KR102210804B1 - 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온의 가혹환경에서도 양호한 동작 상태를 유지할 수 있는 서모커플의 제조 방법에 관한 기술로서, 공정가스 배관에 직접 접촉되는 온도센싱 플레이트에 대해 복수의 레이어를 형성하여 서모커플을 구현하되 그 서모커플의 레이어를 형성하는 과정을 소정의 고온 환경에서 수행함에 따라 공정가스 배관과 히팅자켓이 설치되는 고온의 가혹환경에서도 양호한 내구성과 정확한 온도센싱이 가능하도록 하는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 서모커플 제작의 후처리 단계에서 공정가스 배관에 접촉되는 온도센싱 플레이트의 일면에 대해 연마하는 과정을 거침으로써 이후 고온의 가혹환경에서도 해당 공정가스 배관에 대한 정확한 온도 측정이 가능하다는 장점이 있다.

Description

면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 방법 {method for manufacturing high temperature thermocouple of surface contact type}

본 발명은 고온의 가혹환경에서도 양호한 동작 상태를 유지할 수 있는 서모커플의 제조 방법에 관한 기술이다.

더욱 상세하게는, 본 발명은 공정가스 배관에 직접 접촉되는 온도센싱 플레이트에 대해 복수의 레이어를 형성하여 서모커플을 구현하되 그 서모커플의 레이어를 형성하는 과정을 소정의 고온 환경에서 수행함에 따라 공정가스 배관과 히팅자켓이 설치되는 고온의 가혹환경에서도 양호한 내구성과 정확한 온도센싱이 가능하도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 공정에서는 그 공정으로 인해 사용된 후의 폐가스를 소위 공정가스 배관을 통해 외부로 배출하게 된다.

이때, 그 공정가스 중의 이물질이 그 공정가스 배관의 내벽에 들러붙지 않도록 공정가스 배관의 온도를 소정의 온도 이상으로 유지할 필요가 있다.

이를 위해, 공정가스 배관의 외표면에 소위 히팅자켓을 감싸는 형태로 배치한 후 그 히팅자켓을 통한 온도 제어를 통해 결과적으로 공정가스 배관의 온도를 목적하는 타겟 온도로 조정하게 된다.

여기서, 히팅자켓을 통한 공정가스 배관의 온도를 제어하기 위해서는 먼저 그 공정가스 배관의 현재 온도를 알아야만 정확하게 히팅자켓의 온도를 제어할 수 있을 것이다.

그런데, 반도체 공정에서 사용되고 버려지는 폐가스의 성격상 그 폐가스가 공정가스 배관의 내벽에 들어붙는 것을 방지하기 위해서는 공정가스 배관의 온도가 대략 280℃ 정도를 유지해야 하기 때문에 이러한 가혹환경에서 그 공정가스 배관의 온도를 정확하게 측정한다는 것이 어렵다는 문제가 있다.

또한, 대략 280℃ 정도의 범위에 노출되어 있는 공정가스 배관에 연결된 상태로 그 공정가스 배관의 온도를 센싱하는 온도감지센서도 그러한 가혹환경에서 오래 견디기 어렵다는 문제도 있다.

그에 따라, 서모커플이 고온(예: 280℃)의 가혹환경에서도 자신의 내구성을 유지하면서 해당 위치의 온도를 정확하게 감지하도록 하는 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 방법을 구현함으로써 상기와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있느느 기술 구현이 요구 된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 서모커플의 제조 방법을 개선함으로써 고온의 가혹환경에서도 그 내구성 유지가 가능한 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 고온의 가혹환경에서도 해당 공정가스 배관에 대한 정확한 온도 측정이 가능하도록 하는 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 히팅자켓으로 커버되는 공정가스 배관의 표면에 부착된 상태로 그 공정가스 배관의 온도를 안정적으로 센싱하기 위한 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 방법으로서, (a) 공정가스 배관의 외표면에 직접 접촉되는 온도센싱 플레이트에 대해 그 표면을 에칭하는 단계; (b) 온도센싱 플레이트의 온도 변화에 따라 전류를 흘리는 센싱 도선의 일부분을 온도센싱 플레이트에 대해 절연된 상태를 유지하면서 고온의 환경에서 온도센싱 플레이트에 적층하여 센싱 헤드부재를 형성하는 단계; (c) 센싱 헤드부재를 하나의 구조체로 형성하기 위해 센싱 헤드부재에 대해 그 적층 방향으로 가압하는 단계; (d) 하나의 구조체로 형성된 센싱 헤드부재가 목적하는 형상이 되도록 센싱 헤드부재의 외곽테두리를 절개하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 센싱 헤드부재 중 온도센싱 플레이트의 외표면을 연마하는 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 단계 (c) 이전에, 센싱 헤드부재를 가압하는 압착 금형을 330℃ 이상 350℃ 미만의 온도로 가열하는 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 단계 (c)는, 압착 금형을 330℃ 이상 350℃ 미만의 온도 범위에서 압착 금형의 압착 상태를 14분 이상 16분 미만 동안 유지하는 단계;를 구비할 수 있다.

한편, 단계 (b)는, (b-1) 압착 금형에 온도센싱 플레이트를 안착하는 단계; (b-2) 온도센싱 플레이트의 상면에 제 1 접합용 필름을 안착하는 단계; (b-3) 제 1 접합용 필름의 상면에 얇은 필름 타입의 제 1 절연체를 안착하는 단계; (b-4) 제 1 접합용 필름의 상면에 제 2 접합용 필름을 안착하는 단계; (b-5) 제 2 접합용 필름의 상면에 센싱 도선의 일부분을 안착시키는 단계; (b-6) 센싱 도선의 일부분이 안착된 상태의 제 2 접합용 필름의 상면에 얇은 필름 타입의 제 2 절연체를 안착하는 단계;를 구비할 수 있다.

다른 한편, 단계 (b-1)는, 구리 재질의 금속으로 온도센싱 플레이트를 형성하는 단계;를 구비할 수 있고, 단계 (b-2)는, 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy ; PFA)를 통해 제 1 접합용 필름을 형성하는 단계;를 구비할 수 있고, 단계 (b-3)는, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)을 통해 제 1 절연체를 형성하는 단계;를 구비할 수 있고, 단계 (b-4)는, 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy ; PFA)를 통해 제 2 접합용 필름을 형성하는 단계;를 구비할 수 있고, 단계 (b-6)은, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)을 통해 제 2 절연체를 형성하는 단계;를 구비할 수 있다.

본 발명은 온도센싱 플레이트에 대해 복수의 레이어를 형성한 후 압착하는 고온의 가혹환경을 유지함으로써 이와 같이 제작된 서모커플이 고온(예: 280℃ 이상)의 가혹환경에서 동작하는 경우에도 양호한 내구성을 유지할 수 있는 장점을 나타낸다.

또한, 본 발명은 서모커플에 적용되는 온도센싱 플레이트에 대해 에칭 과정을 거침으로써 이후 공정가스 배관에 접촉된 상태로 그 공정가스 배관의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 장점도 나타낸다.

또한, 본 발명은 서모커플 제작의 후처리 단계에서 공정가스 배관에 접촉되는 온도센싱 플레이트의 일면에 대해 연마하는 과정을 거침으로써 이후 고온의 가혹환경에서도 해당 공정가스 배관에 대한 정확한 온도 측정이 가능하다는 장점을 나타낸다.

[도 1]은 본 발명에 따른 면접촉 타입의 고온용 서모커플이 설치된 상태를 나타낸 예시도,
[도 2]는 [도 1]에서 센싱 헤드부재의 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 3]은 본 발명에 따른 센싱 헤드부재의 각 구성을 분리하여 도시한 분리사시도,
[도 4]는 본 발명에 따른 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 과정을 나타낸 순서도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[도 1]은 본 발명에 따른 면접촉 타입의 고온용 서모커플이 설치된 상태를 나타낸 예시도이고, [도 2]는 [도 1]에서 센싱 헤드부재의 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면이고, [도 3]은 본 발명에 따른 센싱 헤드부재의 각 구성을 분리하여 도시한 분리사시도이다.

반도체 공정에서 쓰고 남은 폐가스를 배출시키는 공정가스 배관(10)에는 그 공정가스 배관(10)의 온도를 목적하는 온도로 제어하기 위해 히팅자켓(20)이 [도 1]에서와 같이 채용될 수 있다.

여기서, 히팅자켓(20)의 온도를 제어하기 위해서는 먼저 히팅자켓(20)이 채용된 공정가스 배관(10)의 온도를 정확하게 센싱한 후 그 센싱된 결과를 기초하여 히팅자켓(20)의 온도를 제어할 수 있을 것이다.

이때, 공정가스 배관(10)의 내부를 이동하는 공정가스의 온도는 대략 280℃ 정도가 될 수 있기 때문에 그러한 공정가스가 공정가스 배관(10)의 내부를 이동하는 중에 그 공정가스 배관(10)의 내벽에 들러붙지 않기 위해서는 그 공정가스 배관(10)의 온도가 대략 280℃ 이상의 온도를 유지하여야 한다.

그 결과, 그 공정가스 배관(10)의 외표면에 접촉된 상태로 공정가스 배관(10)의 온도를 감지하는 서모커플도 그러한 고온의 가혹환경에서 양호한 내구성을 유지할 수 있어야만 한다.

이를 위해, 본 발명은 [도 2]와 [도 3]에서와 같이 센싱 헤드부재(100)를 복수의 레이어로 구성하고, 그 복수의 레이어를 형성하는 과정이 고온(예: 340℃)의 가혹환경에서 이루어지도록 하였다.

[도 2]와 [도 3]을 참조하여 본 발명에 따른 서모커플의 센싱 헤드부재(100)에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

즉, 센싱 헤드부재(100)는 얇은 플레이트 형태의 온도센싱 플레이트(110)를 기준으로 [도 2]와 [도 3]에서와 같이 그 상면에 제 1 절연체(130)가 적층되고 그 제 1 절연체(130)와 온도센싱 플레이트(110)를 접합하기 위한 제 1 접합용 필름(120)이 제 1 절연체(130)과 온도센싱 플레이트(110) 사이에 배치된다.

그리고, [도 2]와 [도 3]에서와 같이 제 1 절연체(130)의 상면에 제 2 절연체(150)가 적층되고 그 제 2 절연체(150)와 제 1 절연체(130)를 접합하기 위한 제 2 접합용 필름(140)이 제 1 절연체(130)와 제 2 절연체(150) 사이에 배치된다.

여기서, 제 1 절연체(130)와 제 2 절연체(150) 사이에는 [도 2]와 [도 3]에서와 같이 센싱 도선(200)이 끼워져 결합될 수 있다.

이때, 센싱 도선(200)이 채용되는 서모커플은 두 종류의 금속을 붙여서 넓은 온도범위를 측정할 수 있는 센서로서 소위 제베크(Seeback) 효과를 따른다. 즉, 센싱 도선(200)은 그 제베크 효과에 따라 전류가 흐르는 두 종류의 금속에 대응하는 것으로 볼 수 있다.

상세하게, 센싱 도선(200)은 센싱 헤드부재(100)에 연결된 상태로 히팅자켓(20)에 마련된 홀(미도시)을 통하여 외부로 연장될 수 있으며, 센싱 헤드부재(100)에 연결되는 부분의 센싱 도선(200)은 [도 2]에서와 같이 도선 코어(210)의 외표면에 절연 피복(220)이 커버되는 형태로 구성될 수 있다.

그리고, 절연 피복(220)은 테프론 재질이나 유리섬유를 채택함에 따라 내열성을 향상시킬 수도 있다. 바람직하게는 절연 피복(220)은 대략 350℃의 가혹환경에서도 양호한 내열성을 갖는 유리섬유로 채택될 수 있다.

한편, 온도센싱 플레이트(110)는 열전도율이 양호한 구리(Cu) 금속 재질로 구성될 수 있다.

그리고, 온도센싱 플레이트(110)의 상면에 접합되는 제 1 접합용 필름(120)은 고온(예: 340℃)의 가혹환경에서도 접합력을 유지할 수 있도록 양호한 내열성을 갖는 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy ; PFA)가 채택될 수 있다.

여기서, PFA 재질의 제 1 접합용 필름(120)은 바람직하게는 대략 25μm의 두께로 구성될 수 있다.

또한, [도 2]와 [도 3] 상의 제 1 절연체(130)는 고온의 가혹환경에서도 절연 상태를 유지할 수 있도록 양호한 내열성의 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)이 채택될 수 있으며, 바람직하게는 대략 75μm의 두께로 구성될 수 있다.

또한, [도 2]와 [도 3] 상의 제 2 접합용 필름(140)도 제 1 접합용 필름(120)과 마찬가지로 고온(예: 340℃)의 가혹환경에서 양호한 접합력을 유지할 수 있도록 내열성이 양호한 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy ; PFA)가 채택될 수 있으며, 바람직하게는 대략 25μm의 두께로 구성될 수 있다.

또한, [도 2]와 [도 3] 상의 제 2 절연체(150)도 제 1 절연체(130)와 마찬가지로 고온(예: 340℃)의 가혹환경에서도 절연 상태를 유지할 수 있도록 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)이 채택될 수 있으며, 바람직하게는 대략 75μm의 두께로 구성될 수 있다.

[도 4]는 본 발명에 따른 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 과정을 나타낸 순서도이다.

단계 S110 : 본 발명은 히팅자켓(20)으로 커버되는 공정가스 배관(10)의 표면에 부착된 상태로 그 공정가스 배관(10)의 온도를 안정적으로 센싱하기 위한 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 방법으로서, 먼저, 공정가스 배관(10)의 외표면에 직접 접촉되는 온도센싱 플레이트(110)를 에칭하여 그 표면을 매끄럽게 유지한다.

단계 S120 : 온도센싱 플레이트(110)의 온도 변화에 따라 전류를 흘리는 센싱 도선(200)의 일부분을 온도센싱 플레이트(110)에 대해 절연된 상태를 유지하면서 고온의 환경에서 온도센싱 플레이트(110)에 적층하여 센싱 헤드부재(100)를 형성한다.

상세하게, 압착 금형(미도시)에 [도 2]와 [도 3]에서와 같이 먼저 열전도성이 양호한 금속(Cu) 재질의 온도센싱 플레이트(110)를 안착한 후 온도센싱 플레이트(110)의 상면에 내열성을 갖는 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy ; PFA) 재질의 제 1 접합용 필름(120)을 안착하고 그 제 1 접합용 필름(120)의 상면에 내열성을 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 재질로 구성된 얇은 필름 타입의 제 1 절연체(130)를 안착한다.

이어서, [도 2]와 [도 3]에서와 같이, 제 1 접합용 필름(120)의 상면에 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy ; PFA) 재질의 제 2 접합용 필름(140)을 안착하고 제 2 접합용 필름(140)의 상면에 센싱 도선(200)의 일부분을 안착한 후 센싱 도선(200)의 일부분이 안착된 상태의 제 2 접합용 필름(140)의 상면에 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 재질로 형성된 얇은 필름 타입의 제 2 절연체(150)를 안착한다.

단계 S130 : 센싱 헤드부재(100)를 하나의 구조체로 형성하기 위해 센싱 헤드부재(100)에 대해 그 적층 방향으로 가압한다.

여기서, 단계(S130) 이전에 바람직하게는 센싱 헤드부재(100)를 가압하는 압착 금형(미도시)을 330℃ 이상 350℃ 미만의 온도로 가열한다.

그리고, 압착 금형(미도시)을 330℃ 이상 350℃ 미만의 온도 범위로 유지하는 상태에서 단계(S130)에서의 압착 금형에 대한 압착 상태를 14분 이상 16분 미만 동안 유지한다.

만일, 압착 금형에서의 압착시 압착 금형의 온도를 350℃ 초과하여 가열한 경우 센싱 헤드부재(100) 내에서 소손이 발생할 수 있고, 330℃ 미만이 되도록 압착 금형을 가열한 경우에는 센싱 헤드부재(100) 내에서 박리가 발생하는 접합 불량이 발생할 수 있다.

그리고, 압착 금형을 340℃로 가열한 상태에서 센싱 헤드부재(100)를 가압하는 단계(S130)의 경우 그 가압 시간이 14분 미만인 경우 센싱 헤드부재(100)의 레이어 사이에서 접합 불량이 발생할 수 있고, 그 가압 시간이 16분을 초과한다면 이후 단계(S140)에서 센싱 헤드부재(100)의 외곽테두리를 절개하는 트리밍 공정에서 깨지는 문제가 발생할 수 있다.

단계 S140 : 하나의 구조체로 형성된 센싱 헤드부재(100)가 예컨대 [도 3]에서와 같이 장방형의 목적하는 형상이 되도록 센싱 헤드부재(100)의 외곽테두리를 절개할 수 있다.

단계 S150 : 이어서, 센싱 헤드부재(100) 중 온도센싱 플레이트(110)의 외표면은 바람직하게는 연마할 수 있다.

여기서, 온도센싱 플레이트(100)가 구리(Cu) 재질로 채택되어 고온(예: 340℃)의 환경에서 제조공정이 이루어지는 경우 어두운 색의 산화제일구리(CuO)로 변질될 수 있다.

이처럼, 온도센싱 플레이트(100)의 외표면이 어두운 색으로 변질된 경우 공정가스 배관(10)에 접촉된 상태에서 그 공정가스 배관(10)의 온도를 감지하는 경우 그 신뢰성이 떨어질 수 있는데, 이를 극복하기 위하여 그 외표면을 반질반질하게 연마함에 따라 구리의 본래 색을 찾을 필요가 있다.

10 : 공정가스 배관
20 : 히팅자켓
100 : 센싱 헤드부재
110 : 온도센싱 플레이트
120 : 제 1 접합용 필름
130 : 제 1 절연체
140 : 제 2 접합용 필름
150 : 제 2 절연체
200 : 센싱 도선
210 : 도선 코어
220 : 절연 피복

Claims (6)

1. 히팅자켓으로 커버되는 공정가스 배관의 표면에 부착된 상태로 그 공정가스 배관의 온도를 안정적으로 센싱하기 위한 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 방법으로서,
   (a) 상기 공정가스 배관의 외표면에 직접 접촉되는 온도센싱 플레이트에 대해 그 표면을 에칭하는 단계;
   (b-1) 구리 재질의 금속으로 상기 온도센싱 플레이트를 형성하여 압착 금형에 안착하는 단계;
   (b-2) 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy ; PFA) 재질로 제 1 접합용 필름을 형성하여 상기 온도센싱 플레이트의 상면에 안착하는 단계;
   (b-3) 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 재질로 얇은 필름 타입의 제 1 절연체를 형성하여 상기 제 1 접합용 필름의 상면에 안착하는 단계;
   (b-4) 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy ; PFA) 재질로 제 2 접합용 필름을 형성하여 상기 제 1 절연체의 상면에 안착하는 단계;
   (b-5) 상기 제 2 접합용 필름의 상면에 상기 온도센싱 플레이트의 온도 변화에 따라 전류를 흘리는 센싱 도선의 일부분을 안착하는 단계;
   (b-6) 상기 센싱 도선이 상기 온도센싱 플레이트에 절연된 상태로 센싱 헤드부재를 형성하도록 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 재질로 얇은 필름 타입의 제 2 절연체를 형성하여 상기 센싱 도선의 일부분이 안착된 상태의 상기 제 2 접합용 필름의 상면에 안착하는 단계;
   상기 센싱 헤드부재를 가압하는 압착 금형을 330℃ 이상 350℃ 미만의 온도로 가열하는 단계;
   (c) 상기 센싱 헤드부재를 하나의 구조체로 형성하기 위해 상기 압착 금형이 330℃ 이상 350℃ 미만의 온도 범위를 유지하는 상태에서 상기 센싱 헤드부재에 대해 그 적층 방향으로 14분 이상 16분 미만 동안 가압하는 단계;
   (d) 하나의 구조체로 형성된 상기 센싱 헤드부재가 목적하는 형상이 되도록 상기 센싱 헤드부재의 외곽테두리를 절개하는 단계;
   상기 센싱 헤드부재 중 상기 온도센싱 플레이트의 외표면을 연마하는 단계;
   를 포함하여 구성되는 면접촉 타입의 고온용 서모커플 제조 방법.
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