KR101779849B1 - 극 유량 및/또는 고온 유체 전달 기판 - Google Patents

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Abstract

플로우 기판은 제1 면과 제2 면을 갖는 바디, 상기 바디의 상기 제1 면상에 형성된 복수의 쌍의 포트, 각각의 쌍의 포트 사이에 연장하고 각각의 쌍의 포트의 각 포트와 유체 전달을 하는 복수의 유체 통로, 및 적어도 하나의 캡을 포함한다. 각각의 유체 통로는 상기 바디의 상기 제2 면에 형성된다. 상기 적어도 하나의 캡은 적어도 하나의 유체 통로를 밀봉하도록 구성된 제1 면 및 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는다. 상기 바디 및 상기 적어도 하나의 캡 중 적어도 하나는 상기 바디의 상기 제2 면과 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면 중 적어도 하나에 형성된 용접 형성물을 포함하고, 상기 용접 형성물은 상기 적어도 하나의 유체 통로를 둘러싸고 상기 용접 형성물을 따라 상기 바디에 대한 상기 적어도 하나의 캡의 용접을 용이하게 하도록 구성된다.

Description

극 유량 및/또는 고온 유체 전달 기판 {Extreme flow rate and/or high temperature fluid delivery substrates}
본 발명은 유체 전달 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 처리 및 석유 화학 산업에 사용하기 위한 극 유량 및/또는 고온 표면 실장 유체 전달 시스템에 관한 것이다.
유체 전달 시스템은 컨디션닝 및 유체 흐름을 조작하기 위한 여러 현대 산업 프로세스에서 사용되어 프로세스에 소정의 물질을 제어하여 제공한다. 실무자들은 유체 통로 도관을 포함하는 플로우 기판에 제거 가능하게 부착된 유체 처리 부품을 갖는 전체 등급의 유체 전달 시스템을 개발하였다. 이러한 플로우 기판의 배치에 의해 유체 처리 부품들이 소정의 유체 컨디셔닝 및 제어를 제공하는 플로우 순서가 정해진다. 플로우 기판과 제거 가능한 유체 처리 부품 사이의 인터페이스는 표준화되고 거의 변화가 없다. 이러한 유체 전달 시스템은 종종 모듈식 또는 표면 실장 시스템으로 기재된다. 표면 실장 유체 전달 시스템의 대표적인 예들은 반도체 제조 장비 및 석유 화학 정제에 사용되는 샘플링 시스템에 사용되는 가스 패널을 포함한다. 반도체 제조 공정 스텝을 수행하기 위해 사용되는 여러 종류의 제조 장비는 총칭하여 툴이라 부른다. 본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 처리를 위한 유체 전달 시스템에 관한 것이며, 구체적으로 공정 유체가 주위보다 높은 온도로 가열되는 경우 극 유량 및/또는 고온 응용예에서 사용하는 데 특히 적합한 표면 실장 유체 전달 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 양태들은 국소적으로 집중되든 반도체 처리 툴 주위로 분산되든 표면 실장 유체 전달 시스템 설계에 적용 가능하다.
산업 공정 유체 전달 시스템은 유체가 전달되는 잠재적인 화학적 상호 작용의 기계적 특성 및 고려 사항에 따라 선택한 재료로 제조된 유체 통로 도관을 갖는다. 스테인리스 스틸은 일반적으로 내식성 및 견고성을 위해 선택되지만 비용 및 제조의 용이성이 더 중요한 경우 알루미늄 또는 황동이 적합할 수 있다. 유체의 이온 오염의 가능성으로 인해 금속을 이용하지 못하는 경우 유체 통로는 폴리머 재료로 구성될 수 있다. 유체 처리 부품을 플로우 기판 유체 통로 도관에 기밀하게 결합하는 방법은 서로 다른 부품의 종류의 수를 줄이기 위해 특정 표면 마운트 시스템 설계 내에서 보통 표준화된다. 대부분의 결합 방법은 유체 부품과 그것이 부착된 플로우 기판 사이에 마련되는 변형 가능한 가스켓을 이용한다. 가스켓은 단순한 탄성 O링 또는 미국 특허 번호 5,803,507 및 미국 특허 번호 6,357,760에 개시된 바와 같은 특수화된 금속 밀봉 링일 수 있다. 반도체 전자 산업이 시작된 이래 반도체 제조 장비에 고순도 유체를 제어 전달하는 것은 관심이 되어 왔으며, 주로 금속 실(seal)을 이용하는 유체 전달 시스템의 구성이 초기에 개발되었다. 적절한 벨로우즈 밀폐 밸브의 하나의 초기 예가 미국 특허 번호 3,278,156에 개시되는 한편, 유체 도관을 연결하기 위해 널리 사용되는 VCR 피팅이 미국 특허 번호 3,521,910에 개시되고, 전형적인 초기 다이어프램 밀폐 밸브는 예컨대 미국 특허 번호 No. 5,730,423에 개시되어 있다. 최신 마이크로 프로세서 장치를 제작하는 데 필요한 요건보다 엄격하지 않은 순도 요건을 갖는 광발전 태양 전지 제조에 있어서의 최근 상업적인 관심은 탄성 실(seal)을 이용한 유체 전달 시스템에 이익을 가져다 줄 수 있다.
단일 유체종을 처리하기 위한 순서로 조립된 유체 처리 부품의 컬렉션을 종종 가스 스틱이라고 한다. 특정 반도체 공정 챔버로 공정 유체를 전달하기 위한 여러 가스 스틱으로 구성된 장비 서브 시스템은 종종 가스 패널이라고 부른다. 1990년대 여러 발명가들은 밸브 및 능동 (및 수동) 유체 처리 부품이 제거 가능하게 부착되고 공정 유체가 그 내부를 통해 이동하는 도관을 포함하는 수동 금속 구조로 일반적인 유체 흐름 경로가 구성된 가스 스틱을 만들어서 가스 패널 유지보수성 및 크기의 문제를 해결하고자 하였다. 수동 유체 흐름 경로 요소는 개개의 발명가들의 발명에서 약간의 불일치가 있지만 매니폴드, 기판, 블록 등으로 다양하게 불린다. 본 명세서에서는 다른 유체 처리 장치들이 실장될 수 있는 수동 유체 흐름 경로(들)을 포함하는 유체 전달 시스템 요소를 나타내는 용어로서 플로우 기판(flow substrate)을 사용한다.
본 발명의 실시예들은 공정 유체가 주위 환경보다 높은 (또는 낮은) 온도로 가열(또는 냉각)되는 경우 극 유량 및/또는 고온 응용예에서 사용하는 데 특히 적합하게 구성된 표면 실장 유체 전달 플로우 기판에 관한 것이다. 반도체 공정 유체 전달 시스템과 관련하여 사용된 “극 유량”이라는 표현은 약 50 SLM 이상 또는 약 50 SCCM 이하의 가스 유량을 말한다. 본 발명의 중요한 측면은 다른 표면 실장 아키텍처보다 실질적으로 크거나 작은 단면적(크기)을 갖는 유체 통로를 갖는 플로우 기판을 제조하는 것이다.
본 발명에 따른 플로우 기판은 가스 스틱의 일부를 형성하거나 전체 가스 스틱을 형성하는 데 이용될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들은 단 하나의 플로우 기판을 이용하는 전체 가스 패널을 구현하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 플로우 기판은 2010년 5월 11일에 출원된 출원인의 동시 계류 중인 특허 출원 일련 번호 12/777,327(이하, “출원인의 동시 계류 중인 출원”)에 기재된 표준화된 스틱 브라켓에 확실히 체결되어, 단단한 기계적 정렬을 제공하여 플로우 기판들 중에 인터로킹 플랜지 구조에 대한 필요를 없앨 수 있다. 또한, 본 발명의 플로우 기판은 출원인의 동시 계류 중인 출원에 기재된 바와 같이 구성되어 하나 이상의 매니폴드 연결 포트를 추가적으로 제공하고 유체 전달 스틱들 사이의 횡연결을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 플로우 기판 구성은 밸브 (또는 다른 유체 처리 부품) 실장면상에 비대칭 포트 배치(예컨대, 표준 “C-실” 장치) 또는 대칭 포트 배치(예컨대, W-실 장치)를 갖는 밸브 및 다른 유체 처리 부품과 함께 사용하기 위해 조정될 수 있다. 이러한 장치가 반도체 장비 시장에서 가장 일반적으로 사용될 수 있기 때문에 비대칭 디자인만이 여기 도시된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 플로우 기판이 제공된다. 상기 플로우 기판은 제1 재료의 고체 블록으로 형성되며, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 기판 바디; 상기 기판 바디의 상기 제1 면 상에 형성된 복수의 쌍의 부품 도관 포트; 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되고 상기 각각의 쌍의 부품 도관 포트의 각 부품 도관 포트와 유체 전달을 하며, 각각은 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 복수의 유체 통로; 및 적어도 하나의 캡을 포함한다. 상기 적어도 하나의 캡은 제2 재료로 형성되고 상기 복수의 유체 통로의 적어도 하나의 유체 통로를 밀봉하도록 구성된 제1 면 및 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는다. 상기 기판 바디 및 상기 적어도 하나의 캡 중 적어도 하나는 상기 기판 바디의 상기 제2 면과 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면 중 적어도 하나에 형성된 용접 형성물을 포함하고, 상기 용접 형성물은 상기 적어도 하나의 유체 통로를 둘러싸고 상기 용접 형성물을 따라 상기 기판 바디에 대한 상기 적어도 하나의 캡의 용접을 용이하게 하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면 상기 부품 도관 포트는 상기 기판 바디를 통해 상기 기판 바디의 제2 면으로 연장되고, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료는 동일한 합금 종류의 스테인레스 스틸이다. 또 다른 실시예서는, 상기 제1 재료는 스테인레스 스틸이고, 상기 제2 재료는 하스텔로이와 같은 니켈 합금, 헤인즈 인터네셔널로부터 이용 가능한 내식성 금속 합금일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판 바디는 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 제1 용접 형성물을 포함하고, 상기 적어도 하나의 캡은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 형성된 제2 용접 형성물을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 캡은 상기 용접 형성물을 포함하고, 상기 용접 형성물은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 형성된 홈을 포함한다. 본 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 홈은 상기 적어도 하나의 캡이 상기 기판 바디에 용접될 위치를 식별하고 상기 기판 바디에 상기 적어도 하나의 캡을 용접하는 데 필요한 전력을 줄임으로써 상기 기판 바디에 대한 상기 적어도 하나의 캡의 용접을 용이하게 한다. 본 실시예의 또 다른 양태에 따르면, 상기 홈은 화학적 에칭에 의해 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 형성된다. 본 실시예의 또 다른 양태에 따르면, 상기 적어도 하나의 캡은 약 0.5 mm의 두께를 가고, 상기 홈은 약 0.25 mm의 깊이를 갖는다. 본 실시예의 또 다른 양태에 따르면, 상기 플로우 기판은 강성 재료로 형성되며 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 인접하게 배치되도록 구성된 플레이트를 더 포함하고, 추가적으로 시트 히터를 포함할 수 있다. 상기 시트 히터는 상기 플레이트와 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면 사이에 배치되도록 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 캡은 복수의 용접 형성물을 포함하고, 상기 복수의 용접 형성물의 각 용접 형성물은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 형성된 각각의 홈을 포함하고, 상기 복수의 홈의 각각의 홈은 상기 복수의 유체 통로의 각각을 둘러싼다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 캡은 상기 복수의 유체 통로의 각각에 대응하는 복수의 캡을 포함하고, 상기 복수의 캡의 각각의 캡은 상기 각각의 캡의 상기 제2 면에 형성된 각각의 홈을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판 바디는 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 상기 용접 형성물을 포함하고, 상기 용접 형성물은 상기 적어도 하나의 유체 통로를 둘러싸는 리세스된 용접 벽면을 포함한다. 본 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 용접 형성물은 상기 리세스된 용접 벽면을 둘러싸는 응력 제거 홈을 더 포함한다. 본 실시예의 또 다른 양태에 따르면, 상기 용접 형성물은 상기 적어도 하나의 유체 통로 및 상기 리세스된 용접 벽면 사이에 마련되고 상기 적어도 하나의 유체 통로를 둘러싸는 스웨지드 립(swaged lip)을 포함한다. 본 실시예의 추가적은 양태에 따르면, 상기 용접 형성물은 상기 리세스된 용접 벽면을 둘러싸는 응력 제거 홈을 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 플로우 기판은 반도체 공정 유체, 샘플링 유체 및 석유 화학 유체 중 하나를 전달하기 위한 가스 스틱의 일부를 형성한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 플로우 기판은 실질적으로 유체 전달 패널의 전체를 형성한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 플로우 기판이 제공된다. 상기 플로우 기판은 제1 재료의 고체 블록으로 형성되며, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 기판 바디; 상기 기판 바디의 상기 제1 면 상에 형성된 복수의 쌍의 부품 도관 포트; 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되고 상기 각각의 쌍의 부품 도관 포트의 각 부품 도관 포트와 유체 전달을 하며, 각각은 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 복수의 유체 통로; 상기 복수의 유체 통로의 각각에 대응하는 복수의 실; 및 적어도 하나의 캡을 포함한다. 상기 적어도 하나의 캡은 제2 재료로 형성되고, 상기 복수의 유체 통로의 적어도 하나의 유체 통로를 밀봉하도록 구성된 제1 면 및 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제1 면에 반대하는 제2 면을 갖는다. 상기 적어도 하나의 캡은 상기 적어도 하나의 캡과 정합하는 상기 복수의 실의 적어도 하나의 실을 수용하고 유지하며, 상기 기판 바디에 대하여 압축 시 상기 적어도 하나의 유체 통로와 유체 밀봉 실을 형성하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 부품 도관 포트는 상기 기판 바디를 통해 상기 기판 바디의 상기 제2 면으로 연장된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료는 플라스틱이고, 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 재료는 플라스틱이고, 상기 제2 재료는 금속이다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 캡은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제1 면에 형성되고 상기 적어도 하나의 실을 유지하는 크기로 형성된 홈을 포함한다. 본 실시예의 추가적인 양태에 따르면, 상기 홈은 몰딩과 가공 중 하나에 의해 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제1 면에 형성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 캡은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제1 면에 형성된 복수의 홈을 포함하고, 상기 복수의 홈의 각각의 홈은 상기 복수의 실의 각각의 실을 유지하는 크기로 형성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 캡은 상기 복수의 유체 통로의 각각에 대응하는 복수의 캡을 포함하고, 상기 복수의 캡의 각각의 캡은 상기 각각의 캡의 상기 제1 및 제 2 면 사이에 상기 복수의 실의 각각의 실을 수용하고 유지하도록 구성된다. 본 실시예의 추가적인 양태에 따르면, 각각의 캡의 상기 제1 및 제2 면은 상기 각각의 캡의 중간 부분에 의해 분리되고, 상기 중간 부분은 상기 각각의 캡의 상기 제1 및 제2 면의 어느 하나보다 작은 단면적을 갖는다. 본 실시예의 추가적인 양태에 따르면, 각각의 캡의 상기 제1 및 제2 면은 동일한 크기로 형성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 플로우 기판은 강성 재료로 형성되며 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 인접하게 배치되고 상기 기판 바디에 대해 상기 적어도 하나의 캡을 압축하도록 구성된 플레이트를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 플로우 기판이 제공되고, 상기 플로우 기판은 제1 재료의 고체 블록으로 형성되며, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 기판 바디; 상기 기판 바디의 상기 제1 면상에 형성된 복수의 쌍의 부품 도관 포트; 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되고 상기 각각의 쌍의 부품 도관 포트의 각 부품 도관 포트와 유체 전달을 하며, 각각은 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 복수의 유체 통로; 및 캡을 포함한다. 상기 캡은 2 재료로 형성되고 상기 기판 바디의 제2 면과 정합하도록 위치된 제1 면 및 상기 캡의 제1 면에 반대하는 제2 면을 갖는다. 상기 캡의 상기 제2 면은 그 안에 형성되는 복수의 용접 형성물을 갖고, 상기 복수의 용접 형성물의 각각의 용접 형성물은 복수의 유체 통로의 각각의 유체 통로를 둘러싸고, 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 상기 캡이 용접될 위치를 정의하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료는 동일한 합금 종류의 스테인레스 스틸이다. 상기 캡은 약 0.5 mm의 두께를 갖고, 상기 복수의 용접 형성물의 각각은 약 0.25 mm의 깊이를 갖는다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 플로우 기판은 강성 재료로 형성되며 상기 캡의 상기 제2 면에 인접하게 배치되도록 구성된 플레이트 및 시트 히터를 포함할 수 있다. 상기 시트 히터는 상기 플레이트와 상기 캡의 상기 제2 면 사이에 배치되도록 구성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 플로우 기판은 반도체 공정 유체, 샘플링 유체 및 석유 화학 유체 중 하나를 전달하기 위한 가스 스틱의 적어도 일부를 형성한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 플로우 기판이 제공된다. 상기 플로우 기판은 제1 재료의 고체 블록으로 형성되며, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 기판 바디; 상기 기판 바디의 상기 제1 면 상에 형성된 복수의 쌍의 부품 도관 포트; 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되고 상기 각각의 쌍의 부품 도관 포트의 각 부품 도관 포트와 유체 전달을 하며, 각각은 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 복수의 유체 통로; 및 복수의 캡을 포함한다. 상기 복수의 캡의 각각은 2 재료로 형성되고, 상기 복수의 캡의 각각의 캡은 상기 복수의 유체 통로의 각각의 유체 통로를 밀봉하는 제1 면과 상기 각각의 캡의 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는다. 상기 복수의 캡의 각각의 캡은 각각의 캡의 상기 제2 면에 형성되는 용접 형성물을 갖고, 상기 용접 형성물은 상기 복수의 유체 통로의 각각의 유체 통로를 둘러싸고, 상기 용접 형성물을 따라 상기 기판 바디에 대한 상기 각각의 캡의 용접을 용이하게 하도록 구성된다.
본 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 기판 바디는 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성되고 상기 복수의 유체 통로의 각각을 둘러싸는 복수의 용접 형성물을 포함한다.
본 실시예의 또 다른 양태에 따르면, 플로우 기판이 제공된다. 상기 플로우 기판은 제1 재료의 고체 블록으로 형성되며, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 기판 바디; 상기 기판 바디의 상기 제1 면상에 형성된 복수의 쌍의 부품 도관 포트; 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되고 상기 각각의 쌍의 부품 도관 포트의 각 부품 도관 포트와 유체 전달을 하며, 각각은 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 복수의 유체 통로; 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성되고 각각은 상기 복수의 유체 통로의 각각의 유체 통로를 둘러싸는 복수의 용접 형성물; 및 복수의 캡을 포함한다.
상기 복수의 캡의 각각은 2 재료로 형성되고, 상기 복수의 캡의 각각의 캡은 상기 복수의 용접 형성물의 각 용접 형성물을 따라 상기 기판 바디에 용접되도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 각각의 용접 형성물은 각 유체 통로를 둘러싸는 스웨지드 립을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 캡의 각각의 캡은 상기 복수의 유체 통로의 각각의 유체 통로를 밀봉하도록 구성된 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는다. 각각의 캡은 상기 각각의 캡의 상기 제2 면에 형성되고 상기 기판 바디에 대해 상기 각각의 캡의 용접을 용이하게 하는 용접 형성물을 포함한다.
본 실시예의 또 다른 양태에 따르면, 플로우 기판이 제공된다. 상기 플로우 기판은 제1 재료의 고체 블록으로 형성되며, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 기판 바디; 상기 기판 바디의 상기 제1 면상에 형성된 복수의 쌍의 부품 도관 포트; 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에 연장하고 상기 각각의 쌍의 부품 도관 포트의 각 부품 도관 포트와 유체 전달을 하며, 각각은 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 복수의 유체 통로; 상기 복수의 유체 통로의 각각에 대응하는 복수의 실; 및 캡을 포함한다. 상기 캡은 제2 재료로 형성되고 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 부착되도록 구성된다. 상기 캡은 상기 기판 바디의 상기 제2 면과 정합하도록 마련된 제1 면 및 상기 캡의 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 갖는다. 상기 캡은 그 안에 정의된 복수의 홈을 포함한다. 상기 복수의 홈의 각각의 홈은 상기 복수의 유체 통로의 각각의 유체 통로를 둘러싸고, 상기 복수의 실의 각각의 실을 수용하도록 구성된다.
본 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 복수의 홈의 각각의 홈은 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 상기 캡을 부착하기 전에 각각의 홈 내에 상기 복수의 실의 각각의 실을 수용하고 유지하는 크기로 형성된다.
본 실시예의 또 다른 양태에 따르면, 플로우 기판이 제공된다. 상기 플로우 기판은 제1 재료의 고체 블록으로 형성되며, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 기판 바디; 상기 기판 바디의 상기 제1 면상에 형성된 복수의 쌍의 부품 도관 포트; 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되고 상기 각각의 쌍의 부품 도관 포트의 각 부품 도관 포트와 유체 전달을 하며, 각각은 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 복수의 유체 통로; 상기 복수의 유체 통로의 각각에 대응하는 복수의 실; 및 제2 재료로 형성되고 상기 복수의 유체 통로의 각각에 대응하는 복수의 캡을 포함한다. 상기 복수의 캡의 각각의 캡은 상기 복수의 실의 각각의 실을 수용하고 유지하여 상기 기판 바디에 대하여 압축 시 상기 복수의 유체 통로의 각각의 유체 통로와 유체 밀봉 실을 형성하도록 구성된다.
본 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 플로우 기판은 강성 재료로 형성되고, 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 정합하도록 마련되어 상기 기판 바디에 대해 상기 복수의 캡의 각각을 압축하도록 구성된 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상술한 실시예의 각각의 일 양태에 따르면, 상기 복수의 유체 통로의 제1 유체 통로는 상기 복수의 유체 통로의 제2 유체 통로와 상이한 단면적을 가질 수 있다. 또한, 상술한 실시예의 각각에 따르면, 상기 복수의 유체 통로는 제1 방향으로 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에 연장되는 제1 복수의 유체 통로일 수 있고, 상기 플로우 기판은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 연장되는 상기 기판 바디의 상기 제1 면과 상기 제2 면 중 하나에 형성된 적어도 하나의 제2 유체 통로를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 공정 유체가 주위 환경보다 높은 (또는 낮은) 온도로 가열(또는 냉각)되는 경우 극 유량 및/또는 고온 응용예에서 사용하는 데 특히 적합하게 구성된 표면 실장 유체 전달 플로우 기판을 제공할 수 있다. 뿐만아니라, 다른 표면 실장 아키텍처보다 실질적으로 크거나 작은 단면적(크기)을 갖는 유체 통로를 갖는 플로우 기판을 제조할 수 있다.
첨부된 도면은 스케일에 맞게 그려진 것이 아니며, 여러 도면에서 도시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성 요소는 유사한 부호로 나타낸다. 명확성을 위해 모든 구성 요소가 모든 도면에 표시되지 않을 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 플로우 기판의 제1 실시예의 평면도이다.
도 1b는 도 1a에서 A-A 선에 따른 도 1a의 플로우 기판의 단면도이다.
도 1c는 도 1a 및 1b의 플로우 기판을 아래로부터 본 도면이다.
도 1d는 도 1a 내지 1c의 플로우 기판의 입면도이다.
도 1e는 도 1b에서 B-B 선에 따른 도 1b의 플로우 기판의 단면도이다.
도 1f는 도 1b에서 C-C 선에 따른 도 1b의 플로우 기판의 단면도이다.
도 1g는 도 1a 내지 1f의 플로우 기판의 단면도이다.
도 1h는 도 1b에 도시된 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해도이다.
도 1i는 도 1a 내지 1h의 플로우 기판을 아래로부터 본 입면도이다.
도 1j는 도 1a 내지 1i의 플로우 기판의 절개 입면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 플로우 기판의 제2 실시예의 평면도이다.
도 2b는 도 2a에서 A-A 선에 따른 도 2a의 플로우 기판의 단면도이다.
도 2c는 도 2a 및 2b의 플로우 기판을 아래로부터 본 도면이다.
도 2d는 도 2a 내지 2c의 플로우 기판의 입면도이다.
도 2e는 도 2b에서 B-B 선에 따른 도 2b의 플로우 기판의 단면도이다.
도 2f는 도 2b에 도시된 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해도이다.
도 2g는 캡의 조립 전에 도 2a 내지 2f의 플로우 기판을 아래로부터 본 여러 입면도이다.
도 2f는 캡의 조립 후에 도 2a 내지 2g의 플로우 기판을 아래로부터 본 입면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 플로우 기판의 제3 실시예의 평면도이다.
도 3b는 도 3a에서 A-A 선에 따른 도 3a의 플로우 기판의 단면도이다.
도 3c는 도 3a 및 3b의 플로우 기판을 아래로부터 본 도면이다.
도 3d는 도 3b에서 B-B 선에 따른 도 3a 내지 3c의 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 3e는 제1 용접 조제물을 보여주는 도 3a 내지 3d의 플로우 기판의 일부를 아래로부터 본 분해 입면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 플로우 기판의 제4 실시예의 평면도이다.
도 4b는 도 4a에서 A-A 선에 따른 도 4a의 플로우 기판의 단면도이다.
도 4c는 도 4b에서 B-B 선에 따른 도 4a 및 4b의 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 4d는 제2 용접 조제물을 보여주는 도 4a 내지 4c의 플로우 기판의 일부를 아래로부터 본 분해 입면도이다.
도 4e는 용접 캡이 위치된 도 4a 내지 4d의 플로우 기판의 단면도이다.
도 4f는 도 4e의 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 4g는 도 4a 내지 4f의 플로우 기판을 아래로부터 본 입면도이다.
도 5는 본 발명의 양태에 따른 도 3a 내지 4g의 플로우 기판과 함께 사용하기 위한 용접 캡의 다양한 모습을 보여준다.
도 6a는 제3 용접 조제물을 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플로우 기판의 단면도이다.
도 6b는 도 6a에서 B-B 선에 따른 도 6a의 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 6c는 제3 용접 조제물을 보여주는 도 6a 및 6b의 플로우 기판의 일부를 아래로부터 본 분해 입면도이다.
도 6d는 용접 캡이 위치된 도 6a 내지 6c의 플로우 기판의 단면도이다.
도 6e는 도 6d의 캡과 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 7a는 제4 용접 조제물을 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플로우 기판의 단면도이다.
도 7b는 도 7a에서 B-B 선에 따른 도 7a의 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 7c는 제4 용접 조제물을 보여주는 도 7a 및 7b의 플로우 기판의 일부를 아래로부터 본 분해 입면도이다.
도 7d는 용접 캡이 위치된 도 7a 내지 7c의 플로우 기판의 단면도이다.
도 7e는 도 7d의 캡과 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 8a는 제5 용접 조제물을 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플로우 기판의 단면도이다.
도 8b는 도 8a에서 B-B 선에 따른 도 8a의 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 8c는 제5 용접 조제물을 보여주는 도 8a 및 8b의 플로우 기판의 일부를 아래로부터 본 분해 입면도이다.
도 8d는 용접 캡이 위치된 도 8a 내지 8c의 플로우 기판의 단면도이다.
도 8e는 도 8d의 캡과 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 양태에 따른 도 7a 내지 8e의 플로우 기판과 함께 사용하기 위한 용접 캡의 다양한 모습을 보여준다.
도 10a는 캡 및 탄성 실을 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플로우 기판의 단면도이다.
도 10b는 도 10a에서 B-B 선에 따른 도 10a의 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 10c는 도 10a 및 10b의 플로우 기판의 일부를 아래로부터 본 분해 입면도이다.
도 10d는 캡 및 탄성 실이 백업 플레이트와 위치된 도 10a 내지 10c의 플로우 기판의 단면도이다.
도 10e는 도 10d의 캡과 플로우 기판의 일부를 보여주는 분해 단면도이다.
도 10f는 조립 전 도 10a 내지 10e의 플로우 기판, 캡, 탄성 실 및 백업 플레이의 입면도이다.
도 10g는 캡 및 탄성 실의 조립 후 도 10a 내지 10f의 플로우 기판, 캡, 탄성 실 및 백업 플레이의 입면도이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열된 가스 패널의 전부 또는 일부를 구현하기 위해 하나의 플로우 기판이 사용되는 방식을 보여준다.
도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가열된 가스 패널의 전부 또는 일부를 구현하기 위해 하나의 플로우 기판이 사용되는 방식을 보여준다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 유체 패널이 두 개의 유체 플로우 기판과 함께 구현된 액체 또는 기체와 함께 사용하기 위한 유체 플로우 패널을 보여준다.
도 12b는 도 12a의 유체 플로우 패널의 입면도이다.
도 12c는 유체 플로우 기판 내에 형성된 유체 통로가 보여지는 도 12a 및 도 12b의 유체 플로우 패널의 일부를 보여준다.
본 발명은 그 응용에 있어 다음의 설명에 명시되거나 도면에 도시된 부품의 구성 및 배열에 제한되지 않는다. 본 발명은 다른 실시예에서 다양한 방식으로 실시되고 수행될 수 있다. 또한, 여기서 사용된 표현 및 용어는 설명을 위한 것으로 제한으로 간주되지 않는다. 포함하는(including), 포함하는(comprising) 또는 갖는(having), 포함하는(containing), 포함하는(involving) 및 그 변형의 사용은 이후 나열된 항목 및 그에 상응하는 것뿐만 아니라 추가적인 항목을 포괄하기 위한 것이다.
본 발명의 유체 전달 플로우 기판에서 처리되는 유체 재료는 물질의 특정 온도와 압력에 따라 액체와 기체 사이에서 변할 수 있는 기체, 액체, 또는 증기 물질일 수 있음을 이해해야 한다. 대표적인 유체 물질은 아르곤(Ar)과 같은 순수한 요소, 붕소 트리염화물(BCl3)과 같은 증기 화합물, 캐리어 가스로 일반적으로 액체 사염화규소의 혼합물, 또는 수성 시약일 수 있다.
도 1a 내지 1j는 유체 처리 부품의 포트들 중 하나가 부품의 중심과 축 방향으로 정렬되고 다른 하나는 축을 벗어나 위치하는 비대칭 포트 배치를 갖는 유체 처리 부품(예컨대, C-실 부품)과 함께 사용하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모듈식 플로우 기판을 보여준다. 도면에 도시하지 않았지만, 본 발명의 실시예들은 W-실 부품과 같은 대칭 포트 배치를 갖는 유체 처리 부품과 함께 사용하기 위해 변형될 수 있음을 이해하여야 한다.
도시한 바와 같이, 플로우 기판(100)은 고체 재료 블록으로 구성된 기판 바디(101) 및 그에 대응하는 캡(195)을 포함하며(도 1i 참조), 각각은 플로우 기판의 사용 의도에 따라 적절한 재료(예컨대 스테인리스 스틸)로 구성될 수 있다. 기판(100)은 유체 처리 부품(예컨대, 밸브, 압력 변환기, 필터, 레귤레이터, 질량 유량 제어기 등)이 부착된 부품 부착면(105)을 포함한다. 플로우 기판의 부품 부착면(105)에는 하나 이상의 부품 도관 포트(120)가 형성되어 있다. 부품 도관 포트(120a)는 일반적으로 제1 유체 처리 부품의 제1 포트(입구 또는 출구)에 유동적으로 연결된다. 한편 부품 포트(120b)는 일반적으로 제1 유체 처리 부품의 제2 포트(입구 또는 출구)에 유동적으로 연결된다. 부품 도관 포트(120c)는 일반적으로 제1 유체 처리 부품과 다른 제2 유체 처리 부품의 포트(입구 또는 출구)에 유동적으로 연결된다.
부품 도관 포트들(120c 및 120d) 및 부품 도관 포트들(120e 및 120f)은 각각의 유체 처리 부품의 입구 및 출구에 각각 연결되어, 플로우 기판(100)은 비대칭 포트 배치를 갖는 유체 처리 부품들에 특히 적합하게 된다. 부품 포트(120g)는 일반적으로 유체 전달 스틱의 플로우 기판들 사이의 공정 유체의 흐름을 전달하는 데 사용될 수 있는 질량 유량 제어기와 같은 장치의 입구 또는 출구 포트와 연결된다.
부품 도관 포트들(120a 및 120b)은 복수의 내부 스레드 부품 실장 개구부들(110a, 110b, 110c, 110d)과 연결된다. 각각의 부품 실장 개구부(110a, 110b, 110c, 110d)는 유체 처리 부품을 플로우 기판(100)에 기밀하게 실장하기 위해 사용되는 체결구(미도시)의 스레드 단을 수용한다. 도관 포트(120g)는 한 쌍의 내부 스레드 부품 실장 개구부들(110y, 110z)와 연결된다. 각각의 부품 실장 개구부(110y, 110z)는 질량 유량 제어기와 같은 유체 처리 부품의 포트를 플로우 기판(100)에 기밀하게 실장하기 위해 사용되는 체결구(미도시)의 스레드 단을 수용한다. 유체 전달 스틱 내의 인접 플로우 기판은 일반적으로 유체 처리 부품의 다른 포트를 인접 플로우 기판에 기밀하게 실장하는 데 필요한 추가적인 한 쌍의 실장 개구부를 제공할 수 있음을 이해해야 한다. 각 쌍의 부품 도관 포트들은 부품 도관 포트들(120a, 120b)을 위한 누출 포트(125a) 및 부품 도관 포트들(120c, 120d)을 위한 누출 포트(125b)와 연결되어 도관 포트들과 각 유체 처리 부품 사이의 누출이 감지되도록 구성된다.
플로우 기판(100)은 플로우 기판(100)을 따라 종방향으로(즉, 도 1a의 좌측에서 우측으로) 유체를 전달하는 데 사용되는 다수의 유체 통로들(175a, 175b, 175c, 175d)을 포함한다. 예를 들면, 유체 통로(175a)는 튜브 스터브 연결부(135)와 부품 도관 포트(120a) 사이에서 연장되고, 유체 통로(175b)는 부품 도관 포트들(120b, 120c) 사이에서 연장되며, 유체 통로(175c)는 부품 도관 포트(120d)와 부품 도관 포트(120e) 사이에서 연장되고, 유체 통로(175d)는 부품 도관 포트들(120f, 120g) 사이에서 연장한다. 튜브 스터브 연결부(135)는 일반적으로 공정 유체의 소스 또는 싱크에 (예컨대, 용접에 의해) 유동적으로 연결된다.
복수의 다우얼 핀 개구부(150a 내지 150h)는 부품 부착면(105)으로부터 부품 부착면(105)에 반대하는 플로우 기판의 측의 연결 부착면(115)까지 연장하도록 플로우 기판(100)에 형성된다. 출원인의 동시 계류 중인 출원에 기재된 바와 같이, 연결 부착면(115)은 기판(100)을 유체 전달 스틱 브라켓이나 매니폴드 또는 모두에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 다우얼 핀 개구부(150a 내지 150h)는 서로 다른 기능들을 수행하는 데 사용될 수 있는 다우얼 핀(미도시)을 수용할 수 있다. 첫 번째 기능은 플로우 기판(100)의 바디(101)와 캡(195)을 정렬하는 것이고, 두번째 기능은 출원인의 동시 계류 중인 출원에 기재된 방식과 유사한 방식으로 유체 전달 스틱 브라켓과 플로우 기판을 정렬하는 것이다. 몇몇 설치에서, 이 기능들 중 첫번째 기능만이 수행되어, 정렬 (및 아래 자세히 기재된 것과 같이 용접) 후, 다우얼 핀은 제거되고 또 다른 플로우 기판 바디 및 캡과 함께 재사용될 수 있음을 이해해야 한다. 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다우얼 핀의 위치는 기존의 모듈식 플로우 기판 시스템, 예컨대, K1s 시스템과 하위 호환할 수 있다.
도 1c는 복수의 플로우 기판 실장 개구부(130)가 보이도록 플로우 기판(100)을 아래로부터 바라 본 도면이다. 복수의 플로우 기판 실장 개구부(130)는 캡(195)에 형성되고 캡(195)을 통해 플로우 기판의 바디(101) 내부로 연장된다(도 1i에 보다 정확히 도시됨). 플로우 기판 바디 내에서, 플로우 기판 실장 개구부(130)는 내부 스레드되어 체결구(미도시)를 수용하여 플로우 기판(100)을 유체 전달 스틱 브라켓과 같은 실장면에 아래로부터 실장한다. 플로우 기판 실장 개구부(130)의 배치는 플로우 기판(100)이 부착될 실장면에서 실장 개구부의 배치에 따라 변경될 수 있다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 부품 도관 포트(120) 및 유체 통로(175)는 모두 비용 효율적인 방식으로 가공된다. 따라서, 부품 도관 포트(120a 내지 120g)는 각각 부품 부착면(105)으로부터 플로우 기판(100)의 바디(101)의 제1 면 또는 상면으로 가공함으로써 형성될 수 있고, 유체 통로(175b, 175c, 175d)는 각각 도 1f에 도시된 바와 같이 플로우 기판의 바디(101)의 제2 면 또는 하면으로부터 가공함으로써 형성될 수 있고, 유체 통로(175a)는 도 1e에 도시된 바와 같이 플로우 기판의 바디의 측면으로부터 가공함으로써 형성될 수 있다. 유체 통로(175)는 내식성을 향상시키기 위해 처리될 수 있다. 도면에 도시된 유체 통로(175)의 치수는 약 50 SLM 이상과 같이 높은 유량에 특히 적합함을 이해해야 한다. 사실, 도면에 도시된 유체 통로의 치수에 따르면, 플로우 기판(100)은 매우 높은 유량(예컨대, 200 SLM 이상)뿐만 아니라 높은 유량(예컨대, 약 50-100 SLM)에서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 약 200 SLM 내지 1000 SLM의 매우 높은 유량에서 동작하도록 설계된 최신 반도체 제조 장비와 사용될 수 있다. 예를 들어, 단순히 하나 이상의 유체 통로(175b, 175c, 175d)의 단면적을 감소시켜, 낮은 플로우 응용예에 대해 유체 통로의 치수를 스트레이트 포워드 방식으로 줄일 수 있음을 이해해야 한다. 실제, 부품 도관 포트(120)는 유체 통로와 다른 공정 스텝으로 형성되기 때문에, 유체 통로의 치수는 부품 도관 포트의 치수에 의해 제약되지 않는다. 따라서, 유체 통로의 단면적은 보다 넓은 범위의 유량을 수용하기 위해 부품 도관 포트의 단면적보다 상당히 크거나, 작거나 또는 같을 수 있다.
도 1h 및 1i는 본 발명의 일 양태에 따른 캡(195)의 다양한 디테일을 보여준다. 주위보다 높은 온도로 자주 가열될 수 있는 반도체 공정 유체와 함께 사용하기 위해 특히 구성된 일 실시예에 따르면, 캡(195)은 약 0.02 인치 (0.5 mm) 두께로 스테인레스 스틸의 얇은 시트로 형성된다. 스테인레스 스틸의 시트의 두께는 기판의 연결 부착면(115)에 열을 가함으로써 플로우 기판에서 흐르는 공정 유체로 열이 쉽게 전달될 수 있게 한다. 열의 소스는 블록 히터에 의해, 출원인의 동시 계류 중인 출원에 기재된 바와 유사한 방식으로 플로우 기판이 부착된 유체 전달 스틱 브라켓의 홈에 삽입된 카트리지 히터에 의해, 또는 미국 특허 번호 7,307,247에 기재된 바와 같은 박막 히터에 의해 제공될 수 있다. 원한다면, 캡의 두께도 플로우 기판에서 흐르는 유체를 냉각될 수 있게 함을 이해해야 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 스테인레스 스틸의 시트는 화학적으로 에칭되어 유체 통로(175b, 175c, 175d)를 둘러싸고 정의하는 홈(123)을 형성한다. 이러한 화학적 에칭은 정확하게 수행할 수 있으며, 예컨대 대안적으로 사용될 수 있는 가공에 의해 홈을 형성하는 다른 방법보다 저렴할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 홈은 약 0.01 인치 (0.25 mm)의 두께로 에칭될 수 있다. 유체 통로(175b, 175c, 175d)를 둘러싸고 정의하는 홈(123)은 여러 목적을 위해 마련된다. 예를 들어, 홈의 두께는 홈(123)이 마련되지 않은 경우보다 적은 시간과 에너지를 사용하여 예컨대 전자빔 용접에 의해, 플로우 기판의 바디(101)에 캡이 용접될 수 있게 한다. 용접은 홈에 의해 정의된 각각의 유체 통로 주위를 따라 수행되어, 유체 밀봉 실(seal)을 형성할 수 있다. 전자빔 용접은 오염을 최소화하기 위해 진공 환경에서 수행할 수 있다. 플로우 바디(101) 및 캡(195)에 사용되는 재료가 스테인레스 스틸과 같은 고순도 금속인 경우, 진공 용접 환경은 또한 용접점에서 오염 물질(예컨대 탄소, 유황, 망간, 등)을 제거하는 작용을 한다. 전자빔 용접이 일반적으로 바람직하지만, 레이저 용접과 같은 다른 유형의 용접도 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
홈(123)은 유체 통로의 주변을 정의하므로, 홈(123)은 용접시 가이드 역할도 한다. 플로우 기판의 바디(101) 내의 다우얼 핀 홀(150a, 150b) 및 캡(195) 내의 대응하는 다우얼 핀 홀(150a, 150b)은 용접시 캡(195)이 플로우 기판(100)의 바디와 정렬되고 정합되도록 하는 다우얼 핀을 수용한다. 다우얼 핀은 용접이 완료되면 제거되어 재사용되거나, 플로우 기판을 실장면과 정렬하기 위한 도구로 보관될 수도 있다.
단 4개의 유체 통로가 도면에 도시되었지만, 본 발명의 제조 실시예의 용이성과 저비용을 위해 플로우 기판에 정의되는 유체 통로 및 부품 포트의 수는 달라질 수 있음을 이해해야 한다. 이와 관련해서, 전체 유체 전달 스틱을 위한 모든 유체 통로 및 부품 연결 포트는 단 하나의 플로우 기판에 형성될 수 있다. 또는, 유체 전달 스틱은 상기 기술한 플로우 기판(100)과 같은 두 개 이상의 플로우 기판을 이용하여 형성될 수 있다.
도 2a 내지 2h는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈식 플로우 기판을 도시한다. 제1 실시예와 같이, 본 실시예는 유체 처리 부품의 포트들 중 하나가 부품의 중심과 축 방향으로 정렬되고 다른 하나는 축을 벗어나 위치하는 비대칭 포트 배치를 갖는 유체 처리 부품(예컨대, C-실 부품)과 함께 사용하기 위해 특히 구성된다. 도면에 도시하지 않았지만, 본 실시예는 이전의 실시예와 같이, W-실 부품과 같은 대칭 포트 배치를 갖는 유체 처리 부품과 함께 사용하기 위해 변형될 수 있음을 이해하여야 한다. 제2 실시예는 제1 실시예와 같이, 고용량(즉, 높은 유량)의 예에서 사용되도록 특히 구성되지만, 약 50 SCCM 이하의 저용량의 예에서도 사용하도록 구성될 수 있다. 제2 실시예는 제1 실시예와 유사한 구성을 가지므로, 이하 차이점만을 자세히 기술한다.
도시된 바와 같이, 플로우 기판(400)은 고체 재료 블록으로 구성된 기판 바디(401) 및 그에 대응하는 캡(495)을 포함하며(도 2g 참조), 각각은 플로우 기판의 사용 의도에 따라 적절한 재료(예컨대 스테인리스 스틸)로 구성될 수 있다. 주로 비용적인 이유뿐만 아니라 비금속 재료(예컨대 이온 오염이 우려되는 재료)의 사용이 가능한 예에서 플로우 기판의 바디(401) 및/또는 캡(495)도 플라스틱과 같은 고분자 재료로 형성(예컨대, 몰드 또는 가공)될 수 있다. 플라스틱과 같은 다른 재료의 사용으로 이온 오염이 우려되는 생물학적 예나 화학적 전달 예 및/또는 비용이 우려되는 예에 특히 적합할 수 있다.
제1 실시예와 같이, 플로우 기판(400)은 유체 처리 부품(예컨대, 밸브, 압력 변환기, 필터, 레귤레이터, 질량 유량 제어기 등)이 부착된 부품 부착면(105)을 포함한다. 플로우 기판(400)의 부품 부착면(105)에는 제1 실시예에서 설명한 것과 유사한 기능을 갖는 하나 이상의 부품 도관 포트(120)가 형성되어 있다. 상술한 것과 유사한 방식으로, 각각의 부품 도관 포트(120)는 복수의 내부 스레드 부품 실장 개구부들(110a, 110b, 110c, 110d, 110y, 110z)과 연결되고, 각각의 부품 실장 개구부는 유체 처리 부품(미도시)을 플로우 기판(400)에 기밀하게 실장하기 위해 사용되는 체결구(미도시)의 스레드 단을 수용할 수 있다. 각 쌍의 부품 도관 포트들은 부품 도관 포트들(120a, 120b)을 위한 누출 포트(125a) 및 부품 도관 포트들(120c, 120d)을 위한 누출 포트(125b)와 연결되어 도관 포트들과 각 유체 처리 부품 사이의 누출이 감지되도록 구성된다.
제1 실시예와 같이, 플로우 기판(400)은 플로우 기판(400)을 따라 종방향으로(즉, 도 2a의 좌측에서 우측으로) 유체를 전달하는 데 사용되는 다수의 유체 통로들(175a, 175b, 175c, 175d)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 튜브 스터브 연결부(135)는 일반적으로 공정 유체의 소스 또는 싱크에 (예컨대, 용접에 의해 또는 에폭시와 같은 적절한 접착제를 사용하여) 유동적으로 연결될 수 있다.
제1 실시예와 같이, 복수의 다우얼 핀 개구부(150a 내지 150h)는 부품 부착면(105)으로부터 부품 부착면(105)에 반대하는 플로우 기판의 측의 연결 부착면(115)까지 연장하도록 플로우 기판(400)에 형성된다. 출원인의 동시 계류 중인 출원에 기재된 바와 같이, 연결 부착면(115)은 기판(400)을 유체 전달 스틱 브라켓이나 매니폴드 또는 모두에 연결하기 위해 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 다우얼 핀 개구부(150a 내지 150h)는 서로 다른 기능들을 수행하는 데 사용될 수 있는 다우얼 핀(미도시)을 수용할 수 있다. 첫 번째 기능은 플로우 기판(400)의 바디(401)와 캡(195)을 정렬하는 것이고, 두 번째 기능은 출원인의 동시 계류 중인 출원에 기재된 방식과 유사한 방식으로 유체 전달 스틱 브라켓과 플로우 기판을 정렬하는 것이다. 몇몇 설치에서, 이 기능들 중 첫 번째 기능만이 수행될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 사용되는 다우얼 핀의 길이에 따라 다우얼 핀은 캡(495)을 통해 돌출되어 연결 부착면(115)을 넘어 연장될 수 있다. 이에 따라, 다우얼 핀은 유체 전달 스틱 브라켓 또는 다른 실장면에서의 해당 개구부와 플로우 기판을 정렬하는 데 사용될 수 있다. 다우얼 핀이 연결 부착면(115)을 넘어 연장되는 경우, 다우얼 핀의 위치는 기존의 모듈식 플로우 기판 시스템과 하위 호환할 수 있다. 또는, 다우얼 핀의 길이는 연결 부착면을 넘어 연장하지 않도록 될 수 있으나, 캡(495)와 결합되어 정렬을 확실히 한다.
도 2c는 복수의 플로우 기판 실장 개구부(130)가 보이도록 플로우 기판(400)을 아래로부터 바라 본 도면이다. 복수의 플로우 기판 실장 개구부(130)는 캡(495)에 형성되고 캡(495)을 통해 플로우 기판의 바디(401) 내부로 연장한다(도 2g에 보다 정확히 도시됨). 플로우 기판 바디 내에서, 플로우 기판 실장 개구부(130)(도 2g에서는 130a, 130b)는 내부 스레드되어 체결구(421)(도 2h)를 수용하여 플로우 기판(400)을 유체 전달 스틱 브라켓과 같은 실장면에 아래로부터 실장한다. 체결구(421)도 탄성 O링과 같은 변형가능한 가스켓(455)을 압축하는 데 사용되어 아래 설명되는 바와 같이, 각각의 유체 통로(175b, 175c, 175d) 주위에 실을 형성한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 부품 도관 포트(120) 및 유체 통로(175)는 다시 가공되거나 비용 효율적인 방식으로 몰딩될 수 있다.
도 2d 내지 2h는 본 발명의 일 양태에 따른 캡(495)의 다양한 디테일을 보여준다. 도 2b 및 2e에 도시된 바와 같이, 캡(495)의 두께는 제1 실시예(예컨대, 0.13 인치(3.3 mm) 대 0.02 인치(0.5 mm))에 비해 상당히 두껍다. 이는 플로우 기판에 흐르는 유체에 열을 전송하거나 또는 냉각할 때, 특히 플로우 기판(400)의 캡(495) 및 바디(401)가 플라스틱과 같은 비전도성 재료로 형성되는 경우 및 노출된 면(115)에 아래로부터 열이나 냉기가 제공되는 경우, 다소 효과적이지 못하다. 하지만, 캡(495)의 두께는 캡(195)이 충분한 강성을 갖도록 하여 실장면으로서 작용할 수 있도록 하며, 홈(423)을 그 내부에 충분히 깊게 형성하도록 하여 탄성 실(455)을 유지하게 한다. 제1 실시예의 캡(195)에 대조적으로, 도 2g에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 홈(423)은 플로우 기판의 바디(401)와 정합되도록 캡(495)의 표면(즉, 제1 실시예에서와 같이 유체 전달 스틱 브라켓나 다른 실장면과 정합되도록 위치되는 노출면(115)이 아닌 기판(400)의 바디(401)와 정합될 때 캡(495)의 비노출면)에 가공된다. 홈(423)은 별도의 실 리테이너의 사용 없이 플로우 기판(400)의 바디(401)에 캡(495)을 조립하는 동안 탄성 실(455)을 적절한 위치에 유지하는 크기로 형성된다. 조립시, 도 2g를 참조하면, 탄성 실(455)은 기판의 바디(401)와 정합된 캡(495)의 상면과 함께 캡(495)의 상면에 형성된 홈(423)에 위치할 수 있다. 이에 따라, 캡(495)의 다우얼 핀 개구부(150a′)는 바디(401)의 다우얼 핀 개구부(150a)와 정렬되고, 캡(495)의 다우얼 핀 개구부(150b′)는 바디(401)의 다우얼 핀 개구부(150b)와 정렬되고, 캡(495)의 다우얼 핀 개구부(130a′, 130b′)는 바디(401)의 다우얼 핀 개구부(130a, 130b)와 각각 정렬된다. 본 실시예의 홈(423)은 캡의 표면에 가공되는 것으로 설명되었지만, 몰딩과 같은 다른 공정에 의해 형성될 수 있음을 이해해야 한다.
도 2h에 도시된 바와 같이, 복수의 체결구(421)가 플로우 기판(400)의 바디(401)에 캡(495)을 장착하기 위해 사용된다. 이러한 체결구(421)는 두 가지 목적, 즉 플로우 기판(400)을 유체 전달 스틱 브라켓에 아래로부터 장착하는 것과, 탄성 실(455)을 압축하여 유체 밀봉 실을 유체 통로(175b-d)의 주변에 확보하는 것을 위해 사용될 수 있다. 사용시, 탄성 실(455)은 일반적으로 캡(495)의 홈(423)의 위치에 배치된다. 그 후 캡(495)의 다우얼 핀 개구부(150a′, 150b′등)을 통해 연장하는 다우얼 핀이 플로우 기판(400)의 바디(401)와 적절한 위치에 캡(495) 및 탄성 실(455)을 장착하는 역할을 하는 경우 캡은 다우얼 핀 개구부(150)에 삽입된 다우얼 핀에 의해 플로우 기판(400)의 바디(401)과 정렬되어 하나의 유닛을 형성한다. 플로우 기판(400)은 유체 전달 스틱 브라켓이나 다른 실장면상의 원하는 위치에 배치되고, 체결구(421)는 브라켓이나 다른 실장면 아래로부터 삽입된다. 체결구(421)의 조임은 플로우 기판을 실장면에 장착하고, 유체 밀봉 실이 유체 통로의 주변에 형성되고 캡(495)이 플로우 기판(400)의 바디(401)와 정합하도록 탄성 실(455)을 압축한다.
캡(495)이 플로우 기판(400)의 바디(401)에 용접되지 않으므로, 캡(495) 및 그 대응하는 탄성 실(455)은 나중에 최소한의 힘으로 제거할 수 있다. 따라서, 예컨대, 유체 통로(175b, 175c, 또는 175d)를 세척하거나 수리하고자 하는 경우, 캡(495)은 유체 통로의 노출 및/또는 세척, 하나 이상의 탄성 실(455)의 교체 등을 위해 쉽게 제거될 수 있다.
제2 실시예와 관련한 도면에서 단 4개의 유체 통로가 도시되었지만, 본 발명의 제조 실시예의 용이성과 저비용을 위해 플로우 기판에 정의되는 유체 통로 및 부품 포트의 수는 달라질 수 있음을 이해해야 한다. 이와 관련해서, 전체 유체 전달 스틱 또는 화학적 또는 생물학적 전달 시스템을 위한 모든 유체 통로 및 부품 연결 포트는 단 하나의 플로우 기판에 (가공, 몰딩, 또는 가공과 몰딩의 조합에 의해) 형성될 수 있다.
도 2a 내지 2h에 도시된 실시예는 아래로부터 가열되거나 냉각될 때 플로우 기판에 흐르는 유체에 열에너지(열 또는 냉기)를 전달할 때 효과적이지는 않지만, 제2 실시예는 이러한 사용을 위해 변형될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 캡(495)의 두께는 종방향 히터 개구부의 형성 및 캡(495)를 직접 가열하여 유체 통로(175)내를 흐르는 유체를 가열하는 하나 이상의 카트리지 형태의 히터의 삽입을 위해 증가될 수 있다. 플로우 기판의 바디(401)가 플라스틱과 같은 비전도성 재료로 형성되는 경우 그러한 변형은 사용될 수 있다. 예를 들어, 열전도성을 향상시키기 위해, 캡(495)은 알루미늄과 같은 열전도성 물질로 형성될 수 있고, 플로우 기판의 바디(401)는 예컨대 플라스틱의 다른 물질로 형성된다.
구체적으로 도시되진 않았지만, 출원인의 동시 계류 중인 출원에 기재된 다른 형태들이 여기 기재된 플로우 기판과 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 종방향으로 형성된 유체 통로뿐만 아니라, 플로우 기판은 횡방향으로 형성된 매니폴드 유체 통로를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서는, 튜브 스터브 연결부(135)와 유사한 튜브 스터브 연결부가 유체 통로(175a)에 대해 설명된 바와 유사하게 형성된 매니폴드 유체 통로와 함께 플로우 기판의 바디(101)(401)의 측면으로부터 연장할 수 있다.
본 발명의 실시예는 두 개의 포트를 갖는 유체 처리 부품의 사용에 대해 주로 설명하였지만, 출원인의 발명의 실시예는 3 포트 밸브와 같은 세 개의 포트 부품과 사용하기 위해 변형될 수 있음을 이해해야 한다. 하지만, 이러한 유체 처리 부품은 흔하지 않고 보통 더 비싸기 때문에, 두 개의 포트 유체 처리 부품이 일반적으로 선호된다.
상술한 도 1a 내지 2h의 실시예는 바디 내에 형성된 복수의 유체 통로가 바디의 하면에 부착된 일반 또는 통합 캡에 의해 밀봉되는 플로우 기판에 관한 것이다. 도 1a 내지 1j의 실시예는 각각의 유체 통로를 밀봉하기 위해 각각의 유체 통로 주위에 플로우 기판의 하면에 용접된 통합 캡을 사용한다. 한편, 도 2a 내지 2h의 실시예는 바디의 하면에 대하여 압출될 때 각 유체 통로를 밀봉하기 위해 각 유체 통로 주위에 배치된 복수의 탄성 실을 압축하는 통합 캡을 사용한다. 출원인의 발명의 또 다른 양태에 따르면, 도 1a 내지 2h에 도시된 플로우 기판에서 복수의 유체 통로 각각을 밀봉하기 위해 통합 캡을 사용하는 대신, 복수의 개별 캡이 사용될 수 있다. 복수의 개별 캡을 사용하는 출원인의 발명의 실시예는 도 3a 내지 12c를 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 3e는 복수의 대응 캡을 포함하는 플로우 기판에 관한 것으로 각 캡은 플로우 기판의 바디에 형성된 각 유체 통로에 대응된다. 캡은 도 5에 도시된 캡(595)과 유사한 구조를 가질 수 있고, 기판의 바디 내에 리세스되고 적절한 위치에 시임 용접(seam welding)된다. 캡은 예컨대 스테인리스 스틸과 같은 금속 조각을 가공하거나 스탬핑하여 형성될 수 있다. 도 3a 내지 3c는 두 개의 포트를 갖는 유체 처리 부품을 수용할 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 몇몇 실시예는 세 개의 포트를 갖는 유체 처리 부품을 수용하기 위해 변형될 수 있음을 보여준다.
도 3d 및 3e에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 각각의 유체 통로는 용접 에지(805), 응력 제거 벽(810) 및 응력 제거 홈(815)을 포함하는 용접 형성물(용접 조제물이라고도 함)에 의해 둘러싸여 있다. 응력 제거 홈(815)은 용접 에지(805)를 따라 플로우 기판의 바디에 캡(595)을 시임 용접하는 동안 발생할 수 있는 보잉(bowing), 비틀림(twisting), 또는 다른 왜곡(distortion)을 방지하는 역할을 하고, 용접 캡(595)의 노출면을 플로우 기판의 바디 내에 일치시킨다. 캡을 기판의 바디에 용접하는 것은 일반적으로 용접 위치에 작은 범프를 남길 수 있지만, 플로우 기판의 바디의 하면을 넘어 연장하지 않으며 남아 있을 수 있어 이러한 범프를 제거하기 위해 추가적인 표면을 준비할 필요는 없다.
도 4a 내지 4g는 대응하는 개별 캡에 의해 밀봉된 유체 통로를 포함하는 본 발명의 또 다른 형태의 플로우 기판을 도시한다. 비록 도 4a 내지 4g는 기판의 부품 부착면에 형성된 두 개의 부품 도관 포트를 상호 연결하는 단 하나의 유체 통로만을 도시하지만, 여기에 도시된 도 4a 내지 4g는 이 특정 실시예에 사용되는 용접 형성물의 구조를 설명하기 위해 주로 사용되는 것이므로 기판 바디는 도 3a 내지 3e에 도시된 바와 유사한 복수의 유체 통로를 포함할 수 있다. 본 실시예에 사용되는 캡은 도 5에 도시된 바와 같이, 가공이나 스탬핑에 의해 금속 조각 또는 시트로부터 형성될 수 있다.
도 4c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 용접 형성물은 용접 에지(1005), 응력 제거 벽(1010) 및 응력 제거 홈(1015)을 포함하며, 각각은 도 3a 내지 3e를 참조하여 상술한 바와 유사한 기능을 수행한다. 하지만, 도 3a 내지 3e의 실시예와는 다르게, 도 4a 내지 4g에 도시된 실시예는 스웨지드 립(swaged lip)(1020)을 더 포함한다. 제조 시, 밀봉될 각각의 유체 통로에 각 캡(595)(도 5)를 위치시킨 후, 예컨대, 이러한 목적을 위해 만든 다이나 지그를 이용하여 각 유체 통로를 둘러싸는 스웨지드 립(1020)에 기계적 힘을 가한다. 다이나 지그에 가하는 기계적 힘은 플로우 기판의 바디 내에 각각의 캡(595)을 포획 및 유지하기 위해 용접 에지 방향으로 립을 안쪽으로 밀거나 접는다(즉 구부린다). 그 해당 캡을 갖는 기판은 하나의 유닛으로 조작될 수 있다. 각 캡은 접힌 스웨지드 립 및 용접 에지를 따라 시임 용접되어 누출 밀봉 실을 형성할 수 있다. 도 3a 내지 3e의 실시예와 같이, 기판 바디의 하면을 넘어 연장하지 않기 때문에 용접 에지를 따라 형성될 수 있는 용접 범프를 제거하기 위해 추가적인 표면 준비나 가공이 필요하지 않다. 전술한 도 3a 내지 3e의 실시예와 같이, 응력 제거 홈은 용접 에지(1005)를 따라 플로우 기판의 바디에 캡(595)을 시임 용접하는 동안 발생할 수 있는 보잉(bowing), 비틀림(twisting), 또는 다른 왜곡(distortion)을 방지하는 역할을 한다.
도 5는 도 3a 내지 4g의 실시예들과 함께 사용될 수 있는 캡(595)을 도시한다. 유리하게도, 캡(595)은 매우 적은 비용으로 금속 시트로 가공 또는 스탬프될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 캡(595)의 두께는 통합 용접 캡(195)의 거의 두 배의 두께인 약 0.035 인치(0.9 mm)이며, 고압의 경우에도 추가 보강이 필요하지 않다.
도 6a 내지 6e는 대응하는 개별 캡에 의해 밀봉된 유체 통로를 포함하는 본 발명의 또 다른 형태의 플로우 기판을 도시한다. 도 3a 내지 3e의 실시예와 같이, 여기에 도시된 도 6a 내지 6e는 이 특정 실시예에 사용되는 용접 형성물의 구조를 설명하기 위해 주로 사용되는 것이므로 기판 바디는 도 3a 내지 3e에 도시된 바와 유사한 복수의 유체 통로를 포함할 수 있다. 본 실시예에 사용되는 캡(595)은 상기 도 5를 참조하여 설명한 바와 동일하며, 도 5에 도시된 바와 같이, 가공이나 스탬핑에 의해 금속 조각 또는 시트로부터 형성될 수 있다.
도 6b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 본 실시예의 용접 형성물은 도 4a 내지 4g를 참조하여 상술한 바와 실질적으로 유사하여, 용접 에지(1505), 리세스된 편평한 바닥부(1510), 및 스웨지드 립(1520)을 포함한다. 도 4a 내지 4g의 실시예와 같이, 도 5에 도시된 것과 같은 각 캡(595)은 각 유체 통로를 밀봉하기 위해 시임 용접될 수 있다. 하지만, 본 실시예의 용접 형성물은 도 4a 내지 4g의 실시예와 같이 응력 제거 홈을 포함하지 않는다. 도 3a 내지 도 3e 및 도 4a 내지 4g의 응력 제거 홈은 용접 시 플로우 기판의 바디의 변형을 방지할 수 있지만, 시임 용접 공정은 일반적으로 스테이크 용접과 같은 다른 형태의 용접 공정보다 기판의 바디에 더 적은 열을 전달하기 때문에 응력 제거 홈이 반드시 필요하지 않다. 따라서, 비용이 중요한 고려 사항이라면, 응력 제거 홈은 본 실시예와 관련해서 도시한 바와 같이 생략할 수 있다. 도 3a 내지 도 3e 및 도 4a 내지 4g의 실시예들과 같이, 기판 바디의 하면을 넘어 연장하지 않기 때문에 용접 에지를 따라 형성될 수 있는 용접 범프를 제거하기 위해 추가적인 표면 준비나 가공이 필요하지 않다.
도 7a 내지 7e 및 도 8a 내지 8e는 플로우 기판의 바디의 하면에 형성된 각각의 유체 통로를 밀봉하기 위해 개별 캡을 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예들을 도시한다. 도 7a 내지 7e 및 도 8a 내지 8e의 각각의 실시예는 열 침투 홈(2600)의 형태로 용접 형성물이 캡(995) 주변에 형성된 용접 캡(도 9a 및 9b에 도시됨)을 사용한다. 비록 도 7a 내지 7e 및 도 8a 내지 8e는 각 캡에 의해 밀봉될 단 하나의 유체 통로만을 도시하지만, 여기에 도시된 도 7a 내지 7e 및 도 8a 내지 8e는 특정 실시예들에 사용되는 용접 형성물의 구조를 설명하기 위해 주로 사용되는 것이므로 기판 바디는 도 3a 내지 3e에 도시된 바와 유사한 복수의 유체 통로를 포함할 수 있다.
도 7b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도 7a 내지 7e의 실시예는 응력 제거 벽과 용접면(1910) 및 응력 제거 홈(1915)을 포함하는 플로우 기판의 바디에 형성된 용접 형성물을 포함한다. 응력 제거 홈(1915)은 플로우 기판의 바디에 캡을 용접하는 동안 발생할 수 있는 보잉(bowing), 비틀림(twisting), 또는 다른 왜곡(distortion)을 방지하는 역할을 한다. 하지만, 도 7a 내지 7e의 실시예에서는, 캡이 캡(995)(도 9a 및 9b)에 형성된 열 침투 홈(2600)을 따라 응력 제거 벽과 용접면(1910)에 스테이크 용접된다. 제조 시, 밀봉될 각각의 유체 통로에 대해 각 캡(995)를 위치시킨 후, 각 캡은 응력 제거 벽과 용접면(1910)에 스테이킹된다. 이러한 스테이킹은 유체 통로의 주변을 따라 여러 다른 위치에 캡(995)을 응력 제거 벽과 용접면(1910)에 용접함으로써, 또는 기계적 힘에 의해, 예컨대, 여러 다른 위치에 펀치를 이용하여 캡(995)을 응력 제거 벽과 용접면(1910)에 스테이킹함으로써 수행될 수 있다. 스테이킹은 해당 유지 캡을 갖는 기판이 하나의 유닛으로 조작되도록 하며, 용접 시 캡(995)의 이동을 방지한다. 각 캡(995)은 열 침투 홈(2600)을 따라 스테이크 용접되어 연속 용접 실을 형성할 수 있다. 도 9a 및 9b를 참조하여 아래 자세히 설명하는 바와 같이, 열 침투 홈(2600)은 그것이 존재하지 않는 경우에 비해 더 적은 에너지로, 더 빠르게, 기판 바디에 대한 더 적은 변형으로 캡(995)을 기판에 용접하게 한다. 도 7e는 용접이 기판의 바디를 침투하는 방식을 보여준다.
도 8a 내지 8e는 플로우 기판의 바디의 하면에 형성된 각각의 유체 통로를 밀봉하기 위해 개별 캡을 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 상술한 도 7a 내지 7e의 실시예와 같이 본 실시예는 열 침투 홈(2600)의 형태로 용접 형성물이 캡(995) 주변에 형성된 용접 캡(995)(도 9a 및 9b에 도시됨)을 사용한다. 도 7a 내지 7e의 실시예와 다르게, 도 8b에 가장 잘 보여지는 바와 같이, 도 8a 내지 8e의 실시예의 용접 형성물은 유체 통로 주변을 둘러싸는 플로우 기판의 바디의 하면에 리세스된 평면(2310)만을 포함한다. 제조 시, 밀봉될 각각의 유체 통로에 대해 각 캡(995)를 위치시킨 후, 상술한 바와 같이, 예를 들어, 유체 통로의 주변을 따라 여러 다른 위치에 캡을 평면과 용접함으로써, 또는 기계적 힘에 의해, 각 캡은 평면(2310)에 스테이킹될 수 있다. 전술한 바와 같이, 스테이킹은 해당 유지 캡을 갖는 기판이 하나의 유닛으로 조작되도록 하며, 용접 시 캡의 이동을 방지한다. 각 캡은 열 침투 홈(2600)을 따라 스테이크 용접되어 연속 용접 실을 형성할 수 있다. 캡(995)의 주변을 따라 형성된 열 침투 홈으로 인해, 그것이 존재하지 않는 경우에 비해 더 적은 에너지로, 플로우 기판의 바디에 대한 더 적은 변형으로(또는 변형 없이) 캡은 플로우 기판의 바디에 스테이크 용접될 수 있다. 도 8e는 용접이 기판의 바디를 침투하는 방식을 보여준다.
도 9a 및 9b는 플로우 기판의 바디에 스테이크 용접되도록 구성된 용접 캡을 보여준다. 도 9a 및 9b에 도시한 바와 같이, 용접 캡(995)은 용접 캡(995)의 주변을 둘러싸는 열 침투 홈(2600)을 포함한다. 열 침투 홈(2600)은 화학적 에칭에 의해 또는 가공에 의해 형성될 수 있다. 열 침투 홈(2600)은 약 30% 내지 50%만큼, 도시된 실시예에서는 약 40%만큼 홈의 위치에서 용접 캡의 두께를 감소시킨다. 도시된 실시예에서는 용접 캡(995)의 두께는 약 0.02 인치(0.5 mm)이고, 홈은 가장 넓은 지점에서는 약 0.020 내지 0.025 인치(0.5 mm 내지 0.6 mm)의 폭과 약 0.008 내지 0.01 인치(0.2 mm 내지 0.25 mm)의 깊이를 갖는다. 반원 형상으로 도시되어 있지만, 다른 형상 또한 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 용접 캡의 두께를 줄임으로써, 열 침투 홈(2600)은 플로우 기판의 바디와 연속 스테이크 용접을 형성하는 데 필요한 시간 및 전력을 줄인다. 캡 내의 열 침투 홈(2600)은 또한 용접을 수행하는 사람이나 기계를 위한 가이드 역할을 한다. 홈(123)(2600)이 용접 시 가이드 역할을 하고, 적은 전력과 시간을 이용하여 유체 통로를 밀봉할 수 있다는 점에서 용접 캡(995)은 통합 용접 캡(195)과 유사하다는 것을 이해해야 한다.
도 10a 내지 10g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플로우 기판 및 대응 캡을 도시한다. 캡이 플로우 기판의 바디에 용접된 도 3a 내지 9b의 실시예들과는 다르게, 도 10a 내지 도 10g의 실시예는 도 2a 내지 2h의 실시예와 같이 유체 통로를 밀봉하도록 탄성 실을 이용한다. 도 10a 내지 도 10g의 실시예에서는, 플로우 기판, 캡 또는 플로우 기판과 캡 모두 금속 또는 비금속 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 플로우 기판 내의 유체를 가열하거나 냉각하고자 하는 경우, 금속 재료가 사용될 수 있고, 이온 오염이 우려되는 경우, 비금속 재료가 사용될 수 있다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 유체 통로(175)는 캡(1050) 및 해당 탄성 실(1055)(도 10d 내지 10f)을 수용하는 크기로 형성된 포켓 영역(1040) 및 포켓 영역(1040)에서 압축될 때(도 10e) 캡(1050)과 해당 탄성 실(1055)의 추가 이동을 막는 크기로 형성된 포지티브 정지 돌기(1030)를 포함한다.
도 10d 내지 도 10g는 백업 플레이트(1060)가 유체 통로(175)의 포켓 영역 내에서 캡(1050) 및 해당 탄성 실(1055)을 압축하는 데 사용될 수 있는 방식을 보여준다. 내부 스레드 플로우 기판 실장 개구부(1065)에 수용된 스레드 체결구(미도시)는 기판의 바디에 대하여 백업 플레이트(1060)를 압축하고 포켓 영역(1040) 내의 밀봉 결합부내로 캡(1050) 및 해당 탄성 실을 밀어 넣는다. 본 실시예가 사용된 응용예에 따라, 플로우 기판 및 캡은 금속 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다. 백업 플레이트(1060)는 유체 통로 내의 유체를 가열하거나 냉각하고자 하는 경우 알루미늄과 같은 적절한 금속으로 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다.
도 10e 및 10f에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 캡(1050)은 탄성 실(1055)을 캡(1050)에 대한 위치에 유지하는 한 쌍의 솔더(1051, 1052)를 포함하여 캡(1050) 및 해당 탄성 실(1055)은 하나의 유닛으로 삽입될 수 있다. 캡(1050) 및 해당 탄성 실(1055)이 포지티브 정지 돌기(1030)와 결합하는 솔더(1051) 또는 포지티브 정지 돌기(1030)와 결합하는 솔더(1052)와 함께 삽입될 수 있도록 한 쌍의 솔더(1051, 1052)는 동일한 치수를 가진다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 여러 다른 양태를 보여준다. 도 11a 및 11b에 도시된 바와 같이, 복수의 플로우 기판을 이용하여 가스 스틱 또는 전체 가스 패널을 형성하는 대신, 단 하나의 재료 블록(1100)을 이용하여 가스 스틱 또는 전체 가스 패널을 형성할 수 있다. 또한 도 11a는 백업 플레이트(1120)가 어떻게 고압력 응용예에 캡(또는 캡들)을 강화하기 위해 사용될 수 있는지 보여준다. 예를 들어, 복수의 통로 밀봉 용접 위치가 얇은 재료 시트에 (예컨대, 도 1i에 도시된 홈(123)에 의해) 정의된 도 1a 내지 1j에 도시된 바와 같은 통합된 얇은 용접 캡으로 사용 시, 백업 플레이트(1120)는 특히 고압력 응용예에서 용접 캡을 강화하고자 사용될 수 있다. 백업 플레이트(1120)는 알루미늄과 같은 금속 재료 또는 플라스틱과 같은 비금속 재료로 형성될 수 있다. 도 11a에서도 도시된 바와 같이, 시트 히터(1110)는 (대응하는 캡 또는 캡들을 갖는) 플로우 기판과 백업 플레이트(1120) 사이에 위치될 수 있다. 시트 히터를 갖는 얇은 통합 캡과 백업 플레이트의 조합은 열이 그 안에서 흐르는 유체에 쉽게 전달되면서 고압력에서 사용하기 위해 유체 통로를 확실히 밀봉한다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 통합 용접 캡을 이용하는 대신, 캡(595) 및 캡(995)(도 5 및 9a-9b)과 같은 복수의 개별 용접 캡이 사용될 수 있다. 도 11b는 또한 시트 히터(1110)를 이용하는 대신, 백업 플레이트(1120)내에 뱀 형상의 홈이 형성된 뱀 형상 히터(1112)가 사용될 수 있거나 또는 다수의 종래의 카트리지형 히터(1114)가 사용될 수 있음을 보여준다.
도 11a에 도시된 백업 플레이트는 도 1a 내지 1j의 실시예에서 사용된 얇은 용접 캡과 함께 사용될 수 있을 뿐만 아니라 도 10a 내지 10e의 실시예와 함께 사용되어 각 유체 통로를 밀봉하기 위해 사용되는 각각의 O링 실을 압축할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 플로우 기판의 바디가 비금속 재료로 형성된 경우, 유체 부품 실장을 위한 추가적인 지지력을 제공하기 위해 백업 플레이트(1120)는 금속 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 플로우 기판의 상면에 마련된 유체 처리 부품은 기판의 바디에 형성된 관통 홀을 통해 연장하여 백업 플레이트(1120)의 스레드 개구부에 수용된 스레드 체결구를 통해 플로우 기판의 바디에 다운 실장될 수 있다.
도 12a 내지 12c는 본 발명의 또 다른 양태를 예시하는 것으로 액체, 기체 또는 액체 및 기체의 조합에 대해 사용하기 위한 가스 패널을 보여준다. 예를 들어, 도 12a에 도시된 바와 같이, 전체의 가스 패널은 단 두 개의 플로우 기판(1200, 1201)을 이용하여 형성될 수 있고, 각각은 여러 개의 가스 스틱들(도 12a에서 좌측에서 우측으로 유체를 전달하는 기판 내에서 개별적인 가스 스틱들)을 포함한다. 또한, 도 12a 내지 12c에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 기판(1200, 1201)은 비대칭 포트 배치를 갖는 것이 아닌 W-실 장치와 같은 대칭 포트 배치를 갖는 유체 처리 부품과 함께 사용하기 위해 구성된다. 또한, 도 12c에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 기판(1200)은 다른 플로우 용량을 갖는 유체 통로, 다른 방향을 향하는 유체 통로 및/또는 기판 바디의 대응 표면에 형성된 유체 통로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 12c에 도시된 바와 같이, 기판(1200)은 기판(1200)의 하면(통로(1275a) 또는 상면(유체 통로(1275b))에 형성된 대직경 유체 통로(1275a, 1275b, 1275c)를 포함하여 제1 방향 또는 제2 방향(유체 통로(1275c))을 따라 유체를 전달할 수 있다. 이러한 대직경 유체 통로는 아르곤과 같은 퍼지 가스 또는 유체를 전달하는 데 사용될 수 있다. 플로우 기판은 또한 기판(1200)의 상면 또는 하면(통로(1275d)에 형성된 소직경 유체 통로(1275d, 1275e, 1275f)를 포함하여 제1 방향으로 유체를 전달할 뿐만 아니라, 상면(유체 통로(1275e)) 또는 하면(통로(1275f)에 형성된 소직경 유체 통로를 포함하여 제2 방향으로 유체를 전달할 수 있다. 소직경 유체 통로(1275d, 1275e, 1275f)는 용제 또는 다른 액체 또는 기체를 전달하는데 사용될 수 있다. 비록 도 12a 내지 12c에 도시된 실시예는 기판의 바디에 용접된 금속 용접 캡과 함께 사용하기 위해 구성되었지만, 본 실시예는 탄성 실과 함께 사용하기 위해 구성될 수도 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 기판의 하면에 형성된 유체 통로에 대하여, 백업 플레이트(예를 들어 도 11a 및 11b를 참조하여 설명된 것)는 캡 및 탄성 실을 압축하기 위해 사용될 수 있다. 한편, 기판의 상면에 형성된 유체 통로는 기판의 상면과 정합되도록 실장된 유체 부품이 캡과 실 위에 다운 실장되고 기판 내에 도관 포트와 밀봉 결합 시 위로부터 체결될 때 해당 캡 및 실을 압축하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예의 여러 양태를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 변경, 수정 및 개선이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 본 명세서의 일부이며 본 발명의 범위 내로 간주된다. 그러므로, 상술한 내용 및 도면은 단지 예로서 간주된다.
100: 플로우 기판
101: 기판 바디
105: 부품 부착면
120: 도관 포트

Claims (30)

  1. 제1 재료의 고체 블록으로 형성되며, 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 갖는 기판 바디;
    상기 기판 바디의 상기 제1 면 상에 형성된 복수의 쌍의 부품 도관 포트;
    각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되고 상기 각 쌍의 부품 도관 포트의 각각의 부품 도관 포트와 유체 전달을 하되, 각각 상기 기판 바디의 상기 제2 면 상에 형성된 복수의 유체 통로; 및
    제2 재료로 형성되고, 상기 복수의 유체 통로의 적어도 하나의 유체 통로를 밀봉하도록 구성된 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 적어도 하나의 캡을 포함하되,
    상기 기판 바디 및 상기 적어도 하나의 캡 중 적어도 하나는 상기 기판 바디의 상기 제2 면과 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면 중 적어도 하나에 형성된 용접 형성물을 포함하고, 상기 용접 형성물은 상기 유체 통로 중 적어도 하나를 둘러싸고 상기 용접 형성물을 따라 상기 기판 바디에 대한 상기 적어도 하나의 캡의 용접을 용이하게 하도록 구성되고,
    상기 용접 형성물은 적어도 하나의 유체 통로를 둘러싸고 상기 기판 바디의 제2 면에 형성되는 리세스된 면을 포함하며, 응력 제거 홈과 스웨지드 립(swaged lip) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 응력 제거 홈과 상기 스웨지드 립 각각은, 상기 적어도 하나의 유체 통로를 둘러싸고 상기 기판 바디의 제2 표면에 형성되는 플로우 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부품 도관 포트는 상기 기판 바디를 통해 상기 기판 바디의 제2 면으로 연장되는 플로우 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 재료 및 상기 제2 재료는 동일한 합금 종류의 스테인레스 스틸인 플로우 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 바디는 상기 기판 바디의 상기 제2 면에 형성된 제1 용접 형성물을 포함하고, 상기 적어도 하나의 캡은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 형성된 제2 용접 형성물을 포함하는 플로우 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 형성물은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 형성된 홈을 더 포함하는 플로우 기판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 홈은 화학적 에칭에 의해 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 형성된 플로우 기판.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 적어도 하나의 캡이 상기 기판 바디에 용접될 위치를 식별되게 하고 상기 기판 바디에 상기 적어도 하나의 캡을 용접하는 데 필요한 전력을 줄여 상기 기판 바디에 대한 상기 적어도 하나의 캡의 용접을 용이하게 하는 플로우 기판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캡은 복수의 용접 형성물을 포함하고, 상기 복수의 용접 형성물의 각 용접 형성물은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 형성된 각각의 홈을 포함하며, 상기 복수의 홈의 각각의 홈은 상기 복수의 유체 통로의 각각을 둘러싸는 플로우 기판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캡은 상기 복수의 유체 통로의 각각에 대응하는 복수의 캡을 포함하고, 상기 복수의 캡의 각각의 캡은 상기 각각의 캡의 상기 제2 면에 형성된 각각의 홈을 포함하는 플로우 기판.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 형성물은 상기 응력 제거 홈을 더 포함하고, 상기 응력 제거 홈은 상기 리세스된 면을 둘러싸는 플로우 기판.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 형성물은 상기 스웨지드 립(swaged lip)을 더 포함하고, 상기 스웨지드 립은 상기 적어도 하나의 유체 통로 및 상기 리세스된 면 사이에 마련되고 상기 적어도 하나의 유체 통로를 둘러싸는 플로우 기판.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 용접 형성물은 상기 응력 제거 홈을 더 포함하고, 상기 응력 제거 홈은 상기 리세스된 면을 둘러싸는 플로우 기판.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로우 기판은 반도체 공정 유체, 샘플링 유체 및 석유 화학 유체 중 하나를 전달하기 위한 가스 스틱의 일부를 형성하는 플로우 기판.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로우 기판은 실질적으로 유체 전달 패널의 전체를 이루는 플로우 기판.
  16. 제 1 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 내지 제 15 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 유체 통로의 제1 유체 통로는 상기 복수의 유체 통로의 제2 유체 통로와 상이한 단면적을 갖는 플로우 기판.
  17. 제 1 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 내지 제 15 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 유체 통로는 제1 방향으로 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되는 제1 복수의 유체 통로이고, 상기 플로우 기판은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 연장되는 상기 기판 바디의 상기 제1 면과 상기 제2 면 중 하나에 형성된 적어도 하나의 제2 유체 통로를 더 포함하는 플로우 기판.
  18. 제1 재료의 고체 블록으로 형성되며, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖는 기판 바디;
    상기 기판 바디의 상기 제1 면 상에 형성된 복수의 쌍의 부품 도관 포트;
    각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되고 상기 각 쌍의 부품 도관 포트의 각각의 부품 도관 포트와 유체 전달을 하되, 각각 상기 기판 바디의 상기 제2 면 상에 형성된 복수의 유체 통로;
    상기 복수의 유체 통로의 각각에 대응하는 복수의 실(seal); 및
    제2 재료로 형성되는 적어도 하나의 캡으로서, 상기 복수의 유체 통로의 적어도 하나의 유체 통로를 밀봉하도록 구성된 제1 면 및 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제1 면에 반대하는 제2 면을 갖는 적어도 하나의 캡을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 캡은 상기 적어도 하나의 캡과 정합하는 상기 복수의 실 중 적어도 하나의 실을 수용하고 유지하며, 상기 기판 바디에 대하여 압축 시 상기 적어도 하나의 유체 통로와 유체 밀봉 실을 형성하도록 구성된 플로우 기판.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 부품 도관 포트는 상기 기판 바디를 통해 상기 기판 바디의 상기 제2 면으로 연장되는 플로우 기판.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 재료 및 상기 제2 재료는 플라스틱인 플로우 기판.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 재료는 플라스틱이고, 상기 제2 재료는 금속인 플로우 기판.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캡은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제1 면에 형성되고 상기 적어도 하나의 실을 유지하는 크기로 형성된 홈을 포함하는 플로우 기판.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 홈은 몰딩과 가공 중 하나에 의해 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제1 면에 형성된 플로우 기판.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캡은 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제1 면에 형성된 복수의 홈을 포함하고, 상기 복수의 홈의 각각의 홈은 상기 복수의 실의 각각의 실을 유지하는 크기로 형성된 플로우 기판.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캡은 상기 복수의 유체 통로의 각각에 대응하는 복수의 캡을 포함하고, 상기 복수의 캡의 각각의 캡은 상기 각각의 캡의 상기 제1 및 제 2 면 사이에 상기 복수의 실의 각각의 실을 수용하고 유지하도록 구성된 플로우 기판.
  26. 제 25 항에 있어서,
    각각의 캡의 상기 제1 및 제2 면은 상기 각각의 캡의 중간 부분에 의해 분리되고, 상기 중간 부분은 상기 각각의 캡의 상기 제1 및 제2 면 중 어느 하나보다 작은 단면적을 갖는 플로우 기판.
  27. 제 26 항에 있어서,
    각각의 캡의 상기 제1 및 제2 면은 동일한 크기로 형성된 플로우 기판.
  28. 제 18 항에 있어서,
    강성 재료로 형성되며 상기 적어도 하나의 캡의 상기 제2 면에 인접하게 배치되고 상기 기판 바디에 대해 상기 적어도 하나의 캡을 압축하도록 구성된 플레이트를 더 포함하는 플로우 기판.
  29. 제 18 항 내지 제 28 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 유체 통로의 제1 유체 통로는 상기 복수의 유체 통로의 제2 유체 통로와 상이한 단면적을 갖는 플로우 기판.
  30. 제 18 항 내지 제 28 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 유체 통로는 제1 방향으로 각각의 쌍의 부품 도관 포트 사이에서 연장되는 제1 복수의 유체 통로이고, 상기 플로우 기판은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 연장되는 상기 기판 바디의 상기 제1 면과 상기 제2 면 중 하나에 형성된 적어도 하나의 제2 유체 통로를 더 포함하는 플로우 기판.



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