专利名称：包含氢氟碳酸酯的热传递装置及方法
技术领域：
本发明提供的装置和方法涉及氢氟碳酸酯流体及其作为热传递流体的用途。
背景技术：
目前，多种流体被用于热传递。热传递流体的适宜性取决于应用过程。例如，某些 电子应用需要这样的热传递流体其为惰性的，具有高的介电强度，具有低毒性，具有良好 的环境特性，以及在宽泛的温度范围内具有良好的热传递性质。其他应用要求精确的温度 控制，因此要求热传递流体在整个处理温度范围内为单相，并且要求热传递流体的特性是 可预测的，即组成保持相对恒定从而粘度、沸点等可以预测，从而可维持精确的温度并从而 可恰当地设计设备。在半导体行业中，有许多器件或工艺需要具有选择特性的热传递流体。这些包括 测试半导体晶圆芯片的性能、在反应性等离子体蚀刻过程中控制温度、制造步进机、操作灰 化器、操作等离子体增强化学气相沉积(PECVD)室、进行热冲击测试，以及用于恒温浴。该 热传递流体可用于移除热量、添加热量或维持温度。
发明内容
一直需要这样一种热传递流体其是惰性的，具有高度介电强度、低电导率、化学 惰性、热稳定性、有效的热传递性，其在宽泛的温度范围内为液体，在宽泛的温度范围内具 有良好的热传递性，并且还具有较短的大气寿命，因而具有比现有热传递流体更低的全球 变暖潜力。在一个方面，提供了用于热传递的装置，所述装置包括器件和用于传递热量至该 器件或将热量从该器件传出的机构，所述机构包括热传递流体，其中所述热传递流体包含 部分氟化的碳酸酯。在另一方面，本发明提供了用于传递热量的方法，该方法包括提供器件和提供用 于传递热量至该器件或将热量从该器件传出的机构，所述机构包括热传递流体，其中所述 热传递流体包含部分氟化的碳酸酯。如本文献整篇所用“一个”、“一种”和“所述”可互换使用，其中“至少一种”意指一种或多种所描述的元素。“链中杂原子”指在碳链中与碳原子键合以形成碳-杂原子-碳链的非碳原子(例 如氧、氮或硫)；“闪点”指一温度，高于该温度化学物质将会自燃的温度，并且在本发明中是通过ASTM D-3278-96e-l“通过小型闭杯装置测定液体闪点”(Flash Point of Liquids by Small Scale Closed-Cup Apparatus)来限定；“惰性”指在正常的使用条件下通常不具有化学反应性的化学组合物；“部分氟化的”指具有至少一个与碳键合的氢原子的氟烷基、氟亚烷基或氟烃基 团；并且“全氟-，，(例如，涉及基团或部分，如在“全氟亚烷基”或“全氟烷基”或“全氟烃” 的情况下)或“全氟化的”意指完全氟化的，使得除非另外指明，否则不存在可由氟置换的 与碳键合的氢原子。本发明提供的装置和方法包括可用作热转递流体的部分氟化的碳酸酯。部分氟化 的碳酸酯具有一个或多个如下优点在宽泛的温度范围内具有高的比热容、具有高的介电 强度、具有低的电导率、具有化学惰性，以及具有良好环境特性的同时具有热稳定性。以上内容并非意图描述本发明每种实施方式的每个公开实施方案。下面的“具体 实施方式”和“实例”更具体地举例说明了示例性实施例。
具体实施例方式有关数值范围的表述包括包含在该范围内的所有数值(例如，1至5包括1、1. 5、 2、2. 75、3、3. 80、4和5)。本文所有数字均假定被术语“约”修饰。半导体工艺可采用自其排除热量或向其添加热量的器件或工件。与排热或加热相 关的热传递可在宽泛的温度范围内发生。在每种情况下，优选使用具有诸如低毒性和低易 燃性之类的属性的热传递流体。目前用于半导体应用的热传递流体包括全氟化碳(PFC)、全氟聚醚(PFPE)、全氟 胺(PFA)、全氟醚(PFE)、水/ 二醇混合物、去离子水、有机硅油和烃油。PFC、PFPE、PFA和PFE 可显示具有长于500年并且最高达5，000年的大气寿命值。另外，这些材料可显示具有高 的全球变暖潜能值(“GWP”)。GWP是在指定的积分时间范围内，相对于因一(1)千克C02 导致的暖化值，因释放一(1)千克样品化合物导致的积分暖化潜能值。水/ 二醇混合物是 受温度限制的，也就是说，这类混合物的典型温度下限为-40°C。在低温下，水/ 二醇混合物 还显示具有相对高的粘度。在低温下具有高粘度会引起高的泵送功率。去离子水的温度下 限为0°C。有机硅油和烃油通常为易燃的。本发明提供了使用部分氟化的碳酸酯作为热传递流体的用于热传递的装置和方 法。本发明提供的装置包括器件和用于传递热量至该器件或将热量从该器件传出的机构， 其中所述机构包括热传递流体。本发明提供的装置的例子包括但不限于在用于测试半导体晶粒性能的自动化测 试设备中使用的测试头、在灰化器、步进机、蚀刻机、PECVD工具、恒温浴和热冲击测试浴中 固持硅晶圆的晶圆吸盘。本发明提供的装置包括器件。该器件是待冷却、加热或维持在选定温度的元件、工 件、组件等。这种器件包括电子元件、机械元件和光学元件。所提供的装置的合适器件的 例子包括但不限于微处理器、用于制造半导体器件的晶圆、功率控制半导体、电化学电池 (包括锂离子电池)、配电开关装置、电力变压器、电路板、多芯片模块、封装的或未封装的 半导体器件、燃料电池和激光器。
在某些实施例中，该装置包括热传递机构。该热传递机构在放置成与器件热接触 时，可从器件移除热量或给器件提供热量，或者通过根据需要移除或提供热量来使器件维 持在选定温度。所谓热接触，其意指器件和热传递流体足够接近以使得热量能在它们之间 流动。热流的方向(从器件流出或流向器件)由器件和热传递机构之间的相对温差决定。 热传递机构可包括参与热传递的整个系统(不包括该器件)。该系统可包括用于管理热传 递流体的设施。除可用于控制器件温度的热传递流体外，这些设施可包括容器、泵、导管、恒 温器、搅拌器、加热部件、冷却部件以及所有其他外围器件。加热部件和/或冷却部件是本 领域技术人员熟知的，并且包括(例如)加热线圈或发热丝或冷却线圈。热传递机构包括 所所提供装置的热传递流体。在一些实施例中，热传递机构可根据需要将热量传递至器件 或从器件传出以维持器件的温度，使器件维持在选定温度。在一些实施例中，热传递机构可包括用于管理热传递流体的设施，包括(例如) 泵、阀门、流体容载系统、压力控制系统、冷凝器、热交换器、热源、散热器、制冷系统、主动温 度控制系统和被动温度控制系统。合适的热传递机构的例子包括但不限于在等离子体增 强化学气相沉积(PECVD)工具中冷却晶圆吸盘的系统、在用于测试晶粒性能的测试头内控 制温度的系统、控制半导体加工设备内的温度的系统、电化学电池(例如锂离子电池)的热 管理系统、用于电子器件的热冲击测试的系统，以及用于维持电子器件的恒定温度的系统。 代替或除所列举的这些机构外，可使用现在已知的或后来发现的其他机构。在一个方面，该装置包括需要热传递的器件(可是是电子器件)和用于传递热量 至该器件或将热量从该器件传出的机构，所述机构包含热传递流体，其中所述热传递流体 包含具有结构Rh0C(0)0Rh'的部分氟化的碳酸二烷基酯。在某些实施例中，烷基基团Rh和 Rh'可以相同或不同，并且可独立地含有1至12个碳原子。另外，Rh和Rh'可以为直链的、 支链的或环状的，并且任选含有一个或多个链中杂原子。在Rh或Rh'的至少一者中，至少一 个氢原子被氟原子取代。在一些实施例中，该碳酸二烷基酯中约35%至约95%的氢原子可 被氟原子取代。在其它实施例中，该碳酸二烷基酯中约50%至约95%的氢原子可被氟原子 取代。在又一个实施例中，该碳酸二烷基酯中约60%至约95%的氢原子可被氟原子取代。 通常，氢被氟原子取代的程度越高，则材料可燃性越小，这可以是安全方面的优点。在一些 实施例中，Rh或Rh'中的一者可包含烃烷基基团。在某些其他实施例中，部分氟化的碳酸二烷基酯可具有结构(Rf)Rg0C(0) OR' g(Rf' )n。在这些实施例中，当n为0或1时，独立地为具有1至12个碳原 子的全氟化的或部分氟化的直链、支链或脂环族基团。当n为1时，艮和Rg'可独立地为具 有1至6个碳原子的直链、支链或环状的亚烷基部分。Rg和Rg'可含有一个或多个链中杂 原子。当n为0时，Rg'可以为具有1至6个碳原子的直链、支链或环状的烷基基团，并且 可含有一个或多个链中杂原子。在其它实施例中，本发明提供的装置包括由如下结构(I)表示的热传递流体。
权利要求
一种热传递装置，其包括器件；和用于将热量传递至所述器件或将热量从所述器件传出的机构，所述机构包括热传递流体，其中所述热传递流体包含部分氟化的碳酸酯。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述部分氟化的碳酸酯包含具有结构Rh0C(0) 0Rh'的碳酸二烷基酯，其中Rh和Rh'独立地含有总共1至12个碳原子，其为直链、支链或 环状，并且任选含有一个或多个链中杂原子。
3.根据权利要求2所述的装置，其中Rh和Rh'相同。
4.根据权利要求2所述的装置，其中Rh或Rh'中的至少一者包含烃烷基基团。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述碳酸二烷基酯中约35%至约95%数量的氢原 子被氟原子取代。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述碳酸二烷基酯中约50%至约95%数量的氢原 子被氟原子取代。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述碳酸二烷基酯中约60%至约95%数量的氢原 子被氟原子取代。
8.根据权利要求2所述的装置，其中所述部分氟化的碳酸酯包含具有结构(Rf)Rg0C(0) OR' g(Rf' )n的碳酸二烷基酯，其中Rf和Rf'独立地为具有1至12个碳原子的全氟化的或部分氟化的直链、支链或 脂环族基团，并且n为0或1 ；其中当n为1时，艮和艮‘独立地为具有1至6个碳原子的直链、支链或环状亚烷基基 团，并且其中艮和Rg'可独立地含有一个或多个链中杂原子；并且其中当n为0时，Rg'为具有1至6个碳原子的直链、支链或环状的烷基基团，并且可 含有一个或多个链中杂原子。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述热传递流体由以下结构表示
10.根据权利要求9所述的装置，其中R3中至少70%的氢原子被氟原子取代。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述热传递流体在20°C下的比热容大于1.200J/gK。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述热传递流体在20°C下的比热容大于 1.250J/gK。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述机构将热量传递至所述器件。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述机构将热量从所述器件传出。
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述机构使所述器件维持在选定温度。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述器件选自微处理器、用于制造半导体器件 的半导体晶圆、功率控制半导体、电化学电池(包括锂离子电池)、配电开关装置、电力变压 器、电路板、多芯片模块、封装的或未封装的半导体器件、燃料电池和激光器。
17.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于传递热量的机构是用于冷却所述器件 的系统中的部件，其中所述系统选自用于冷却PECVD工具中的晶圆吸盘的系统、在用于测 试晶粒性能的测试头内控制温度的系统、用于控制半导体加工设备内的温度的系统、用于 电子器件的热冲击测试的系统以及用于维持电子器件的恒定温度的系统。
18.一种用于传递热量的方法，该方法包括 提供器件；和提供用于将热量传递至所述器件或将热量从所述器件传出的机构，所述机构包括热传 递流体，其中所述热传递流体包含部分氟化的碳酸酯。
全文摘要
本发明提供了用于热传递的装置，所述装置包括器件和用于将热量传递至所述器件或将热量从所述器件传出的机构，所述机构包括热传递流体，其中所述热传递流体包含氢氟碳酸酯。本发明还提供了用于传递热量的方法，所述方法包括提供器件和使用所述包含氢氟碳酸酯的热传递流体来将热量传递至所述器件或将热量从所述器件传出。
文档编号C09K5/10GK101978020SQ200980109359
公开日2011年2月16日 申请日期2009年1月15日 优先权日2008年1月23日
发明者威廉·M·拉曼纳, 理查德·M·弗林, 迈克尔·G·科斯特洛, 迈克尔·J·布林斯基 申请人:3M创新有限公司