KR940011791B1 - 온도안정화 매스 플로우 컨트롤러 센서 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

온도안정화 매스 플로우 컨트롤러 센서
제 1 도 및 제 2 도는 일반적인 매스 플로우 컨트롤러(MFC : Mass Flow Controller)의 구성 및 작용을 보이는 도면으로서,
제 1 도는 종래 매스 플로우 컨트롤러의 개략적인 내부 구조도.
제 2 도는 종래 MFC센서의 구성을 보인 제 1 도의 A부 상세도.
제 3 도는 본 발명에 의한 온도안정화 MFC센서의 구성 및 작용을 보인 구조도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 인-슈트 케이스 13 : 센서 튜브
14 : 업-스트림 코일 15 : 다운-스트림 코일
21 : 냉각판 22 : 펠티어 냉각선
22a : 안티몬 와이어 22b : 비스무트 와이어
23 : 전원 콘넥터 23a : -15VDC단
23b : 그라운드단 24 : 써모스탯
본 발명은 온도안정화 매스 플로우 컨트롤러 센서(Mass Flow Controller Sensor ; 이하 "MFC센서"라 약칭함)에 관한 것으로, 특히 센서 내부의 온도를 기존 전원(-15VDC)을 이용하여 안정화 시킴으로써 주변환경의 변화로 인한 감지 오차를 최소화 하도록 한 온도안정화 매스 플로우 컨트롤러 센서에 관한 것이다.
가스유량 조절장치인 매스 플로우 컨트롤러는 제 1 도에 도시한 바와 같이 메인바디(1)의 양측에 인입연결구(2)와 출구연결구(3)가 연결되어 있고, 상기 메인바디(1)의 인입연결구(2)에 인접하게는 유입되는 가스의 유량을 제어하는 센서(4)가 설치되어 있으며, 상기 출구연결구(3)에 인접하게는 밸브(5)가 설치되어, 센서(4)에 의하여 유량이 제어된 가스를 공급하게되어 있다.
또한, 상기 센서(4)와 밸브(5)는 기판(6)에 연결되어 있고, 그 기판(6)의 일단부에는 전원공급 및 출력단자인 컨넥터(Connector)(7)가 형성된 구성으로 되어 있다.
상기 센서(4)는 가스 유량에 따른 미세한 열량차를 감지하고 이를 전압으로 변환하여 전체적인 가스의 유량을 제어하는 부품으로, 이러한 MFC센서는 제 2 도에 도시한 바와 같이 보온판(11)이 부착된 인-슈트 케이스(In-Suit Case)(12)의 내부에 센서튜브(13)가 그의 입구(13a)와 출구(13b)가 외부로 돌출하게 설치되어 있으며, 상기 센서튜브(13)에는 업-스트림 코일(Up-Stream Coil)(14)과 다운-스트림 코일(Down-Stream Coil)(15)이 감겨 설치된 구조로 되어 있다.
도면 중 미설명 부호 16 및 16'은 오-링(O-ring)을 보인 것이다.
상기와 같이 구성된 종래 MFC센서의 가스 유량 감지동작을 살펴보면 다음과 같다.
MFC 메인바디(1)의 일측에 연결된 인입연결구(2)를 통하여 유입되는 가스중 5cc정도(이는 각 메이커마다 다소차이가 있음)가 센서튜브(13)의 입구(13a)로 유입되어 업-스트림부(14)에서 다운-스트림부(15)로 흐르게 된다.
이때 상기 센서 튜브(13)를 흐르게 되는 가스의 속도는 MFC 전체에 흐르는 가스의 유량에 비례하여 유량이 많으면 속도가 빠르게 되고, 유량이 적으면 속도가 느리게 된다.
모든 가스는 고유열량(Specifie Heat)을 가지게 되는데 이 고유열량은 가스유량 및 종류에 따라 변화하게 되어 열량차가 발생하게 된다.
즉, 업-스트림부(14)에서의 열량(T1)과 다운 스트림부(15)에서의 열량(T2)은 가스종류 및 유량에 따른 속도차이에 의하여 비례적으로 열량차(T1-T2=△T)가 발생하게 된다.
이러한 열량차(△T)를 감지하고, 전압으로 변환한 후 증폭하여 MFC의 전체적인 가스유량을 제어하는 것이다.
즉, MFC센서는 센서튜브(13)을 흐르는 가스의 미세한 열량차를 감지하여 가스유량을 제어하는 것으로, 주변의 조건(온도 및 압력)에 민감한 반응을 나타나게 된다.
특히 주변의 온도에 매우 큰 영향을 받게 되는바, 이로 인하여 센서의 감지 오차로 MFC의 특성이 저하되는 결함이 있었다.
부연하면, 일반적인 MFC는 통상 0℃, 760Torr의 조건으로 제작되어 출하 되는데 MFC의 사용장소가 한정되지 않고, 나라별, 실, 내외별로 각기 다른 주변 조건하에서 사용되는 관계로 주변 온도의 영향을 받아 센서의 감지 오차가 발생하게 된다.
이러한 센서의 감지오차로 인하여 MFC 자체의 특성이 5%~25%정도까지 자하 되고 있다.
이를 방지 하기 위하여 종래에는 겹겹이 보온판을 설치한다든지 또 다른 외부 케이스를 제작하여 일정한 온도를 유지하도록 하고 있으나, 이에는 한계가 있는 것이고, 소형의 MFC센서에는 부적합한 것이었다.
이를 감지하여 창안한 본 발명의 목적은 서로다른 금속을 연결하고 그 양단에 전원을 가하면 흡열 또는 발열 하는 원리인 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용한 온도유지 수단을 MFC센서에 설치하여 센서 내부의 온도를 안정화 시킴으로써 주변 환경의 변화로 인한 감지오차를 최소화 할수 있도록한 온도안정화 MFC센서를 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 인슈트케이스의 내부에 센서 튜브가 설치되고, 그 센서 튜브에는 업-스트림 코일과 다운-스트림 코일이 장착되어, 센서 튜브를 흐르는 가스의 열량차를 감지하는 MFC센서에 있어서, MFC세서의 내부온도를 일정하게 유지 시키기 위한 온도유지 수단과, MFC센서의 내부온도 변화를 감지하여 상기 온도유지 수단의 전원을 선택적으로 단, 속하는 서모스탯(Thermostat)을 구비하여, 센서내부의 온도를 안정화 시키도록 구성함을 특징으로 하는 온도안정화 MFC센서가 제공된다.
상기 온도유지수단은 인슈트케이스의 내부에 설치되는 냉각판과 그 냉각판과 전원 컨넥터를 연결하는 펠티어 냉각선으로 구성된다.
상기 펠티어 냉각선은 전원 콘넥터의 구동전원인 -15VDC 전극단에 연결되는 안티몬 와이온(Sb-Wire)와 그라운드단(GND)에 연결되는 비스무트(Bi)와이어로 이루어진다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 온도안정화 MFC센서를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.
제 3 도는 본 발명에 의한 온도안정화 MFC센서의 구조 및 작용을 보인 구조도로서 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 온도 안정화 MFC센서는 보온판(11)이 부착된 인-슈트케이스(12)의 내부에 센서튜브(13)가 설치되어 있고, 그 센서튜브(13)에는 업-스트림 코일(14)과 다운-스트림 코일(15)이 장착되어 센서튜브(13)를 흐르는 가스의 열량차를 감지하도록 되어 있다.
이러한 열량차는 전압으로 변환되고, 증폭부(17)에는 증폭되어 리니어 라이저(18)을 통해 환산되어 가스 유량을 제어 하게 되어 있다.
또한 상기 인-슈트 케이스(12)의 내부에는 냉각판(21)이 설치되어 있고, 그 냉각판(21)은 펠티어 냉각선(22)에 의해 전원 콘넥터(23)와 연결되어, 펠티어 효과 작용으로 센서 내부의 온도를 일정하게(약 10℃정도)유지 시키도록 되어 있다.
상기 펠티어 냉각선(22)은 전원 콘넥터(23)의 -15VDC 전극단(23a)에 연결되는 안티몬와이어(22a)와, 그라운드단(23b)에 연결되는 비스무트 와이어(22b)로 이루어진다.
또한 상기 인-슈트케이스(12)의 내부 일측에는 그의 내부 온도 변화를 감지하여 상기 냉각판(21)에 인가되는 전원을 선택적으로 단, 속하는 써모스탯(24)이 설치되는바, 이는 연결선(25)에 의해 안티몬와이어(22a)와 연결 되어 있다.
도면에서 종래 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여 하였다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 온도안정화 MFC센서가 적용된 MFC를 사용 장비에 설치하고 전원콘넥터(23)를 연결하게 되면, MFC 자체가 워엄-업(Warm-up) 되면서 그라운드단(23b)과 -15VDC(23a)을 통해 펠티어 냉각선(22)의 안티몬와이어(22a) 및 비스무트 와이어(22b)에 전원이 공급된다.
이러한 전원은 MFC에 전원이 공급되는 동안 계속적으로 공급되며, 인슈트케이스(12) 내부의 온도를 저하시켜 주변환경과 무관하게 항상 센서 내부의 온도를 약 10℃ 정도로 유지시킨다.
이에 따라 센서는 안정된 감지 동작을 하게 되는 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 온도안정화 MFC센서는 기존의 MFC센서에 센서 내부의 온도를 항상 일정하게 유지시켜 주기 위한 온도유지 수단과, 써모스탯 설치한 것으로서, 이러한 MFC센서가 설치된 MFC는 주변의 온도변화에 무관하게 일정한 특성을 나타내므로 정확한 가스유량을 감지, 제어 할 수 있는 효과가 있다.
즉, 기존의 MFC의 보다 월등히 안정되고 정확한 가스유량을 감지할 수 있으므로 점차 고도화, 정밀화 되어 가고 있는 반도체 제조장비의 가스시스템 유리하게 적용할 수 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 인-슈트케이스(12)의 내부에 센서튜브(13)가 설치되고, 그 센서튜브(13)에는 업-스트림코일(14)과 다운-스트림코일(15)이 장착되어, 센서튜브(13)내를 흐르는 가스의 열량차를 감지하는 매스플로우 컨트롤러 센서에 있어서, 센서 내부의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 온도 유지 수단과, 센서 내부의 온도 변화를 감지하여 상기 온도 유지 수단의 전원을 선택적으로 단, 속하는 써모스탯(24)를 구비하여, 센서의 감지 동작을 안정화 시키도록 구성함을 특징으로 하는 온도안정화 매스 플로우 컨트롤러 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도유지 수단은 인-슈트케이스(12)의 내부에 설치되는 냉각판(21)과, 그 냉각판(21)과 전원콘넥터(23)를 연결하는 펠티어 냉각선(22)으로 구성됨을 특징으로 하는 온도안정화 매스 플로우 컨트롤러 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 펠티어 냉각선(22)은 전원 콘넥터(23)의 -15VDC단(23a)에 연결되는 안티몬와이어(22a)와 그라운드단(23b)에 연결되는 비스무트와이어(22b)로 이루어짐을 특징으로 하는 온도안정화 매스 플로우 컨트롤러 센서.
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