KR20060093043A - 열 제어 시스템을 갖는 증착 디바이스 - Google Patents

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KR20060093043A
KR20060093043A KR1020060015047A KR20060015047A KR20060093043A KR 20060093043 A KR20060093043 A KR 20060093043A KR 1020060015047 A KR1020060015047 A KR 1020060015047A KR 20060015047 A KR20060015047 A KR 20060015047A KR 20060093043 A KR20060093043 A KR 20060093043A
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cooling
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enclosure
interior
hot gas
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KR1020060015047A
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마이클 에스. 포티
존 에이. 2세 비바리
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노드슨 코포레이션
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Abstract

열적으로 제어된 상태하에서 기판상에 물질을 증착하기 위한 장치는 내부를 형성하고 개구를 갖는 인클로져와, 오리피스를 갖고 기판상에 물질을 증착할 수 있는 증착 디바이스를 포함한다. 상기 증착 디바이스는 상기 내부안에 위치되고, 상기 개구는 상기 오리피스가 상기 인클로져 주변 외부와 연통하게 한다. 상기 장치는 인클로져와 효과적으로 결합되는 열 제어 유닛을 부가로 포함한다. 상기 열 제어 유닛은 가압 기체 공급부와 결합되도록 적용되는 입구와, 상기 내부와 유체 연통하고 냉각 기체를 그에 전달하도록 적용되는 냉각 기체 출구, 및 상기 내부와 또한 유체 연통하고 고온 기체를 그에 전달하도록 적용되는 고온 기체 출구를 갖는 와류관(vertex tube)을 포함한다. 와류관에서 나온 냉각 및 고온 기체는 증착 디바이스의 온도를 제어하는데 적용된다.
증착 디바이스, 온도 제어 유닛, 인클로져, 와류관, 제어기, 온도 감지 디바이스, 기체 공급부

Description

열 제어 시스템을 갖는 증착 디바이스{Deposition device having a thermal control system}
도 1은 분사 밸브의 형태로 증착 디바이스를 갖는 본 발명에 따른 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 2는 분사 주사기(syringe)의 형태로 증착 디바이스를 갖는 본 발명에 따른 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 열 제어 유닛의 예시적인 실시예를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 증착 디바이스 12 : 오리피스
16 : 기판 18 : 분사 밸브
20 : 분사 주사기 22 : 디스펜서 본체
24 : 물질 입구 26 : 출구
28 : 흐름 채널 32 : 밸브 스템
34 : 볼 36 : 피스톤
38 : 공기 통로 42 : 공기 입구
48 : 저장소 54 : 플런저
58 : 기체 공급부 60 : 제어기
64 : 인클로져 66 : 열 제어 유닛
68 : 내부 76 : 공간
78 : 냉각 기체 입구 포트 80 : 고온 기체 입구 포트
86 : 와류관 88 : 하우징
90 : 입구 92 : 기체 공급부
94 : 기체 공급 포트 96: 배관
98 : 냉각 기체 출구 100 : 고온 기체 출구
114 : 제 1 밸브 116 : 제 2 밸브
122 : 온도 제어 유닛 124 : 전원
128 : 릴레이 130 : 키패드
132 : 온도 감지 디바이스 138 : 전원 스위치
140 : 수동 공기 밸브 142 : 입구 밸브
본 발명은 일반적으로 물질 증착 공정, 특히 물질 증착 공정의 온도를 제어하는 열 제어 시스템에 관한 것이다.
물질 증착 공정은 보통 전기, 전기기계, 및 기계 조립체의 제조에서와 같이 넓은 범위의 산업에 적용된다. 많은 적용례에서, 그리스(greases), 윤활유, 잉크, 밀봉제, 에폭시, 접착제, 납땜 페이스트, 시아노아크릴레이트(cyanoacrylates), 언 더-필(under-fills), 인캡슐런트(encapsulants), 써멀(Thermal) 컴파운드, 및 많은 다른 액체와 반-액체 물질들을 제한 없이 포함하는 조립 유체는 제어되고 일관된 방식으로 기판 또는 공작물(working piece)에 적용된다. 물질 온도 및/또는 최적이 아닌(non-optimal) 작동 온도들에서의 변동(fluctuations)은 보통 증착 공정 중에 문제점을 초래한다.
예를 들면, 물질의 점도는 증착 공정의 전체 품질과 일관성에 상당히 영향을 미치는 중요한 물질의 특성이다. 점도는 일반적으로 온도에 따라 결정되며, 통상적으로 온도와 역수 관계이다. 따라서, 작동 온도가 증가하면, 반대로 물질은 점도가 떨어지게 된다. 많은 증착 디바이스에서, 압력은 기판상에 소정 양의 물질을 증착하기 위해 종종 사용된다. 이는 예를 들면, 공지된 양의 물질이 기판상에 증착되도록 이상적인 작동 온도를 가정하고 방출 압력을 결정함으로써 행해질 수 있다. 예를 들어, 실제 작동 온도가 이상적인 온도보다 더 높다면, 물질의 점도는 예상보다 낮을 것이며, 따라서 원하는 것보다 더 많은 물질이 기판상에 증착될 것이다. 반면에, 실제 작동 온도가 이상적인 온도보다 더 낮다면, 물질의 점도는 예상보다 더 높을 것이며, 따라서 원하는 것보다 더 적은 물질이 기판상에 증착될 것이다. 1 내지 2 ℃만큼 작은 실제 작동 온도의 변화는 증착 공정의 일관성에 상당한 변화를 초래할 수 있다. 종종, 이러한 크기의 변화는 증착 공정의 주변에서 온도의 변화로 인해 자연적으로 발생한다. 예를 들면, 많은 제조 설비에서의 온도는 증착 공정에 영향을 미치기 위해 실제 작동 온도의 변화를 초래할 수 있는, 일반적으로 밤 시간에 냉각되고 낮 시간에 따뜻해지는 하루 과정으로 변동하기 쉽다.
점도 변화에 더하여, 온도 및/또는 비이상적인 작동 온도의 변동은 조숙한 물질 분해(degradation)를 초래할 수 있다. 예를 들면, 극단적인 온도 변화에 알맞은 몇몇 에폭시, 접착제, 또는 다른 경화 물질들이 응고(setting)를 시작하는 원인이 될 수 있다. 또한, 납땜 페이스트에서의 금속 미립자와 같은, 다중 구성 물질 중 하나 이상의 구성 물질은 그러한 상태하에서 용액을 버리기 시작할 수 있다. 이런저런 이유로, 증착 공정의 온도를 제어하고 유지하는 것이 바람직하다.
여러 가지 방법들이 물질 증착 공정의 온도를 제어하는데 사용되어 왔다. 예를 들면, 제조업자들은 전체 제조 영역에서 또는 설비의 특정 부품 내에서 종종 공기를 조정할 것이다. 하지만, 빌딩 공기 조화는 구입, 유지, 및 작동에 비용이 많이 들고, 또한 빌딩과 증착 디바이스의 국부적 영역 사이에서 온도의 실질적인 변화를 허용하며, 조명, 모터, 컴퓨터, 팬(fans) 등과 같은 발열 부품을 종종 포함한다. 또한, 빌딩 공기 조화 유닛은 국부적인 온도 변화를 이루기 위해 여러 시간이 걸릴 수 있는 온도 변화에 반응하는데 늦다. 전자 산업의 현재 경향은 고정된 온도로 설비의 전체 부품을 유지하기 위해 설계된 열 제어 디바이스가 커지고, 비싸지는 경향이 있다. 그러나, 이들 디바이스는 또한 구입, 유지, 및 작동에 비용이 많이 들고, 상당한 플로어 공간을 차지한다. 또한, 열적으로 제어되는 공간이 비교적 크기 때문에, 이들 열 제어 디바이스는 또한 기계내의 열 변화에 반응하는데 느리다.
몇몇 점광원 가열 또는 냉각 시스템은 본 기술 분야에 또한 공지되어 있다. 펠티에 열전 디바이스들(Peltier thermoelectric devices)은 예를 들면, 칩과 컴퓨 터와 같은 전기 부품들을 냉각시키는데 사용되어 왔다. 이 때문에 펠티에 디바이스는 통상적으로 부품의 베어링 표면에 직접 연결되고, 전도를 통해 부품을 가열 또는 냉각시킨다. 그러나, 이들 디바이스는 요구되는 맞춤 인클로져 및 구성, 부품에 걸친 불규칙한 온도 제어를 포함하는 여러 가지 결점을 갖는다. 더욱이, 펠티에 디바이스와 부품 사이의 직접 연결은 유지 및 수선 중의 조립 및 분해에 더욱 비용이 많이 들고 많은 시간을 소비하게 할 수 있다.
물에 기초한 시스템과 같은 다른 가열 및 냉각 시스템이 또한 공지되어 있다. 이들 시스템은 시스템에 누설이 있을 경우에 물 또는 다른 액체들이 존재함으로써 제기되는 위험성 때문에 보통 바람직하지 않다. 또한, 물에 기초한 시스템은 유효 냉각의 양을 제한하는 히트 싱크(heat sink)(예를 들면, 핀(fins)의 뱅크(bank)를 넘어 공기를 불어 넣는 팬) 역시 필요하다. 이들 시스템은 맞춤 구성이 부가로 필요하며, 작동과 유지에 비용이 많이 든다.
따라서, 물질이 제어가능하고 일관된 방식으로 기판상에 증착될 수 있도록 증착 디바이스의 온도를 제어하는 개선된 열 제어 시스템을 갖는 증착 디바이스에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 열적으로 제어된 상태하에서 기판상에 물질을 증착하기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 내부를 형성하고 개구를 갖는 인클로져와, 오리피스를 갖고 기판상에 물질을 증착할 수 있는 증착 디바이스를 포함한다. 상기 증착 디바 이스는 인클로져의 내부에 위치되고, 상기 개구는 상기 오리피스가 인클로져 주변 외부와 연통하도록 적용된다. 상기 장치는 인클로져 내부에 가열 및 냉각을 제공하기 위해 인클로져와 효과적으로 결합되는 열 제어 유닛을 부가로 포함한다. 열 제어 유닛은 가압된 기체 공급부로부터 냉각 및 고온 기체 흐름을 발생시키기 위해 적용되는 와류관(vertex tube)을 포함한다. 와류관은 가압된 기체 공급부와 결합되도록 적용되는 입구와, 상기 내부와 유체 연통하며 냉각 기체를 상기 내부에 전달하도록 적용되는 냉각 기체 출구, 및 상기 내부와 또한 유체 연통하며 고온 기체를 상기 내부에 전달하도록 적용되는 고온 기체 출구를 포함한다. 와류관에서 나온 냉각 및 고온 기체는 증착 디바이스의 온도를 제어하는데 적용된다.
열 제어 유닛은 인클로져의 내부에서 기체의 흐름을 제어하는 부가적인 부품들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 출구 밸브는 냉각 및 고온 기체 출구 중 적어도 하나와 결합될 수 있다. 출구 밸브는 냉각 및/또는 고온 기체 출구를 통해 인클로져의 내부에 전달되는 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능하다. 일 실시예에서, 제 1 출구 밸브는 냉각 기체 출구와 결합되고, 제 2 출구 밸브는 고온 기체 출구와 결합된다. 제 1 및 제 2 출구 밸브는 예를 들면, 냉각 또는 고온 기체를 인클로져의 내부에 또는 인클로져의 주변 외부로 운반하는(port) 솔레노이드 밸브일 수 있다. 열 제어 유닛은 또한 내부로의 기체의 흐름을 제어하기 위한 출구 밸브를 작동시키기 위해 적용되는 출구 밸브와 효과적으로 결합되는 제어기를 포함할 수 있다. 입구 밸브는 와류관으로의 입구와 결합될 수 있으며, 그에 전달된 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능하다. 제어기는 와류관으로 기체의 흐름을 제 어하기 위해 입구 밸브와 효과적으로 결합될 수 있다. 온도 감지 디바이스는 제어기와 효과적으로 결합될 수 있고, 증착 디바이스와 관련된 온도를 제어기에 연통하는데 적용될 수 있다.
상술한 장치는 물질 증착 공정을 열적으로 제어하는데 사용될 수 있다. 이 때문에, 증착 디바이스는 인클로져의 내부에 위치된다. 증착 디바이스는 오리피스를 포함하고 기판상에 물질을 증착할 수 있다. 작동시에, 온도 감지 디바이스는 증착 디바이스와 관련된 온도를 측정한다. 측정 온도에 기초하여, 와류관에서 나온 냉각 또는 고온 기체 중 적어도 하나는 증착 디바이스를 냉각 또는 가열시키기 위해 인클로져의 내부에 전달된다. 이 때문에, 본 발명의 예시적인 실시예에서, 소정의 작동 온도는 제어기에 기억된다. 소정의 작동 온도는 단일 소정의 온도 또는 소정의 온도 범위 일 수 있다. 예로서, 제어기는 사용자가 소정의 작동 온도를 수동으로 입력시키는 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 하나의 작동 모드에서, 냉각 기체는 인클로져의 내부에 전달된다. 증착 디바이스와 관련된 측정 온도가 소정의 작동 온도 이하로 떨어질 때에 냉각 기체의 흐름은 잠기고, 고온 기체는 틀며, 고온 기체는 인클로져의 내부에 전달된다. 증착 디바이스와 관련된 측정 온도가 소정의 작동 온도 이상이 될 때에 고온 기체의 흐름은 잠기고, 냉각 기체는 틀며, 냉각 기체는 다시 한번 인클로져의 내부에 전달된다. 이들 단계를 반복함으로써, 물질 증착 공정의 온도는 실질적으로 소정의 작동 온도에 실질적으로 유지된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 오리피스를 가지고 기판상에 물질을 증착할 수 있는 증착 디바이스를 위한 열 제어 시스템이 제공된다. 열 제어 시스템은 증착 디바이스를 포함하기 위해 내부를 한정하는 인클로져를 포함하고, 오리피스가 인클로져 주변 외부와 연통하도록 적용되는 개구를 갖는다. 이 때문에, 열 제어 시스템은 가열 및 냉각을 인클로져 내부에 제공하기 위해 인클로져와 효과적으로 결합되는 열 제어 유닛을 부가로 포함한다. 열 제어 유닛은 냉각 및 고온 기체 흐름을 가압된 기체 공급부로부터 발생시키는데 적용되는 와류관을 포함한다. 와류관은 가압된 기체 공급부와 결합되도록 적용되는 입구와, 상기 내부와 유체 연통하고 냉각 기체를 그에 전달하도록 적용되는 냉각 기체 출구, 및 상기 내부와 또한 유체 연통하고 고온 기체를 그에 도달하도록 적용되는 고온 기체 출구를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 가열 및 냉각을 증착 디바이스를 포함하는 인클로져에 제공하도록 적용되는 열 제어 유닛이 제공된다. 열 제어 유닛은 가압된 기체 공급부로부터 냉각 및 고온 기체 흐름을 발생기키도록 적용되는 와류관을 포함한다. 와류관은 가압된 기체 공급부와 결합되도록 적용되는 입구와, 상기 내부와 유체 연통하고 냉각 기체를 그에 전달하도록 적용되는 냉각 기체 출구, 및 상기 내부와 유체 연통하고 고온 기체를 그에 전달하도록 적용되는 고온 기체 출구를 포함한다. 열 제어 유닛은 냉각 및/또는 고온 기체 출구 중 적어도 하나와 결합되는 출구 밸브를 또한 포함하며, 냉각 및/또는 고온 출구를 통해 인크로져에 도달되는 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능하다. 제어기는 출구 밸브와 효과적으로 결합되며, 인클로져에 기체의 흐름을 제어하기 위해 출구 밸브를 작동시키도록 적용된다. 온도 감지 디바이스는 제어기와 효과적으로 결합되고 증착 디바이스와 관련된 온도를 제어기에 전달하도록 적용된다.
본 발명의 이들 및 다른 목적들, 장점들 및 특징들은 첨부한 도면과 관련하여 취해진 하기 상세한 설명을 숙독함으로써 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 더 용이하게 나타나게 될 것이다.
본 명세서에 합체되고 본 명세서의 부분을 구성하는 첨부한 도면들은 본 발명의 실시예를 도시하며, 상기에 주어진 본 발명의 전반적인 설명과 함께 하기에 주어진 상세한 설명은 본 발명을 잘 설명하고 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 물질 증착 공정은 일반적으로 오리피스(12)를 가지며, 오리피스(12)에 대해 인접하거나 또는 이격되어 위치된 기판(16)상에 물질(114)을 증착할 수 있는 증착 디바이스(10)를 포함한다. 본 발명이 예시적인 목적에 대해 특정 형태의 증착 디바이스로 제한되지 않는 한, 증착 디바이스(10)는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같은 분사 밸브(18), 또는 일반적으로 도 2에 도시된 바와 같은 분사 주사기(dispensing syringe)(20)일 수 있다. 그러나, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명에 사용될 수 있는 다른 증착 디바이스들(10)을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 카트리지, 튜브, 인쇄 공정을 위해 둘러싸인 헤드, 및 본 기술분야에 공지된 다른 디바이스들과 같은 증착 디바이스들이 본 발명에 사용될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 사용되는 것과 같은 증착은 일반적으로 물질의 배치 또는 증착이 어떻게 이루어지는가에 대한 제한 없이 기판상에 액체 또는 반-액체 물질을 배치하는 것을 의미한다. 예를 들어, 도포(daubing), 분사, 인쇄, 및 다른 공정들을 통한 증착은 본 발명의 범주내에 있는 것으로 생각된다. 더욱이, 분사는 비드 분사(bead dispensing), 도트 분사(dot dispensing), 스프레이, 분출(jetting), 및 다른 형태의 분사를 포함한다.
예시적인 분사 밸브(18)가 도 1에 도시되어 있으며, 디스펜서 본체(22), 물질 입구(24), 출구(26), 및 물질 입구(24)와 물질(14)의 흐름을 배향시킬 수 있는 출구(26) 사이의 흐름 채널(28)을 포함한다. 흐름 채널(28)은 출구(26) 근처의 밸브 시트(30)를 포함한다. 밸브 스템(stem)(32)은 그 안에서 왕복운동을 위해 디스펜서 본체(22)내에 장착된다. 밸브 스템(32)은 분사 밸브(18)로부터 물질(14)을 선택적으로 방출하기 위해 밸브 시트(30)와 협동하는 볼(34)과 같은 밸브 요소를 포함한다. 특히, 밸브 스템(32)은 개폐 위치 사이에서 왕복운동을 한다. 개방 위치에서, 볼(34)은 물질(14)이 출구(26)로부터 방출되는 곳 사이에 갭이 형성되도록 밸브 시트(30)로부터 이탈된다. 폐쇄 위치에서, 볼(34)은 임의의 물질(14)이 출구(26)로부터 방출되는 것을 방지하기 위해 밸브 시트(30)와 맞물린다. 그 후에 개폐 위치 사이의 밸브 스템(32) 운동은 분사 밸브(18)로부터 물질의 방출을 제어한다. 오리피스(12)를 형성하는 밸브 노즐(33)은 기판(16)상에 증착하기 전에 물질(14)의 흐름에 영향을 주기 위한 출구(26)와 인접한 분사 밸브(18)와 결합될 수 있다.
분사 밸브(18)는 밸브 스템(32)과 효과적으로 결합되고, 출구(26)로부터 물질(14)을 선택적으로 방출하기 위해 개폐 위치 사이에서 밸브 스템(32)을 작동시킬 수 있는 액츄에이터를 부가로 포함한다. 예시적인 실시예에서, 액츄에이터는 밸브 스템(32)의 일 단부와 결합되는 피스톤(36)을 포함하고, 피스톤(36)의 바닥 면이 공기 통로(38)의 흐름을 막고 피스톤 시일(40)에 의해 밀봉되도록 공기 통로(38)내에 위치된다. 가압된 공기는 공기 입구(42)를 통해 공기 통로(38)로 유입되어 피스톤(36)을 이동시킬 수 있으며, 그에 따라 밸브 스템(32)은 상향하여 물질이 출구(26) 밖으로 흐르도록 밸브 시트(30)에서 이탈된다. 또한, 액츄에이터는 밸브 스템(32)과 효과적으로 결합되고, 피스톤(36)을 가압하기 위해 형성되는 탄성 회복 메카니즘(spring-return mechanism)을 포함할 수 있으며, 따라서 밸브 스템(32)은 하향하여 밸브 시트(30)와 맞물린다. 이 때문에, 공기 통로(38)가 감압될 때에, 스프링(44)은 물질이 출구(26)로부터 흐르는 것을 방지하기 위해 볼(34)이 밸브 시트(30)와 맞물리는 하향력을 적용한다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 액츄에이터를 위한 다른 형상을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 스프링 복귀 메카니즘 대신에 또는 그에 부가하여, 피스톤의 양 측면에 공기 통로를 갖는 이중 작용 피스톤(double acting piston)이 사용될 수 있다. 대안적으로, 전기 액츄에이터는 개폐 위치 사이에서 밸브 스템(32)을 선택적으로 이동시키는데 사용될 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 분사 밸브에 제한되지 않으며, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 다른 방식으로 기판상에 물질을 증착하는 다른 형태의 증착 밸브를 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 납땜 페이스트와 같은 고점도 물질을 증착하는 증착 밸브는 물질을 기판상에 증착하기 위해 회전 오거(auger)를 사용할 수 있다. 이들 디바이스는 본 발명의 범주내에 있는 것으로 생각된다. 예를 들면, 740V 시리즈, 725D 시리즈, 752V 시리즈, 및 790 시리즈에 속하는 밸브들과 같은 널리 다양한 증착 밸브들은 로드 아일랜드주(Rhode Island)의 동 프로비던스(East Providence) EFD Inc.에서 상업적으로 이용가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 증착 디바이스(10)는 대안적으로 분사 주사기(20)의 형태를 취할 수 있다. 분사 주사기(20)는 일반적으로 주사기(20)로부터 방출되는 물질(14)을 위해 저장소(48)로서 작동하도록 적용되는 내부를 갖는 관형 주사기 배럴(46)을 포함한다. 주사기 배럴(46)의 제 1 단부(50)는 오리피스(12)를 형성하는 주사기 팁(52)이 제 1 단부(50)와 결합될 수 있도록 나사와 같은 연결 부재를 갖는다. 널리 다양한 주사기 팁(52)은 특정 적용과 사용자의 희망에 따라 제 1 단부(50)와 결합될 수 있다. 분사 주사기(20)는 배럴(46)의 제 2 단부(56)에 인접한 플런저(plunger)(54)를 부가로 포함한다. 플런저(54)는 주사기 팁(52)을 통해 기판(16)상에 물질(14)을 방출하기 위해 저장소(48)내의 물질(14)에서 작용한다. 플런저(54)는 다양한 방법으로 작동될 수 있다. 예를 들면, 스템(도시 생략)은 플런저(54)와 결합될 수 있으며, 사용자가 물질(14)을 방출하기 위해 스템과 플런저(54)를 수동으로 감압할 수 있도록 제 2 단부(56)로부터 연장할 수 있다. 대안적으로, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 배럴(46)의 제 2 단부(56)는 플런저(54)를 작동시키기 위해 압축 공기와 같은 가압된 기체 공급부(58)와 결합될 수 있다. 제어기(60)는 가압된 기체를 제어하고, 그에 따라 제어된 물질이 주사기(20)로부터 분사하기 위해 기체 공급부(58)와 결합될 수 있다. 예를 들면, UltraTM 2400 시리즈, 또는 UltraTM 1400 시리즈의 디스펜서들에 속하는, 일반적으로 상술된 바와 같은 분사 주사기 시스템은 로드 아일랜드주의 동 프로비던스의 EFD Inc.에서 상업적으로 이용가능하다. 또한, EFD는 널리 다양한 주사기(20)와 주사기 팁(52)을 공급한다.
본 발명에 따르면, 물질 증착 공정의 온도를 제어하는 열 제어 시스템(62)은 인클로져(64)와, 상기 인클로져(64)와 효과적으로 결합되고 가열 및 냉각을 인클로져(64)에 제공하도록 적용되는 열 제어 유닛(66)을 포함한다. 인클로져(64)는 분사 밸브(18) 또는 분사 주사기(20)와 같은 증착 디바이스(10)가 그 안으로 포함되는 내부(68)를 형성한다. 몇몇 증착 디바이스(10)에서, 입구(24)를 통해서와 같이, 물질(14)을 증착 디바이스(10)에 공급하는 물질 공급부(69)는 또한 인클로져(64)내에 적합하게 배치되며, 적절한 배관을 통해 증착 디바이스(10)와 결합된다. 예로서, 물질 공급부(69)는 주사기, 압력 포트 또는 증착 디바이스(10)를 위해 저장소로서 작동하는 다른 벌크 컨테이너일 수 있다. 적합하게는, 인클로져(64)는 내벽(70), 외벽(72), 및 내벽과 외벽(70, 72) 사이에 절연 갭(74)을 갖는 이중벽 챔버이다. 절연 갭(74)은 두 개의 벽들 사이에 진공을 제공하는 공기 또는 다른 적절한 기체들로 적합하게 충전되며, 또는 대안적으로 다른 낮은 열 전도성 물질로 충전된다. 인클로져(64)의 이중벽 구조는 주변으로 또는 주변으로부터의 열 전달을 방지하고, 이에 의해 증착 공정을 위해 더 많이 제어된 열적 환경을 허용하도록 적용된다. 그러나, 본 발명은 단일벽 구조가 또한 본 발명에 사용될 수 있는 만큼 제한되지 않는다.
예시적인 실시예에서, 인클로져(64)는 플랙시글라스(Plexiglass), 투명 PVC, 또는 다른 구조적으로 적절한 물질과 같은 투명한 물질로 제조될 수 있다. 이렇게, 조작자는 증착 디바이스(10)의 적절한 구성(setup)과 작동을 돕는 인클로져(64) 내에서 증착 디바이스(10)를 시각적으로 관찰할 수 있다. 또한, 적어도 분사 주사기(20)에서, 투명한 인클로져(64)는 조작자가 저장소(48)의 물질(14)의 양을 확인하고, 다 쓰기 전에 저장소(48)를 재충전 가능하게 한다. 인클로져 물질은 또한 몇몇 적용들에 유익한 대전 방지, 광 차단 능력과 같은 특성들을 가지도록 처리될 수 있다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 알 수 있듯이, 인클로져(64)의 특정 형상과 크기는 물질 증착 공정에서 사용되는 특정 증착 디바이스(10)에 따라 결정된다. 그러나, 일반적으로 인클로져(64)의 형상은 증착 디바이스(10)의 형상에 대해 상보적이고, 필요한 만큼 가열 및 냉각시키는데 충분한 증착 디바이스(10) 둘레의 공간(76)을 제공해야 한다. 예를 들면, 인클로져(64)는 열 제어 요건들을 충족시키기 위해 충분한 기체 흐름을 허용하는 증착 디바이스(10) 둘레의 공간(76)을 제공해야 한다.
인클로져(64)는 냉각 기체 입구 포트(78)와 고온 기체 입구 포트(80)를 포함할 수 있으며, 각각 인클로져(64)의 내부(68)와 유체 연통하고, 하기에 상세히 설명되는 바와 같이 열 제어 유닛(66)으로부터 각각 냉각 및 고온 기체를 수용하도록 적용된다. 인클로져(64)는 작동 공기를 증착 디바이스(10)로 전달시키기 위한 작동 공기 입구 포트(82)를 부가로 포함할 수 있다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 알 수 있듯이, 인클로져(64)는 특정 증착 디바이스(10)에 적용하기 위한 다른 입구 또는 출구를 포함할 수 있다. 예를 들면, 수동으로 작동되는 분사 주사기에서, 인클로져는 상기 인클로져(64)를 외부로 연장하기 위한 플런저 스템을 허용하는 구멍을 포함할 수 있다. 더욱이, 분사 밸브(18)에서 물질 공급부(69)가 인클로져(64)의 외부에 위치될 때에, 인클로져(64)는 물질(14)을 입구(24)에 전달하기 위한 구멍을 포함할 수 있다.
증착 디바이스(10)는 기판(16)에 대해 이격되고, 물질을 기판(16)상에 증착하도록 적용되는 주사기 팁(52)의 출구 또는 밸브 노즐(33)의 출구와 같은 오리피스(12)를 포함한다. 이 때문에, 인클로져(64)는 또한 증착 디바이스(10)의 오리피스(12)가 인클로져(64)의 주변 외부와 연통 가능한 개구(84)를 포함한다. 예를 들면, 오리피스(12)는 인클로져(64) 내부에 위치될 수 있으며, 물질(14)은 개구(84)를 통해 기판(16)상에 증착될 수 있다. 대안적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브 노즐(33) 또는 주사기 팁(52)의 단부 부분과 같은 오리피스(12)는 물질(14)을 기판(16)상에 증착하기 위해 개구(84)를 통해 연장할 수 있다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 기판(16)상에 물질(14)을 증착하기 위한 개구(84)를 제공하는 널리 다양한 증착 디바이스/인클로져 형상들을 인식하고 있을 것이다.
도 3에 상세히 도시된 바와 같이, 물질 증착 공정의 열 제어는 가열 및 냉각을 인클로져(64)의 내부(68)에 제공하기 위해 인클로져(64)(도 3에 개략적으로 도시됨)와 효과적으로 결합되는 열 제어 유닛(66)을 통해 달성된다. 특히, 열 제어 유닛(66)은 증착 디바이스(10)를 소정의 작동 온도에 유지하기 위해 냉각 및 고온 기체의 흐름을 인클로져(64)에 제공한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 소정의 작동 온도는 단일 온도, 예를 들면 70°F(약 21.1℃), 또는 온도 범위, 예를 들면 65 내지 72°F(약 18.3 내지 22.2℃)를 의미한다. 예로서, 몇몇 적용에서, 증착 디바이스(10)는 단일 값에 유지되는 반면에, 다른 적용들에서는 온도 범위가 바람직할 수 있다. 양자는 본 발명의 범주내에 있으며, "소정의 작동 온도"는 양자의 가능성을 포함하여 사용된다.
냉각과 고온 기체 흐름 양자를 인클로져(64)의 내부(68)에 제공하기 위해, 열 제어 유닛(66)은 일반적으로 86으로 도시된 와류관(vortex tube)을 포함한다. 와류관은 상당히 오랫동안 존재해 왔고, 일반적으로 본 기술 분야에 공지되어 있다. 따라서, 간략한 설명만이 본 명세서에 포함된다. 와류관은 와류관 본체에 대해 경사지게 배치되는 입구에서 압축 기체를 수용한다. 압축 기체는 비스듬히 와류관 본체로 들어가고, 일 단부를 향해 나선형으로 급속히 회전한다. 기체의 급속한 나선 회전의 결과(예를 들면, 약 백만 rpm(Revolution Per Minute)), 회전 기체의 내부 영역이 회전 기체의 외부 영역을 팽창 및 압축시키는 관내에서 와류가 생성된다. 따라서, 기체의 외부 영역은 회전 기체의 내부 영역으로부터 열을 얻는다. 와류관 본체의 일 단부에는 기체의 고온 외부 영역이 제거될 수 있는 개구가 있고, 이에 의해 고온 기체 출력 흐름을 제공한다. 상기 관 본체의 대향 단부는 또한 기체의 냉각 내부 영역이 제거될 수 있는 개구가 있고, 이에 의해 냉각 기체 출력 흐름을 제공한다. 상업적으로 이용가능한 와류관은 대부분의 산업적 적용에서 소정의 작동 온도내에 알맞은, 냉각 단부에서 -55°F(약 -48.3℃) 만큼 낮거나 또는 고온 단부에서 265°F(약 129.4℃) 만큼 높은 온도를 제공할 수 있다. 본 발 명에 유용한 그러한 와류관은 오하이오의 Max Air of Fairfield와 같은 공급업자로부터 얻을 수 있다.
이 때문에, 열 제어 유닛(66)은 그 안에 내장된 와류관(86)을 갖는 하우징(88)을 포함한다. 와류관(86)은 가압된 기체 탱크, 압축기, 가압된 기체 공급 라인, 또는 본 기술 분야에 공지되어 있는 다른 가압된 기체 공급부들과 같은 가압된 기체 공급부(92)와 결합되는 입구(90)를 포함한다. 가압된 공기가 와류관(86)에서 사용될 것을 고려하는 동안, 다른 기체들이 본 발명에 또한 사용될 수 있는 만큼 본 발명은 제한되지 않는다. 기체는 약 30psi, 바람직하게는 약 100psi 보다 적지 않게 와류관(86)에 적합하게 전달된다. 그러나, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 넓은 범위의 기체 압력이 특정 적용과 열적 요건들에 따라 결정되는 본 발명에 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 하우징(88)은 적절한 연결부 및 배관을 갖는 기체 공급부(92)와 결합하도록 적용되는 기체 공급 포트(94)를 포함할 수 있다. 그리고 나서 기체 공급 포트(94)와 와류관(86)으로의 입구(90)는 입구 배관(96)에 의해 결합될 수 있다.
와류관(86)은 상기 와류관(86)에 의해 발생된 냉각 및 고온 기체를 각각 수용하는 냉각 기체 출구(98)와 고온 기체 출구(100)를 부가로 포함한다. 하우징(88)은 배관(104)을 통해 냉각 기체 출구(98)와 결합되는 냉각 기체 포트(102)와, 배관(108)을 통해 고온 기체 출구(100)와 결합되는 고온 기체 포트(106)를 포함할 수 있다. 냉각 및 고온 기체 포트(102, 106)는 냉각 및 고온 기체 출구(98, 100)가 인클로져(64)의 내부(68)와 유체 연통하고, 그에 냉각 및 고온 기체를 제공하도 록 적용되는 냉각 및 고온 기체 입구(78, 80) 각각에 결합하도록 적용된다. 예를 들면, 배관(110, 112)의 길이는 인클로져(64)를 갖는 열 제어 유닛(66)으로부터 냉각 및 고온 기체 흐름을 결합할 수 있다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 알고 있듯이, 냉각 및 고온 기체와 관련되는 배관(즉, 배관(104, 108, 110, 112))은 낮은 열 전도성 플라스틱 물질로 적합하게 제조되지만, 널리 다양한 물질로 제조될 수 있다. 또한, 배관은 기체 흐름에/으로부터 열 전달을 감소시키기 위한 절연체를 포함할 수 있다. 또한, 열 제어 유닛(66)의 많은 내부 부품들은 또한 낮은 열 전도성 플라스틱으로 제조될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
물질 증착 공정의 온도를 제어하기 위해, 와류관(86)으로부터 가열된 및/또는 냉각된 기체의 흐름을 제어하고 인클로져(64)의 내부(68)에 전달되는 것이 필요할 수 있다. 이 때문에, 열 전달 유닛(66)은 냉각 또는 고온 기체 출구(98, 100) 중 적어도 하나와 결합되는 출구 밸브를 포함할 수 있다. 이렇게, 출구 밸브는 관련된 냉각 및/또는 고온 기체 출구(98, 100)를 통해 인클로져(64)에 전달되는 냉각 및/또는 고온 기체의 흐름을 변화시기키 위해 작동한다. 예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 열 제어 유닛(66)은 냉각 기체 출구(98)와 냉각 기체 포트(102) 사이의 배관(104)에서와 같이, 냉각 기체 출구(98)와 결합되는 제 1 밸브(114)를 포함할 수 있다. 제 1 밸브(114)는 인클로져(64)의 내부(68)에 전달되는 냉각 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능하다. 유사한 방식으로, 열 제어 유닛(66)은 또한 고온 기체 출구(100)와 고온 기체 포트(106) 사이의 배관(108)에서와 같이, 고온 기체 출구(100)와 결합되는 제 2 밸브를 포함할 수 있다. 제 2 밸브(116)는 인클 로져(64)의 내부(68)에 전달되는 고온 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능하다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 인클로져(64)에 냉각 및/또는 고온 기체의 흐름을 변화시키기 위해 본 발명에 사용될 수 있는 넓은 범위의 밸브 형상들을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 냉각 및 고온 기체 출구(98, 100)의 어느 하나 또는 양자와 결합되는 하나의 밸브만이 사용될 수 있다. 이들 다양한 형상이 본 발명의 범주내라는 것을 고려할 수 있다.
예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 밸브(114, 116)는 기체 공급 위치와 배출(exhaust) 위치 사이의 가동식 또는 작동식 솔레노이드 밸브일 수 있다. 이 때문에, 밸브(114)를 참조하면, 상기 밸브(114)는 단일 밸브 입구(114a)와 두 개의 밸브 출구(114b, 114c)를 가질 수 있다. 밸브(114)가 기체 공급 위치에 있을 때에, 밸브 입구(114a)는 냉각 기체 포트(102)와 결합되는 밸브 출구(114b)와 유체 연통한다. 밸브(114)가 배출 위치에 있을 때에, 밸브 입구(114a)는 하우징(88)의 냉각 기체 배출 포트(118)와 결합되는 밸브 출구(114c)와 유체 연통한다. 냉각 기체 배출 포트(118)는 인클로져(64)의 내부(68)와 유체 연통하지 않으나, 대신에 냉각 기체를 인클로져(64)의 주변 외부로 운반한다. 밸브(116)는 유사한 방식으로 작동한다. 따라서, 밸브(116)가 기체 공급 위치에 있을 때에, 밸브 입구(116a)는 고온 기체 포트(106)와 결합되는 밸브 출구(116b)와 유체 연통한다. 밸브(116)가 배출 위치에 있을 때에, 밸브 입구(116a)는 하우징(88)의 고온 기체 배출 포트(120)와 결합되는 밸브 출구(116c)와 유체 연통한다. 고온 기체 배출 포트(120)는 인클로져(64)의 내부(68)와 유체 연통하지 않으나, 대신에 고온 기체를 인 클로져(64)의 주변 외부로 운반한다. 본 발명은 본 기술 분야에 공지된 다른 밸브들이 본 발명에 사용될 수 있는 바와 같이, 솔레노이드 밸브에 제한되지 않는다.
열 제어 유닛(66)은 출구 밸브와 효과적으로 결합되고, 또는 도 3에 도시된 바와 같은 제 1 및 제 2 출구 밸브(114, 116)를 갖는 제어기(122)를 부가로 포함할 수 있다. 제어기(122)는 인클로져(64)의 내부(68)로의 기체의 흐름을 제어하기 위한 제 1 및 제 2 밸브(114, 116)를 작동시키도록 형성된다. 특히, 제어기(122)는 증착 디바이스(10)를 소정의 작동 온도에 유지하기 위해 제 1 및 제 2 밸브(114, 116)를 작동시키도록 형성된다. 예를 들면, 제어기(122)는 전원(124)과 전기적으로 결합되고 적절한 전기 배선을 통해 밸브들(114, 116)과 부가로 전기적으로 결합되는 디지털 제어기일 수 있다. 예를 들면, 하우징(88)은 전원(124)과 결합되도록 적용되는 전기 어댑터(126)를 포함할 수 있다. 그 후에 어댑터(126)는 적절한 배선에 의해 제어기(122)와 전기적으로 결합된다. 제어기(122)는 솔리드 스테이트 릴레이(solid state relay) 또는 본 기술 분야에 공지된 다른 스위치들과 같은 릴레이(128)에 신호를 보낼 수 있으며, 릴레이는 기체 공급 및 배출 위치 사이에서 밸브들(114, 116)을 이동시키기 위해 제 1 및 제 2 밸브(114, 116)에 신호를 보낼 수 있다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 제어기(122)가 디지털 제어기에 제한되지 않고, 상술한 회로에 관련되지만 밸브 출구를 작동시키는 것이 가능한 임의의 형태의 제어기가 본 발명에 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
예시적인 실시예에서, 제어기(122)는 또한 조작자가 증착 디바이스(10)를 유 지하기 위한 온도 또는 온도 범위, 즉 소정의 작동 온도를 입력하는 것을 허용한다. 이 때문에, 제어기(122)는 조작자가 소정의 작동 온도를 입력할 수 있도록 형성된 키패드(130)와 같은 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 제어기(122)는 또한 소정의 작동 온도를 조작자에게 디스플레이하기 위한 LED 디스플레이(도시 생략)와 같은 출력 디바이스를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 열 제어 유닛(66)은 제어기(122)와 효과적으로 결합되고 증착 디바이스(10)와 관련된 온도를 제어기(122)에 전달하도록 적용되는 온도 감지 디바이스(132)를 부가로 포함한다. 이렇게, 제어기(122)는 증착 디바이스(10)를 소정의 작동 온도에 유지하기 위해 제 1 및 제 2 밸브(114, 116)를 작동시킬 수 있다. 예를 들면, 하우징(88)은 적절한 배선을 통해 제어기(122)와 결합되는 온도 감지 소켓(134)을 포함할 수 있다. 열전대(thermocouple), 서미스터(thermister), 저항 온도 디바이스, 적외선 고온계 또는 다른 공지된 디바이스와 같은 온도 감지 디바이스(132) 중 일 단부는 소켓(134)과 결합될 수 있으며, 다른 단부는 증착 디바이스(10)와 관련된 온도를 측정하기 위해 위치된다. 제어기(122)는 또한 증착 디바이스(10)와 관련된 측정 온도를 LED 디스플레이상에 디스플레이하기 위해 형성될 수 있다.
일 경우에 예를 들면, 온도 감지 디바이스(132)는 증착 디바이스(10)와 직접 결합될 수 있다. 그 후에 측정 온도는 증착 디바이스(10)의 실제 온도가 된다. 다른 경우에, 온도 감지 디바이스(132)는 증착 디바이스(10)와 내부 인클로져 벽(70) 사이의 공간(76)에 배치될 수 있다. 측정 온도가 증착 디바이스(10)의 실제 온도가 아닐 수도 있지만, 측정 온도는 증착 디바이스(10)의 실제 온도와 상관관계가 있다. 또 다른 예에서, 온도 감지 디바이스(132)는 인클로져(64)내에 배치되지만 증착 디바이스(10)와 접촉하지 않는 블록과 같은 써로게이트(surrogate)(136)와 결합될 수 있다. 써로게이트(136)는 증착 디바이스(10)와 실질적으로 유사한 방식으로 열적 특징들, 즉 열적 반응을 가지도록 형성된다. 예로서, 써로게이트(136)는 증착 디바이스(10)와 동일한 물질로 제조될 수 있다. 이렇게, 써로게이트(136)의 측정 온도는 증착 디바이스(10)의 온도와 유사해야 한다. 상술한 비접촉식 방법들, 즉 기체 온도 또는 써로게이트 온도를 측정하는 것은 인클로져(64)가 빨리, 편리하게, 그리고 많은 조립이나 분해 없이도 증착 디바이스(10) 둘레에 배치될 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 임의의 경우에, 증착 디바이스(10)와 관련된 온도는 증착 디바이스(10)의 실제 온도를 평가하는데 사용될 수 있으며, 이에 의해 증착 디바이스(10)의 온도를 제어한다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명에 사용될 수 있는 증착 디바이스(10)와 관련될 수 있는 다른 온도를 알 수 있을 것이다.
사용시에, 상술한 열 제어 유닛(66)은 증착 디바이스(10)를 소정의 작동 온도에 유지하는데 사용될 수 있다. 이 때문에, 인클로져(64)는 증착 디바이스(10) 둘레에 위치된다. 그 후에 열 제어 유닛(66)은 배관(110, 112)을 통해 인클로져(64)와 결합된다. 온도 감지 디바이스(132)는 증착 디바이스(10)와 관련된 온도를 측정하기 위해 인클로져(64)내에 위치된다. 그 후에 조작자는 키패드(130)를 통해 제어기(122)내로 소정의 작동 온도를 입력할 수 있다. 그 후에 와류관(86)은 상기 와류관(86)을 가압된 기체 공급부(92)와 결합함으로써 냉각 및 고온 기체 흐름을 생성하기 위해 작동된다. 제 1 및 제 2 밸브(114, 116)의 작동은 여러 다른 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 예시적인 실시예에서, 제 1 밸브(114)의 내정 위치(default position)는 기체 공급 위치에 있는 것이며, 따라서 냉각 기체를 인클로져(64)에 운반하고, 제 2 밸브(116)의 내정 위치는 배출 위치에 있는 것이며, 따라서 고온 기체를 인클로져(64)의 주변 외부로 운반한다. 따라서, 내정 위치는 임의의 고온 기체 없이 인클로져(64)의 내부(68)로 냉각 기체를 운반하는 것이다. 이러한 특정 형상은 소정의 작동 온도가 실내 온도 근처 또는 대략 70°F(약 21.1℃)일 때에 유리할 수 있다.
온도 감지 디바이스(132)에 의해 얻어진 측정 온도가 소정의 작동 온도보다 낮으면, 제어기(122)는 제 1 밸브(114)를 배출 위치로 작동시키고 그에 따라 냉각 기체를 주변으로 운반함으로써 인클로져(64)에 냉각 기체의 흐름을 차단하기 위해 신호를 릴레이(128) 및 제 1 밸브(114)에 보낸다. 동시에, 제어기(122)는 제 2 밸브를 기체 공급 위치로 작동시키고 그에 따라 고온 기체를 인클로져(64)에 운반함으로써 인클로져(64)에 고온 기체 흐름을 틀기 위해 신호를 릴레이(128) 및 제 2 밸브(116)에 보낸다. 이는 증착 디바이스(10)와 관련된 측정 온도가 소정의 작동 온도 이상이 될 때까지 계속될 것이다. 이것이 발생되면, 제어기(122)는 제 2 밸브(116)를 배출 위치로 작동시킴으로써 인클로져(64)에 고온 기체의 흐름을 차단하기 위해 신호를 릴레이(128) 및 제 2 밸브(116)에 보낸다. 동시에, 제어기(122)는 제 1 밸브(114)를 기체 공급 위치로 작동시킴으로써 인클로져(64)에 냉각 기체의 흐름을 틀기 위해 신호를 릴레이(128) 및 제 1 밸브(114)에 보낸다. 이들 단계는 관련 온도를 측정함으로써 결정되는 바와 같이 소정의 작동 온도에 증착 디바이스(10)를 유지하기 위해 반복된다.
상술한 본 발명의 실시예에서, 냉각 기체가 인클로져(64)로 운반되거나 또는 고온 기체가 인클로져(64)로 운반되나, 냉각 및 고온 기체가 함께 운반되지는 않는다. 상술한 바와 같이, 이러한 형상은 소정의 작동 온도가 대략 70°F(약 21.1℃)일 때에 유리할 수 있다. 그러나, 본 발명은 다른 형상들이 사용될 수 있는 바와 같이 제한되지는 않는다. 예를 들면, 소정의 작동 온도가 비교적 높을 때에, 유리할 수 있는 형상은 고온 기체를 인클로져(64)로 항상 운반하는 것이며, 그 후에 측정 온도가 높은 소정의 작동 온도 이상일 때에 냉각 기체(고온 기체와 함께)를 돌린다. 대안적으로, 소정의 작동 온도가 비교적 낮을 때에, 유리할 수 있는 형상은 냉각 기체를 인클로져(64)로 항상 운반하는 것이며, 측정 온도가 낮은 소정의 작동 온도 이하일 때에 고온 기체(냉각 기체와 함께)를 돌린다. 예시적인 실시예를 위한 상술한 것과 유사한 다른 대안은 측정 온도가 소정의 작동 온도 이상이 될 때에, 고온 기체를 잠그고 냉각 기체(고온 기체 없이)를 틀기 위해 고온 기체를 인클로져(64)로 고온 기체를 운반하는 내정값으로 가지는 것이다. 측정 온도가 소정의 작동 온도 이하로 떨어질 때에, 냉각 기체를 잠그고 고온 기체(냉각 기체 없이)를 돌린다. 따라서, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 알 수 있듯이, 본 발명의 범주내에서 냉각 및/또는 고온 기체를 인클로져(64)에 운반하는 많은 형상들이 존재한다.
열 제어 유닛(66)은 사용자에게 안전하고 및/또는 편리한 특징을 제공하는 다수의 종래의 특징들을 부가로 포함할 수 있다. 예로서, 열 제어 유닛(66)은 전기 어댑터(126)와 제어기(122)의 중간에 결합되는 전원 스위치(138)를 포함할 수 있다. 제어기(122)와 제 1 및 제 2 밸브(114, 116)가 전기적 작동식 솔레노이드 밸브일 수 있기 때문에, 조작자는 물질 증착 공정을 제어하기 위해 열 제어 유닛을 효과적으로 사용하기 전에 먼저 열 제어 유닛(66)을 돌려야 한다. 열 제어 유닛(66)은 와류관이 가압된 기체 공급부(92)와 결합될 때에 와류관(86)이 반드시 작동하는 것은 아니도록 수동 밸브(140)를 부가로 포함할 수 있다. 따라서, 조작자는 와류관(86)이 냉각 및 고온 기체 흐름을 발생시키도록 의도적으로 밸브(140)를 돌려야 한다.
상기 수동 밸브(140)의 개념과 유사한 본 발명의 다른 실시예에서, 와류관(86)으로의 입구(90)는 입구(90)와 기체 공급 포트(94) 사이의 배관(96)에서와 같이, 입구 밸브(142)와 결합될 수 있으며, 이는 와류관(86)에 전달되는 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능하다. 입구 밸브(142)는 와류관(86)에 기체의 흐름을 제어하기 위해 제어기(122)가 밸브(142)를 작동시킬 수 있도록 제어기(122)와 효과적으로 결합될 수 있다. 본질적으로, 입구 밸브(142)는 와류관(86)을 돌리거나 잠근다. 입구 밸브(142)를 돌릴 때에, 기체는 와류관(86)으로 흐를 수 있으며 냉각 및 고온 기체 흐름이 발생된다. 입구 밸브(142)가 잠길 때에, 기체가 와류관(86)으로 흐르는 것이 방지되며 어떤 기체의 흐름도 발생하지 않는다. 입구 밸브(142)는 예를 들면, 소정의 작동 온도에 증착 디바이스(10)를 유지하기 위해 매우 작은 열 제어가 필요할 때에 유리할 수 있다. 입구 밸브(142)가 없다면, 와류관(86)은 냉각 및 고온 기체 흐름이 항상 발생하고, 아마 제 1 및 제 2 밸브(114, 116)와 이들과 관련된 기체 흐름의 불필요한 순환을 초래할 것이다. 입구 밸브(142)가 있으면, 제어기(122)는 열 제어가 수행될 필요가 있을 때에 와류관(86)을 필수적으로 잠글 수 있다.
본 명세서에 도시되고 설명된 바와 같이 본 발명은 기존 열 제어 시스템 이상의 다수의 이점을 제공한다. 예를 들면, 본 발명은 많은 종래의 열 제어 시스템을 갖는 전체 기계 또는 전체 빌딩 대신에 증착 디바이스(10) 자체를 주로 둘러싸거나 또는 인캡슐레이트하는 인클로져(64)를 제공한다. 따라서, 온도 제어는 국지적이며, 본 발명을 가장 비용 효율적으로 만들 뿐만 아니라 증착 디바이스(10)를 +/- 0.5°F이내와 같은 소정의 작동 온도에 대한 정밀한 공차내에서 유지할 수 있는 빠른 열 반응을 허용한다. 열 제어 유닛(66)에 근거한 와류관은 분사 밸브(18)와 분사 주사기(20)와 같은 넓은 범위의 증착 디바이스(10)와, 넓은 범위의 소정의 작동 온도에 걸쳐 사용될 수 있는 작고 콤팩트한 모듈 유닛이다. 예를 들면, 그리스, 윤활유, 잉크, 밀봉제, 에폭시, 접착제, 납땜 페이스트, 시아노아크릴레이트,언더-필, 인캡슐런트, 써멀 컴파운드, 및 많은 다른 액체와 반-액체 물질을 제한 없이 포함하는 것과 같은 많은 조립 유체의 증착은 대략 50 내지 100°F(약 10 내지 37.8℃) 사이의 이상적인 증착 온도를 갖는다. 그러한 온도 범위에 제한이 없더라도, 본 발명은 그러한 온도 범위에 쉽게 적용된다.
요컨대, 열 제어 시스템(62)은 이동 부품들이 거의 없는 열 제어 유닛(66)을 사용하여 최소한의 공간을 갖는 인클로져(64)내의 증착 디바이스(10)의 가열 및 냉각을 제공하며, 작동 및 유지가 저렴하고, 증착 디바이스(10)를 소정의 작동 온도에 유지하는데 매우 효율적이다.
본 발명이 다양한 적합한 실시예의 설명에 의해 도시되고 이들 실시예가 상세히 설명되는 반면에, 그러한 세부사항에 첨부된 청구 범위의 범주를 어떤 식으로든 제한하는 것은 출원인의 의도가 아니다. 부가적인 장점 및 변경은 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 용이하게 드러날 것이다. 본 발명의 다양한 특징들은 사용자의 필요 및 기호에 따라 단독으로 또는 다수의 조합으로 사용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 열적으로 제어된 상태하에서 기판상에 물질을 증착하기 위한 장치로서,
    내부를 형성하고 개구를 갖는 인클로져와;
    오리피스를 갖고, 기판상에 물질을 증착할 수 있으며, 상기 내부에 위치되는 증착 디바이스; 및
    상기 내부에 가열 및 냉각을 제공하기 위해 상기 인클로져와 효과적으로 결합되고, 가압된 기체 공급부로부터 냉각 및 고온 기체 흐름을 발생시키기 위해 적용되는 와류관(vertex tube)을 구비하는 열 제어 유닛을 포함하고,
    상기 개구는 상기 오리피스가 상기 인클로져 주변 외부와 연통하도록 적용되며,
    상기 와류관은 상기 가압된 기체 공급부와 결합되도록 적용되는 입구와, 상기 내부와 유체 연통하며 냉각 기체를 상기 내부에 전달하도록 적용되는 냉각 기체 출구, 및 상기 내부와 유체 연통하며 고온 기체를 상기 내부에 전달하도록 적용되는 고온 기체 출구를 가지며, 상기 와류관에서 나온 냉각 및 고온 기체는 상기 증착 디바이스의 온도를 제어하는데 적용되는 기판상에 물질 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증착 디바이스는 액체를 방출하도록 작동하는 분사 디바이스를 부가로 포함하는 기판상에 물질 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 분사 디바이스는 분사 밸브와 분사 주사기(dispensing syringe)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 기판상에 물질 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 및 고온 기체 출구들 중 적어도 하나와 결합되고, 상기 냉각 및 고온 기체 출구들 중 적어도 하나를 통해 상기 내부로 전달되는 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능한 출구 밸브를 부가로 포함하는 기판상에 물질 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 기체 출구와 결합되고, 상기 내부로 전달되는 냉각 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능한 제 1 출구 밸브와,
    상기 고온 기체 출구와 결합되고, 상기 내부로 전달되는 고온 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능한 제 2 출구 밸브를 부가로 포함하는 기판상에 물질 증착 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 출구 밸브는 기체 공급 위치와 배출 위치(exhaust position)를 각각 가지는 솔레노이드 밸브이고,
    상기 냉각 기체 출구는 상기 제 1 출구 밸브가 상기 기체 공급 위치에 있을 때에 상기 내부와 유체 연통하며, 상기 냉각 기체 출구는 상기 제 1 출구 밸브가 배출 위치에 있을 때에 상기 인클로져 주변 외부와 유체 연통하며,
    상기 고온 기체 출구는 상기 제 2 출구 밸브가 상기 기체 공급 위치에 있을 때에 상기 내부와 유체 연통하며, 상기 고온 기체 출구는 상기 제 2 출구 밸브가 상기 배출 위치에 있을 때에 상기 인클로져 주변 외부와 유체 연통하는 기판상에 물질 증착 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 및 고온 기체 출구들 중 상기 적어도 하나를 통해 상기 내부로 기체의 흐름을 제어하기 위해 상기 출구 밸브를 작동시키는 상기 출구 밸브와 효과적으로 결합되는 제어기를 부가로 포함하는 기판상에 물질 증착 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 입구와 결합되고, 상기 와류관에 전달되는 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능한 입구 밸브를 부가로 포함하고, 상기 제어기는 상기 와류관으로 기체의 흐름을 제어하기 위해 상기 입구 밸브를 작동시키는 상기 입구 밸브와 효과적으로 결합되는 기판상에 물질 증착 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제어기와 효과적으로 결합되고, 상기 증착 디바이스와 관련된 온도를 상기 제어기에 전하기 위해 적용되는 온도 감지 디바이스를 부가로 포함하는 기판상에 물질 증착 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 온도 감지 디바이스는 열전대(thermocouple), 서미 스터(thermister), 저항 온도 장치, 적외선 고온계(infrared pyrometer)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 기판상에 물질 증착 장치.
  11. 오리피스를 갖고, 기판상에 물질을 증착할 수 있는 증착 디바이스를 위한 열 제어 시스템으로서,
    증착 디바이스를 함유하기 위한 내부를 형성하고, 오리피스가 인클로져 주변 외부와 연통하도록 적용되는 개구를 갖는 인클로져와;
    상기 내부에 가열 및 냉각을 제공하기 위해 상기 인클로져와 효과적으로 결합되고, 가압된 기체 공급부로부터 냉각 및 고온 기체 흐름을 발생시키기 위해 적용되는 와류관을 구비하는 열 제어 유닛을 포함하고,
    상기 와류관은 상기 가압된 기체 공급부와 결합되도록 적용되는 입구와, 상기 내부와 유체 연통하며 냉각 기체를 상기 내부에 전달하도록 적용되는 냉각 기체 출구, 및 상기 내부와 유체 연통하며 고온 기체를 상기 내부에 전달하도록 적용되는 고온 기체 출구를 가지며, 상기 와류관에서 나온 냉각 및 고온 기체는 상기 증착 디바이스의 온도를 제어하는데 적용되는 증착 디바이스용 열 제어 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 냉각 및 고온 기체 출구들 중 적어도 하나와 결합되고, 상기 냉각 및 고온 기체 출구들 중 적어도 하나를 통해 상기 내부로 전달되는 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능한 출구 밸브를 부가로 포함하는 증착 디바이스용 열 제어 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 냉각 기체 출구와 결합되고, 상기 내부로 전달되는 냉각 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능한 제 1 출구 밸브와,
    상기 고온 기체 출구와 결합되고, 상기 내부로 전달되는 고온 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능한 제 2 출구 밸브를 부가로 포함하는 증착 디바이스용 열 제어 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 출구 밸브는 기체 공급 위치와 배출 위치를 각각 가지는 솔레노이드 밸브이고,
    상기 냉각 기체 출구는 상기 제 1 출구 밸브가 상기 기체 공급 위치에 있을 때에 상기 내부와 유체 연통하며, 상기 냉각 기체 출구는 상기 제 1 출구 밸브가 배출 위치에 있을 때에 상기 인클로져 주변 외부와 유체 연통하며,
    상기 고온 기체 출구는 상기 제 2 출구 밸브가 상기 기체 공급 위치에 있을 때에 상기 내부와 유체 연통하며, 상기 고온 기체 출구는 상기 제 2 출구 밸브가 상기 배출 위치에 있을 때에 상기 인클로져 주변 외부와 유체 연통하는 증착 디바이스용 열 제어 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 냉각 및 고온 기체 출구들 중 상기 적어도 하나를 통해 상기 내부로 기체의 흐름을 제어하기 위해 상기 출구 밸브를 작동시키는 상기 출구 밸브와 효과적으로 결합되는 제어기를 부가로 포함하는 증착 디바이스용 열 제어 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 입구와 결합되고, 상기 와류관에 전달되는 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능한 입구 밸브를 부가로 포함하고, 상기 제어기는 상기 와류관으로 기체의 흐름을 제어하기 위해 상기 입구 밸브를 작동시키는 상기 입구 밸브와 효과적으로 결합되는 증착 디바이스용 열 제어 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제어기와 효과적으로 결합되고, 상기 증착 디바이스와 관련된 온도를 상기 제어기에 전달하기 위해 적용되는 온도 감지 디바이스를 부가로 포함하는 증착 디바이스용 열 제어 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 온도 감지 디바이스는 열전대, 서미스터, 저항 온도 장치, 적외선 고온계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 증착 디바이스용 열 제어 시스템.
  19. 가열 및 냉각을 증착 디바이스를 함유하는 인클로져에 제공하기 위해 적용되는 열 제어 유닛으로서,
    가압된 기체 공급부로부터 냉각 및 고온 기체 흐름을 발생시키기 위해 적용되고, 상기 가압된 기체 공급부와 결합되도록 적용되는 입구와, 상기 인클로져와 유체 연통하도록 적용되며 냉각 기체를 상기 인클로져에 전달하도록 적용되는 냉각 기체 출구, 및 상기 인클로져와 유체 연통하도록 적용되며 고온 기체를 상기 인클로져에 전달하도록 적용되는 고온 기체 출구를 가지는 와류관으로서, 상기 와류관에서 나온 냉각 및 고온 기체는 상기 증착 디바이스의 온도를 제어하는데 적용되는, 와류관과;
    상기 냉각 및 고온 기체 출구들 중 적어도 하나와 결합되고, 상기 냉각 및 고온 기체 출구들 중 적어도 하나를 통해 상기 인클로져로 전달되는 기체의 흐름을 변화시키기 위해 작동가능한 출구 밸브와;
    상기 출구 밸브와 효과적으로 결합되고, 상기 냉각 및 고온 기체 출구들 중 상기 적어도 하나를 통해 상기 인클로져로 기체의 흐름을 제어하기 위해 상기 출구 밸브를 작동시키도록 적용되는 제어기; 및
    상기 제어기와 효과적으로 결합되고, 상기 증착 디바이스와 관련된 온도를 상기 제어기에 전달하기 위해 적용되는 온도 감지 디바이스를 포함하는 열 제어 유닛.
  20. 와류관을 사용하고, 상기 물질 증착 공정은 내부를 형성하는 인클로져와, 상기 내부에 위치되고 기판상에 물질을 증착할 수 있는 증착 디바이스를 사용하는 물질 증착 공정을 열적으로 제어하는 방법으로서, 상기 방법은
    상기 증착 디바이스와 관련된 온도를 측정하는 단계와;
    상기 와류관에서 나온 냉각 및 고온 기체 중 적어도 하나를 측정 온도에 기초한 상기 내부에 전달하는 단계; 및
    상기 증착 디바이스로부터 물질을 기판상에 증착하는 단계를 포함하는 물질 증착 공정의 열적 제어 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 증착 디바이스를 위한 소정의 작동 온도를 제어기에 기억하는 단계와;
    상기 증착 디바이스를 실질적으로 소정의 작동 온도에 유지하기 위해 냉각 및 고온 기체 중 적어도 하나를 상기 와류관에서 상기 내부까지 전달하는 단계를 부가로 포함하는 물질 증착 공정의 열적 제어 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 냉각 및 고온 기체들 중 하나를 상기 내부에 전달하는 단계와;
    상기 증착 디바이스와 관련된 측정 온도가 소정의 작동 온도와 실질적으로 동일하지 않을 때에만 상기 냉각 및 고온 기체들 중 다른 하나를 상기 내부에 전달하는 단계를 부가로 포함하는 물질 증착 공정의 열적 제어 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 내부로의 상기 냉각 및 고온 기체들 중 하나의 흐름을 상기 냉각 및 고온 기체들 중 다른 하나가 상기 내부에 전달될 때에 잠그는 단계를 부가로 포함하는 물질 증착 공정의 열적 제어 방법.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 냉각 기체를 상기 내부에 전달하는 단계와;
    상기 증착 디바이스와 관련된 측정 온도가 소정의 작동 온도 이하일 때에 상기 내부로의 상기 냉각 기체의 흐름을 잠그는 단계와;
    상기 내부로의 상기 고온 기체의 흐름을 돌리는 단계; 및
    상기 증착 디바이스와 관련된 측정 온도가 소정의 작동 온도 이상일 때에 상기 내부로의 상기 고온 기체의 흐름을 잠그는 단계를 부가로 포함하는 물질 증착 공정의 열적 제어 방법.
KR1020060015047A 2005-02-18 2006-02-16 열 제어 시스템을 갖는 증착 디바이스 KR20060093043A (ko)

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