专利名称：表面安装的加热器的制作方法
技术领域：
本发明的各个方面是关于一种加热器，具体的说是关于一种电阻加热器，所述的电阻加热器可以被安装在流体被传送时所经过的表面上。
背景技术：
在多种不同的流体处理和分配系统中，控制所使用的处理流体(液体，气体，液体和气体，泥浆等)的温度是很重要的。举例来说，在半导体工业中，桶型加热器常常被插在流体操纵杆的基片上并用来加热被传送到器具中的处理流体。所述的桶型加热器通常是插入到孔或套管开口上的伸长的圆柱型电阻型加热器，所述的孔或套管开口形成于用来将流体传送到处理器具上的基片上。公开的美国的专利申请系列号为10/650,102，申请日为2003年8月26号，名称为Modular Substrate Gas Panel HavingManifold Connections In A Common Plane(在下文中称为“共同待审的申请”)的申请在此作为引证并入本文，该申请举例说明了按标准型式设计的，带有形成于其中的孔的基片气体板。
共同待审的专利申请的图17中所示的内容在被本文中的图6所复制，气体板200包含多个的气体操纵杆A-L，其中每一个气体操作杆都包括成对的孔500，而桶型加热器(未显示)就被插在所述的孔500中。在使用中，形成气体操作杆的每一个基片都有类似的孔，这样当气体操纵杆的基片排成行时，插在孔或套管开口500内的桶型加热器就可以覆盖气体操纵杆的全长。所述的桶型加热器通过热传递为基片加热，所述基片通常是由诸如像不锈钢等热传导材料形成的。
本领域技术人员知道，桶型加热器的效率很大程度上取决于桶型插入所需要的加热器的套管开口(如，孔)的容隙和位置。如果桶在开口壁和加热器外壳(例如，桶型加热器的外表面)之间具有过大的间隔，那么热传递的速率就会降低，加热器的外壳的温度会增加，并且所需要的电能也会增加。在半导体工业中，桶型加热器的主要的故障原因是不适当的插入到加热器的套管或者不适当的套管设计。当加热器外壳的温度超过了为加热器所设定的最大安全温度时，桶型加热器经常因与套管开口的结合而发生故障。由于加热器在复位之前可能需要被扩孔，这将会发生严重的情况，也会因此产生大量潜在的安全性问题。
由于加热器表面上的温度常常是理想的系统温度的200％到500％，因此桶型加热器的适当操作会在加热器外壳的区域上产生很高的温度变化率。这样不仅仅导致穿过气体操纵杆的热应力，同样也带来在理想的区域内的温度控制方面上的挑战，因为加热器必须在物理位置上与目标区域相分离(例如，在处理流体流经的基片上所形成的通道)。
桶型加热器的故障率是相当高的，并且常常更多的取决于安装的方法而不是加热器质量或者系统设计。桶型加热器的不合适的安装将会导致加速加热器故障的发生，并且在实践中，不合适的安装在加热器发生故障之前常常不能被检测出或者被发现，而被发现时已经很晚了。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种加热器。所述的加热器包括电阻材料的充分扁平涂层，所述电阻材料的充分扁平涂层带有第一末端和第二末端，被电连接到电阻材料的充分扁平涂层的第一末端上的第一电导体，被电连接到电阻材料的充分扁平涂层的第二末端上的第二电导体，以及围绕在电阻材料的充分扁平涂层周围的电绝缘材料，所述的电绝缘材料使电阻材料的充分扁平涂层的第一末端与第二末端相互电绝缘。根据一个实施方案，电阻材料的充分扁平涂层可能被排列成蜿蜒型的结构，并且蜿蜒型结构的宽度，厚度以及密度的变化会在加热器内部提供不同的加热性能区域。加热器可能被安置在活动部件的表面并用于对活动部件进行加热，其中加热器包括贯穿电绝缘材料的孔，加热器可能被安置在活动部件和活动基片的中间并被用于加热活动部件和活动基片两者。根据所述的实施方案的进一步方面，第一和第二电导体可能由与电阻材料涂层的相同的材料而形成。
根据本发明的另一方面，提供一种方法，所述的方法包括将充分扁平的加热器置于活动部件的底面和活动基片的顶面之间的动作，并且确保通过其间充分扁平的加热器将活动部件固定到活动基片上。依照一个实施方案，充分扁平的加热器包括成对的电导体，所述的成对的电导体被连接到电源上并且不需要额外的控制就可以把加热器的温度限制在预定温度的±5℃以内。
根据本发明的另一个方面，提供一种活动板。所述的活动板包括至少一个活动基片，所述的活动基片带有被安置在所述的至少一个活动基片的第一表面上的基片端口，至少一个活动部件，所述的活动部件固定在所述的至少一个活动基片上并带有安置在所述的至少一个活动部件的第一表面上的部件端口，所述的至少一个活动部件的部件端口与至少一个活动基片的基片端口流动连接，充分扁平的加热器置于所述的至少一个活动基片的第一表面和至少一个活动部件的第一表面之间。所述的活动部件可能包括阀，滤波器，调节器，传感器，清洁器，质量流量控制器，或者任何其它类型的带有至少一个部件端口的活动部件。根据一个实施方案，加热器可能包括一种在部件端口和基片端口形成一种液态紧密连接的密封剂。所述密封剂即可能是加热器的组成部分，也可能是与加热器保持在固定的位置上的单独的部分。
根据本发明的进一步方面，提供一种用于与基片结合使用的预装装置。所述的预装装置包括带有基底并形成在基底上的至少一个活动端口的活动部件，包括带有至少一个孔的充分扁平的加热器，以及包括在与基片组装之前将加热器固定在活动部件的基底上的装置。依照一个实施方案，用于将加热器固定在活动部件的基底上的装置与加热器形成一体。
根据本发明的另一方面，提供一种密封剂，该密封剂包含一种带有第一末端和第二末端的电阻材料涂层，以及一种围绕在电阻材料涂层周围的电绝缘材料。所述的电绝缘材料带有贯穿于其中的孔，在所述孔内没有电阻材料涂层。依照一个实施方案，所述的第一和第二末端可能与电源相电连接，以致密封剂可能被用于提供热量。
根据本发明的另一方面，提供一种密封固定器。该密封固定器包含带有第一末端和第二末端的电阻材料涂层，以及一种电绝缘材料，所述的电绝缘材料围绕在电阻材料涂层的周围并且带有贯穿于电阻材料的孔，在所述孔内没有电阻材料。密封固定器进一步包含一种用于将密封剂固定在孔内的某个固定位置上的装置。有利的是，所述的第一和第二末端可能与电源相电连接，这样密封固定器除了可以固定密封剂之外还可以被用来供热。
附图不是按照比例所描绘的。在附图中，不同的图所举例说明的每一个相同的或是近似相同的部件由相同的数字所表示。出于简洁的目的，并不是每一个部件在每一附图中都被例举出来。在附图中图1，依照本发明的一个实施方案，举例说明了被表面安装在活动部件和活动基片之间的加热器。
图2，举例说明了图1所示的加热器的横截面示意图。
图3，根据本发明的另一实施方案，举例说明被表面安装在活动部件和活动基片之间的加热器。
图4，举例说明了依照本发明的一个实施方案的一种加热系统，所述的加热系统被用来加热流体操纵杆的各个元件。
图5，依照本发明的一个实施方案，举例说明了一种安装结构，所述的安装结构是被用来将加热器安装到活动部件的基底上，例如，质量流量控制器；以及图6，举例说明了一种按标准型式设计的，具有孔的基片气体板，传统的桶型加热器可能被插在所述的孔中。
具体实施例方式
结合相应的附图，各种不同的实施方案和其不同的各个方面将作进一步详细的说明。人们将理解到，本发明的申请文件没有被限制在下面的描述或附图中的实施例所例出的部件的结构和排列的详细说明中。本发明还可以有其它的实施方案并且可以以各种不同的方式被实践或实施。同时，本文中所使用的措词和术语是出于说明的目的而不是一种限制。“包括”，“包含”，“带有”，“容纳”，“含有”以及在文中出现其它各种类似的词表示在其后所列举的项目，这些项目的同等物还有附件项目。
根据本发明的一方面，图1举例说明了一种表面安装的加热器。如图所示，加热器10包括由被蚀刻的箔片阻抗材料所形成的加热元件100，例如由Hoskins Manufacturing Company出产的Chromel箔片阻抗材料，该加热元件100被电绝缘材料160所包围，所述的电绝缘材料由E.I du Pont de Nemours and Company出产的卡普顿Kapton聚酰亚胺薄膜。
Kapton，是E.I du Pont de Nemours and Company的注册商标，是一种具有良好的物理和电特性的聚酰亚胺薄膜，并具有极好的化学阻抗；已知的有机溶剂并不作用于薄膜，它达到了MIL-P-46112B和ASTM D-5213-99标准，并且不会熔化或燃烧。它具有最高的UL-94可燃性额定值V-O.Kapton聚酰亚胺薄膜在额定的-269℃(-425)到400℃(752)之间可以持续的操作，在25℃下具有近似于7000volts/mil的非传导强度，不具有显著的热膨胀或收缩特性，以及不具有已知的质子发电特性。
人们将认识到，由于本发明没有限制任何特定的材料，所以除了Chromel和Kapton之外其它的材料也可以被使用。举例来说，加热元件100可能由任何类型的导电性材料而形成，例如，不锈钢，所述的导电型材料具有足够大的阻抗，以致当电流通过时会产生热量。在本发明的一个实施方案中，因为本发明没有限定任何特定的阻抗值或阻抗值的范围，尽管可能使用带有不同电阻的材料，但是箔片阻抗材料应具有大约22-32Ω的阻抗。进一步，人们将理解，阻抗材料不需要被蚀刻，因为可以使用其它的制造程序以形成加热元件100，例如激光切割，浮凸印刷，放电加工(EDM)，电积等等。
同样地，尽管Kapton和KaptonMT，和KaptonMTB作为电绝缘材料160而使用时是优选的，但是其它类型的绝缘材料，诸如任何其它适当的聚合体，橡胶，塑料或热塑性材料等也是可以使用的。优选地，这些电绝缘材料很坚韧，带有高的化学阻抗，不会熔化或燃烧，具有最小限度的热膨胀和收缩特性，并且可以适应很宽的温度范围。进一步，优选地，电绝缘材料160具有相对低的热阻抗，以致由加热元件100所产生的热量就可以被传递到周围表面。人们将认识到，并不是所有的这些特性都是必须的，以致其它的聚合或绝缘材料就可以被使用。举例来说，在处理流体不具有一般强活性的应用场合中，比如在药物和生物制药的应用中，可以使用具有较低的化学阻抗的材料。
如图1中所示，加热元件100被布置成蜿蜒形的结构。人们将会理解，由于本发明没有限定必须使用蜿蜒形结构，因此也可以使用其它的结构(如，直线形)。通常，所述的加热元件100的结构，厚度(例如，从图1的平面沿着±Z轴方向伸出)和宽度(例如，主要沿着图1的±Y轴方向延伸)的变化取决于其使用于流体处理和/或分配系统的需求。这种需求包括需要的电功率，所述的需要的电功率用以产生期望的操作温度，期望的热量分配模式，期望的均衡的热量分配模式等等。举例来说，如图3所示，以及下面进一步的详细描述，箔片阻抗材料的宽度，密度，形状以及厚度(未显示)可以在某个加热器或在多个不同的加热器之间变化(甚至这些多个不同的加热器都连接到同一个电源上)以达到不同的功率密度(功率/单位面积)。
如图所示，加热元件100带有被电连接到第一电导体110上的第一末端，还有被电连接到第二电导体120上的第二末端。有利的是，所述的第一和第二电导体可以由与加热元件100相同的材料制成。如图1所示，第一和第二电导体110，120由与加热元件100相同的材料制成，可能带有比加热元件100更大的表面面积。作为替代，所述的第一和第二导体110，120可以比较厚，或者比加热元件100的厚度和/或宽度更厚和更宽。仍然作为替代的是，用于形成所述的第一和第二电导体的材料可能要比用于形加热元件100的材料具有更强的传导性，诸如，铝，铜等等。
电连接到第一和第二电导体110，120的末端的是连接器150，所述的连接器150被用来将第一和第二电导体连接到交流或直流电源上，或者从交流或直流电源上断开。在一个实施方案中，连接器150采用的是FFC型连接器，这种连接器是由MolexCorporation出产的，必要的时候，它允许很容易地替换加热器10。人们将会理解，本发明并没有限定使用任何特定类型的连接器，因此可以将第一和第二电导体110，120电连接到电源上的任何一种连接都可以作为替代而使用。
在图1举例说明的实施方案中，加热器10包括多个形成于其中的孔，所述的孔可以允许处理流体或扣件穿过。举例来说，加热器10包括置于加热器10的四个的拐角的四个孔130，扣件穿过其中可以将活动部件的表面(如，底面)牢固在基片的辅助表面(如，顶面)上。固定器，诸如C线圈，可能被放置在一个或多个扣件的远端以将扣件与活动部件连接在一起，以致活动部件和一个或多个扣件就可以作为单一的整体被安装或是移开。所述的固定器也可以用于将加热器10保持在活动部件基底的底面上，以致活动部件，加热器和固定器全部可以作为单一的整体一起被安装或是移开。仍然作为替代，所述的孔130可以使形成所需要的尺寸以允许一个或多个扣件可以穿过其中，以即能够将加热器保持在活动部件基底的底面上又可以将每一个扣件保持在活动部件的各个孔内。以这种方式，可以避免分别使用固定器，并且活动部件，加热器和扣件全部可以作为单一的整体而一起被安装或是移开。
正如本文中所使用的术语“活动部件”包括主动的和被动的活动部件，诸如阀，调整器，清洁器，分析器，传感器，滤波器等(或是直接固定在基片上，或附着在将被直接固定到基片上的法兰上)，还有将流体从一个基片上传输到另一个基片上的连接器，。正如本文中所使用的术语“基片”包括单独的按标准型式设计的基片，所述的按标准型式设计的基片流动连接成对的相邻近的活动部件，还有导管，所述的导管流动连接多个活动部件，所述的导管诸如美国专利号5,992,463，6,283,155，6,293,310，6,374,859，6,394,138和共同待审的申请中所描述的，作为引证并入本文。
加热器10也包括一个或多个孔140，处理流体可能从中流过。在举例说明的实施方案中，加热器10包括3个孔140，并且可能结合3个端口部件使用，比如阀。尽管图1所示出的实施方案只适合于结合由Celerity Group，Inc.出产的K1S直线处理流体系统，但是在加热器10上形成的孔的位置，大小，以及数量是取决于流体处理和/或分配系统的需求的不同而变化的。结合可能使用的本发明的实施方案的流体处理和/或分配系统的例子，包括公开的美国专利号为5,836,355，5,992,463，6,283,155，6,293,310，6,302,141，6,374,859，6,394,138的专利和共同待审的申请中的详细的描述，还有由其它的公司所出产的表面安装流体处理和/或分配系统，诸如Swagelok Company，Fujikin Incorporated，CKDCorporation，以及其他的公司。
在使用中，加热器10可能置于基片上表面的顶上，活动部件可能置于加热器的上面。作为替代，与加热器10相结合的保持在其底面的活动部件可能被置于基片的上表面的顶上。活动部件这时可能以在美国专利号6,293,310中图27中所示的方式被固定在基片上。有利的是，加热器10可能包括用于保持密封剂在加热器10内部的固定的位置上的装置，所述的密封剂诸如可变形的金属密封剂，W-密封剂，C-密封剂，Z-密封剂，V-密封剂或者其它类型的密封剂，诸如聚合的或塑胶的密封剂，等等。这种装置包括形成于孔140(图1)的边墙上的圆周凹槽，处理流体可以通过所述的凹槽溢出，还包括从孔140的边墙突出的多个指状物，或者其它的可以将密封剂保持在加热器10内的某个固定位置上的结构。能够将密封剂保持在固定位置上的装置的一个实施例的描述出现在美国专利号为6,293,310的图12和13中。其它的关于能够将密封剂保持在固定位置上的装置的其他实施例包括在美国专利号为5,984,318和5,730,448中的描述，当然人们会很容易的理解，其它的设备也可以被使用，以及将密封剂保持在固定的位置上的装置的不同类型极大地取决于所使用的密封剂的型号。人们将领会到，在加热器10内部结合使用所述的装置，则可以避免使用单独的密封剂固定器。
在一个实施方案中，加热器10特别适合于保持C-密封剂。在所述的实施例中，加热器代替了将C-密封剂垫圈保持在基片与活动部件之间的C-密封剂固定器。所述的加热器具有与传统的C-密封剂固定器相同的厚度(例如，大约5密耳；标定的0.13毫米)，以及由于Kapton的物理稳定性和均匀性，因此所述的加热器具有与传统的C-密封剂固定器相同的性能，或者要更好。人们会很容易的理解，加热器的厚度的不同取决于不同的加热器的期望的操作温度，和/或密封垫圈在其处于被压缩状态(例如，密封)时不同的厚度。通常，在加热器被用来固定密封剂的场合，加热器的厚度要比密封垫圈在其处于压缩状态时足够的小以避免流体的泄漏。
所述处于活动部件和基片中间的位置允许加热器可以与阀，MFC或其它的活动部件本体进行直接的热接触，并将加热器置于目标加热区域的中间(例如，流体流动路径)而不是远离目标加热套管。这样安置的结果就是目标区域达到期望的温度要比使用传统的桶型加热器快，并且加热器不需要同使用传统的加热器一样被加热到高于(例如，高于200％到500％)期望的温度。这样，相比于使用桶型加热器的传统设计，可以准许上一级系统温度控制避免使用单独的温度控制电路，并且在温度设计方面提供更高的精确度。使用所述的加热器可以很容易的达到40℃±5℃稳定的系统温度的目标。(参考接下来的实例数据)在可替代的实施方案中，加热器10的一部分可能作为一种密封剂来使用。这样，密封剂可能同加热器形成整体，而不是使用加热器10用以将分开的密封剂保持在固定的位置。举例来说，加热器10的外表面由诸如Kapton的化学惰性材料制成，这样的一种密封剂甚至可以与传统上应用于半导体工业的中的很高活性的处理流体相结合而使用。加热元件100可以(也可以不用)伸进用来形成一种密闭密封剂的加热器的区域。人们将会理解，在加热器的一部分在作为一种密封剂而使用的情况下，所述部分通常要比加热器的剩余部分足够的厚，这是考虑到密封部分的压缩和流体密封剂的形成。
图2是在沿着图1中的直线2-2的图1所示的加热器的横截面图。如图所示，加热器10包括电绝缘聚合材料的第一涂层160A，电绝缘聚合材料的第二涂层160B，还有电阻材料涂层，其中电阻材料涂层用于形成加热元件100(未显示)或第一和第二电导体(110，120)，所述的第一和第二电导体置于电绝缘聚合材料的第一和第二涂层160A，160B之间。所述的电绝缘聚合材料的第一和第二涂层可能由同样的聚合材料形成，或者由不同的材料形成。依照本发明的一个实施方案，电阻材料涂层可能以传统的方式蚀刻电阻材料而形成。因为本发明没有将形成电阻材料涂层的方法限定为某种特定的方法，因此也可以使用其它的用于形成电阻材料涂层的处理方法，包括激光切割，压凹凸印刷，EDM，电积等。电绝缘聚合材料的内表面的一个或两个被涂上粘合剂170，诸如PFA Teflon，并且整个的装备在加热压机中被硬化，诸如加热的真空压机，用以形成完整的装备。人们将会理解由于本发明没有限定使用特定的处理方法，因此其它的加工方法也可以作为替代而使用。
图3依照本发明的另一个实施方案举例说明了一种加热器，所述的加热器被表面安装在活动部件和活动基片之间。正如先前关于图1和图2中所描述的实施方案，加热器30包括加热元件100′，所述的加热元件100由被电绝缘材料160所围绕的蚀刻的箔片阻抗材料所形成。加热元件100′带有再次与第一电导体110相电连接的第一末端，还有与电导体120相电连接的第二末端。正如前面所描述的实施方案，第一和第二电导体110，120可能由同加热元件100′相同的材料而形成，或者不同于形成加热元件100的材料。第一和第二电导体110，120的宽度，厚度，和/或表面面积会随着形成加热元件100′的材料的宽度，厚度和/或表面面积的不同而变化。如前面所描述的实施方案，连接器150可能被电连接到第一和第二电导体110，120的末端，以将第一和第二电导体110，120的末端连接到交流或直流电源上，或者将其从交流或直流电源上断开。
如在图1中所示的实施方案，加热器30包括多个孔130，所述的孔130被置于加热器30上的四个拐角上，扣件穿过其中以将活动部件的底面固定到基片的上表面。加热器30也包括一个或多个孔140，处理流体可以穿过其中。不同于图1所示的实施方案，加热器30只包括两个孔140，并且可能结合两个端口部件来使用，诸如阀，调节器，滤波器，无源连接器底座，等等。如前面所描述的实施方案，形成于加热器30中的孔的位置，大小以及数量的不同会取决于流体处理和/或分配系统的需求和加热器30所使用在其中的活动部件(和/或基片)的类型。
虽然加热元件100′以与图1所示的实施方案相同的方式被再次布置成蜿蜒的结构，除了具有大体上均匀的宽度，加热元件100′的宽度和密度在不同的区域之间是不同的。具体的说，加热元件100′的宽度和密度的变化产生功率密度各不相同的区域。举例来说，在图3所示的实施方案中，加热器100′包括四个围绕孔140的区域102，在这四个区域内，加热元件100′的功率密度相对于其它的区域104不断增加。这种在功率密度方面的增加可以通过减小加热元件100′的宽度和在给定的范围内增加蜿蜒的拐弯的数量来完成。在功率密度方面的增加也可以通过使加热元件100′的厚度变薄来完成，或通过结合这样的技术来完成。人们将会理解尽管四个区域102中的每一个在结构上是相似的，可是本发明并没有作以这样的限制。在这点上，可能将提供许多不同的区域，每一个将提供不同的功率密度。此外，人们将会理解，加热元件100′的结构也不需要是蜿蜒状的，其它的结构也可以作为替代而被使用。
如先前在图1所描述的实施方案，加热器30可能包括用于将密封剂固定在加热器30内的某个固定位置上的装置。所述的装置可能包括形成于孔140的边墙上的圆周凹槽，处理流体可以通过所述的凹槽溢出，还包括从孔的边墙突出的多个指状物，或者其它的可以将密封剂保持在加热器30内的某个固定位置上的结构。作为替代，加热器30的一部分可以作为密封剂而使用，这样密封剂就同加热器形成整体。举例来说，加热器30的外表面由诸如Kapton的化学惰性材料而形成，这样的密封剂甚至可以与传统上使用在半导体工业应用中的高活性处理流体相结合而使用。
图4依照本发明的各个方面举例说明了一种复杂加热器，所述的复杂加热器可能被应用在流体处理和/或分配系统的流体操纵杆中，用以控制其中的处理流体的温度。如图所示，复杂加热器包括第一复杂加热器10，所述的第一复杂加热器10适于同带有三个端口的活动部件相结合使用，如，阀；还包括加热器30，所述的加热器30适于同带有两个端口的活动部件相结合使用，如，阀，压力调节器，滤波器等；还包括另加热器20，其适于与带有单个端口部件的活动部件相结合使用，如，压力传感器。除了形成特定尺寸的以容纳扣件的孔130和处理流体穿过其中的一个或多个孔140之外(见图1和3)，每一个加热器10，20，30也包括用以检测泄漏的一个或多个孔135。依照本发明的另一个实施方案，复杂加热器也包括加热器40。由于加热器40结构的许多的细节同先前在图1-3中所描述的实施方案相似，因此那些同图1-3中的实施方案相似的细节在这里仅作以简单的描述。
正如在先前在图1-3中所描述的实施方案中，加热器40包括加热元件(没有示出)，所述的加热元件是由被电绝缘材料160围绕的蚀刻的箔片阻抗材料所形成。如先前在图3中所描述的，加热元件的结构，厚度，和/或宽度的不同以产生不同的加热区域取决于其应用的系统的需求。如先前的实施方案，加热元件带有与第一电导体相电连接的第一末端，还有与第二电导体相电连接的第二末端，每一个末端都被电连接到连接器上。结合先前的实施方案，所述的连接器用于将第一和第二电导体连接到交流或直流电源上，或者将其从交流或直流电源上断开。
不同于先前在图1-3中所描述的实施方案，图4中所列出的加热器适于安装在活动部件的外部表面，而不是安装在活动部件和基片之间。举例来说，在图4的实施方案中，加热器40适于被安装在活动部件的本体上，如质量流量控制器，并且正由于此，不需要处理流体可以从中溢出的任何的孔140(图1，3)。在这种场合下，质量流量控制器经过配置以至于它的传感器，控制器和阀部分全部都从质量流量控制器本体的一个表面(如，上表面)延伸出来，加热器40可能被安装在质量流量控制器本体的底面上，或者安装到质量流量控制器的侧面上。如果需要，分开的加热器40可以被安装到活动部件本体上的不只一个表面上。作为替代，由于加热器40相对的易于变形的并且可以很容易的形成任何期望的形状，因此具有U型的单个加热器可以被用来安装在活动部件本体的底面和两个侧面上。在期望的场合，一种在结构上与在图1-3中所描述的实施方案相似的额外的加热器可能被置于质量流量控制器的阀和质量流量控制器的本体的之间。人们会理解，由于本发明并没有限制在任何特定类型的活动部件上，诸如质量流量控制器等，因此加热器40的尺寸将会变化以调整适应更多的活动部件。
各种不同的装置可能被使用以将加热器40安装在活动部件的本体上。举例来说，热传导粘合剂或胶带，诸如由3MCorporation出产的“热传导传递胶带8805，8810，8815，8820”，可以被使用以将加热器40安装在活动部件的本体上。作为替代，除了使用粘合剂将加热器安装在活动部件的本体上，一种诸如在图5中所描述的支架结构也可能被使用。
图5依照本发明的一个实施方案，举例说明了加热器40沿着直线5-5连到一种支架结构上的横截面示意图，所述的支架结构被用来将加热器热接到活动部件的本体上。总的看来，加热器40位于支架结构的顶部，所述的支架结构弹性地促进加热器40的上表面对准活动部件的底面(未显示)。尽管在图5中所示的支架结构适于将诸如加热器40(附图4)的加热器安装到诸如质量流量控制器的活动部件的底面上，但是人们将会理解其它类型的活动部件和以其它的方式也可以被使用。
如在图5中所描绘的实施方案中，使用粘合剂(没有示出)将加热器40安装在板510上。在一个实施方案中，使用两面胶膜或胶带，当然其它的方法作为替代也可以被使用。举例来说，因为加热器40被安装在板510的上表面，所述的板被向上压靠在活动部件的底面上，由于不需要很大的力量将加热器40保持在板510上，所以任何形式的安装都可以被使用。在本发明的一个实施方案中，板510由铝形成，当然任何相对刚性的材料都可以被使用，包括铁，塑料等。
如图所示，一种印刷电路板520被安置在板510的下表面，所述的下表面的这片区域凹进所述的板510，尽管板不包括所述凹处。在一个实施方案中，印刷电路板520通过使用诸如Hysol的环氧树脂被安置在板上，当然也可以使用其它类型的粘合剂或者其它类型的安装方式(如，螺丝钉，柳钉等)。印刷电路板520包括热活性开关，所述的热活性开关判断安装了加热器40的活动部件已经达到了预期的温度。举例来说，热电偶(没有示出)可能被安置在安装了加热器40的活动部件上，以及来自热电偶的信号可能被提供给在印刷电路板520上的热活性开关。一旦确认活动部件已经达到了预期的温度，热活性开关将发送给控制器合适的信号以指示已经获得了期望的温度，这时流体将开始流动。作为替代，所述的热电偶或集成温度感应电路可能被安装在印刷电路板520上，具体的说热电偶或感应电路被安装在热传导表面上，例如板510的底面。
附着在板510上的是多个弹性移动支座530，所述的弹性移动支座530将板510附着在底座540上，所述的底座540在一个实施方案中可能是流体处理和/或分配系统板的底座。每一个弹性移动支座530包括支座532，螺纹扣件534和弹簧536。在一个实施方案中，支座532是成品支座，诸如由Penn Engineering ofDanboro，Pennsylvania出产的PEMTM压配合支座(PEMTMPress-Fit stand-off)。支座532可能被压配合进入板510内合适尺寸的孔，并且内部螺纹扣住扣件的螺纹的末端，诸如扣件534。所述的扣件534，可能是传统的螺纹扣件，如螺丝，并且可能同弹簧536从基底540的下面插入内部螺纹的支座532并穿过支座532，所述的弹簧536是围绕在支座532和扣件534的顶部。支架532的顶端可能贯穿底座540内的钻孔，以致板510可以移向底座540，但是当外力移开时，板510在卷簧536的作用下向上运动。在本发明的一个实施方案中，可变长度的固定支座可能被使用以达到期望的高度并将底座540连接到另一个安装表面上。
人们将会理解，本发明的实施方案相比于传统的桶型加热器提供了大量的优点。举例来说，无论是在特定的活动部件或是在不同的活动部件中，因为在流体分配和/或处理系统中的每一个活动部件都是被单独的加热，因此可以很容易地形成不同的温度区域。人们将会理解，即使每一个加热器被电连接到相同的电源上，这种单独的加热不同的活动部件(或在部件内部的不同的区域)以使其具有不同的温度的能力可以通过控制一个或多个蚀刻的箔片阻抗材料的宽度，长度，结构和阻抗来完成。能够计算出来每一个部件的热负荷以及需要达到用于所使用的部件的目标操作温度的精确的功率。举例来说，电源所提供的功率的大小被选定等于加热器在目标操作温度下所消耗的功率的大小与由活动部件或活动部件/活动基片的组合所消耗的功率(例如，热容量)的大小的总和。
加热器被设计所要获得的目标操作温度可能是等于使用在加热器的结构中的材料的额定操作范围(例如，大约等于用于Kapton的400℃)。进一步，申请人已经发现使用传统的方法切割或蚀刻电阻材料，加热器能够提供容许范围内的±5℃的目标操作温度是很容易达到的，而通过使用更严格的设计容限，可以提供在容许范围内的±1℃的目标操作温度。
每一个加热器都适合自动限制，这在于随着电阻材料的加热，它的内阻抗也随着增加直到自动限制电流达到预期的温度并且不会继续变热；因此，不需要额外的温度控制器。如此这样的允许流体流动部件和/或流体处理和/或分配系统的不连续的部分可以被单独加热的灵活的设计对于传统的桶型加热器来说是不可能的，在传统的桶型加热器中对流体操纵杆的全部流体流动部件通常是相同的。在使用传统的桶型加热器时，人们必须从多种规格的桶型加热器中挑选，以及因此限制了达到特定的目标操作温度的能力。进一步，因为根据本发明的加热器可以向比传统的桶型加热器的更大的表面区域散布热量，并且由于它们可能被安置在预定的目标加热区域中间，因此它们可以操作在比使用桶型加热器可能要低的表面温度。具体来说，在加热器被安置在活动部件和活动基片之间时，加热器被设计将要获得的温度可能同目标操作温度相同。功率的利用也要比桶型加热器要更加有效，并且全部系统功率消耗也要比桶型加热器低。加热器也可以取代传统的C密封剂或者其它类型的密封剂固定器，或者密封剂与加热器一体化，这样不仅减少了桶型加热器的成本也同样减少了分开的密封剂固定器和/或密封剂的成本。
其它的优势包括基片不需要独特的制造以容纳加热器；依照本发明的加热器可以被改进以使流体处理和/或分配系统继续存在，所述的系统不是已经带有用于容纳形成于其中的桶型加热器的孔。进一步，本发明的加热器从上面被安装，因此不需要同桶型加热器相同的工作空间。人们将会理解在桶型加热器中，需要提供足够大的空间以用来可以使桶型加热器能够从其被容纳的内部的孔中插入和/或移开。
人们将会理解，虽然在本文中所描述的每一个加热器都使充分扁平的结构，但是本发明并没有限制于此。在这个方面，本发明的加热器是相对灵活的，因此可以适应多种形状。此外，人们将会理解，在硫化进行中，加热器可以被塑造成几乎是任何的期望的形状，因此它可以被塑造成圆柱型结构，截头圆锥型结构等等。
实施例数据依照本发明的一个实施方案的加热器在K1S流体操纵杆内被测试，所述的K1S流体操纵杆由Celerity Group，Inc出产的包括手动的2通阀，调节器，传感器，过滤器，两个气动阀，还有MFC(质量流量控制器)。所述的流体操纵杆形成16通道结构并包括用于每个六个流体操纵杆和MFC的加热器。所述的加热器具有自动限制以将流体操纵杆的温度保持在40℃±5℃。所述的加热器被连接到标定在200℃(聚四氟乙烯绝缘)的18AWG束线上。加热器经过配置可以使第一组三个活动部件处于串行并且第二组三个活动部件处于串行，而两组三个活动部件与MFC并行。所述的加热器由24V直流电源供电。
操纵杆被安置于塑胶盒子内以模拟16-通盒式排气结构。空气从盒的顶盖进入，向下穿过操纵杆并从货盘底下的4”排气孔穿出。空气以额定的120CFM的速率进入盒。调整盒内的入孔以达到在0.42英寸H2O盒内的不同的压力。
K型热电偶与每一个活动部件相配准，系统由24V直流电供电。使用刻度F1uke式70手握温度计读取温度值，并且不使用额外的温度控制器。
结论初始周围环境温度26.8℃操作电压24VDC总加热器阻抗210Ω排气流动速率120CFM差值压力在H2O中0.4目标温度40℃±5℃用于所述的举例说明的实例的温度读数如下所示
上面的测试结果显示出加热器可以将系统很好的带入目标范围并可以很好的将其保持住。贯穿于流体操纵杆的温度的恒定在3℃以内并且临界的MFC温度在目标值的4℃以内。这一表现远远的超出了使用标准的桶型加热器所表现出来的最佳状态。具体的说，使用标准的桶型加热器不能使MFC温度高于29℃，并且在形成操纵杆的不同的活动部件之中将会产生很高的温差(大约8℃)，而只有一个部件(滤波器)的读数稳定在40℃±5℃的容许范围。依照本发明的加热器也可以使活动部件的温度比标准桶型加热器更快的达到期望的目标温度，并且假定大约是标准桶型加热器的功率的一半而不需要额外的温度控制或调整。这种更好的初始表现再结合预期的更长的使用寿命，更安全的设计，更好的温度均匀性，不需要密封剂固定器，更好的功率利用，以及较低的使用的整体成本使这样的一种加热器方案对于制造商，OEM仪器供应商和终端用户来讲都是优选的。
人们将会理解，虽然在先前所描述的本发明是关于在半导体工业中使用的流体处理及(或)分配系统，但是本发明并没有限制于此。举例来说，本发明可以使用在需要或期望加热的任何的应用中，诸如制药应用中，生物制药应用中，化学处理和石化应用中，等等。进一步，所述的流体可以是液体或者气体，或者液体和气体的组合物，或者泥浆。此外，本发明不需要同表面密封剂相结合使用，但是可以应用在传统的VCR型装置或螺纹耦合型密封剂。
在此已经描述的本发明的至少一个实施方案的多个方面，很显然，对于在本领域内的技术人员来说可以很容易地对本发明进行各种不同的变化，修改或改进。这样的变化，修改和改进都是本申请的部分，并且都在本发明的保护范围之内。据此，前面的说明和附图仅仅作为例子。
权利要求
1.一种加热器，包括带有第一末端和第二末端的电阻材料的充分扁平涂层；电连接到电阻材料的充分扁平涂层的第一末端上的第一电导体；电连接到电阻材料的充分扁平涂层的第二末端上的第二电导体；以及围绕在电阻材料的充分扁平涂层周围的电绝缘材料，所述电绝缘材料使电阻材料的充分扁平涂层的第一末端与电阻材料的充分扁平涂层的第二末端相互电绝缘。
2.根据权利要求1中的加热器，其中所述的第一和第二电导体的每一个都带有第一末端，第二末端和长度；所述的第一电导体的第一末端被电连接到电阻材料的充分扁平涂层的第一末端；所述的第二电导体的第一末端被电连接到电阻材料的充分扁平涂层的第二末端；其中电绝缘材料进一步围绕在第一和第二电导体和第一末端和长度的周围，并且将第一电导体的第一末端和长度与第二电导体的第一末端和长度相互绝缘。
3.根据权利要求2中的加热器，其中电绝缘材料进一步将第一电导体的第二末端与第二电导体的第二末端相互绝缘。
4.根据权利要求1-3中任一的加热器，其中第一和第二电导体由与电阻材料的充分扁平涂层的相同的材料形成，并且其中第一和第二电导体的至少宽度或厚度之一大于对应的电阻材料的充分扁平涂层的至少宽度或厚度之一。
5.根据权利要求1-4中任一的加热器，其中电阻材料的充分扁平涂层排列成蜿蜒的结构。
6.根据权利要求1-5中任一的加热器，其中所述的加热器包括孔，所述的孔贯穿电绝缘材料，适于与在至少活动部件和活动基片之一的表面上形成的端口相紧密配合。
7.根据权利要求6的加热器，进一步包括用于将密封剂固定在孔内的装置。
8.根据权利要求7的加热器，进一步包括固定在用于固定密封剂的装置中的密封剂。
9.根据权利要求6的加热器，其中加热器进一步包括与加热器形成一体的密封剂，并延伸到孔的外围。
10.根据权利要求6-9任一的加热器，其中所述的孔是第一孔，并且其中加热器进一步包括多个第二孔，所述的第二孔延伸穿过电绝缘材料并被置于加热器的外围，适于容纳相应的多个扣件以将加热器固定在至少活动部件和活动基片之一的表面上。
11.根据权利要求1-5中任一的加热器，其中所述的加热器包括多个孔，所述的孔贯穿电绝缘材料，适于与相应的形成于活动部件和活动基片中的至少一个的表面上多个端口相配合。
12.根据权利要求11的加热器，进一步包括用于将密封剂固定在每一个孔内的装置。
13.根据权利要求12的加热器，进一步包括固定在每一个孔内的多种密封剂。
14.根据权利要求11的加热器，其中所述的加热器进一步包括与加热器形成一体的多种密封剂，并延伸到多个孔中的每一个孔的外围。
15.根据权利要求14的加热器，其中所述的多个孔是第一多孔组，并且其中所述的加热器进一步包括第二多孔组，所述的第二多孔组贯穿电绝缘材料并被置于加热器的外围，适于容纳相应的多个扣件以将加热器固定在至少活动部件和活动基片之一的表面上。
16.根据权利要求1-15任一的加热器，进一步包括连接器，所述的连接器被电连接到第一和第二电导体上，用以将加热器移动连接到电源上。
17.根据权利要求1-16任一的加热器，其中电阻材料的充分扁平涂层包括第一区域和第二区域，并且在第一和第二电导体被电连接到相同的电源上时，所述的第一区域提供与第二区域不同的热量/单位面积。
18.根据权利要求17的加热器，其中电阻材料的充分扁平涂层具有宽度，厚度还有密度，以及其中电阻材料的充分扁平涂层的至少宽度，厚度，密度之一在第一区域上与在第二区域上是不相同的。
19.根据权利要求1-18任一的加热器，其中所述的电阻材料是一种电箔片阻抗材料。
20.根据权利要求1-19任一的加热器，其中电绝缘材料是一种电绝缘聚合体材料。
21.根据权利要求20的加热器，其中所述的电绝缘聚合体材料包括形成于电阻材料的充分扁平涂层的第一侧面上的电绝缘聚合体材料的第一涂层，以及形成于电阻材料的充分扁平涂层上的第二侧面上的电绝缘聚合材料的第二涂层，其中第二侧面相对于第一侧面。
22.根据权利要求21的加热器，其中所述的加热器包括一种粘合剂，所述的粘合剂将绝缘聚合体材料的第一涂层粘结在绝缘聚合体材料的第二涂层上。
23.根据权利要求21-22中任一的加热器，其中所述的绝缘聚合体材料的第一和第二涂层在电阻材料的充分扁平涂层的压力下被加热以形成整体集成。
24.根据权利要求1-5中任一的加热器，其中所述的加热器包括面向第一方向的第一和充分扁平的表面，和面向第二方向的第二和充分扁平的表面，其中第二方向相对于第一方向，所述的加热器进一步包括安置在加热器的第一和充分扁平的表面上的板；以及与板连接的装置，用于弹性地促进加热器的第二和充分扁平的表面与活动部件的扁平表面相互热连接。
25.根据权利要求1-16和24中任一的加热器，其中当连接到具有预期电压的电源上时，电阻材料的充分扁平涂层被标定为预定温度±5℃范围的自动限制加热器。
26.一种包括以下动作的方法将充分扁平的加热器置于活动部件的底面和活动基片的顶面的之间；以及将活动部件通过充分扁平的加热器固定在活动基片上。
27.根据权利要求26的方法，其中充分扁平的加热器包括成对的电导体，所述的方法进一步包括以下动作将成对的电导体连接到电源上。
28.根据权利要求27的方法，其中所述连接的动作包括将成对的电导体移动连接到电源上。
29.根据权利27-28中任一的方法，进一步包括以下动作将充分扁平的加热器的温度限制在预定温度的±5℃以内。
30.根据权利要求26-29中任一的方法，其中所述的活动部件的底面和活动基片的顶面都包括至少一个流体可以流过的端口，并且其中充分扁平的加热器包括至少一个孔，所述的方法进一步包括以下动作将密封剂固定在充分扁平的加热器的至少一个孔内。
31.根据权利要求26-29中任一的方法，其中所述的活动部件的底面和活动基片的顶面都包括至少一个流体可以流过的端口，其中充分扁平的加热器包括至少一个孔，以及其中将活动部件固定在活动基片的动作包括以下动作通过围绕在所述的至少一个孔的周围的充分扁平的加热器的一部分，在活动部件的底面上的至少一个端口和活动基片的顶面的至少一个端口之间形成流体紧密的密封。
32.根据权利要求26-31中任一的方法，进一步包括以下动作将加热器固定在活动部件的底面上。
33.根据权利要求26-32中任一的方法，其中所述的充分扁平的加热器是第一充分扁平的加热器，所述的活动部件是第一活动部件，所述的活动基片是第一活动基片，以及所述的成对的电导体是第一对电导体，所述的方法进一步包括以下动作将第二充分扁平的加热器置于第二活动部件的底面和第二活动基片顶面之间，所述的第二充分扁平的加热器包括第二对电导体；通过所述的第二充分扁平的加热器将所述的第二活动部件固定在所述的第二活动基片上；将所述的第二对电导体连接到同连接到第一对电导体上的相同的电源上；保持所述的第一充分扁平的加热器的第一温度；以及保持所述的第二充分扁平的加热器的不同于第一温度的第二温度。
34.根据权利要求26-32中任一的方法，其中所述的充分扁平的加热器是第一充分扁平的加热器，所述的活动部件是第一活动部件，所述的活动基片是第一活动基片，以及所述的成对的电导体是第一对电导体，所述的方法进一步包括的动作将第二充分扁平的加热器与第二活动部件和第二活动基片之一进行热连接，所述的第二充分扁平的加热器包括第二对电导体；将第二对电导体连接到与第一对电导体相同的电源上；保持所述的第一充分扁平的加热器的第一温度；以及保持所述的第二充分扁平的加热器的不同于所述的第一温度的第二温度。
全文摘要
一种加热器，所述的加热器包括带有第一末端和第二末端的电阻材料的充分扁平涂层；被电连接到电阻材料的充分扁平涂层的第一末端上的第一电导体；被电连接到电阻材料的充分扁平涂层的第二末端上的第二电导体；以及围绕在电阻材料的充分扁平涂层周围的一种电绝缘材料并可以使电阻材料的充分扁平涂层的第一末端与电阻材料的充分扁平涂层的第二末端相互电绝缘。所述的加热器可能被安装在活动部件的表面上并被用来加热活动部件，其中的所述的加热器包括贯穿电绝缘材料中的孔，所述的加热器可能被安置在活动部件和活动基片之间并用来加热两者。
文档编号H05B3/22GK1887029SQ200480034994
公开日2006年12月27日 申请日期2004年11月5日 优先权日2003年11月7日
发明者迈克尔·约瑟夫·鲍尔, 罗杰·迪安·蔡斯 申请人:迅捷公司