改进的加热压力传感器总成制造技术

所披露的加热压力传感器（２００）包括一外封闭件（２１２）、置于该外封闭件（２１２）内的第一热壳（２１６），以及置于第一热壳（２１６）内的一传感元件（２１０）。该传感器（２００）还包括一加热第一热壳（２１６）的加热元件（２１８）和一控制该加热元件（２１８）的控制单元。一根管子（２１４）将该传感元件（２１０）与一加热、加压的气体源（１２４）连接，以及该传感器（２００）还可包括一管加热元件（２３２），它由该控制单元进行控制，以便向该管子（２１４）施加热量。该传感器也可包括第二热壳，它置于该外封闭件（２１２）内，该控制单元的至少一部分置于第二热壳内。由该控制单元控制的一个加热元件可置于第二热壳的邻近，用来加热该热壳。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及压力传感器总成，特别是涉及具有改进的热特性的压力传感器总成。本专利技术技术背景已知的各种蒸汽沉积工艺例如在半导体产品生产过程中是有用的。这些工艺一般用于在一基底上沉积极薄层的、包括导体、半导体和绝缘材料的各种物质。蒸汽沉积工艺一般要求每一种沉积材料以气体状态或蒸汽相输送到沉积室，在那儿，在工艺过程中冷凝到工件上。这种沉积工艺的有效操作，要求对用于该工艺过程的气体或蒸汽的压力进行精确的控制。在沉积材料的蒸汽相具有相对较低的冷凝温度(也即远低于室温)的场合，该材料的压力可用室温下工作的压力传感器来控制。然而，在一种沉积材料的气态或蒸汽相具有相对较高冷凝温度，也即室温以上的场合，为了避免冷凝，这种材料被加热并保持在它们的冷凝温度以上，于是，通常要求采用加热的传感器，用来测量这些热气和蒸汽的压力。加热压力传感器也经常被加热，以防止固体材料的升华或析出。例如，如我们熟知的，氯化氨(NH4Cl)是沉积氮化硅(Si3N4)层工艺过程的一种副产品，如果压力和温度下降得过低，则NH4Cl会升华，从而一种固体盐会在任何暴露的冷却表面上形成。为了防止这种NH4Cl的升华，这些工艺过程经常采用150℃的温度。附图说明图1表示为现有技术的加热压力传感器总成100的局部截面图，其通常用在相对较高温度的蒸汽沉积工艺过程中。传感器总成100包括一个对压力敏感的传感元件，它置于外封闭件或壳体112限定的一内腔中，传感元件为电容型，以及包括一接纳加热蒸汽材料的输入口110a和两个用来提供代表进入该传感器总成的蒸汽材料压力的电气信号的输出端(未图示)。该传感元件用电容元件构成，使得在该两输出端之间测量到的电容根据输入口110a处压力的函数而变化。传感器总成100还包括一将压力蒸汽源与传感元件110的输入口110a连接的管子114。该管子114在其一端114a与邻近输入口110a的传感元件110连接，通过外封闭件112的一孔112a而延伸，以及在它的另一端114b与提供加热、加压蒸汽源(用124表示)的加热气体管道122连接。传感器总成还包括一用具有相对较高导热率的材料制作的热壳116、一薄膜加热元件118以及一控制单元120(表示在图1A中)。一组螺钉121(其中一个螺钉在图中表示)将热壳116牢固地安装在封闭件112中。薄膜加热元件118包覆在热壳116的周围，以及传感元件110置于热壳116内，从而管子114通过热壳116的一个孔116a。控制单元120(示于图1A中)控热元件118的工作，测量传感元件110两输出端间的电容以及从那儿产生一代表输入口110a压力的传感器输出信号。在使用中，如图1所示，管子114的114b端与含有一加压蒸汽124的一加热气体管道122连接，以便将加热加压的蒸汽124提供至输入口110a，控制单元120(表示在图1A中)控制薄膜加热元件118，从而使热壳116和传感元件110在一所要求的工作温度(也即实质上等于或接近该管道122中的蒸汽124所要求的温度)下保持实质上的热平衡。外封闭件112通常与热壳116和加热元件118绝缘，以使封闭件112通常设置在或接近于围绕封闭件112周围的温度或室温。诸如加热传感器总成100的传感器已用了很多年，尽管该传感器总成存在几个问题。例如，传感器总成100在相对较高温度下工作时，例如大于80℃时，管子114成为主要热损失源。尽管在工作期间，该传感元件110和管道中的蒸汽大体加热到相同的工作温度，以及管子114两端114a、114b的温度都接近这个工作温度，但是，通常处于或接近于很低的周围温度的外封闭件112与管子114物理接触并趋向于将大量的热从管子114向外传导，其结果，横跨管子114产生温度梯度。当从管子114的该热损失足以引起该管子114内的蒸汽发生冷凝时，这种热损失反过来影响传感器总成100所提供的压力测量的精度。此外，甚至当它不足以引起冷凝时，从管子114的该热损失也可横跨传感元件110建立一温度梯度，从而干扰传感元件110的热平衡并反过来影响传感器总成100所提供的压力测量的精度。传感器总成100的用户为控制管子114的温度，对于管子114在封闭件112与管道122之间延伸的部分采用加热元件和绝热件。这种措施不总是令人满意的。甚至在管子114的加热足以防止管子114内的蒸汽冷凝时，外封闭件仍然从管子114传导出相对较大的热量，并从而横跨管子114和传感元件110建立一温度梯度，以及如前所述，这种温度梯度能反过来影响传感器总成所提供的压力测量的精度。传感器总成100的用户也将包括外封闭件112以及一“热外壳”中的管子114的整个组件包封起来，以试图防止气体124在管子114中冷凝。然而，这种方法可引起控制单元的过热，从而减少它的使用寿命，以及也可干扰传感元件110的热平衡，从而反过来影响传感器总成100所提供的压力测量精度。外封闭件112也趋向于通过诸螺钉121从热壳116传导出相对较多的热量，以及这种热传送可横跨热壳116建立一温度梯度。在替换的实施例中，这种热损失借助于取消诸螺钉121并代之以将外封闭件与管子114夹紧而将外封闭件固定的方法加以控制。然而，这种方法只会增加管子114与封闭件112之间的热传送，从而加重上述问题。传感器总成100的另一个缺陷与控制单元120(表示在图1A)的温度敏感特性有关。如上所述，控制单元120通常测量传感元件两输出端间的电容并从那儿产生直接代表输入口110a处压力的传感器输出信号。例如，传感器输出信号往往是一个以电压为特征的电信号，该电压与输入口110a处的压力成比例，以及为了产生这种信号，控制单元120提供线性化以及对与传感元件相联系的高阶非线性影响的补偿。控制单元120还控制加热元件118的工作。控制单元120的性能一般对温度是敏感的，因为用来构造控制单元120的许多零部件本身对温度是敏感的。此外，许多用来构造控制单元120的零部件的使用寿命也取决于温度，所以，当控制单元120在相对较高的温度下工作时，传感器100故障率增加。因此，要求保持控制单元120的工作温度为常数，以便控制单元120的性能不随周围温度变化而波动。以及也要求控制单元120在相对较低的温度下工作以减少它的故障率。很多现有技术加热压力传感器的设计，保持该传感元件110和该控制单元120的温度为45℃，以及这类传感器往往被称之为“45度传感器”。在45度传感器中，该控制单元120通常用相对廉价的电子零部件(也即民用零部件)构成，该电子零部件的额定工作温度为45℃。在这些装置中，该控制单元120通常安装在该外封闭件112内，借此形成该传感器总成整体的一部分。由于它们相对较低的工作温度，45度传感器具有较低的故障率，然而，对于许多应用场合，它们的45℃工作温度太低。对于许多较高的温度应用场合，使用“100度传感器”，它们保持传感元件110和控制单元120的温度为100℃。在100度传感器中，该控制单元120通常用相对昂贵的电子零部件(也即军用零部件)构成，该电子零部件的额定工作温度为100℃。以及该控制单元通常作为该传感器100整体的一部分而封装。军用零部件的使用增加了这类传感器的成本，以及，即使使用这些昂贵的零部件，由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器总成包括： （Ａ）一个限定一内腔的封闭件； （Ｂ）一个压力传感元件，它设置于所说内腔的一部分中，并包括一接纳气体或蒸汽的输入口，用于在该输入口处检测该气体或蒸汽的压力，该压力作为一参数值的函数，该参数值按该输入口处该气体或蒸汽的压力而变化； （Ｃ）控制器装置，它设置于所说内腔的另一部分中，用来检测该参数值，并响应于该参数值产生代表所说输入口处压力的一个输出信号； （Ｄ）第一温度控制装置，用来将所说传感元件的温度控制在第一预选温度； （Ｅ）第二温度控制装置，用来将所说控制器装置的温度控制在不同于该第一温度的第二预选温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特C潘多夫，阿奇博尔德J德蒙，弗兰克W托马斯，史蒂文D布兰肯希普，
申请(专利权)人：MKS仪器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]