KR20190076470A - 3d 프린터 제조형 열교환 플레이트 - Google Patents

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KR20190076470A
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heat exchange
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정인일
정은선
정용희
김응서
허진솔
이진영
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주식회사 에이치에스하이테크
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Abstract

본 발명은 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트에 관한 것으로서, 대상물과 접촉되어 냉각 또는 가열시킬 수 있도록 일측에 상기 대상물과 접촉되는 열교환면이 형성되는 몸체부 및 3D 프린터에 의해 상기 몸체부와 함께 형성되고, 내부에 냉매 유로가 형성되며, 상기 몸체부의 타측에 상기 몸체부와 일체로 형성되는 냉매 유로부를 포함할 수 있다.

Description

3D 프린터 제조형 열교환 플레이트{Apparatus and method for surface treatment of 3D printer products}
본 발명은 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상물의 열교환을 통하여 냉각을 시킬 수 있는 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 공정 시 여러 방식의 히터(Heater)를 사용하여 웨이퍼 표면 및 유체의 온도를 균일하게 냉각하며, 히터(Heater)의 과열방지, 공정시간 최적화 목적으로 냉각모듈을 사용하고 있다.
냉각모듈은 일반적으로 판재를 경로를 따라 파내고, 유로를 따로 삽입하여 양쪽 판을 접합하는 형태로서, 유체가 흘러갈 관을 벤딩하여 형성하고, 방열판을 상하부로 나누어 유로를 따라 절삭 가공 또는 주조하여 형성하고, 가공 된 각각의 부품을 조립하고 용접하는 방법으로 제작한다.
종래의 냉각모듈은 가공 공정이 복잡하여, 가공불량 시 Leak 발생의 빈도가 높고, 내부 접합부에 따라 유격이 발생하여 냉각성능 및 제품별 기능 편차가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 사상은, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 외부 용접이나 가공부가 최적화되어 Leak에 대한 안전성을 높이고, 유체(냉매)에 대한 접촉면적 상승으로 냉각 효율 최적화 할 수 있고, 내부 Heat Sink 무게를 절감할 수 있는 효과를 가지는 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트을 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것을 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트는, 대상물과 접촉되어 냉각 또는 가열시킬 수 있도록 일측에 상기 대상물과 접촉되는 열교환면이 형성되는 몸체부; 및 3D 프린터에 의해 상기 몸체부와 함께 형성되고, 내부에 냉매 유로가 형성되며, 상기 몸체부의 타측에 상기 몸체부와 일체로 형성되는 냉매 유로부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 냉매 유로부는, 상기 냉매 유로의 단면이 전체적으로 원형으로 형성되고, 외측 표면이 상기 냉매 유로의 형상을 따라 굴곡지게 하프 파이프 형태로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 냉매 유로는 표면적을 넓게 할 수 있도록 그 단면의 내부에 산과 골이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 냉매 유로는 내부에 거친면이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 냉매 유로부는, 상기 몸체부의 중심에서 제 1 거리까지 내측 유로가 형성되고, 상기 내측 유로에 연결되는 제 1 냉매 유입구와 제 1 냉매 유출구가 형성되는 내측 유로부; 및 상기 몸체부의 제 1 거리에서 외측까지 외측 유로가 형성되고, 상기 외측 유로에 연결되는 제 2 냉매 유입구와 제 2 냉매 유출구가 형성되는 외측 유로부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트는, 상기 몸체부의 범위에 따른 냉각 온도를 제어할 수 있도록 상기 내측 유로부와 상기 외측 유로부의 온도를 측정하고 유량을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 냉매 유로의 거칠기는 Ra 8 내지 Ra 15일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 냉매 유로의 내부 직경은 8mm이하인 것일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 대상물의 열교환을 통하여 냉각을 시킬 수 있는 열교환 플레이트로서, 웨이퍼 처리 장치에 히터로 인한 발열부의 냉각을 위한 3D 프린터를 사용하여 제작된 냉각 장치에 관련된 것이다.
3D 프린터 제조물의 표면 처리 장치는 냉각 유로의 형태를 제조하는데 있어서 자유도가 높으며, 외부 용접이나 가공부가 최적화되어 Leak에 대한 안전성을 높이고, 냉매에 대한 접촉면적 및 접촉 시간을 상승시키기 위한 기하학 적인 구조로 제작이 가능하여 냉각 효율 최적화 할 수 있고, 내부 유로의 무게를 절감할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 3D 프린터형 열교환 플레이트를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 3D 프린터형 열교환 플레이트를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터형 열교환 플레이트를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 냉매 유로를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 냉매 유로부를 나타내는 저면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위치 정보를 이용한 보안 서비스를 운영하는 방법 및 시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 3D 프린터형 열교환 플레이트를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 3D 프린터형 열교환 플레이트를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터형 열교환 플레이트를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트는, 크게 몸체부(10) 및 유로부(20)를 포함할 수 있다.
몸체부(10)는, 대상물과 접촉되어 냉각 또는 가열시킬 수 있도록 일측에 상기 대상물과 접촉되는 열교환면(a)이 형성되는 것으로, 일측에는 웨이퍼 처리장치에서 웨이퍼를 가열하기 위한 히터 또는 전기 장치 하단부의 히터 보드 등이 접촉될 수 있도록 열교환면(a)이 형성될 수 있다.
열교환면(a)은 상기 히터가 발열 시에 상기 히터 및 하단부의 상기 히터 보드를 직접 또는 간접 냉각하여 상기 히터의 안정성 및 수명을 최적화 할 수 있다.
예컨대, 몸체부(10)는 원형 플레이트 형상으로 일측면은 상기 히터 또는 상기 히터 보드 등과 열교환을 하기 위한 평평한 열교환면(a)을 형성할 수 있고, 타측면은 3D 프린터 제조물의 표면 처리 장치를 지지하기 위한 지지부에 지지될 수 있도록 형성될 수 있으며, 내부에는 후술될 냉매 유로부(20)가 형성될 수 있다.
냉매 유로부(20)는 3D 프린터에 의해 몸체부(10)와 함께 형성되고, 내부에 냉매 유로(21)가 형성되며, 몸체부(10)의 타측에 몸체부(10)와 일체로 형성될 수 있다.
냉매 유로(21)는 몸체부(10)의 일측에 접촉된 상기 히터 또는 상기 히터 보드 등과 열교환이 이루어질 수 있도록 냉매가 흐를 수 있는 원형의 통로로 형성될 수 있다.
냉매 유로(21)는 몸체부(10)의 내부에 형성될 수 있으며, 몸체부(10)의 내부에서 몸체부(10)의 형상으로 따라 다양한 유로를 형성하여 형성될 수 있으며, 일측에 접촉된 상기 히터 또는 상기 히터 보드의 배치에 따라 대응되게 형성될 수 있다.
냉매 유로(21)는 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체부(10)의 내부에서 단일층으로 형성될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체부(10)의 내부에서 다층으로 형성될 수 있어, 각각의 냉매 유로(21a)와 냉매 유로(21a) 사이에 다른 층을 가진 냉매 유로(21b)를 형성하여 냉각 효율을 더욱 높이는 효과를 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 냉매 유로부(20)는, 냉매 유로(21)의 단면이 전체적으로 원형으로 형성되고, 외측 표면이 냉매 유로(21)의 형상을 따라 굴곡지게 하프 파이프 형태로 형성될 수 있다.
냉매 유로부(20)는 몸체부(10)의 타측면에 반원형상으로 형성될 수 있으며, 내부에는 냉매 유로(21)를 포함하여 형성될 수 있다.
냉매 유로(21)는 내부에 흐르는 냉매가 냉매 유로(21)와 최대한 긴 시간 접촉하여 몸체부(10)의 일측면에 형성된 상기 히터 및 상기 히터 보드와 효율적인 열교환을 할 수 있다.
냉매 유로(21)는 내부에 흐르는 냉매가 냉매 유로(21)와 최대한 긴 시간 동안 냉매가 냉매 유로(21)에 체류 할 수 있도록, 도 5에 도시된 바와 같이, 냉매 유로(21)는 몸체부(10)의 대부분의 구역을 지나갈 수 있도록 굴곡지게 형성되어 지그재그 형상 또는 미로와 같은 형상으로 다양하게 형성될 수 있다.
냉매 유로부(20)는 몸체부(10)와 3D 프린트로 제조 되어 일체형으로 형성될 수 있으며, 몸체부(10)와 냉매 유로부(20)의 내부에 형성된 냉매 유로(21)와 함께 3D 프린팅으로 형성될 수 있다.
몸체부(10)와 냉매 유로부(20)의 내부에 냉매 유로(21)를 형성하는 방법은 가공 공정과 별개의 부품조립으로 시간과 비용이 소모되고, leak 등의 개별 부품에 대한 문제점이나 냉각 기능이 저하되는 문제점이 있으나, 3D 프린팅을 사용하여 일체형으로 제조하여 시간과 비용을 감소시키고, 별도의 부품이 필요하지 않아 무게를 감소시킬 수 있으며, 개별 부품으로 인한 leak 또는 냉각 기능이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 냉매 유로를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 냉매 유로(21)는 표면적을 넓게 할 수 있도록 그 단면의 내부에 산(21-1)과 골(21-2)이 형성될 수 있다.
냉매 유로(21)는 내부에 흐르는 냉매가 냉매 유로(21)와 최대한 넓은 면적으로 접촉하여 몸체부(10)의 일측면에 형성된 상기 히터 및 상기 히터 보드와 효율적인 열교환을 할 수 있다.
냉매 유로(21)는 내부에 흐르는 냉매가 냉매 유로(21)와 최대한 넓은 면적으로 접촉할 수 있도록, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매 유로(21)의 단면이 기어의 단면 형상으로 형성 될 수 있다.
더욱 구체적으로, 냉매 유로(21)는 냉매 유로(21)의 중심부부터 제 3 거리를 가지는 산(21-1)과 냉매 유로(21)의 중심부부터 제 3 거리보다 짧은 제 4 거리를 가지는 골(21-2)을 포함할 수 있다.
냉매 유로(21)는 전체적으로는 원형의 형상으로 소정의 간격을 가지는 산(21-1)이 냉매 유로(21)의 둘레에 형성되고, 산(21-1)과 산(21-1) 사이에 골(21-2)이 형성되어, 냉매 유로(21)는 산(21-1)과 골(21-2)로 이루어 질 수 있다.
냉매 유로(21)에 냉매가 흐를 때 원형의 형상을 가진 냉매 유로에 비하여, 산(21-1)과 골(21-2)이 형성된 냉매 유로를 통하여 흐를 경우에 내부 냉각 면적의 극대화로 인하여 냉각효율을 증가시킬 수 있다.
이외에도, 냉매가 냉매 유로를 흐를 때 접촉 면적을 최대로 증가하기 위한 다양한 형상의 냉매 유로가 형성될 수 있다.
냉매 유로(21)는 내부에 거친면이 형성 될 수 있다. 냉매 유로(21)는 내부에 거친 요철면을 형성하여 냉매가 흐를 경우에 냉매가 냉매 유로 내부에 접촉하는 면적의 더욱 증가시켜 냉각효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
냉매 유로(21)의 내부에서 냉매의 이동이 자유로운 냉매 유로(21)의 직경은 8mm 이하일 수 있으며, 냉각 효율을 최대로 하는 냉매 유로(21)의 내부 거칠기는 Ra 8 내지 Ra 15 일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 냉매 유로부를 나타내는 저면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 냉매 유로부(20)는 내측 유로부(22) 및 외측 유로부(23)를 포함할 수 있다.
냉매 유로부(20)는 내측 유로부(22)와 외측 유로부(23)로 형성될 수 있다. 냉매 유로부(20)의 중심으로부터 제 1 거리까지의 지름을 갖는 구형 구간인 내측 구간, 냉매 유로부(20)의 제 1 거리의 지름을 갖는 구형 구간부터 냉매 유로부(20)의 외측 끝까지의 구형 구간인 외측 구간을 포함할 수 있다.
내측 유로부(22)는 몸체부(10)의 중심에서 제 1 거리까지 내측 유로(22-1)가 형성되고, 내측 유로(22-1)에 연결되는 제 1 냉매 유입구(22-2)와 제 1 냉매 유출구(22-3)가 형성될 수 있다.
내측 유로부(22)는 상기 내측 구간 내에 형성되는 냉매 유로부인 것으로, 내측 유로부(22)는 몸체부(10)의 내측 구간을 최대한 지나갈 수 있도록 굴곡지게 형성되어 지그재그 형상 또는 미로와 같은 형상으로 다양하게 형성될 수 있다.
내측 유로부(22)는 내측 유로부(22)로 냉매가 유입될 수 있는 제 1 냉매 유입구(22-2)와 냉매가 내측 유로부(22)를 순환하여 유출될 수 있는 제 1 냉매 유출구(22-3)을 포함할 수 있다.
제 1 냉매 유입구(22-2)와 제 1 냉매 유출구(22-3)는 이웃하여 형성될 수 있으며, 냉매가 공급되는 냉각 채널에 따라 상기 내측 구간 또는 상기 외측 구간에 형성될 수 있으며, 몸체부(10)의 일측면 또는 타측면에 다양한 형태로 형성될 수 있다.
외측 유로부(23)는 몸체부(10)의 제 1 거리에서 외측까지 외측 유로(23-1)가 형성되고, 외측 유로(23-1)에 연결되는 제 2 냉매 유입구(23-2)와 제 2 냉매 유출구(23-3)가 형성될 수 있다.
외측 유로부(23)는 상기 외측 구간 내에 형성되는 냉매 유로부인 것으로, 외측 유로부(23)는 몸체부(10)의 외측 구간을 최대한 지나갈 수 있도록 굴곡지게 형성되어 지그재그 형상 또는 미로와 같은 형상으로 다양하게 형성될 수 있다.
외측 유로부(23)는 외측 유로부(23)로 냉매가 유입될 수 있는 제 2 냉매 유입구(23-2)와 냉매가 외측 유로부(23)를 순환하여 유출될 수 있는 제 2 냉매 유출구(23-3)을 포함할 수 있다.
제 2 냉매 유입구(23-2)와 제 2 냉매 유출구(23-3)는 이웃하여 형성될 수 있으며, 냉매가 공급되는 냉각 채널에 따라 상기 내측 구간 또는 상기 외측 구간에 형성될 수 있으며, 몸체부(10)의 일측면 또는 타측면에 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 3D 프린터형 열교환 플레이트는 몸체부(10)의 범위에 따른 냉각 온도를 제어할 수 있도록, 도 5의 내측 유로부(22)와 외측 유로부(23)의 온도를 측정하고 유량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 내측 구간 및 상기 외측 구간에 형성된 내측 유로부(22) 및 외측 유로부(23)는 각각 유출입구를 형성하고 있으며, 내측 유로부(22) 및 외측 유로부(23) 각각의 온도 및 유량을 제어할 수 있는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 몸체부(10)의 일측에 접촉된 상기 히터 또는 상기 히터 보드의 발열에 따라 구간별로 냉각 온도를 측정할 수 있으며, 각각의 구간별 온도 차이에 의하여 몸체부(10)에서 필요로 하는 냉각 온도가 다를 경우에 내측 유로부(22) 및 외측 유로부(23)의 냉각 온도를 다르게 제어 할 수 있다.
3D 프린팅을 사용하여 몸체부(10)에 내측 유로부(22) 및 외측 유로부(23)를 일체형으로 제조하여 제조 시간과 비용을 감소시키고, 별도의 부품이 필요하지 않아 무게를 감소시킬 수 있으며, 3D 프린팅을 사용하여 구간별 질량, 부피, 재료 등이 일체형으로 균일하게 되어 각 구간별 온도 차이 또는 열 전도율 등을 균일하게 제조하여 구간별로 냉각 온도를 측정을 더욱 정확하게 할 수 있고, 따라서, 더욱 효율적으로 구간별 제어를 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 몸체부
20 : 냉매 유로부
21 : 냉매 유로
21-1 : 산
21-2 : 골
22 : 내측 유로부
22-1 : 내측 유로
22-2 : 제 1 냉매 유입구
22-3 : 제 1 냉매 유출구
23 : 외측 유로부
23-1 : 내측 유로
23-2 : 제 2 냉매 유입구
23-3 : 제 2 냉매 유출구
a : 열교환면

Claims (8)

  1. 대상물과 접촉되어 냉각 또는 가열시킬 수 있도록 일측에 상기 대상물과 접촉되는 열교환면이 형성되는 몸체부; 및
    3D 프린터에 의해 상기 몸체부와 함께 형성되고, 내부에 냉매 유로가 형성되며, 상기 몸체부의 타측에 상기 몸체부와 일체로 형성되는 냉매 유로부;
    를 포함하는, 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로부는, 상기 냉매 유로의 단면이 전체적으로 원형으로 형성되고, 외측 표면이 상기 냉매 유로의 형상을 따라 굴곡지게 하프 파이프 형태로 형성되는, 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로는 표면적을 넓게 할 수 있도록 그 단면의 내부에 산과 골이 형성되는, 3D 프린터 제조형 열교환 플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로는 내부에 거친면이 형성되는, 3D 프린터형 열교환 플레이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로부는,
    상기 몸체부의 중심에서 제 1 거리까지 내측 유로가 형성되고, 상기 내측 유로에 연결되는 제 1 냉매 유입구와 제 1 냉매 유출구가 형성되는 내측 유로부; 및
    상기 몸체부의 제 1 거리에서 외측까지 외측 유로가 형성되고, 상기 외측 유로에 연결되는 제 2 냉매 유입구와 제 2 냉매 유출구가 형성되는 외측 유로부;
    를 포함하는, 3D 프린터형 열교환 플레이트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 몸체부의 범위에 따른 냉각 온도를 제어할 수 있도록 상기 내측 유로부와 상기 외측 유로부의 온도를 측정하고 유량을 제어하는 제어부;
    를 더 포함하는, 3D 프린터형 열교환 플레이트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로의 거칠기는 Ra 8 내지 Ra 15인 것인, 3D 프린터형 열교환 플레이트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로의 내부 직경은 8mm이하인 것인, 3D 프린터형 열교환 플레이트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210154286A (ko) * 2020-06-11 2021-12-21 한국생산기술연구원 셀 구조로 이루어진 유로를 갖는 열전달 구조와, 이 열전달 구조를 포함하는 웨이퍼 척과, 이 열전달 구조의 제조 방법, 및 최적 설계 방법
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