TWI741510B - 熱障圍封殼、熱障及壓力感測系統 - Google Patents

熱障圍封殼、熱障及壓力感測系統 Download PDF

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TWI741510B
TWI741510B TW109106344A TW109106344A TWI741510B TW I741510 B TWI741510 B TW I741510B TW 109106344 A TW109106344 A TW 109106344A TW 109106344 A TW109106344 A TW 109106344A TW I741510 B TWI741510 B TW I741510B
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麥特 達特倫
庫爾特 魯庭斯
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美商住友（Ｓｈｉ）美國低溫研究有限公司
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Abstract

一種電容式隔膜計(CDG)定位於一壓力量測單元之一壓力感測區段中。該CDG經加熱以將該CDG維持在經選擇以減少該CDG之隔膜上之污染物累積之一溫度下。該壓力感測區段連接至一熱障之一第一安裝介面。該熱障之一第二安裝介面連接至一電子設備區段。該熱障包含將該第一安裝介面機械地互連至該第二安裝介面之複數個支柱。該等支柱具有選擇為足夠大以使該電子設備區段自該感測區段懸吊之大小。該等支柱之該等大小選擇為足夠小以減少自該第一安裝介面至該第二安裝介面之熱傳遞，以將該第二安裝介面維持在一選定最大溫度以下。

Description

熱障圍封殼、熱障及壓力感測系統
本發明係在基於一隔膜之偏轉量測壓力之電容式隔膜計之領域內。
絕對電容式隔膜計(CDG)藉由感測與一隔膜之偏轉相關聯之電容變化而量測壓力，藉此隔膜之一個側(壓力側)曝露於待量測之壓力，且隔膜之另一側曝露於一密封參考真空腔，其中已在密封該參考腔之前產生一超高真空(例如，小於10-9托)。
CDG量測一隔膜與容置於參考真空腔中之一或多個固定電極之間之電容。當隔膜之壓力側上之壓力高於參考真空腔中之壓力時，隔膜在該(或該等)固定電極之方向上偏轉，此增加量測電容。在隔膜之壓力側上之壓力減小時，跨隔膜之壓差變小且隔膜移動遠離參考真空腔中之該(或該等)固定電極，此減小量測電容。
CDG常用於量測在其中將薄或厚材料膜沈積於一基板上之真空腔中的壓力。用途之一個常見實例係在製作半導體裝置期間在將材料沈積至矽晶圓之表面上期間量測壓力。CDG在利用多種氣體之真空沈積 程序中非常有用，此係因為電容式隔膜計高度準確且能夠量測絕對壓力，而與氣體組合物無關。不幸的是，使CDG能夠在通常實行真空沈積之壓力規範(regime)下操作之CDG之相同特性亦使CDG對進入隔膜之表面上之任何形式之污染或塗佈極其敏感。
隔膜污染或塗佈可負面影響CDG之敏感度及準確度，且亦可導致CDG之零點之一偏移。數種其他常遇到的現象亦可影響CDG之敏感度、準確度及零點。CDG更常用於諸如半導體晶圓處理之程序中，一些該等程序可對真空量測中之輸出偏移極其敏感。已知隔膜污染或隔膜塗佈對CDG之準確度及重複性之影響明顯足以影響程序結果及程序良率。隔膜污染之一個原因係更傾向於與一較冷金屬表面(諸如一隔膜)起反應且黏附至其之氣態副產物之冷凝。因此，CDG之使用者已嘗試藉由升高隔膜之溫度以減少或消除冷凝而減小隔膜污染或塗佈之機會。雖然此技術已被長期使用且具有積極效果，但該技術尚未消除隔膜污染或塗佈之發生。此前，隔膜之最大溫度已受用於處理來自隔膜之電容信號之電子設備限制。由於電子設備必須定位成靠近隔膜，故電子設備自經加熱隔膜接收熱能，此增加電子設備之溫度。增加之溫度可不利地影響電子設備之準確度，且亦可影響併入至電子設備中之熱敏組件之可靠性。
已使用技術來主動地自電子設備移除熱量或被動地將電子設備與經加熱隔膜熱隔絕；然而，已知技術受電子設備與隔膜之間之一最大熱差限制。
需要改良CDG，藉此可將一隔膜加熱至比先前可行遠更高之一溫度，同時使電子設備保持緊密靠近隔膜，且同時將電子設備及 CDG之曝露外表面維持在一可接受的最大安全量值。
可例如藉由一種熱障圍封殼提供此等及其他優點，該熱障圍封殼用於將在一第一溫度下操作之一CDG與在一第二溫度下操作之一電子設備圍封殼互連，其中該第一溫度大於該第二溫度。該熱障圍封殼包含包圍該CDG之一側壁、經構形以機械地接合該CDG之一第一壁、經構形以接合該電子設備圍封殼之第二壁，及將該第一壁及該第二壁互連之一中間熱限制及通風部分。該第二壁與該第一壁間隔開。該中間熱限制及通風部分包含複數個支柱。
該第一壁可具有一中心通孔，且各支柱可沿著自該中心通孔延伸之一各自支柱徑向線定位。替代地，各支柱可沿著以該中心通孔為中心之一第一圓定位。該等支柱可連接至該第一壁及該第二壁。該熱障圍封殼可進一步包含連接至該第一壁及該第二壁之一中心互連支柱。一中心通孔可形成於該中心互連支柱內部。該中間熱限制及通風部分可具有介於該第一壁與該第二壁之間之一總體積，該複數個支柱可具有一總支柱體積，且該總支柱體積可在該總體積之大約15%至大約25%之一範圍內。
可例如藉由一種壓力感測系統提供此等及其他優點，該壓力感測系統包含：一CDG，其在一第一溫度下操作；一電子設備圍封殼，其在一第二溫度下操作；及一熱障圍封殼，其容置該CDG且將該CDG互連至該電子設備圍封殼。該CDG能夠耦合至待量測之一壓力之一源，且該電子設備圍封殼圍封電耦合至該CDG之電子設備。該第一溫度大於該第二溫度。該熱障圍封殼包含包圍該CDG之一側壁，經構形以機械地接合該CDG之一第一壁，經構形以接合該電子設備圍封殼之一第二壁，及將該第一壁及該第二壁互連之一中間熱限制及通風部分。該第二壁 與該第一壁間隔開。該中間熱限制及通風部分包含複數個支柱。
可例如藉由一種熱障提供此等及其他優點，該熱障用於將在一第一溫度下操作之一CDG與在一第二溫度下操作之一電子設備圍封殼互連，其中該第一溫度大於該第二溫度。該熱障包含：一第一安裝介面，其經構形以機械地接合該CDG；一第二安裝介面，其經構形以接合該電子設備圍封殼；及一中間熱限制及通風部分，其將該第一安裝介面及該第二安裝介面互連。該第二安裝介面與該第一安裝介面間隔開。該中間熱限制及通風部分包含複數個支柱。
該中間熱限制及通風部分可具有介於該第一安裝介面與該第二安裝介面之間之一總體積，該複數個支柱可具有一總支柱體積，且該總支柱體積可在該總體積之大約30%至大約50%之一範圍內。該總支柱體積可為該總體積之大約40%。該複數個支柱可包含複數個外部互連支柱及複數個內部互連支柱。該等外部互連支柱可間隔開以在相鄰外部互連支柱之間提供通風口。該等內部互連支柱可彼此間隔開且可與該等通風口間隔開，以使空氣能夠流動通過該中間熱限制及通風部分。該複數個支柱可進一步包含一中心互連支柱。該中心互連支柱可包圍自該第一安裝介面延伸至該第二安裝介面之一通孔。該第一安裝介面及該第二安裝介面之各者可具有一各自中心通孔，各外部互連支柱可沿著自該中心通孔延伸之一各自外部互連支柱徑向線定位，且各內部互連支柱可沿著自該中心孔延伸之一各自內部支柱徑向線定位。各內部支柱徑向線實質上等角地定位於一各自第一外部互連支柱徑向線與一第二外部互連支柱徑向線之間。該第一安裝介面及該第二安裝介面之各者可具有一各自中心通孔，各外部互連支柱可沿著以該中心通孔為中心之一第一圓定位，該第一圓具有一第一半徑，且 各內部支柱可沿著以該中心通孔為中心之一第二圓定位。該第二圓可具有小於該第一半徑之一第二半徑。
100:壓力量測單元
110:大體圓柱形外殼體
112:前錨定板
114:後面板
120:壓力口/入口
130:第一連接器
132:第二連接器
134:安裝螺釘
140:第一發光二極體(LED)
142:第二發光二極體(LED)
144:第三發光二極體(LED)
146:第一嵌入式按鈕開關
148:第二嵌入式按鈕開關
200:前部區段/近端區段/壓力感測器區段
202:後部區段/遠端區段/電子設備區段
210:電容式隔膜計(CDG)
212:入口管
214:絕熱配接器
220:薄隔膜
222:固定電極
224:支撐結構/電容式隔膜計(CDG)外殼
226:同軸導體
250:高溫烘箱圍封殼/高溫烘箱
252:第一高溫烘箱蓋/近端高溫烘箱蓋
256:第二高溫烘箱蓋/遠端高溫烘箱蓋
258:中心開口
260:中溫烘箱圍封殼/中溫烘箱
262:第一中溫烘箱蓋/近端中溫烘箱蓋
264:第二中溫烘箱蓋/遠端中溫烘箱蓋
266:中心開口
300:第一印刷電路板(PCB)/I/O印刷電路板(PCB)/I/O板
302:第二印刷電路板(PCB)/電力供應印刷電路板(PCB)
304:第三印刷電路板(PCB)/DSP印刷電路板(PCB)
306:第四印刷電路板(PCB)/類比印刷電路板(PCB)/類比板
310:印刷電路板(PCB)互連間隙件
320:電子設備烘箱圍封殼/電子設備烘箱
322:區段互連間隙件
330:印刷電路板(PCB)板互連元件
500:壓力量測單元/壓力量測系統
510:前部區段/近端區段/感測器區段
512:後部區段/遠端區段/電子設備區段
514:前部圓柱形外罩
516:後部圓柱形外罩
520:熱障
522:第一表面/近端表面
524:第二表面/遠端表面
530:近端安裝部分
532:遠端表面
534:圓周外表面/外部圓柱表面/外圓周表面
540:中間熱限制及通風部分
550:遠端安裝部分
552:近端表面
554:第一圓周外表面/第一圓柱形外表面
556:第二圓周外表面/近端圓周外表面
560:中心圓柱形通孔/中心通孔
570:螺釘
572:螺釘
574:螺釘
600:入口管
610:高溫烘箱圍封殼/烘箱圍封殼
612:遠端/遠端表面
614:中心開口
616:近端蓋
618:螺釘
630:配接器支撐結構
640:絕熱配接器
642:遠端基底部分
644:第二中間部分
646:第三近端部分
648:開口
650:配接器螺釘
652:配接器螺釘
700:圓柱形絕熱層
702:近端
704:遠端
710:第一盤形絕熱層
712:中心開口
714:遠端表面
716:近端表面
720:第二盤形絕熱層
730:第三盤形絕熱層
740:第一環形絕熱層
750:第二環形絕熱層
770:螺釘
800:空氣入口/出口/通風口
810:外部互連支柱
812:弧形內表面
814:弧形外表面
816:第一徑向表面
818:第二徑向表面
840:中心互連支柱
860:內部互連支柱
900:壓力量測單元
910:熱障圍封殼
911:圓柱形側壁
912:第一壁
913:第二壁
914:中間熱限制及通風部分
915:支柱
916:中心互連支柱
917:輔助互連支柱/輔助支柱
918:輔助通孔
920:後部圓柱形外罩/後部外罩
930:頂部部分
931:底部部分
940:第一圓
941:支柱徑向線
D1:第一選定距離
D2:第二選定距離
D3:第三選定距離
下文結合隨附圖式描述本文中所揭示之實施例之前述及其他特徵。
圖1繪示能夠耦合至一壓力源之一習知壓力感測單元之一透視圖，該視圖看向壓力感測單元之近端上之壓力口(pressure port)。
圖2繪示相對於圖1中之定向旋轉180度之圖1之習知壓力感測單元之一透視圖，該視圖看向壓力感測單元之遠端。
圖3繪示圖1及圖2之習知壓力感測單元之一橫截面視圖，圖3中之視圖係沿著圖2中之線3--3取得。
圖4繪示圖1及圖2之習知壓力感測單元之一分解圖，該視圖展示與近端感測器區段斷開連接之遠端電子設備區段。
圖5繪示能夠耦合至一壓力源之一經改良壓力感測單元之一透視圖，該視圖看向壓力感測單元之近端上之壓力口。
圖6繪示相對於圖5中之定向旋轉180度之圖5之經改良壓力感測單元之一透視圖，該視圖看向壓力感測單元之遠端。
圖7繪示圖5及圖6之經改良壓力感測單元之一橫截面視圖，圖7中之視圖係沿著圖6中之線7--7取得。
圖8繪示圖5及圖6之經改良壓力感測單元之遠端電子設備區段之一分解透視圖，且其進一步展示在將熱障之遠端部分附接至遠端電子設備區段之前之熱障。
圖9繪示經改良壓力感測器單元之遠端電子設備區段及經附接熱障之 一分解透視圖，且其進一步展示在將近端感測器區段附接至熱障之近端部分之前之近端感測器區段。
圖10繪示看向熱障之近端表面之熱障之一透視圖。
圖11繪示看向熱障之遠端表面之熱障之一透視圖。
圖12繪示圖10及圖11之熱障之下部部分之一橫截面平面圖，該視圖沿著圖10中之線12--12。
圖13繪示圖10及圖11之熱障之一俯視平面圖。
圖14繪示圖10及圖11之熱障之右側部分之一橫截面視圖，該視圖係沿著圖10中之線14--14取得。
圖15繪示圖10及圖11之熱障之一橫截面透視圖，該視圖係沿著圖11中之線15--15取得，且其從熱障之中間附近看向熱障之近端部分，該視圖展示形成熱障之中間熱限制及通風部分之互連支柱之近端部分。
圖16繪示圖10及圖11之熱障之一橫截面透視圖，該視圖係沿著圖11中之線16--16取得，且其從熱障之中間附近看向熱障之遠端部分，該視圖展示形成熱障之中間熱限制及通風部分之互連支柱之遠端部分。
圖17繪示一熱障圍封殼之一實施例之一透視圖。
圖18繪示沿著圖17中之線17--17取得之熱障圍封殼之實施例之一橫截面視圖。
圖19A至圖19B繪示熱障圍封殼之頂部及底部部分之透視圖。
圖20A至圖20B繪示沿著圖17中之線18--18取得之熱障圍封殼之橫截面視圖。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2019年2月26日申請之美國臨時申請案序號62/810,798之優先權，該案之全文特此以引用的方式併入本文中。
圖1及圖2分別繪示一習知電容式隔膜計(CDG)壓力量測單元100之正視圖及後視圖。單元包括一大體圓柱形外殼體(outer shell)110。一前錨定板112在外殼體之前部(近端)附近附接至外殼體。一後面板114在外殼體之後部(遠端)附近附接至外殼體。
一壓力口120從前錨定板112向近端延伸。壓力口可以可移除地附接至待量測之一壓力之一源(未展示)。所繪示之壓力口包括母六角形(六角)耦合器，其具有可與相關聯於壓力源之一配接耦合器(未展示)之公外螺紋接合(能夠與其接合)之內螺紋。例如，壓力口可耦合至一系統，該系統將氣體提供至用於半導體製作之設備。
後面板114支撐一第一連接器130及一第二連接器132。在所繪示之實施例中，第一連接器係一習知25接腳D-超小型(D-subminiature)連接器，其使其他裝置(未展示)能夠與壓力量測單元100通信。第一連接器亦可為一15接腳連接器或其他適合連接器。第一連接器提供具有0伏特至10伏特之一範圍之一類比輸出信號，該類比輸出信號表示由壓力量測單元量測之壓力。第一連接器130經由一對安裝螺釘134附接至後面板114。在所繪示之實施例中，第二連接器132係一習知USB(通用串列匯流排)連接器，其亦可用於提供往返於壓力量測單元之通信。例如，USB連接器為壓力量測單元內之電子設備提供一使用者介面。
後面板亦支撐一第一發光二極體(LED)140、一第二LED 142及一第三LED 144。三個LED提供壓力量測單元100之操作狀態之視 覺指示。在所繪示之實施例中；第一LED發光以指示壓力量測單元電源開啟，第二LED發光以指示壓力量測單元已達到一標稱操作溫度；且第三LED發光以指示壓力量測單元被適當調零。後面板提供對一第一嵌入式按鈕開關146及一第二嵌入式按鈕開關148之接取。可藉由一尖筆或其他細長物件接合第一開關以手動地將壓力量測單元調零。可接合第二開關以手動地重設壓力量測單元。
如圖3之橫截面視圖及圖4中之部分分解圖中所展示，壓力量測單元包括兩個不同區段。一前部(近端)區段200在本文中稱為感測器區段且亦稱為高溫區段。一後部(遠端)區段202在本文中稱為電子設備區段且亦稱為低溫區段。
前部區段200包含經由一入口管212耦合至壓力口120之一電容式隔膜計(CDG)210。入口管藉由一絕熱配接器214支撐。絕熱配接器固定至前錨定板112。在圖3中以一簡化形式表示CDG。CDG包括與一固定電極222間隔開之一薄隔膜220。隔膜及電極藉由一支撐結構(或CDG外殼)224支撐。隔膜及電極電連接至從CDG 210向遠端延伸之一同軸導體226。圖3中未展示自隔膜及固定電極至同軸導體之電連接。基本上，同軸導體傳達回應於薄隔膜與固定電極之間之電容之變化而變化之一信號。電容之變化係由自經由入口管之氣體輸入施加至薄隔膜之表面之壓力的變化引起。已知用於處理電容變化以判定壓力之各種技術，且本文中未進行論述。
CDG 210藉由一大體圓柱形高溫烘箱圍封殼250包圍。高溫烘箱圍封殼之一近端固定至一第一(近端)高溫烘箱蓋252。第一高溫烘箱蓋中之一中心開口壓入配合至入口管212。高溫烘箱圍封殼之一遠端固 定至一第二(遠端)高溫烘箱蓋256。來自CDG 210之同軸導體226向遠端延伸穿過第二高溫烘箱蓋中之一中心開口258。
高溫烘箱圍封殼250包含定位於高溫烘箱圍封殼之內表面上之電加熱元件(未展示)。加熱元件經由電導體(未展示)接收電力，且產生足以將CDG 210維持在一第一選定高溫(例如，超過攝氏200度)下之熱量。如上文論述，將CDG加熱至非常高之溫度減少污染物至CDG之隔膜上之沈積。高溫烘箱圍封殼包含溫度感測器(未展示)，監測該等溫度感測器以判定高溫烘箱圍封殼之溫度，使得可控制加熱元件以將高溫烘箱維持在第一選定高溫下。
高溫烘箱圍封殼250藉由一中溫烘箱圍封殼260包圍。中溫烘箱圍封殼之一近端固定至一第一(近端)中溫烘箱蓋262。第一中溫烘箱蓋中之一中心開口壓入配合至入口管212。絕熱配接器214固定至第一中溫烘箱蓋。中溫烘箱圍封殼之一遠端固定至一第二(遠端)中溫烘箱蓋264。來自CDG 210之同軸導體226向遠端延伸穿過遠端中溫烘箱蓋中之一中心開口266。
中溫烘箱圍封殼260包含定位於中溫烘箱圍封殼之內表面上之電加熱元件(未展示)。加熱元件經由電導體(未展示)接收電力，且產生足以將中溫烘箱之腔維持在低於第一選定高溫之一第二選定高溫(例如，約攝氏70度)下之熱量。中溫烘箱包含溫度感測器(未展示)，監測該等溫度感測器以判定中溫烘箱之溫度，使得可控制加熱元件以將中溫烘箱維持在第二選定高溫下。
在所繪示之實施例中，壓力量測單元100之後部(電子設備)區段202包括四個大體圓形印刷電路板(PCB)，包含一第一(I/O)PCB 300、一第二(電力供應)PCB 302、一第三(DSP)PCB 304及一第四(類比)PCB 306。四個PCB如圖3及圖4中展示般機械堆疊，且藉由習知互連裝置電互連。四個PCB藉由複數個PCB互連間隙件(standoff)310維持在一穩定的固定隔開關係中。
I/O PCB 300在PCB堆疊之遠端處。I/O PCB係支撐提供與第一連接器130及第二連接器132之電連接之電子電路的一輸入/輸出PCB。I/O PCB亦將電力選擇性地提供至三個LED 140、142、144以選擇性地點亮LED，以提供壓力量測單元之操作條件之一視覺上可感知之指示。I/O PCB亦感測兩個按鈕開關146、148之啟動。I/O PCB中繼其他PCB與第一及第二連接器之間之通信。
第二(電力供應)PCB 302支撐電力供應電子設備。電力供應電子設備將經由I/O板300自第一連接器130接收之輸入電力轉換為其他PCB上之電子電路之操作所需之電壓。
第三(DSP)PCB 304支撐數位信號處理電子設備。第四(類比)PCB 306經由同軸導體226自CDG 210接收類比信號且緩衝該等類比信號。類比PCB將經緩衝類比信號提供至DSP PCB。DSP PCB數位化類比信號且對經數位化信號執行數位信號處理演算法，以產生表示施加至CDG 210內之薄隔膜220之壓力的資料。類比PCB亦產生用於控制高溫烘箱250及中溫烘箱260中之加熱元件之電壓。類比PCB自兩個烘箱內之溫度感測器接收信號。DSP PCB控制加熱元件以將烘箱溫度維持在第一及第二選定溫度下。
如圖3及圖4中進一步展示，類比PCB 306藉由一電子設備烘箱圍封殼320包圍，電子設備烘箱圍封殼320具有加熱元件(未展示)及溫 度感測器(未展示)。DSP PCB控制電子設備烘箱圍封殼之加熱元件以將類比電路維持在一實質上恆定之穩定溫度(例如，攝氏70度)下，使得實質上減少或消除可由操作溫度之變動引起之類比PCB上之類比電路之操作變動。當後部區段202耦合至前部區段時，如圖3之橫截面視圖中所展示，中溫烘箱蓋262實質上靠近電子設備烘箱圍封殼之近端。類比PCB 306藉由複數個區段互連間隙件322(其等將後部區段202耦合至前部區段200)機械地耦合至中溫烘箱蓋。
雖然描述從後部(電子設備)區段202之遠端開始之PCB 300、302、304、306，但後部區段係在近端處開始，藉由首先將區段互連間隙件322之近端附接至前部區段200之遠端而組裝的。接著，用一第一組之三個PCB互連間隙件310之近端將類比(第四)PCB 306附接至區段互連間隙件之遠端。類比PCB亦電連接至同軸導體226以及來自前部區段之其他互連佈線(未展示)。電子設備烘箱圍封殼320定位於類比PCB上方。接著，藉由接合第一組PCB互連間隙件之遠端之一第二組之三個PCB互連間隙件將DSP(第三)PCB 304機械地附接至類比PCB。DSP PCB亦藉由行進穿過電子設備烘箱圍封殼之一部分之複數個PCB板互連元件330電連接至類比PCB。接著，藉由接合第二組PCB互連間隙件之遠端之一第三組之三個PCB互連間隙件將電力供應(第二)PCB 302連接至DSP PCB。電力供應PCB亦藉由複數個PCB板互連元件(未展示)(其等可類似於板互連元件330)電連接至DSP PCB。接著，將I/O(第一)PCB 300附接至第三組PCB互連間隙件之遠端。I/O PCB亦藉由複數個PCB板互連元件(未展示)(其等可類似於板互連元件330)電連接至電力供應PCB。第一連接器130及第二連接器132自I/O PCB之遠端表面延伸且電連接至I/O PCB。
如上文所論述，圓柱形外殼體110固定至後面板114及前錨定板112，其亦將後部區段耦合至前部區段。因此，兩個區段以一固定之機械關係固持在一起。
如圖3及圖4中展示，前部(壓力感測器)區段200及後部(電子設備)區段202緊密地機械耦合且熱耦合。包圍高溫烘箱250之部分之絕熱材料(insulation)(未展示)部分抑制自高溫烘箱至中溫烘箱260中之熱傳遞，使得可將中溫烘箱維持在低於高溫烘箱中之CDG 210之溫度之一溫度下。包圍中溫烘箱之部分之額外絕熱材料(未展示)抑制自中溫烘箱260至電子設備烘箱圍封殼320中之熱傳遞，使得可將類比板306維持在低於中溫烘箱中之溫度之一溫度下。在圖1至圖4之習知壓力量測單元100中，由於組件之較小整體大小及絕熱材料之有限空間，CDG之一典型最大溫度在大約攝氏80度至攝氏100度之範圍內，同時將類比PCB之溫度維持在不超過大約攝氏70度。如上文所論述，在未超過類比PCB之一最大可容許溫度之情況下，習知壓力量測單元一般無法超過此最大溫度範圍。此外，增加PCB之溫度可超過一操作者可能觸碰之圓柱形外殼體110之一最大安全溫度。
圖5至圖16繪示本發明之一壓力量測單元500之一實施例，其實質上減少自經加熱CDG至電子設備之熱傳遞。壓力量測單元包含一前部(近端)區段510及一後部(遠端)區段512。前部區段510亦可稱為高溫區段或感測器區段。後部區段512容置電子設備，如上文描述。在所繪示之實施例中，後部區段包括與先前描述之後部區段202相同或實質上相同之組件及其他特徵，且後部區段之對應元件符號被轉至本發明之壓力量測單元。經改良壓力量測單元之前部區段包含參考圖1至圖4描述之CDG 210及其他相關元件及特徵。下文描述前部區段中不同於先前描述之前部區段之特徵。
不同於圖1至圖4之先前描述之壓力量測單元100中之兩個直接互連之區段200及202，經改良壓力量測系統500之前部區段510及後部區段512彼此間隔開，如圖5至圖6中展示。前部區段及後部區段並未如習知實施例中所展示般藉由一外部圓柱形罩互連。實情係，前部區段藉由一前部圓柱形外罩514包圍，且後部區段藉由一後部圓柱形外罩516包圍。在所繪示之實施例中，前部圓柱形外罩包括一剛性、耐熱之熱塑性材料，舉例而言，諸如聚醚醚酮(PEEK)。後部外罩亦可包括PEEK；然而，亦可使用其他材料(例如，金屬)。
參考圖7，前部區段510及後部區段512藉由一熱障520機械地互連。熱障在一第一(近端)表面522與一第二(遠端)表面524之間延伸。第一及第二表面係圓形的。在一項實施例中，所繪示實施例中之熱障包括一剛性、耐熱之熱塑性材料，舉例而言，諸如可在商業上從許多來源購得之PEEK。在其他實施例中，熱障可包括聚醚醯亞胺(PEI)、具有耐熱性之一高強度非晶聚合物。例如，PEI可在商業上作為Ultem® PEI從沙沙烏地阿拉伯之SABIC購得。在其他實施例中，熱障可包括聚碸(PSU)，其可在商業上從許多來源購得。
參考圖8至圖14，熱障520包含近端安裝部分530、一中間熱限制及通風部分540以及遠端安裝部分550。近端安裝部分530係盤形的。近端安裝部分530自熱障之第一表面522延伸至近端裝置部分之一遠端表面532，以界定一第一選定距離D1(參見圖12)。在所繪示之實施例中，第一距離D1係大約6毫米(大約0.25吋)。近端安裝部分之一圓周外表 面534及第一表面具有大約81毫米(大約3.2吋)之一相互外徑。如下文描述，近端安裝部分530亦可被視為一第一安裝介面，其耦合至前部區段510。
熱障520之中間熱限制及通風部分540自近端安裝部分530之遠端表面532處之一近端邊界延伸達一第二選定距離D2，在所繪示之實施例中，距離D2係大約11毫米(大約0.42吋)。下文更詳細描述中間熱限制及通風部分之結構。
熱障520之複層盤形遠端安裝部分550具有一近端表面552，其形成中間熱限制及通風部分540之遠端邊界。遠端安裝部分自近端表面延伸至熱障之第二表面524達一第三選定距離D3。在所繪示之實施例中，第三距離D3係大約11毫米(大約0.44吋)。
遠端安裝部分550之一第一(遠端)層具有一第一圓周外表面554，在所繪示之實施例中，第一圓周外表面554自熱障520之第二表面524延伸達大約6毫米(大約0.25吋)。第一圓周外表面具有對應於第二表面之直徑之一直徑，在所繪示之實施例中，該直徑係大約75毫米(大約2.95吋)。遠端安裝部分之一第二層自第一層延伸至中間熱限制及通風部分540。第二層具有一第二(近端)圓周外表面556，在所繪示之實施例中，第二(近端)圓周外表面556自遠端安裝部分之第一層延伸至中間熱限制及通風部分達大約5毫米(大約0.19吋)。在所繪示之實施例中，第二圓周外表面具有大約80毫米(大約3.132吋)之一直徑。如下文描述，遠端安裝部分550亦可被視為一第二安裝介面，其耦合至後部區段512。
熱障520包含定位於熱障之中心處或附近之一中心圓柱形通孔560。如圖7之橫截面視圖中所展示，通孔560容許同軸導體行進穿過 熱障。當如下文描述般經由熱障將前部區段附接至後部區段512時，通孔亦使加熱控制導體(未展示)及溫度感測器導體(未展示)能夠自類比PCB 306延伸用於連接至前部區段510。熱障亦可具有用於容納自類比PCB 306至前部區段510內之烘箱(下文描述)中之加熱元件(未展示)之電力佈線(未展示)的其他孔(未展示)。
如圖7中之橫截面視圖中所展示，後部(電子設備)區段512經由三個區段互連間隙件322之外螺紋部分固定至熱障520之一第二表面524，區段互連間隙件322先前在習知實施例中用於將後部區段直接連接至前部區段。接著，在所繪示之實施例中，依如上文描述之順序將類比PCB 306、電子設備烘箱320、DSP PCB 304、電力供應PCB 302、I/O PCB 300及後面板114彼此附接。
在組裝後部區段512之後，運用在第一圓柱形外表面處接合熱障之三個螺釘570(在圖7中展示一個)將後部區段中之電子設備烘箱圍封殼320進一步固定至熱障520之遠端安裝部分550之第一圓柱形外表面554。在所繪示之實施例中，三個螺釘圍繞熱障之第一圓周外表面間隔開。在將間隙件及電子設備烘箱圍封殼固定至熱障之後，經由三個螺釘572(在圖7中展示一個)將後部圓柱形外罩516之一遠端部分固定至後部區段之後面板114。經由三個螺釘574(在圖7中展示一個)在熱障之第二圓周外表面556處將後部圓柱形外罩之一近端部分固定至熱障。第二圓柱形外表面之較大直徑容許外罩配合於電子設備烘箱圍封殼上方。三組附接將後部區段與熱障維持在一穩定的固定機械關係中。
如上文所提及，前部區段510包含CDG 210。如圖7中之橫截面視圖中所展示，CDG包含薄隔膜220及固定電極222，如上文描述。 同軸導體226自CDG之遠端延伸。再次，未展示同軸導體與隔膜及固定電極之間之電連接。CDG固定至一入口管600之遠端。入口管之近端固定至如上文描述之入口120。
CDG 210定位於一大體圓柱形高溫烘箱圍封殼(或烘箱圍封殼)610內。高溫烘箱圍封殼之一遠端612封閉，惟針對一中心開口614除外。來自CDG之同軸導體226延伸穿過中心開口。高溫烘箱圍封殼之一近端經由複數個螺釘618(例如，三個螺釘，在圖7中僅展示一個)固定至一近端蓋616。近端蓋之一中心開口壓入配合至入口管上，以支撐高溫烘箱圍封殼而與高溫烘箱圍封殼內之CDG成一固定關係。
一盤形配接器支撐結構630亦壓入配合至入口管600上。配接器支撐結構在近端與高溫烘箱圍封殼610之近端蓋間隔開達一第一選定支撐結構間隔距離。一絕熱配接器640定位於入口管上，且具有與配接器支撐結構630間隔開達一第二選定支撐結構間隔距離之一遠端表面。絕熱配接器包含具有一第一最大直徑之一遠端基底部分642。絕熱配接器之一第二中間部分644具有小於第一直徑之一第二直徑。絕熱配接器之一第三近端部分646具有小於第二直徑之一第三直徑。絕熱配接器之中間部分延伸穿過前部圓柱形外罩514中之一開口648。絕熱配接器之遠端基底部分藉由第一複數個配接器螺釘650(例如，三個螺釘，在圖7中僅展示一個)固定至配接器支撐結構。絕熱配接器之遠端部分亦藉由第二複數個配接器螺釘652(例如，三個螺釘，在圖7中僅展示一個)固定至圓柱形前部區段外罩。
不同於圖1至圖4之先前描述之實施例，本發明之壓力量測單元500之所繪示之實施例不包含一中溫烘箱圍封殼。實情係，高溫烘箱 圍封殼610之圓柱形外殼體藉由具有一近端702及一遠端704之一厚的圓柱形絕熱層700包圍。在所繪示之實施例中，圓柱形絕熱層包括一絕熱材料層，舉例而言，諸如緻密Solimide®發泡體，其係在商業上可購自加利福尼亞州普雷珊頓之Boyd公司的一緻密聚醯亞胺發泡體。材料係可製成預成型形狀(例如，圓柱體及圓盤)且可切割以配合之一高溫墊片材料。材料亦具有足夠柔性以使材料能夠被推入至緊密配合位置中。材料具有一低熱導率(例如，空氣之熱導率之大約1.4倍)。亦可使用具有低熱導率及類似機械特性之其他材料。
圓柱形絕熱層之內表面經定大小以緊貼地配合於圓柱形高溫烘箱圍封殼610周圍。外徑經定大小以緊貼地配合於前部圓柱形外罩514內。例如，在所繪示之實施例中，圓柱形絕熱層700具有大約81毫米(大約3.2吋)之一外徑、大約60毫米(大約2.34吋)之一內徑，及自近端702至遠端704之大約67毫米(大約2.63吋)之一長度。如圖7中展示，當熱障520附接至前部區段510時，圓柱形絕熱層700之遠端定位成抵靠熱障520之近端表面522。
一第一盤形絕熱層710鄰近於圓柱形絕熱層之遠端定位於圓柱形絕熱層700內。在所繪示之實施例中，第一盤形絕熱層710具有大約60毫米(大約2.34吋)之一外徑，且具有大約5毫米(大約0.19吋)之一近端至遠端厚度。第一盤形絕熱層710具有一中心開口712以容許同軸導體226延伸穿過。第一盤形絕熱層710之一遠端表面714與圓柱形層之遠端大體共面，且定位成抵靠熱障520之近端表面522。如圖7中展示，當熱障520附接至前部區段510時，第一盤形層之一近端表面716定位成鄰近於高溫烘箱圍封殼610之遠端表面612。在所繪示之實施例中，第一盤形絕熱層 包括如上文描述之緻密Solimide®發泡體。亦可使用具有低熱導率及類似機械特性之其他材料。
一第二盤形絕熱層720定位於圓柱形層內之高溫烘箱圍封殼610之近端蓋616之近端表面與配接器支撐結構630之間。第二盤形絕熱層720具有大約60毫米(大約2.34吋)之一直徑，且具有大約7毫米(大約0.256吋)之一近端至遠端厚度。第二盤形絕熱層720具有經定大小以容納入口管之外徑之一中心開口，其在所繪示之實施例中係大約13毫米(大約0.5吋)。在所繪示之實施例中，第二盤形絕熱層包括如上文描述之緻密Solimide®發泡體。亦可使用具有低熱導率及類似機械特性之其他材料。
一第三盤形絕熱層730定位於配接器支撐結構630與絕熱配接器640之一遠端表面之間。第三盤形絕熱層730具有大約60毫米(大約2.34吋)之一外徑，且具有大約2毫米(大約0.09吋)之一近端至遠端厚度。第三盤形絕熱層730具有經定大小以容納入口管之外徑之一中心開口。當絕熱配接器固定至配接器支撐結構時，第三盤形絕熱層固定於配接器支撐結構與絕熱配接器之間。在所繪示之實施例中，第三盤形絕熱層包括如上文描述之緻密Solimide®發泡體。亦可使用具有低熱導率及類似機械特性之其他材料。
一第一環形絕熱層740圍繞絕熱配接器640之遠端基底部分642定位。第一環形絕熱層具有大約4毫米(大約0.145吋)之一厚度，該厚度對應於絕熱配接器之遠端基底部分之厚度。第一環形絕熱層740具有大約60毫米(大約2.34吋)之一外徑，且具有大約45毫米(大約1.75吋)之一內徑，該內徑對應於絕熱配接器之遠端基底部分之外徑。在所繪示之實施例中，第一環形絕熱層包括如上文描述之緻密Solimide®發泡體。亦可使用 具有低熱導率及類似機械特性之其他材料。
一第二環形絕熱層750圍繞絕熱配接器640之中間部分644之一第一部分定位。第二環形絕熱層750具有大約4毫米(大約0.145吋)之一厚度，該厚度對應於絕熱配接器之中間部分之厚度之大約一半。第二環形絕熱層具有大約81毫米(大約3.2吋)之一外徑，該外徑對應於圓柱形絕熱層700之外徑，且對應於如上文描述之前部圓柱形外罩514之內徑。因此，第二環形絕熱層之一外部遠端部分抵靠圓柱形絕熱層700之近端702擱置。第二環形絕熱層750具有大約32毫米(大約1.25吋)之一內徑，該內徑對應於絕熱配接器之中間部分之外徑。當絕熱配接器固定至前部圓柱形外罩之近端時，第二環形絕熱層之一內部部分固定於前圓柱形外罩之近端與絕熱配接器之基底部分之間。在所繪示之實施例中，第一環形絕熱層包括如上文描述之緻密Solimide®發泡體。亦可使用具有低熱導率及類似機械特性之其他材料。
在如上文描述般組裝前部區段510之組件之後，將同軸電纜226之遠端及其他組件(未展示)連接至後部區段512中之類比PCB 306。接著，經由三個螺釘770(例如，在圖7中展示一個)將前部圓柱形外罩514之遠端固定至熱障520之近端安裝部分530之外部圓柱表面534。圓柱形絕熱層700之遠端704及第一盤形絕熱層710之遠端表面714抵靠熱障之第一表面522擱置。如下文更詳細描述，熱障將前部區段及後部區段牢固地機械互連，且亦將後部區段與遠更熱之前部區段熱隔離，如下文更詳細描述。
在圖10至圖16中更詳細展示熱障520。如上文所描述，熱障自第一(近端)表面522延伸至第二(遠端)表面524。熱障包括自第一表面 延伸至熱限制及通風部分540之近端邊界之近端安裝部分530。熱障包括自熱限制及通風部分之遠端邊界延伸之遠端安裝部分550。近端及遠端安裝部分之特徵在上文描述。
熱限制及通風部分540提供至少三個功能。熱限制及通風部分將熱障520之近端安裝部分530及遠端安裝部分互連，且因此提供兩個安裝部分之間之機械連續性。由熱障提供之機械連續性將前部(感測器)區段510互連至後部(電子設備)區段512，使得將兩個區段牢固地維持在彼此固定之一關係中。如下文進一步描述，熱限制及通風部分540減小自近端安裝部分530至遠端安裝部分550之一熱路徑之橫截面積，以藉此減少熱能自感測器區段510至電子設備區段512之流動。熱限制及通風部分540亦允許氣流，氣流自熱限制及通風部分移除熱能，且因此進一步減少到達遠端安裝部分及附接至遠端安裝部分之電子設備區段的熱能之量。
如圖10、圖11及圖13中展示，熱障520之熱限制及通風部分540包含圍繞熱障之周邊均勻地分佈之複數個空氣入口/出口(通風口)800。在所繪示之實施例中，熱障包含中心至中心間隔開大約36度之十個通風口。通風口係由將近端安裝部分530及遠端安裝部分550互連之對應複數個外部互連支柱810形成。各外部互連支柱自近端安裝部分530之遠端表面532延伸至遠端安裝部分550之近端表面552。
如圖15及圖16中之橫截面透視圖中所展示，各外部互連支柱810具有由兩個圓周側及兩個徑向側界定之一弧形橫截面形狀。如圖15中展示，各外部互連支柱具有沿著一圓周定位之一弧形內表面812，該圓周具有距近端安裝部分530之遠端表面532之中心大約32毫米(大約1.25吋)之一半徑。各外部互連支柱具有沿著一圓周定位之一弧形外表面814，該 圓周具有距近端安裝部分530之遠端表面532之中心大約36毫米(大約1.4吋)之一半徑。弧形外表面定位成從近端安裝部分530之外圓周表面534向內大約5毫米(大約0.194吋)。各外部互連支柱在弧形內表面812與弧形外表面814之間具有大約4毫米(大約0.156吋)之一徑向厚度。弧形內表面及弧形外表面在外部互連支柱810之一第一徑向表面816與一第二徑向表面818之間佔據大約16度之一角度。因此，外部互連支柱之一者之第一徑向表面與一相鄰外部互連支柱之第二徑向表面間隔開達大約20度。
如圖15中進一步展示，各外部互連支柱810之弧形內表面812相對於近端安裝部分530之遠端表面532成內圓角。在所繪示之實施例中，各內表面內圓角具有大約1毫米(大約0.05吋)之一半徑。第一徑向表面816及第二徑向表面818之各者亦相對於近端安裝部分530之遠端表面532成內圓角。在所繪示之實施例中，各徑向表面內圓角具有大約1毫米(大約0.05吋)之一半徑。在所繪示之實施例中，各外部互連支柱之弧形外表面814相對於近端安裝部分之遠端表面不成圓角。
各外部互連支柱810垂直於近端安裝部分530之遠端表面532及遠端安裝部分550之近端表面552兩者延伸。因此，如圖16之橫截面視圖中所展示，各外部互連支柱810之弧形內表面812亦沿著一圓周定位，該圓周具有距遠端安裝部分550之近端表面552之中心大約32毫米(大約1.25吋)之一半徑。各外部互連支柱之弧形外表面814亦沿著一圓周定位，該圓周具有距遠端安裝部分之近端表面之中心大約36毫米(大約1.4吋)之一半徑。由於遠端安裝部分之第二(近端)圓周外表面556具有小於近端安裝部分530之圓周外表面534之一直徑，故弧形外表面定位成從近端安裝部分之外圓周表面534向內大約4毫米(大約0.16吋)。
如圖16中進一步展示，各外部互連支柱810之弧形內表面812及弧形外表面814相對於遠端安裝部分550之近端表面552成內圓角。在所繪示之實施例中，各內表面內圓角具有大約2毫米(大約0.08吋)之一半徑。在所繪示之實施例中，各外表面內圓角具有大約5毫米(大約0.2吋)之一半徑。第一徑向表面816及第二徑向表面818之各者亦相對於遠端安裝部分之近端表面成內圓角。在所繪示之實施例中，各徑向表面內圓角具有大約5毫米(大約0.2吋)之一半徑。
熱障520之中間熱限制及通風部分540進一步包含一中心互連支柱840。在所繪示之實施例中，中心互連支柱840定位成與中心通孔560同心對準。如圖15及圖16中之橫截面視圖中所展示，中心互連支柱具有與通孔間隔開達一壁厚度之一外表面。在所繪示之實施例中，通孔具有大約5毫米(大約0.2吋)之一直徑，且外表面具有大約10毫米(大約0.4吋)之一直徑。因此，壁厚度係大約0.1吋。中心互連支柱之外表面相對於近端安裝部分530之遠端表面532成內圓角，如圖15中展示，且亦相對於遠端安裝部分550之近端表面552成內圓角，如圖16中展示。在所繪示之實施例中，兩個內圓角具有大約5毫米(大約0.2吋)之一共同半徑。因此，僅中心互連支柱之外表面之一較短中間部分保留在大約10毫米(大約0.4吋)之外徑處。
中心互連支柱840藉由複數個內部互連支柱860包圍。各內部互連支柱具有大約5毫米(大約0.2吋)之一基本直徑，且自近端安裝部分530之遠端表面532延伸至遠端安裝部分550之近端表面552。各內部互連支柱之中心定位成距離中心互連支柱之中心大約20毫米(大約0.785吋)。在所繪示之實施例中，十個內部互連支柱等角地間隔開(例如，具有相等 分離角度)大約36度。如圖15及圖16中展示，各內部互連支柱沿著一徑向線定位，該徑向線實質上等角地定位於一對相鄰外部互連支柱810之間，使得各內部互連支柱實質上與通風口800之一各自者徑向對準。在其他實施例中，可使用具有各自小直徑之額外內部互連支柱來進一步分散後部(電子設備)區段512之懸臂負載。
在所繪示之實施例中，內部互連支柱860之各者相對於近端安裝部分530之遠端表面532及遠端安裝部分550之近端表面556成內圓角。在所繪示之實施例中，各內圓角具有大約5毫米(大約0.175吋)之一半徑。
雖然在圖12、圖14、圖15及圖16之橫截面視圖中將熱障520繪示為一實心PEEK材料，但熱障較佳經構造具有填入材料圖案，舉例而言，諸如一蜂窩狀圖案。選擇蜂窩狀填充圖案以減小熱障之總重量、降低材料之成本，且減少跨熱障自前部區段510至後部區段512之熱傳遞。例如，在一項實施例中，蜂窩狀填充圖案選擇為具有大約20%之一填充體積。在所繪示之實施例中，藉由積層製造(例如，3D列印)達成蜂窩狀填充圖案。選定填充體積係減少熱傳遞與維持支撐後部區段之懸臂負載之結構強度之間的一權衡。
如上文所論述，熱障520用作經改良壓力量測單元500之前部(感測器)區段510與後部(電子設備)區段512之間之一機械互連結構。當連接至具有待量測之壓力之一系統(未展示)時，經改良壓力量測單元藉由螺合至系統之一配接螺紋耦合件上之壓力口120支撐。前部區段、熱障及後部區段之組合質量藉由配接耦合件支撐。當經改良壓力量測單元經安裝使得入口管212水平定向時，組合質量施加一力矩於配接耦合件上。由於 前部區段與後部區段之間之熱障之長度增加，故由經改良壓力量測單元中之後部區段施加之力矩大於習知壓力感測單元100之後部區段202之對應力矩。將近端表面522與遠端表面524之間之熱障之厚度保持儘可能小減小後部區段相對於配接耦合件之力矩。
經由熱障520自前部區段510傳播至後部區段512之熱能之量部分取決於障壁材料之熱導率。例如，PEEK具有大約0.25瓦特每米-克耳文(Kelvin)(例如，0.25W/m．K)之一熱導率。聚碸(PSU)具有大約0.26W/m．K之一熱導率。聚醚醯亞胺具有介於大約0.22W/m．K與大約0.12W/m．K之間之一熱導率。
經由熱障520自前部區段傳播至後部區段之熱能之量亦部分取決於兩個區段之間之熱障之厚度(其判定熱路徑長度)。增加之厚度減少熱能傳播；然而，增加之厚度亦增加後部區段之力矩，如上文論述。因此，增加熱障之厚度受後部區段之力矩之一可接受量值限制。熱障之厚度亦可受自壓力口120至後面板114之壓力量測單元500的總長度限制。在所繪示之實施例中，11毫米(大約0.42吋)之一厚度提供前部區段與後部區段之間之一可接受距離，而不會過度增加由後部區段施加之力矩。
經由熱障520自前部(感測器)區段510傳播至後部(電子設備)區段512之熱能之量亦部分取決於熱能經由其傳播之材料之面積。如上文所描述，熱障具有經構形以附接至前部區段之一近端安裝部分530，且具有經構形以附接至後部區段之一遠端安裝部分550。在所繪示之實施例中，熱障520之近端安裝部分530具有大約81毫米(大約3.2吋)之一外徑。熱障520之遠端安裝部分550具有大約75毫米(大約2.95吋)之一最小外徑。因此，熱障在遠端安裝部分處之第二表面524具有大約4,415平方毫米之一 橫截面積。若熱障係近端安裝部分與遠端安裝部分之間之一連續實心材料，則熱障將把大量非所要熱能自前部區段傳遞至後部區段。
藉由將熱障520之中間熱限制及通風部分540構造為包括複數個外部互連支柱810、中心互連支柱840及複數個內部互連支柱860的一部分開放式結構，中間熱限制及通風部分之有效面積相對於近端及遠端安裝部分之面積顯著減小。例如，若忽略各自互連支柱上之內圓角以簡化計算，則十個外部互連支柱810之各者具有大約37平方毫米之一各自橫截面積，中心互連支柱840具有大約61平方毫米之一橫截面積，且十個內部互連支柱860之各者具有大約20平方毫米之一各自橫截面積。因此，支柱之總橫截面積係大約631平方毫米，其係熱障之第二表面之橫截面積之大約14.3%。透過熱障之PEEK材料傳遞之能量與橫截面積成正比。因此，藉由用支柱而非一實心材料構造中間熱限制及通風部分將熱傳遞減少大約85%。
將內圓角添加至支柱810、840、860增加有效橫截面積；然而，增加之橫截面積保持實質上小於實心PEEK材料之橫截面。無法容易地計算成內圓角之支柱之有效橫截面積；然而，成內圓角之支柱之總體積可計算為大約18,681立方毫米。相比之下，不成圓角之支柱之總體積可計算為大約6,792立方毫米。因此，成內圓角之支柱之體積係不成圓角之支柱之體積之大約2.75倍。相比之下，中間熱限制及通風部分540之一實心版本之體積將為大約47,105立方毫米。因此，不成圓角之支柱之體積係中間熱限制及通風部分之實心版本之體積之大約14.4%。相比之下，成內圓角之支柱之體積係中間熱限制及通風部分之實心版本之大約40%。預期介於中間熱限制及通風部分之實心版本之30%與50%之間的一總支柱體 積，以提供對至第二區段512之熱能傳遞之一令人滿意的障壁，同時提供對第二區段之充足結構支撐。一般而言，總支柱體積可在中間熱限制及通風部分之總體積之大約15%至大約50%之一範圍內。
藉由使用一蜂窩狀或其他體積減小之填入物構造整個熱障520而進一步減少熱傳遞。例如，運用大約20體積%之一蜂窩狀填入物，相較於實心材料，熱傳遞減少大約80%。因此，中間熱限制及通風部分540之支柱結構與整個熱障之蜂窩狀填充物之組合提供自經改良壓力感測單元500之前部區段510至後部區段512之熱傳遞的一實質減少。此外，提供減低之熱傳遞同時維持前部區段與後部區段之間之一強機械互連，如上文描述。
上文所描述之傳導性熱傳遞之減少藉由中間熱限制及通風部分540之部分開放式構形進一步減少。通風口800容許環境空氣在相鄰外部互連支柱810之對之間流入中間熱限制及通風部分中。移動空氣自外部互連支柱吸收熱量。移動空氣繼續通過中間熱限制及通風部分，且圍繞複數個內部互連支柱860及中心互連支柱840行進並從支柱吸收熱量。經加熱空氣經由其他通風口自中間熱限制及通風部分離開。經由氣流移除熱量進一步減少自熱障之近端安裝部分530至遠端安裝部分550之熱傳遞。
在所繪示之實施例中，甚至在熱障之近端表面522處之溫度在大約攝氏130度下時，熱障520仍將熱障520之遠端表面524處之溫度有效地維持在不多於大約攝氏50度。在此等條件下，高溫烘箱圍封殼610內之CDG外殼224之溫度可高達攝氏250度至攝氏300度。
可運用以下步驟將本發明之熱障提供於CDG與在一第二溫度下操作之電子設備圍封殼之間。提供一第一安裝介面，其具有經構形以 機械地接合CDG之一大小及形狀。提供一第二安裝介面，其具有經構形以接合電子設備圍封殼之一大小及形狀。第二安裝介面與第一安裝介面間隔開。將第一安裝介面及第二安裝介面與複數個支柱互連。各支柱具有機械耦合且熱耦合至第一安裝介面之一各自第一端。各支柱具有機械耦合且熱耦合至第二安裝介面之一各自第二端。
參考圖17、圖18及圖19A至圖19B，其等展示熱障結構之另一實施例。此實施例之熱障結構形成為熱障圍封殼之一形式，其中熱塑性熱障已與圍封殼均質化為一個部件。圖17繪示一熱障圍封殼之一實施例之一透視圖，且圖18繪示沿著圖17中之線17--17取得之熱障圍封殼之實施例之一橫截面視圖。壓力量測單元900包含一熱障圍封殼910及一後部圓柱形外罩920。後部外罩920容置如上文描述之自CDG 210接收信號且量測連接至壓力口120之一外部源之壓力的電子設備。在所繪示之實施例中，後部區段包括與先前描述之後部區段202及512相同或實質上相同之組件及其他特徵，且後部區段之對應元件符號被轉至本發明之此實施例之壓力量測單元900。熱障圍封殼910容置CDG 210及其他相關元件。熱障圍封殼910包含包圍CDG 210及其他相關元件之一圓柱形側壁911，形成由圓柱形側壁911界定之圍封殼之一底部的一第一壁912，與第一壁912間隔開之一第二壁913。熱障圍封殼910進一步包含將第一壁912及第二壁913互連之一中間熱限制及通風部分914。中間熱限制及通風部分914包含複數個支柱915(主要支柱或第一支柱)。
參考圖19A及圖19B，其等展示熱障圍封殼910之頂部及底部部分之透視圖。圖19A展示熱障圍封殼910之一頂部部分930，且圖19B展示熱障圍封殼910之一底部部分931。將頂部部分930及底部部分931組 裝在一起以形成熱障圍封殼910。熱障圍封殼以一「蛤殼式」組裝方法為特徵，其中已沿著中心軸線切割均質化熱塑性感測器外殼/電子設備熱障以形成兩個部分，接著將該兩個部分螺合在一起以罩蓋感測器。此有助於組裝，因為在感測器曝露於組裝技術人員時，加熱器、電阻式溫度偵測器(RTD)及感測器佈線全部可伸出熱障圍封殼910。熱障圍封殼910可包含其中形成一中心通孔560之一中心互連支柱916，及其中形成輔助通孔918之一或多個輔助互連支柱917(第二支柱)。第一壁912及第二壁913與中心互連支柱916及輔助互連支柱917連接。中心通孔560及輔助通孔918經形成穿過第一及第二壁。在一實施例中，一同軸導體226可穿過中心通孔560自CDG 210延伸至由外罩920圍封之電子設備，且用於加熱器、RTD及感測器之佈線可穿過形成於輔助支柱917內部之輔助通孔918自CDG 210延伸至電子設備。完成此以使佈線伸出至佈線需去往之位置，以容易地配接於安置在由外罩920圍封之電子設備中之類比PCB或DSP PCB上。在另一實施例中，取決於電子設備中之元件之配置，同軸導體226及用於加熱器、RTD及感測器之佈線可延伸穿過中心通孔560或其他輔助通孔918。如圖19A及圖19B中展示，中心通孔560及輔助通孔918可形成於熱障圍封殼之頂部部分或底部部分上，或替代地，中心通孔及輔助通孔可形成於熱障圍封殼之頂部部分及底部部分兩者上。
關於圖20A及圖20B，其等展示沿著圖17中之線18--18取得之熱障圍封殼之橫截面視圖。支柱915配置於第一壁912上。在一實施例中，各支柱可沿著以中心通孔560為中心之一第一圓940定位(圖20A)。在另一實施例中，支柱可沿著自中心通孔560延伸之一各自支柱徑向線941定位(圖20B)。然而，支柱之配置不限於此等構形，且可以不同構形配 置以有效地減少自CDG傳遞之熱。支柱915可連接至第一壁912及第二壁913兩者。然而，支柱可連接至第一壁912及第二壁913之一者。例如，支柱915可形成於第一壁912上而延伸朝向第二壁913，但支柱915可因在支柱915與第二壁913之間形成間隙而未連接至第二壁913。圖20A至圖20B亦展示輔助支柱917及形成於輔助支柱內部之輔助通孔918。為了繪示目的，圖20A至圖20B展示沿著一垂直線配置之三個輔助支柱，但輔助支柱之數目不限於三個。垂直線可表示頂部部分930及底部部分931可在其上連結在一起以形成完整熱障圍封殼之部分(或區域)。此外，可取決於電子設備中之元件之配置而不同地配置輔助支柱。
如上文所描述，中間熱限制及通風部分914包含用於對流冷卻氣流之充足空間。由於側壁、第一壁、第二壁以及中間熱限制及通風部分一體地形成為一個部件，故支柱可形成為比圖15及圖16中所展示之實施例之支柱更修長。因此，熱障圍封殼910進一步減少至電子設備之傳導性(及經由較大氣隙之對流性)熱傳遞。支柱915之總橫截面積可為圖15及圖16中所展示之實施例之支柱之總橫截面積之大約50%。中間熱限制及通風部分914具有介於第一壁與第二壁之間之一總體積。總體積包含支柱、第一壁與第二壁之間之空間、及其他元件的體積。複數個支柱915具有一總支柱體積。由於熱障圍封殼910之修長支柱915，總支柱體積在中間熱限制及通風部分914之總體積之大約15%至大約25%之一範圍內，此有效地減少至電子設備之熱傳遞。
已為了繪示及描述之目的而提供先前詳細描述。因此，雖然已描述一新穎的且有用的發明之特定實施例，但此等提及並不意欲被解釋為對本發明之範疇之限制，惟以下發明申請專利範圍中所闡述除外。
226:同軸導體
900:壓力量測單元
910:熱障圍封殼
911:圓柱形側壁
912:第一壁
913:第二壁
914:中間熱限制及通風部分
915:支柱
920:後部圓柱形外罩/後部外罩

Claims (20)

  1. 一種熱障圍封殼，其用於將在一第一溫度下操作之一電容式隔膜計(CDG)與在一第二溫度下操作之一電子設備圍封殼互連，該第一溫度大於該第二溫度，該熱障圍封殼包括：一側壁，其包圍該CDG；一第一壁，其經構形以機械地接合該CDG；一第二壁，其經構形以接合該電子設備圍封殼，該第二壁與該第一壁間隔開；一中心互連支柱，連接至該第一壁及該第二壁，其中該中心互連支柱定義一中心通孔，自該CDG延伸之一同軸導體係設置於該中心通孔內，且其中信號經由該同軸導體傳輸於該CDG與該電子設備圍封殼內部之電子設備之間；及一中間熱限制及通風部分，其將該第一壁及該第二壁互連，該中間熱限制及通風部分包括包圍該中心互連支柱之複數個支柱。
  2. 如請求項1之熱障圍封殼，其中該第一壁具有一中心通孔，且各支柱沿著自該中心通孔延伸之一各自支柱徑向線定位。
  3. 如請求項1之熱障圍封殼，其中該第一壁具有一中心通孔，且各支柱沿著以該中心通孔為中心之一第一圓定位。
  4. 如請求項1之熱障圍封殼，其中該等支柱連接至該第一壁及該第二 壁。
  5. 如請求項1之熱障圍封殼，其中該中間熱限制及通風部分具有介於該第一壁與該第二壁之間之一總體積，該複數個支柱具有一總支柱體積，且該總支柱體積在該總體積之大約15%至大約25%之一範圍內。
  6. 如請求項1之熱障圍封殼，進一步包括與該中心互連支柱間隔開之一或多個第二互連支柱，其中該一或多個第二互連支柱各自定義第二通孔，自該CDG穿過該等第二通孔延伸至該電子設備圍封殼內部之電子設備之佈線係被設置以用於加熱器、電阻式溫度偵測器(RTD)及感測器中的一或多個。
  7. 一種壓力感測系統，其包括：一電容式隔膜計(CDG)，其在一第一溫度下操作，其中該CDG能夠耦合至待量測之一壓力之一源；一電子設備圍封殼，其在一第二溫度下操作，該第一溫度大於該第二溫度，該電子設備圍封殼圍封電耦合至該CDG之電子設備；及一熱障圍封殼，其容置該CDG且將該CDG互連至該電子設備圍封殼，該熱障圍封殼包括：一側壁，其包圍該CDG；一第一壁，其經構形以機械地接合該CDG；一第二壁，其經構形以接合該電子設備圍封殼，該第二壁與該第一壁間隔開； 一中心互連支柱，連接至該第一壁及該第二壁，其中該中心互連支柱定義一中心通孔，自該CDG延伸之一同軸導體係設置於該中心通孔內，且其中信號經由該同軸導體傳輸於該CDG與該電子設備圍封殼內部之電子設備之間；及一中間熱限制及通風部分，其將該第一壁及該第二壁互連，該中間熱限制及通風部分包括包圍該中心互連支柱之複數個支柱。
  8. 如請求項7之壓力感測系統，其中該第一壁具有一中心通孔，且各支柱沿著自該中心孔延伸之一各自支柱徑向線定位。
  9. 如請求項7之壓力感測系統，其中該第一壁具有一中心通孔，且各支柱沿著以該中心通孔為中心之一第一圓定位。
  10. 如請求項7之壓力感測系統，其中該等支柱連接至該第一壁及該第二壁。
  11. 如請求項7之壓力感測系統，其中該中間熱限制及通風部分具有介於該第一壁與該第二壁之間之一總體積，該複數個支柱具有一總支柱體積，且該總支柱體積在該總體積之大約15%至大約25%之一範圍內。
  12. 如請求項7之壓力感測系統，其進一步包括圍封該CDG之一烘箱圍封殼。
  13. 如請求項12之壓力感測系統，其進一步包括填充該烘箱圍封殼與該熱障圍封殼之該側壁之間之一空間的一絕熱層。
  14. 如請求項7之熱障圍封殼，進一步包括與該中心互連支柱間隔開之一或多個第二互連支柱，其中該一或多個第二互連支柱各自定義第二通孔，自該CDG穿過該等第二通孔延伸至該電子設備圍封殼內部之電子設備之佈線係被設置以用於加熱器、電阻式溫度偵測器(RTD)及感測器中的一或多個。
  15. 一種熱障，其用於將在一第一溫度下操作之一電容式隔膜計(CDG)與在一第二溫度下操作之一電子設備圍封殼互連，該第一溫度大於該第二溫度，該熱障包括：一第一安裝介面，其經構形以機械地接合該CDG；一第二安裝介面，其經構形以接合該電子設備圍封殼，該第二安裝介面與該第一安裝介面間隔開；一中心互連支柱，連接至該第一安裝介面及該第二安裝介面，其中該中心互連支柱定義一中心通孔，自該CDG延伸之一同軸導體係設置於該中心通孔內，且其中信號經由該同軸導體傳輸於該CDG與該電子設備圍封殼內部之電子設備之間；及一中間熱限制及通風部分，其將該第一安裝介面及該第二安裝介面互連，該中間熱限制及通風部分包括包圍該中心互連支柱之複數個支柱。
  16. 如請求項15之熱障，其中該中間熱限制及通風部分具有介於該第一 安裝介面與該第二安裝介面之間之一總體積，該複數個支柱具有一總支柱體積，且該總支柱體積在該總體積之大約15%至大約50%之一範圍內。
  17. 如請求項16之熱障，其中該總支柱體積係該總體積之大約40%。
  18. 如請求項15之熱障，其中該複數個支柱包括：複數個外部互連支柱，該等外部互連支柱間隔開以在相鄰外部互連支柱之間提供通風口；及複數個內部互連支柱，該等內部互連支柱彼此間隔開且與該等通風口間隔開，以使空氣能夠流動通過該中間熱限制及通風部分。
  19. 如請求項18之熱障，其中：該第一安裝介面及該第二安裝介面之各者具有一各自中心通孔；各外部互連支柱沿著自該中心通孔延伸之一各自外部互連支柱徑向線定位；及各內部互連支柱沿著自該中心孔延伸之一各自內部支柱徑向線定位，各內部支柱徑向線經定位而在一各自第一外部互連支柱徑向線與一第二外部互連支柱徑向線之間具有一實質上相等角度。
  20. 如請求項18之熱障，其中：該第一安裝介面及該第二安裝介面之各者具有一各自中心通孔；各外部互連支柱沿著以該中心通孔為中心之一第一圓定位，該第一圓具有一第一半徑；及 各內部支柱沿著以該中心通孔為中心之一第二圓定位，該第二圓具有一第二半徑，該第二半徑小於該第一半徑。
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