센서 엘리먼트의 리드선들과 외부 연결선들을 연결하기 위한 복수의 단자들이 설치된 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 리드선들은 4선인 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 덮개관 부착 부위에 브라켓 체결용 볼트구조가 형성된 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 온도센서는 상기 보호관의 종단에 나사식으로 체결되는 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 온도센서 엘리먼트는 백금센서인 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개관 및 보호관은 스테인레스강 304로 구성된 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  10. 클린룸 내에 설치된 온도센서장치에 있어서,
    상기 온도센서장치는
    주변 대기의 온도변화에 민감하게 대응하기 위하여 온도센서 엘리먼트가 첨두에 노출된 봉형상의 온도센서를 가지며, 그 주변에 오픈된 덮개관을 가진 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 덮개관의 표면에 다수의 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 온도센서 엘리먼트는 백금센서인 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 온도센서 엘리먼트는 상기 온도센서장치에 착탈식으로 결합된 것을 특징으로 하는 클린룸 온도센서장치.
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