TWI730656B

TWI730656B - 電熱加熱裝置

Info

Publication number: TWI730656B
Application number: TW109107455A
Authority: TW
Inventors: 鄭淳護; 劉冠頡
Original assignee: 國立臺灣師範大學; 高達光有限公司
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-06-11
Also published as: TW202134529A

Abstract

一種電熱加熱裝置，包含一承載層、一位於該承載層上的電熱單元及一覆蓋於該電熱單元的保護層。該電熱單元包括一熱敏性電熱層及一與該熱敏性電熱層電連接的電極組，該熱敏性電熱層具有一奈米導電材料及至少一層包覆該奈米導電材料的熱敏電阻材料。當一電流通過該熱敏性電熱層，該奈米導電材料產生熱能並提高所在區域之溫度，該熱敏電阻材料的電阻值隨溫度改變而產生變化，因而驅使該電流流向低電阻值的區域，進而使本發明達到均勻加熱之功效。

Description

電熱加熱裝置

本發明是有關於一種電熱加熱裝置，特別是指一種能大面積且均勻加熱的電熱加熱裝置。

隨著半導體產業的發展，製程中對於線路要求細微化與複雜化且所使用的化學藥品種類日漸繁多，因此在線路長度延伸與廢氣物質濃度含量增加的情況下，製程中所產生之廢氣物質容易造成線路阻塞以及使用週期大幅縮短，對於產業的生產速率造成影響，因此目前晶圓製造設備上採用加熱裝置來提高該排氣管路之溫度的方式以延緩該排氣管路之內部阻塞的現象。

參閱圖1、圖2，目前已知為使用一電熱絲加熱裝置5，該電熱絲加熱裝置5包含一電熱絲51及一包覆該電熱絲51之絕緣保護層52。並將該電熱絲加熱裝置5以纏繞的方式包覆在一排氣管路6外部。其中，鐵鉻鋁合金由於使用溫度可達1400度、抗氧化性能好，且價格便宜，因此，為電熱絲51的常用材料。然而，鐵鉻鋁合金使用溫度雖然較高(可達1400度)，但是在高溫時機械強度下降、可塑性增加，使該電熱絲51容易變形。而因為該電熱絲51的直徑越大越不易受溫度影響產生變形，所以鐵鉻鋁合金電熱絲51的直徑一般均在2mm以上，此外，該絕緣保護層52包覆在該電熱絲51的外周緣後，該電熱絲加熱裝置5的整體厚度約在10mm以上，因此，柔軟性較差，以致於無法完整包覆在該排氣管路6，造成該排氣管路6之未被該電熱絲51包覆的區域溫度不足而無法均勻受熱，導致該排氣管路6的內部產生阻塞。

因此，本發明的目的，即在提供一種可提升加熱均勻性的電熱加熱裝置。

於是，本發明電熱加熱裝置，包含一承接層、一電熱單元，及一覆蓋於該電熱單元之保護層。該電熱單元位於該承接層上並包括一熱敏性電熱層及一電極組。該電極組與該熱敏性電熱層電連接，該熱敏性電熱層具有一奈米導電材料及至少一層包覆該奈米導電材料的熱敏電阻材料，該熱敏電阻材料的電阻值會隨著溫度改變而產生變化，該保護層由絕緣材料構成並覆蓋於該電熱單元上。

本發明的功效在於：當電流通過該電熱單元，該奈米導電材料產生熱能而提高所在區域的溫度，該熱敏電阻材料的電阻值可隨溫度變化，誘使該電流流向低電阻值的區域，進而達到大面積均勻加熱。

本發明電熱加熱裝置可用於包覆於一待加熱物品，以對該待加熱物品進行加熱，於本實施例中是以該電熱加熱裝置包覆於一排氣管路1為例，然實際實施時並不以此為限。

參閱圖3，本發明該電熱加熱裝置的一實施例包含一承載層2、一電熱單元3及一保護層4。

該承載層2為支撐基材，且可視使用環境選自不同的耐熱材料，如玻離纖維布、表面絕緣處理之金屬薄膜，或耐高溫之塑橡膠薄膜等。

於一些實施例中，該承載層2具有可撓性，而可更易於與待包覆的物品(如該排氣管路1)表面貼合，以具有較佳的密合性。

較佳地，該承載層2的厚度介於0.001~500 μm間，此薄膜型態讓該承載層2更利於貼附在不同型態之待加熱物品。

該電熱單元3位於該承載層2上並包括一電極組31及一熱敏性電熱層32。

該電極組31與該熱敏性電熱層32電連接，可選自金、銀、銅、鋁、不鏽鋼的其中至少一組合為構成材料，並以印刷塗佈於該承載層2或該熱敏性電熱層32，或以沖壓然後裁切成適當形狀後貼附於該承載層2或該熱敏性電熱層32，或以半導體蒸鍍製程成形並覆蓋於該承載層2或該熱敏性電熱層32，其厚度介於0.001~500μm。

具體的說，該電極組31可位於該熱敏性電熱層32上方或下方。亦即，可先於該承載層2上形成該電極組31，再形成覆蓋該電極組31的該熱敏性電熱層32，或是於該承載層2上先形成該熱敏性電熱層32後，再於該熱敏性電熱層32上形成該電極組31。只要是令該電極組31可均勻的分佈並與該熱敏性電熱層32電連接即可，其設置位置並無需特別限制。

該電極組31具有一第一電極311及一第二電極312，其中，該第一電極311及第二電極312可以是彼此平行的平行電極，或是以錯位的形式相互交錯的指叉式電極。於本實施例中，該電極組31是以指叉式電極為例，透過令該第一電極311與該第二電極312成指叉式相互交錯分佈的型態，可使電流分佈更均勻，而讓該排氣管路1受熱更均勻。

該熱敏性電熱層32厚度介於0.001~1,000μm，具有多種奈米導電材料及至包覆於該等奈米導電材料的熱敏電阻材料。

該等奈米導電材料可選自石墨烯、奈米碳管，及奈米金屬的其中至少一組合。

該熱敏性電阻材料為具有電阻值可隨溫度的變化而改變的特性，於本實施例中，該熱敏性電阻材料為選自具有電阻值隨溫度增加而上升之特性的正溫度係數熱敏電阻材料，例如半導體熱敏電阻材料、金屬熱敏電阻材料、合金熱敏電阻材料，具體的說，該等熱敏電阻材料選自導電高分子、溫度相變化高分子、金屬離子攙雜高分子、金屬、複合金屬合金、溫度相變化金屬、金屬氧化物、複合金屬合金氧化物、有機金屬複合物、有機金屬複合氧化物、無機金屬複合物、無機金屬複合氧化物、金屬鹽、複合金屬鹽、有機金屬複合鹽、無機金屬複合鹽或以上多種之複合組成等。於一些實施例中，該熱敏性電阻材料選自鈦酸鋇(BaTiO ₃)，由於相關熱敏電阻材料為本技術領預習知，所以不再多加說明。此外，該熱敏電阻材料包覆該奈米導電材料為一層或數層，且總包覆厚度介於1nm~100um。

該保護層4以塗佈或貼合的方式覆蓋於該電熱單元3上，並選自耐高溫絕緣材質，例如金屬氧化物絕緣膜、玻璃纖維布、聚苯硫醚(PPS)、聚芳酯(PAR)、聚醚醚酮(PEEK)、聚氧苯甲酰(POB)、聚苯酯(PPB)、聚醚醯亞胺(PBI)、聚醯亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚四氟乙烯(PTFE)、矽膠(Silicone)或氨基塑料等，用於保護該電熱單元3以避免物理性損毀或漏電之情形發生。

於一些實施例中，其中，該保護層4的厚度控制在介於0.001~500μm。

當利用本發明該電熱加熱裝置加熱該排氣管路1時，可先將該電熱加熱裝置包覆該排氣管路1，接著透過該電極組31施加電流，當該電流通過與該電極組31電連接的該熱敏性電熱層32時，可促使該熱敏性電熱層32的奈米導電材料將電能轉化成熱能提升所在區域的溫度，並令包覆於該奈米導電材料的該熱敏電阻材料之電阻值隨溫度而產生變化，當局部區域溫度過高時，該局部區域的熱敏電阻材料之電阻值會上昇而令該局部區域暫時呈現半絕緣狀態，從而驅使電流流向其他較低電阻值之區域，以降低該局部溫度的溫度，隨後較低電阻值區域的該奈米導電材料藉由該電流而提升溫度，進而使不同區域的該電熱單元3達到均勻加熱，而使待加熱物品之所有區域達到全面均溫的效果。

另外值得一提的是，參閱圖6，該電熱單元3還包括一感測元件組33，及一控制器34。

該感測元件組33分別與該熱敏性電熱層32及該控制器34訊號連接，該控制器34可用於接收該感測元件組33的感測訊號後，並據以控制該電熱單元3。

該感測元件組33可選自無線射頻辨識元件331、超音波感測元件332，及氣體感測元件333的其中至少一組合，可透過印刷塗佈或貼合之方式疊加於該熱敏性電熱層32上，並分別與該熱敏性電熱層32及該控制器34電連接。

其中，該無線射頻辨識元件331用於感測該電熱單元3之熱敏電阻材料的電阻值變化；該超音波感測元件332藉由超音波產生振動所回饋之訊號來感測該排氣管路1之管壁的質量變化，該氣體感測元件333用於感測該排氣管路1內部之氣體組成。該控制器34可藉由該感測元件組33的偵測訊號得知待加熱物品不同區域的溫度、質量、氣體等參數，並以此做為控制輸出電流功率的依據，而可更精確的控制該電熱加熱裝置的作動。

由於該感測元件組33可透過印刷或半導體製程方式與該熱敏性電熱層32整合並分佈於熱敏性電熱層32的不同區域，因此，可薄化厚度並可全面監控該電熱加熱裝置的整體運作狀況。於一些實施例中，該感測元件組33的厚度介於0.001~500μm。

此外，要說明的是，本發明該電熱加熱裝置之該承載層2、該電熱單元3、該保護層4為相互疊置的薄膜，因此，該電熱加熱裝置的整體厚度可控制在為厚度介於0.001~10,000um間的薄膜結構，而當令該承載層2具有可撓性時，還可更適於貼合包覆具有曲面的待加熱物表面，如該排氣管路1，而能達成均勻加熱的目的。

綜上所述，本發明透過該電熱單元3之熱敏電阻材料的電阻值隨溫度上升而增加的特性，而可在局部加熱溫度過高時，令該局部區域的電阻值上升，而驅使電流流向低電阻值的區域，以提升低電阻區域之溫度以達到大面積均勻加熱，故確實可達到本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1:排氣管路 2:承載層 3:電熱單元 31:電極組 311:第一電極 312:第二電極 32:熱敏性電熱層 33:感測元件組 331:無線射頻辨識元件 332:超音波感測元件 333:氣體感測元件 34:控制器 4:保護層

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是習知的一電熱絲加熱裝置及一排線管路的一立體圖；圖2是該電熱絲加熱裝置的一局部剖視圖；圖3是本發明電熱加熱裝置之一實施例及一排氣管路的一立體分解圖；及圖4是該實施例之一立體分解圖，說明一電熱單元之感測元件組。

1:排氣管路

2:承載層

3:電熱單元

31:電極組

311:第一電極

312:第二電極

32:熱敏性電熱層

4:保護層

Claims

一種電熱加熱裝置，包含：一個承載層；一電熱單元，位於該承載層上並包括一熱敏性電熱層、一與該熱敏性電熱層電連接的電極組，及一感測元件組，該熱敏性電熱層具有一奈米導電材料及至少一層直接包覆該奈米導電材料的熱敏電阻材料，該熱敏電阻材料之電阻值隨溫度而改變，該感測元件組位於該熱敏性電熱層上且與該熱敏性電熱層電連接，該感測元件組選自無線射頻辨識元件、超音波感測元件、氣體感測元件的其中至少一組合；及一保護層，由絕緣材料構成，覆蓋於該電熱單元上。
如請求項1所述的電熱加熱裝置，其中，該電極組位於該熱敏性電熱層與該承載層之間或該熱敏性電熱層與該絕緣層之間。
如請求項1所述的電熱加熱裝置，其中，該熱敏性電熱層之熱敏電阻材料選自導電高分子、溫度相變化高分子、金屬離子攙雜高分子、金屬、複合金屬合金、溫度相變化金屬、金屬氧化物、複合金屬合金氧化物、有機金屬複合物、有機金屬複合氧化物、無機金屬複合物、無機金屬複合氧化物、金屬鹽、複合金屬鹽、有機金屬複合鹽，或無機金屬複合鹽。
如請求項1所述的電熱加熱裝置，該承載層具有可撓性。
如請求項4所述的電熱加熱裝置，該承載層的構成材料材質選自玻離纖維布、表面絕緣處理之金屬薄膜、金屬氧化物薄膜，或耐高溫之塑橡膠薄膜。
如請求項1所述的電熱加熱裝置，其中，該奈米導電材料選自石墨烯、奈米碳管、奈米金屬的其中至少一組合。
如請求項1所述的電熱加熱裝置，其中，該電極組為指叉式電極。
如請求項1所述的電熱加熱裝置，還包含一與該感測元件組及該電熱單元電連接的控制器。