KR20200131330A - 열적 격리부가 구비된 온도 검출기 프로브 - Google Patents

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KR20200131330A
KR20200131330A KR1020207030502A KR20207030502A KR20200131330A KR 20200131330 A KR20200131330 A KR 20200131330A KR 1020207030502 A KR1020207030502 A KR 1020207030502A KR 20207030502 A KR20207030502 A KR 20207030502A KR 20200131330 A KR20200131330 A KR 20200131330A
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temperature detector
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support cap
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존 릴르랜드
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와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니
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Abstract

본 발명은 하우징, 한 쌍의 전기 커넥터,지지 캡 및 센서를 포함하는 온도 검출기 프로브에 관한 것이다. 하우징은 하우징을 통해 길이 방향으로 연장되는 보어를 형성하고 한 쌍의 전기 커넥터가 보어를 통해 연장된다. 지지 캡은 하우징의 제 1 단부에 배치된다. 센서는 지지 캡에 제공되며 한 쌍의 전기적인 커넥터에 전기적으로 연결됩니다. 지지 캡은 한 쌍의 전기적인 커넥터와 지지 캡 사이에 위치된다.

Description

열적 격리부가 구비된 온도 검출기 프로브
본 출원은 2018 년 3 월 23 일에 출원된 미국 가출원 번호 62/647094의 이익과 우선권을 주장한다. 상기 출원의 내용은 그 전체가 여기에 참조로 포함된다.
본 발명은 표면의 온도를 검출하는 표면 온도 센서 장치에 관한 것이다.
이 단원의 기재 내용은 단지 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐이며 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다.
표면 온도 검출기는 표면의 온도를 측정하기 위해 표면에 가깝거나 심지어 접촉하도록 설계된다. 이러한 온도 검출기는 온도에 민감한 공정에서 온도 측정을 제공하는 데 사용된다. 예를 들어, 반도체 공정은 반도체 웨이퍼를 형성하는데 사용되는 척(chuck)/ 페데스탈(pedestal)과 같은, 프로세싱 챔버 내의 다양한 구성 요소의 온도를 제어하기 위해 정확한 온도 측정에 의존한다.
전형적으로, 표면 온도 검출기는 하우징에 위치하는 저항 온도 장치와 같은 열 감지 장치를 포함한다. 열 감지 장치의 정확도는 예를 들어 하우징과 감지 장치 사이의 열 전도율, 측정되는 표면에 대한 열 감지 장치의 위치, 열 감지 장치의 재료 특성 및 다른 인자들에 기초하여 변화된다. 이들 및 다른 문제는 본 발명의 개시 내용에서 다루어진다.
본 발명의 목적은 개선된 온도 검출기 프로브를 제공하는 것이다.
이 단원은 본 발명의 전체적인 요약을 제공하며 본 발명의 전체 범위 또는 특징들 모두에 대한 포괄적인 개시는 아니다.
본 발명은 하우징, 한쌍의 전기적인 커넥터, 지지 캡 및 센서를 구비하는 온도 검출기 프로브에 관한 것이다. 하우징은 상기 하우징을 통해 길이 방향으로 연장된 보어를 형성한다. 한쌍의 전기 커넥터들은 보어를 통해 길이 방향으로 연장된다. 지지 캡은 하우징의 제 1 단부 부분에 배치되고, 센서는 지지 캡상에 제공되고 한쌍의 전기적인 커넥터에 전기적으로 결합된다. 지지 캡은 한쌍의 전기적인 커넥터와 센서 사이에 위치된다.
하나의 형태에서, 온도 검출기 프로브는 하우징의 제 2 단부 부분을 통해 연장되고 한쌍의 전기 커넥터들에 전기적으로 결합된 한쌍의 전기적인 핀들(electrical pins)을 더 포함한다.
다른 형태에서, 한쌍의 전기적인 커넥터들은 지지 캡을 통해 센서에 전기적으로 결합된 POGO 핀들이다.
다른 형태에서, 한쌍의 전기 커넥터들은 지지 캡을 통하여 센서에 전기적으로 결합된 한쌍의 와이어들이다.
하나의 형태에서, 지지 캡은 폴리아미드로 만들어진다.
다른 형태에서, 지지 캡은 한쌍의 전기적인 커넥터들 및 센서를 전기적으로 결합시키는 2 개의 플레이트 관통 구멍들(plated through-holes)을 포함한다.
다른 형태에서, 센서는 저항 온도 검출기 센서 칩(resistance temperature detector sensor chip)이다.
하나의 형태에서, 센서는 지지 캡상에 증착된 박막 저항 요소(thin film resistive element)이고, 박막 저항 요소는 고온 저항 계수(high temperature coefficient of resistance)를 가진다. 하나의 변형예에서, 박막 저항 요소는 구리,니켈, 니켈-철 또는 플래티늄중 하나이다.
다른 형태에서, 온도 검출기 프로브는 센서의 표면상에 배치된 온도 단열 재료를 더 포함한다.
다른 형태에서, 센서는 대상물의 온도를 측정하도록 대상물의 표면에 직접 접촉하게끔 구성된다.
하나의 형태에서, 하우징은 상기 하우징의 외부를 따라서 하나 이상의 원주 홈(circumferential grooves)을 형성한다.
다른 형태에서, 센서는 써모커플(thermocouple)이다.
하나의 형태에서, 온도 검출기 프로브는 센서로부터의 신호를 조정(condition)하도록 센서에 통신 가능하게 결합된 신호 프로세싱 회로(signal processing circuit)을 더 포함한다. 하나의 변형예에서, 하우징은 하우징의 제 2 단부 부분에 챔버를 형성하고, 신호 프로세싱 회로는 상기 챔버에 배치된다. 한쌍의 전기적인 커넥터들은 센서 및 신호 프로세싱 회로를 통신 가능하게 결합하도록 신호 프로세싱 회로에 전기적으로 결합된다.
다른 형태에서, 본 개시 내용은 대상물 및 본 발명의 온도 검출기 프로브를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 온도 검출기 프로브는 대상물에 배치되고 온도 검출기 프로브의 센서는 대상물 표면을 직접적으로 향한다.
하나의 형태에서, 본 발명은 하우징, 한 쌍의 전기적인 커넥터, 지지 캡 및 센서를 포함하는 온도 검출기 프로브에 관한 것이다. 하우징은 상기 하우징을 통해 길이 방향으로 연장되는 보어를 형성한다. 하우징은 하우징의 외부를 따라서 하나 이상의 원주상의 홈을 가진다. 한 쌍의 전기적인 커넥터는 보어를 통해 길이 방향으로 연장된다. 지지 캡은 하우징의 제 1 단부에 배치된다. 지지 캡은 보어를 향하는 제 1 표면과 환경에 노출된 제 2 표면을 포함한다. 센서는 온도를 나타내는 신호를 생성한다. 센서는 한 쌍의 전기 커넥터에 전기적으로 결합되고 보어로부터 떨어진 지지 캡의 제 2 표면에 배치된다.
또 다른 형태에서, 온도 검출기 프로브는 하우징의 제 2 단부를 통해 연장되는 한 쌍의 전기적인 핀을 더 포함한다. 한 쌍의 전기적인 커넥터는 한 쌍의 전기적인 핀과 센서에 지지 캡을 통해 전기적으로 연결된 한 쌍의 와이어들이다.
다른 적용 분야는 여기에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 설명 및 특정의 예는 예시의 목적을 위해 의도된 것이며 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아님을 이해하여야 한다.
본 발명이 잘 이해 될 수 있도록, 첨부된 도면을 참조하여 예시적으로 주어진 다양한 형태들이 이제 설명 될 것이다.
도 1 은 본 발명의 개시 내용에 따른 제 1 형태의 온도 검출기 프로브를 가지는 대상물의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 온도 검출기 프로브의 사시도이다.
도 3은 도 2의 온도 검출기 프로브의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 개시에 따른 제 2 형태의 온도 검출기 프로브의 단면도이다.
도 4b는 도 4A의 온도 검출기 프로브를 위한 센서 및 지지 캡의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 개시에 따른 제 3 형태의 온도 검출기 프로브의 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 개시에 따른 제 4 형태의 온도 검출기 프로브의 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 개시에 따른 제 5 형태의 온도 검출기 프로브의 부분 단면도이다.
여기에 설명된 도면은 단지 예시를 위한 것이며 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
다음의 설명은 본질적으로 예시적일 뿐이며 본 발명, 발명의 적용 또는 사용을 제한하도록 의도되지 않는다. 도면 전체에 걸쳐서, 대응하는 참조 번호는 유사하거나 대응하는 부분 및 특징을 나타낸다는 점이 이해되어야 한다.
본 발명은 프로브와 대상물 사이의 열 전도를 감소 또는 억제하고 또한 온도 측정의 열적 션트(thermal shunt)를 감소시키는 온도 검출기 프로브에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 여기에 설명된 바와 같이, 온도 검출기 프로브는 측정되는 표면에 가장 가까운 프로브의 일부에서 외부를 따라 원주 방향으로 연장되는 홈을 가지는 하우징을 포함한다. 홈(grooves)은 열적 브레이커(thermal breaker)를 형성하여 대상물과 프로브 사이의 열 전달을 감소시킬 수 있다. 또한, 프로브는 센서를 구비하는데, 상기 센서는 하우징 외부에 배치되고, 일부 형태에서 측정 대상 표면과 직접 접촉하거나 또는 인접하게 위치된다. 이러한 구성은 열적 션트를 최소화하면서 센서의 응답 시간을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 온도 검출기 프로브는 다른 문제를 해결하고 여기에 제공된 예에 제한되지 않는다는 점이 용이하게 이해된다.
도 1 을 참조하면, 센서 장치로 지칭될 수도 있는 온도 검출기 프로브(100)는 대상물(102)의 온도를 검출하도록 작동될 수 있으며, 보다 상세하게는 대상물(102)의 표면(104)의 온도를 검출하도록 작동될 수 있다. 대상물(102)은 예를 들어 반도체 웨이퍼를 프로세싱하는데 사용되는 척(chuck) 또는 페데스탈(pedestal)일 수 있다. 그러나, 온도 검출기 프로브(100)는 다른 대상물의 온도를 검출하도록 사용될 수 있으며, 여기에서 제공된 예에 제한되서는 아니된다.
하나의 형태에서, 온도 검출기 프로브(100)는 대상물(102)을 통해 표면(104)까지 연장된다. 하나의 형태에서, 대상물(102)과 프로브(100) 사이의 열전도(thermal conductivity)를 감소시키도록 온도 검출기 프로브(100)와 대상물(102) 사이에 간극(106)이 제공된다. 간극의 크기는 적용예에 기초하여 변화될 수 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하면, 하나의 형태에서, 프로브(100)는 하우징(110), 하나 이상의 전기 커넥터(112)(즉, 1121 및 1122), 지지 캡(support cap, 114) 및, 센서(116)를 구비한다. 하우징(110)은 제 1 단부 부분(120) 및 제 2 단부 부분(122)을 구비하고, 상기 제 1 단부 부분(120)과 제 2 단부 부분(122) 사이에서 하우징(110)을 통해 길이 방향으로 연장된 보어(bore, 124)를 형성한다. 하나의 형태에서, 캡(125)은 제 1 단부 부분(120)에 제공되어 이물질이 프로브(100)로 들어가는 것을 방지한다. 하우징(110)은, 제 1 단부 부분(120)을 구비하는 연장 부분(130) 및, 제 2 단부 부분(122)을 구비하는 센서 부분(132)을 가지는 것으로 보일 수 있다. 대상물(102) 안에 위치되었을 때, 센서 부분(132)은 연장 부분(130) 보다 대상물(102)의 표면(104)에 더 인접하게 위치된다. 하나의 형태에서, 하우징(110)의 센서 부분(132)은 하우징(110)의 외부를 따라서 형성된 원주 홈(circumferential grooves)으로서 제공된 하나 이상의 열적 틈새(thermal breaks, 134)를 구비하여, 대상물(102)과 프로브(100) 사이 및 연장 부분(130)과 센서 부분(132) 사이의 열 전도를 억제한다. 하나의 형태에서, 열 틈새(134)는 하우징(110)을 통해 연장되고, 다른 형태에서, 열 틈새(134)와 보어(124) 사이에 하우징(110)의 얇은 벽이 제공된다. 하우징(110)은 고성능 폴리이미드 베이스 플라스틱(high-performance polyimide-based plastics)과 같은 플라스틱으로 만들어질 수 있고, 예를 들어, 폴리에테르 에테르 케톤 또는 다른 적절한 재료로 만들어질 수 있다.
전기 커넥터(112)는 보어(124)를 통해 센서 부분(132)의 제 2 단부 부분(122)으로 연장된다. 전기 커넥터(112)는 센서(116)를 제어 시스템(미도시)에 전기 결합시키도록 구성되고 따라서 통신될 수 있게 결합시키도록 구성되며, 상기 제어 시스템은 대상물의 표면 온도를 나타내는 신호를 수신한다. 하나의 예시적인 적용예에서, 제어 시스템은 페데스탈 히터(pedestal heater)와 같은 히터를 제어하도록 구성된다. 제어 시스템은 프로브(100)로부터 신호를 수신하며, 신호 및 다른 입력들에 기초하여 히터 시스템으로의 전력을 제어한다. 이것은 단지 하나의 예시적인 적용예이다.
전기 커넥터(112)는 보어(124)를 통해 길이 방향으로 연장되고 센서(116)에 전기적으로 결합된다. 하나의 형태에서, 전기 커넥터(112)는 한쌍의 핀(pin)으로서, 예를 들어 한쌍의 POGO 핀이며, 각각의 핀은 리드 부분(140)(즉, 1401 and 1402 ) 및 핀 부분(142)(즉, 1421 and 1422 )을 구비한다. 리드 부분(lead portion, 140)은 제 1 단부 부분(120)을 통해 연장되고 케이블/와이어 연결을 통해 제어 시스템에 전기적으로 결합되도록 구성된다. 핀 부분(142)은 리드 부분(140)으로부터 제 2 단부 부분(122)으로 연장되고, 센서(116)에 전기적으로 결합된다. 전기 커넥터들은 다른 적절한 방식으로 구성될 수 있으며, 하나의 예시가 아래에 제공된다.
지지 캡(114)은 제 2 단부 부분(122)에 위치되며, 센서(116)를 대상물(102)의 표면(104)과 정렬하고 센서를 지지하도록 구성된다. 하나의 형태에서, 지지 캡(114)은 디스크와 같은 형상을 가지고, 폴리아미드와 같은 낮은 열전도성 재료로 만들어져서, 센서(116)와 하우징(110) 사이의 열 전도를 억제한다. 다른 재료들은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxanes)과 같은 엘라스토머 재료를 포함할 수 있다. 지지 캡(114)은 보어(124)를 향하는 제 1 표면 및, 환경에 노출된 제 2 표면을 구비한다. 지지 캡(114)은 센서(116)의 크기 및 프로브(100)의 패키지 크기에 기초하여 다양한 적절한 방법으로 구성된다. 예를 들어, 하나의 형태에서, 지지 캡(114)의 두께는 대략 0.001 내지 0.005 인치이다. 지지 캡(114)은 센서(116)를 전기 커넥터(112)에 전기 결합시키도록 구성된다. 하나의 형태에서, 센서(116)가 표면 장착 장치이면서, 지지 캡(114)은 플레이트 관통 구멍(plated through hole, 144)(즉, 1441 및 1442)을 구비하며, 이들은 센서(116)의 솔더 패드(solder pads) 및 전기 커넥터(112)에 전기적으로 결합된다. 지지 캡(114)을 통해 센서(116)를 전기 커넥터(112)에 전기적으로 결합시키는 다른 적절한 방법들은 본 발명의 범위내에 있으면서 사용될 수도 있다.
센서(116)는 표면(104)의 온도를 측정하도록 작동될 수 있고, 온도를 나타내는 신호를 제어 시스템으로 출력한다. 하나의 형태에서, 센서(116)는 저항 온도 검출기(resistance temperature detector, RTD) 유형의 센서로서, 이것은 지지 캡(114)상에 위치되며, 보다 상세하게는, 지지 캡(114)의 제 2 표면을 따라서 위치된다. 도 3 에서, 센서(116)는 RTD 표면 장착 장치로서 제공되는데, 이것은 일반적으로 케이스 및, 상기 케이스내에 배치된 고온 저항 계수(high temperature coefficient of resistance, TCR)를 가진 저항 요소를 구비한다. 예를 들어, 저항 요소는 구리, 니켈, 니켈-철, 또는 플래티늄일 수 있으며, 그러나 그것에 제한되지 않는다. RTD 표면 장착 장치는 리플로우 솔더(reflow solder)를 통해 지지 캡(114)에 장착된다. 하나의 예시적인 구현예에서, RTD 표면 장착 장치는 표면 장착 장치들에 대한 산업 표준 0603 사이즈(0.8 X 1.6 mm)를 따르며, 0.45 mm 의 두께를 가지고 1.9 mg 의 질량을 가진다. 다른 형태에서, 센서(116)는 지지 캡(114)의 표면에 장착된 써모커플(thermocouple)이다.
적용예에 따라서, 센서(116)는 표면(104)의 온도를 측정하도록 대상물(102)의 표면(104)에 인접하게 또는 직접 접촉되게 구성된다. 하나의 형태에서, 지지 캡(114)은 탄성적이거나 또는 탄력성의 질을 가짐으로써, 센서(116)의 위치는 대상물(102)의 표면(104)에 접촉되게 유연성을 가진다. 더욱이, 전기 커넥터(112)들이 POGO 핀이면서, 핀들은 지지 캡(114) 및 센서(116)에 대하여 편향력을 제공하여 센서(116)가 표면(104)에 접촉되게 한다.
작동시에, 프로브(100)는 대상물(102)내에 위치되고, 전기 커넥터(112) 및 와이어를 통하여 제어 시스템에 전기적으로 결합된다. 센서(116)는 표면(104)의 온도를 측정하도록 표면(104)과 직접 접촉할 수 있거나 또는 인접한다. 제어 시스템은 센서(116)에 통신 가능하게 결합되고, 센서(116)로부터의 온도를 나타내는 신호를 수신한다.
홈을 가진 하우징(110) 및 지지 캡(114)을 통해서, 프로브(100)와 대상물 사이 및 센서(116)와 하우징(110) 사이의 열 전도는 감소되거나 또는 억제되어 예를 들어 센서의 정확성, 응답 시간 및 오프셋 에러(offset error)를 잠재적으로 향상시킨다.
도 4a 및 도 4b 는 상이한 전기 커넥터 및 센서를 가지는 온도 검출기 프로브의 다른 변형을 도시한다. 상세하게는, 하나의 형태에서, 온도 검출기 프로브(200)는 하우징(110), 한쌍의 전기 핀 또는 리드(202)(즉, 2021 및 2022 ), 한쌍의 전기 커넥터(204)(즉, 2041 및 2042 ), 지지 캡(206) 및 센서(208)를 구비한다. 전기 리드(202)들은 프로브(200)를 제어 시스템에 전기적으로 결합시키도록 작동될 수 있고, 하우징(110)의 제 1 단부 부분(120)을 통해 연장된다. 프로브(200)는 제 1 단부 부분(120)에 배치된 캡(210)을 더 구비하여, 이물질이 하우징(110)으로 들어가는 것을 방지한다.
전기 커넥터(204)는 예를 들어 솔더 또는 스폿 웰딩(spot welding)과 같은 리이드(202)에 연결되는 와이어들이며, 와이어(204)로서 지칭될 수 있다. 하나의 형태에서, 전기 커넥터(204)는 작은 게이지의 와이어들이며, 예를 들어 36 내지 40 게이지(guage)이다. 프로브(100)의 전기 커넥터(112)와 같이, 와이어(204)들은 보어(124)를 통해 연장되고 지지 캡(206)을 통해 센서(208)에 전기 결합된다.
하나의 형태에서, 센서(208)는 지지 캡(206)상에 증착된 높은 TCR 을 가진 저항 요소(210)이다. 즉, 저항 물질이 그 안에 배치된 케이스를 장착하는 대신에, 프로브(200)는 지지 캡(206)상에 직접적으로 저항 물질을 제공한다. 따라서, 대상물에 배치될 때 저항 물질은 대상물의 표면과 직접 접촉하거나 또는 대상물의 표면에 인접하며, 따라서 센서(208)의 응답 시간을 증가시킬 수 있고 써말 션팅(thermal shunting)을 감소시킬 수 있다.
하나의 형태에서, 지지 캡(206)은 석영, 실리콘, 산화 알루미늄(Al203), 질화 알루미늄(AlN)과 같은 낮은 열팽창 재료의 단단한 디스크이다. 다른 형태에서 지지 캡(206)은 저항 요소(즉, 센서(208))를 기판으로부터 절연시키도록 유전체로 코팅된 인바(Invar) 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속 기판으로 만들어진다. 프로브(100)와 유사하게, 플레이트 관통 구멍(plated through holes)이 지지 캡(206)에 형성될 수 있어서 센서(208)(즉, 저항 물질)를 전기 커넥터(204)에 전기적으로 결합시키고, 따라서 제어 시스템에 전기적으로 결합시킨다. 지지 캡(206)은 센서(208)와 지지 캡(206) 사이의 열 손실을 더 감소시키는 골격 구조(skeletonized structure)로 구성될 수도 있다.
도 5 를 참조하면, 온도 검출기 프로브(100,200)에는 센서 및 지지 캡에 유연성을 제공하기 위한 추가적인 지지부가 제공될 수 있다. 보다 상세하게는, 온도 검출기 프로브(300)는 프로브(200)와 유사한 방식으로 구성되지만, 프로브(100)의 센서(116) 및 지지 캡(114)을 구비한다. 프로브(300)는 하우징(110)의 제 2 단부 부분(122)에 배치된 유지 링(retainer ring, 302) 및, 센서(116)상에 제공된 온도 단열 재료(temperature insulating material, TMI, 304)를 더 구비한다. 유지 링(302)은 지지 캡(114)을 하우징(110)에 고정한다.
TIM(304)은 센서(116)상에 제공됨으로써, TIM(304)은 측정될 표면과 센서(116) 사이에 있다. TIM(304)의 두께는 프로브(300)를 사용하는 적용예 및, 지지 캡(114)과 센서(116)의 구조에 기초할 수 있다. 예를 들어, 지지 캡(114)이 10 내지 50 마이크론의 두께이면, TIM(304)은 50 내지 250 마이크론 두께일 수 있다. 하나의 형태에서, TIM(304)은 센서(116)의 노출 표면에 증착된, 제 위치에 몰딩된 재료 또는 시트 재료이다. TIM(304)은 열전도성을 제공하도록 금속 또는 다양한 금속 산화물 또는 보론 질화물(boron nitride)와 같은 고체 분말 재료들의 조합 및 낮은 경도의 폴리머 또는 종종 실리콘 베이스의 젤(gel)로부터 만들어진다. 폴리머는, 보다 안정된 소프트 고체 재료로 경화될 수 있는 페이스트 형태 또는 분배 가능한 액체 또는 적용에 맞는 다양한 두께로 이용 가능한 전형적으로는 시트(sheet)인, 고체들의 정교한 조합을 사용 가능 형태로 유지하는 실질적으로 바인더(binder)이다. TIM 재료들의 예는 Fujipoly, Sarcon, SPG20A, Sarcon GTR 또는 Sarcon QR 이다. TIM(304)은 온도 측정의 정확성을 향상시키도록 대상물의 표면에 대한 센서(116)의 열적 인터페이스(thermal interface)를 향상시킨다.
도 6 을 참조하면, 온도 검출기 프로브(400)는 센서에 유연성을 지원 및 제공하는 다른 구성을 제공한다. 하나의 형태에서, 프로브(400)는 센서(116)를 제어 시스템에 전기적으로 결합시키도록 프로브(200)의 리드(lead, 202) 및 와이어(즉, 전기 커넥터(204))를 구비한다. 여기에서, 프로브 (400)는 하우징 (110)의 제 2 단부 부분(122)에 제공된 지지 캡(402)을 포함한다. 하나의 형태에서, 지지 캡(402)은 엘라스토머로 제조되고, 센서(116)를 지지하기 위해 다양한 적절한 방식으로 구성 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 형태에서, 지지 캡 (402)은 하우징 (110)의 내측 벽과 인터페이스하는 벽(404)을 포함하고, 센서(116)를 수용하기 위한 공동(406) 및 와이어를 수용하기 위한 액세스 포트 (408) (즉, 4081 및 4082)를 형성한다.
하나의 형태에서, 본 발명의 온도 검출기 프로브는 신호를 제어 시스템에 제공하기 전에 센서로부터의 신호를 처리하기 위한 추가 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 프로브(500)는 프로브(200, 300, 400)와 유사한 방식으로 구성되고, 전기 커넥터로서의 와이어 및 리드 (202)를 포함한다. 하나의 형태에서, 프로브 (500)는 하우징(110)내에 형성된 챔버(504)에 배치된 신호 프로세싱 회로(signal processing circuit, SPC, 502)를 구비한다. SPC (502)는 제 1 세트의 와이어 (506) (즉, 5061 및 5062)로 센서(미도시)와 전기적으로 결합되고, 제 2 세트의 와이어 (508) (즉, 5081 및 5082)를 통해 리드(202)와 전기적으로 결합된다. 따라서, 와이어(506 및 508)는 센서(116)를 SPC (502)에 전기적으로 연결하고 SPC(502)를 리드(202)에 전기적으로 연결하는 전기 커넥터를 형성한다.
SPC (502)는 신호를 제어 시스템으로 송신하기 전에 센서 (116)로부터의 원래 신호를 조절하기 위해 다양한 적절한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 형태에서, SPC(502)는 예를 들어 원래 신호로부터의 노이즈를 필터링하고, 신호의 강도를 증가시키고, 신호를 제어 시스템에서 사용되는 특정 포맷으로 변환하고, 신호를 디지털 값으로 변환하고, 그리고/또는 센서 오프셋 보정을 수행하는 하나 이상의 전기적인 구성 요소들을 포함한다. SPC (502)를 사용하여, 프로브(500)는 센서로부터의 원래 신호에 기초하여 향상된 신호를 제공하도록 특정 제어 시스템에 대하여 주문 맞춤(customization)될 수 있다. 더욱이, SPC (502)는 하우징 (110)에 열적으로 인터페이스되고, 하우징(110)은 간섭 끼워 맞춤(interference fit)과 같은 직접 접촉에 의해 열적으로 인터페이스되거나 또는 TIM의 사용을 통해 대상물(102)에 열적으로 인터페이스된다. 대상물(102)의 온도는 능동적으로 제어되고 따라서 SPC 회로 및 재료에 양립되는 온도에서 SPC (502)를 유지한다. 즉, SPC (502)와 대상물(102) 사이에 제공된 열적 경로(thermal path)는 대상물(102)의 온도와 실질적으로 같은 온도들에서 SPC(502)의 온도를 제어하며, 이것은 전자 회로와 양립되는 온도들에서 제어된다.
상이한 프로브들 사이의 다양한 변형들은 상호 교환될 수 있다. 예를 들어, 도 1 의 프로브(10)는 전기 커넥터(112) 대신에 리드(202) 및 전기 커넥터(204)를 구비할 수 있다. 역으로, 프로브(200, 300, 400,500)는 리드(202) 및 전기 커넥터(204) 대신에 도 1 의 전기 커넥터(112)를 구비할 수 있다.
또 다른 변형에서, 각각의 프로브 (100, 200, 300, 400 및 500)는 인슐레이션 가스(insulation gas)를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 홈(120)들이 보어(124)로부터 벽에 의해 분리되어 있으면서, 프로브(400)는 하우징(110)과 센서 (116) 사이의 열전도를 더욱 억제하도록 아르곤과 같은 인슐레이션 가스로 채워질 수 있다.
본 발명의 온도 검출기 프로브들은 표면의 측정 온도의 정확성을 향상시키도록, 하우징과 같은 주변 성분들로부터 센서로의 열전도를 억제하도록 구성된다. 측정되는 표면과 직접적으로 센서 인터페이스를 가짐으로써 측정에 대한 추가적인 향상이 제공되기도 한다. 센서 표면에 TIM 을 추가함으로써 표면이 측정되면서 센서의 반복 가능성(sensor repeatability) 및 열적 인터페이싱(thermal interfacing)을 향상시킨다. 유연성이 있는 지지 캡은 센서, TIM 및 감지되는 표면에 대한 일정한 힘을 제공한다.
본 발명의 설명은 단지 예시적인 것이며, 따라서 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않은 변형은 본 발명의 범위내에 있는 것으로 의도된다. 그러한 변형들은 본 발명의 사상 및 범위로부터의 이탈로서 간주되지 않는다.
제 1, 제 2, 제 3 등의 용어들은 여기에서 다양한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하도록 사용될 수 있지만, 이들 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들은 이들 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다. 이러한 용어들은 하나의 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션을 다른 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션으로부터 구분하도록 사용될 뿐이다. “제 1”“제 2”및 다른 서수들과 같은 용어는 여기에서 사용될 때 문맥에 의해 명확하게 지시되지 않는 한 순차 또는 순서를 의미하지 않는다. 따라서, 제 1 요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시예들의 교시로부터 벗어나지 않으면서, 제 2 요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다. 더욱이, 요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션은, 요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 “제 1”요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭할 필요 없이, “제 2”요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
100. 검출기 프로브 102. 대상물
110. 하우징 112. 전기 커넥터
120. 제 1 단부 부분 130. 연장 부분

Claims (15)

  1. 하우징을 통해 길이 방향으로 연장된 보어(bore)를 형성하는 하우징;
    상기 보어를 통해 길이 방향으로 연장된 한쌍의 전기 커넥터;
    상기 하우징의 제 1 단부 부분에 배치된 지지 캡; 및,
    상기 지지 캡상에 제공되고, 상기 한쌍의 전기 커넥터들에 전기적으로 결합된 센서로서, 상기 센서와 한쌍의 전기 커넥터들 사이에 상기 지지 캡이 위치되는, 센서;를 포함하는, 온도 검출기 프로브.
  2. 제 1 항에 있어서, 하우징의 제 2 단부 부분을 통해 연장되고 한쌍의 전기 커넥터들에 전기적으로 결합된 한쌍의 전기적인 핀들(electrical pins)을 더 포함하는, 온도 검출기 프로브.
  3. 제 1 항에 있어서, 한쌍의 전기적인 커넥터들은 지지 캡을 통해 센서에 전기적으로 결합된 POGO 핀들인, 온도 검출기 프로브.
  4. 제 1 항에 있어서, 한쌍의 전기 커넥터들은 지지 캡을 통하여 센서에 전기적으로 결합된 한쌍의 와이어들인, 온도 검출기 프로브.
  5. 제 1 항에 있어서, 지지 캡은 폴리아미드로 만들어지는, 온도 검출기 프로브.
  6. 제 1 항에 있어서, 지지 캡은 한쌍의 전기적인 커넥터들 및 센서를 전기적으로 결합시키는 2 개의 플레이트 관통 구멍들(plated through-holes)을 포함하는, 온도 검출기 프로브.
  7. 제 1 항에 있어서, 센서는 저항 온도 검출기 센서 칩(resistance temperature detector sensor chip)인, 온도 검출기 프로브.
  8. 제 1 항에 있어서, 센서는 지지 캡상에 증착된 박막 저항 요소(thin film resistive element)이고, 박막 저항 요소는 고온 저항 계수(high temperature coefficient of resistance)를 가지는, 온도 검출기 프로브.
  9. 제 8 항에 있어서, 박막 저항 요소는 구리,니켈, 니켈-철 또는 플래티늄중 하나인, 온도 검출기 프로브.
  10. 제 1 항에 있어서, 센서의 표면상에 배치된 온도 단열 재료를 더 포함하는, 온도 검출기 프로브.
  11. 제 1 항에 있어서, 센서는 대상물의 온도를 측정하도록 대상물의 표면에 직접 접촉하게끔 구성되는, 온도 검출기 프로브.
  12. 제 1 항에 있어서, 하우징은 상기 하우징의 외부를 따라서 하나 이상의 원주 홈(circumferential grooves)을 형성하는, 온도 검출기 프로브.
  13. 제 1 항에 있어서, 센서는 써모커플(thermocouple)인, 온도 검출기 프로브.
  14. 제 1 항에 있어서, 센서로부터의 신호를 조정(condition)하도록 센서에 통신 가능하게 결합된 신호 프로세싱 회로(signal processing circuit)을 더 포함하는, 온도 검출기 프로브.
  15. 제 14 항에 있어서, 하우징은 상기 하우징의 제 2 단부 부분에 챔버를 형성하고, 신호 프로세싱 회로는 챔버에 배치되고,
    한쌍의 신호 커넥터들은 센서 및 신호 프로세싱 회로를 통신 가능하게 결합하도록 신호 프로세싱 회로에 전기적으로 결합되는, 온도 검출기 프로브.
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