静电放电缓解阀的制作方法

1.本公开的实施例涉及流体处理系统，且更具体地说，涉及在超纯流体处理系统中使用的具备静电放电缓解功能的操作性组件。


背景技术：

2.提供高纯度标准的流体处理系统在先进技术应用中有许多用途。这些应用包含太阳能面板、平板显示器的加工和制造，以及半导体行业中的应用，例如光刻、散装化学品输送、化学机械抛光(cmp)、湿式蚀刻和清洁。在这些应用中使用的某些化学品具有特别强的腐蚀性，由于流体处理组件可能被腐蚀并且化学品可能会渗入环境中，因此无法使用一些常规的流体处理技术。
3.为了满足此类应用的耐腐蚀性和纯度要求，流体处理系统提供由惰性聚合物制成的管道、配件、阀和其它元件。这些惰性聚合物可包含但不限于氟聚合物，例如四氟乙烯聚合物(ptfe)、全氟烷氧基烷烃聚合物(pfa)、乙烯和四氟乙烯聚合物(etfe)、乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯聚合物(efep)和氟化乙烯丙烯聚合物(fep)。除了提供非腐蚀性且惰性的构造外，许多氟聚合物，例如pfa，是可注射、可模塑和/或可挤出的。
4.静电放电(esd)是用于半导体行业和其它技术应用中的流体处理系统的重要技术问题。流体与流体系统中的各种操作组件(例如管道或管路、阀、配件、过滤器等)的表面之间的摩擦接触可能会引起静电荷产生和积聚。电荷产生的程度取决于各种因素，包含但不限于组件和流体的性质、流体速度、流体粘度、流体的导电性、到地的路径、液体中的湍流和剪切、流体中的空气的存在和表面积。2014年nfpa 77静电推荐规程(recommended practice on static electricity)第77-1至77-67页论述并报告了这些性质，以及缓解由这些性质引起的不希望的静电荷的方法。
5.此外，当流体流经系统时，电荷可以被称为流动电荷的现象被带到下游，其中电荷可能会积聚在电荷起源的地方之外。在各种工艺步骤中，足够的电荷累积可能会在管道或管壁、组件表面或甚至衬底或晶片上引起esd。
6.在一些应用中，半导体衬底或晶片对静电荷高度敏感，且此类esd可能会引起衬底或晶片的损坏或破坏。举例来说，由于不受控制的esd，衬底上的电路可能会被破坏，且光敏性化合物可能会在定期暴露之前被活化。另外，积聚静电荷可从流体处理系统内放电到外部环境，可能会损坏流体处理系统中的组件(例如，管道或管路、配件、组件、容器、过滤器等)，这可能会引起泄漏、系统中的流体溢出和组件的性能减弱。在这些情况下，当在受损的流体处理系统中使用易燃、有毒和/或腐蚀性流体时，此类放电可能会引起潜在火灾或爆炸。
7.在一些流体处理系统中，为了减少静电荷的积聚，流体处理系统中的某些金属或导电组件接地以缓解系统中静电荷的积聚，因为静电荷不断从金属或导电组件分散到地面。多个接地带的常规使用可能会使流体处理系统中出现过度的机械杂乱，并且可能产生需要大量维护的复杂接地系统网络或可能使系统出现不希望的污染、腐蚀或故障的复杂系
统。
8.期望改进超纯流体处理系统中的esd缓解，以改进组件性能并减少可能具损坏性的esd事件。


技术实现要素：

9.本公开的一或多个实施例涉及一种用于流体回路的包括外壳的操作性组件，其具有：i)一或多个流体进入配件；ii)一或多个流体输出配件，以及iii)一或多个流体控制组件，其中流体控制组件包括导电氟聚合物以将静电荷从流体控制组件转移到地。示范性实施例是控制从操作性组件的进入配件到输出配件的流体流动的阀。
10.在某些实施例中，操作性组件包括隔膜阀，所述隔膜阀具有柔性氟聚合物主体以控制从进入配件到输出配件的流体流动。在选定实施例中，柔性氟聚合物主体包括导电氟聚合物，所述导电氟聚合物可以是例如形成在柔性主体的整个或全部结构中基本导电的柔性氟聚合物主体的导电复合氟聚合物，或围绕非导电柔性氟聚合物主体的周边的导电氟聚合物段，所述导电氟聚合物段形成具有导电复合氟聚合物周边段和此周边段内的非导电氟聚合物区的柔性氟聚合物主体。
11.适用于所公开的隔膜阀的氟聚合物包含但不限于全氟烷氧基烷烃聚合物(pfa)、乙烯和四氟乙烯聚合物(etfe)、乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯聚合物(efep)、氟化乙烯丙烯聚合物(fep)、四氟乙烯聚合物(ptfe)或其组合。在某些实施例中，适用于隔膜阀的聚合物包括负载有导电材料的四氟乙烯聚合物。在某些实施例中，这些氟聚合物负载有约0.1到10wt％、优选地约1到7wt％或更优选地约3到5wt％范围内的碳黑。
12.在一些实施例中，所公开的隔膜阀包括全氟离聚物颗粒，所述全氟离聚物颗粒与非导电氟聚合物掺合以形成包含非导电氟聚合物基体和分布在非导电氟聚合物基体内的全氟离聚物区的复合物。非导电氟聚合物基体内的全氟离聚物区赋予所得复合物静电耗散性质。合适的全氟离聚物的实例是具有聚(四氟乙烯)主链和由磺酸基团封端的全氟醚侧链的全氟磺酸(pfsa)聚合物，其可作为nafiontm离聚物(nafiontm是科慕公司(the chemours company)的商标)市售。市售全氟离聚物的额外实例包含但不限于(旭硝子公司(asahi glass company))、(旭化成(asahi kasei))或f.(fuma-tech)离聚物。第us 2020/0103056 a1号美国公开案报告了用于静电耗散系统的全氟离聚物，所述美国公开案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
13.本公开的其它实施例涉及一种用于流体回路的隔膜阀，其包括两个或更多个外壳组件、一或多个进入配件、一或多个输出配件和隔膜；其中隔膜包括柔性导电氟聚合物主体以将静电荷从隔膜转移到地。柔性氟聚合物主体例如包括导电氟聚合物，所述导电氟聚合物可以是例如形成在柔性主体的整个或全部结构中基本导电的柔性氟聚合物主体的导电复合氟聚合物，或围绕非导电柔性氟聚合物主体的周边的导电氟聚合物段，所述导电氟聚合物段形成在周边段的整个或全部结构中具有导电复合氟聚合物周边段且具有此周边段内的非导电氟聚合物区的柔性氟聚合物主体。
14.适用于隔膜阀的所公开的柔性氟聚合物主体的氟聚合物包含但不限于全氟烷氧基烷烃聚合物(pfa)、乙烯和四氟乙烯聚合物(etfe)、乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯聚合物(efep)、氟化乙烯丙烯聚合物(fep)、四氟乙烯聚合物(ptfe)或其组合。在某些实施例中，适
用于隔膜阀的柔性氟聚合物主体的聚合物包括负载有导电材料的四氟乙烯聚合物。在这些实施例中的一些中，隔膜阀的柔性导电主体缓解隔膜阀的凸缘段中的静电放电。
15.本公开的某些实施例涉及一种用于流体回路的隔膜阀，其包括各自具有凸缘段的两个或更多个外壳组件、一或多个进入配件、一或多个输出配件、隔膜和垫片；其中垫片包括导电氟聚合物以将静电荷从隔膜阀转移到地。在选定实施例中，隔膜包括与垫片进行导电接触的柔性氟聚合物主体。
16.适用于所公开的垫片的氟聚合物包含但不限于全氟烷氧基烷烃聚合物(pfa)、乙烯和四氟乙烯聚合物(etfe)、乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯聚合物(efep)、氟化乙烯丙烯聚合物(fep)、四氟乙烯聚合物(ptfe)或其组合。在某些实施例中，垫片包括负载有导电材料的四氟乙烯聚合物。在这些实施例中的一些中，垫片缓解隔膜阀的凸缘段中的静电放电。
17.在一些实施例中，所公开的垫片包括全氟离聚物颗粒，所述全氟离聚物颗粒与非导电氟聚合物掺合以形成包含非导电氟聚合物基体和分布在非导电氟聚合物基体内的全氟离聚物区的复合物。非导电氟聚合物基体内的全氟离聚物区赋予所得复合物静电耗散性质。合适的全氟离聚物的实例是具有聚(四氟乙烯)主链和由磺酸基团封端的全氟醚侧链的全氟磺酸(pfsa)聚合物，其可作为nafiontm离聚物(nafiontm是科慕公司(the chemours company)的商标)市售。市售全氟离聚物的额外实例包含但不限于(旭硝子公司(asahi glass company))、(旭化成(asahi kasei))或f.(fuma-tech)离聚物。第us 2020/0103056 a1号美国公开案报告了用于静电耗散系统的全氟离聚物。
18.本公开的一或多个实施例还涉及一种具备集成静电放电缓解功能的流体回路，其包括上文所描述的实施例中的任一个的接地操作性组件、隔膜阀或垫片。
19.此外，本公开的一或多个实施例涉及一种用集成静电放电缓解系统制造流体回路的方法，其包括将上文所描述的实施例中的任一个的操作性组件、隔膜阀或垫片安装在流体回路中，以及将操作性组件或隔膜阀或垫片接地。
20.以上概述并不意图描述本公开的每个所说明的实施例或每一种实施方案。
附图说明
21.本公开中所包含的图式说明本公开的实施例，且与描述一起用于解释本公开的原理。图式仅说明某些实施例，且不限制本公开。
22.图1描绘根据本公开的一或多个实施例的隔膜阀的等距视图。
23.图2描绘根据本公开的一或多个实施例的隔膜阀的横截面图。
24.图3描绘根据本公开的一或多个实施例的隔膜阀的分解图。
25.图4描绘根据本公开的一或多个实施例的隔膜阀致动器的等距视图。
26.图5描绘根据本公开的一或多个实施例的隔膜阀的柔性氟聚合物主体的实施例的数字图像。
27.图6描绘根据本公开的一或多个实施例的隔膜阀的柔性氟聚合物主体的另一实施例的数字图像。
28.图7描绘根据本公开的一或多个实施例的隔膜阀的柔性氟聚合物主体的实施例的又一数字图像。
29.图8描绘根据本公开的一或多个实施例的包括操作性组件的流体控制回路的示意图。
30.本公开的实施例容许各种修改和替代形式，且某些细节已例如在图式中展示且将进行详细描述。应理解，并不意图将本公开限于所描述的特定实施例；而是意图涵盖属于本公开的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。
具体实施方式
31.本公开报告了用于应用于流体处理系统的具备esd缓解功能的操作性组件或隔膜阀的实施例，所述操作性组件或隔膜阀具有从流体供应源到一或多个下游过程阶段的流体流动通道。例如，在国际专利申请wo 2017/210293中报告了常规和一些esd缓解流体回路，所述国际专利申请以引用的方式并入本文中，但其中所含的明确定义或专利权利要求除外。例如，在应特格(entegris)手册的fluoroline静电(esd)管道(2015年到2017年)中报告了其它esd缓解流体回路。
32.图1是说明隔膜阀10的实施例的等距视图。隔膜阀10包含入口配件12和出口配件14。入口阀12和出口阀14连接到具有第一凸缘段18的第一外壳组件16。隔膜阀进一步包含具有第二凸缘22的第二外壳组件20。第一凸缘18和第二凸缘22经配置以在隔膜阀用于流体回路中以控制入口配件12与出口配件14之间的流体流动时提供防泄漏连接。图1还说明与隔膜进行导电接触的地突片24，所述隔膜包括位于第一外壳组件16和第二外壳组件20的内部部分内的柔性氟聚合物主体(未展示)。地突片24允许在连接到地时转移静电荷。图1还说明致动器26的外部部分，所述致动器提供内部结构和外部结构两者，以调整或控制柔性氟聚合物主体(未展示)在隔膜阀的内部部分中的位置。柔性氟聚合物主体的位置控制从入口配件到出口配件的流体流动。
33.图2是说明隔膜阀10的内部部分的剖视图。图2说明隔膜阀的所有外部部分，包含入口配件10、出口配件12、第一外壳组件16、第一凸缘段18、第二外壳组件20、第二凸缘段22和致动器26的外部部分。图2进一步说明柔性氟聚合物主体的剖视部分。柔性氟聚合物主体28被配置为第一凸缘段18与第二凸缘段22之间的附接隔膜阀10。当隔膜阀10用于流体回路中时，柔性氟聚合物主体提供允许在隔膜阀10的内部结构与外部结构之间形成导电路径的外部结构。柔性氟聚合物主体的外部结构可连接到地以提供可通过流体回路的内部区中的流体流动产生的电荷的静电缓解。
34.图3是说明隔膜阀30的实施例的原理结构的分解图。所述结构包含入口配件32、出口配件34和第一外壳组件36。图3进一步说明经配置以附接在第一外壳组件36与第二外壳组件40之间的柔性氟聚合物主体38a和38b。第二外壳组件40还包含致动器42的外部部分。
35.图4是包含凸缘段42、柔性氟聚合物主体44和致动器46的外部部分的外壳组件40的等距视图。柔性氟聚合物主体和致动器46的外部部分的组合允许通过调整或控制柔性氟聚合物主体的位置来控制组装后的隔膜阀中的流体。
36.图5说明隔膜或柔性氟聚合物主体50的实施例。在此实施例中，柔性氟聚合物主体包括导电氟聚合物，所述导电氟聚合物使用选定的导电氟聚合物模制成预定形状，以在模制的柔性氟聚合物主体中提供基本均匀的聚合结构。导电氟聚合物包含延伸到组装隔膜阀的外部部分的突片52。当突片52接地时，导电氟聚合物提供导电路径以缓解可通过隔膜阀
的内部部分中的流体流动和穿过流体回路的流体流动产生的静电荷。
37.图6说明隔膜或柔性氟聚合物主体60的实施例。在此实施例中，柔性氟聚合物主体包括柔性氟聚合物主体60的周边上的导电氟聚合物62和柔性氟聚合物主体的内部区内的非导电氟聚合物64。使用选定的导电氟聚合物和选定的非导电氟聚合物将柔性氟聚合物主体60模制成预定形状，以提供具有导电周边部分和非导电内部区的模制柔性氟聚合物主体60。导电氟聚合物周边部分包含延伸到组装隔膜阀的外部部分的突片66。当突片66接地时，导电氟聚合物周边部分提供导电路径以缓解可通过隔膜阀的内部部分中的流体流动和穿过流体回路的流体流动产生的静电荷。
38.图7说明隔膜或柔性氟聚合物主体70和导电氟聚合物垫片72的实施例。在此实施例中，柔性氟聚合物主体包括非导电氟聚合物主体70。类似地，使用选定的导电氟聚合物将导电氟聚合物垫片72模制成预定形状。垫片72的形状经配置以对应于柔性氟聚合物主体70的周边和隔膜阀的凸缘段的形状，所述隔膜阀具有第一外壳组件和第二外壳组件，如例如图3中所说明。导电氟聚合物垫片包含延伸到组装隔膜阀的外部部分的突片74。当突片74接地时，导电氟聚合物提供导电路径以缓解可通过隔膜阀的内部部分中的流体流动和穿过流体回路的流体流动产生的静电荷。
39.本公开中的操作性组件和隔膜阀指代具有流体输入和流体输出并且与管道连接以引导或实现流体流动的任何组件或装置。例如，以下案号的美国专利中说明了流体控制系统的相关和额外组件：5,672,832；5,678,435；5,869,766；6,412,832；6,601,879；6,595,240；6,612,175；6,652,008；6,758,104；6,789,781；7,063,304；7,308,932；7,383,967；8,561,855；8,689,817；以及8,726,935，这些美国专利中的每一个以引用的方式并入本文中，但所列文件中所含的明确定义或专利权利要求除外。
40.本公开中的流体控制组件，例如包括氟聚合物的隔膜，可由导电和/或非导电氟聚合物构成，所述导电和/或非导电氟聚合物包含例如全氟烷氧基烷烃聚合物(pfa)、乙烯和四氟乙烯聚合物(etfe)、乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯聚合物(efep)、氟化乙烯丙烯聚合物(fep)、四氟乙烯p[聚合物ptfe)或其它合适的聚合材料。举例来说，在一些实施例中，导电氟聚合物可负载有导电材料(例如，负载氟聚合物)。这种负载氟聚合物包含但不限于负载有碳纤维、镀镍石墨、碳纤维、碳粉末、碳纳米管、金属颗粒和钢纤维的氟聚合物。
[0041]
替代地，本公开中的流体控制组件，例如隔膜，可由全氟离聚物颗粒构成，所述全氟离聚物颗粒与非导电氟聚合物掺合以形成包含非导电氟聚合物基体和分布在非导电氟聚合物基体内的全氟离聚物区内的复合物。如本公开在上文所描述。
[0042]
在各种实施例中，导电材料的电阻率水平小于约l
×
l0
10
欧姆-m，而非导电材料的电阻率水平大于约l
×
l0
10
欧姆-m。在某些实施例中，导电材料的电阻率水平小于约l
×
l09欧姆-m，而非导电材料的电阻率水平大于约l
×
l09欧姆-m。当所公开的流体处理系统经配置以用于超纯流体处理应用时，流体控制组件可由聚合材料构成以满足纯度和耐腐蚀性标准。
[0043]
除了上文所描述的柔性氟聚合物主体之外，本公开的操作性组件和隔膜阀的各种额外元件可由包含金属、聚合材料或负载聚合材料的材料构成。操作性组件和隔膜阀的选定结构元件的一般负载聚合材料可包含负载有钢丝、铝片、镀镍石墨、碳纤维、碳粉、碳纳米管或其它导电材料的聚合物。在一些情况下，这些元件的主要部分可由非导电或低导电材
料构成，例如由各种烃聚合物和非烃聚合物构成，所述烃聚合物和非烃聚合物例如但不限于聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚酮、聚脲、聚乙烯树脂、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和氟聚合物。示范性氟聚合物包含但不限于全氟烷氧基烷烃聚合物(pfa)、乙烯四氟乙烯聚合物(etfe)、乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯聚合物(efep)、氟化乙烯丙烯聚合物(fep)和四氟乙烯聚合物(ptfe)，或其它合适的聚合材料，并且具有例如二次共挤导电部分。
[0044]
本公开的操作性组件和隔膜阀适合用于具有静电缓解系统的流体回路。图8是示范性流体处理系统150的示意图。流体处理系统150提供流动路径以供流体从流体供应源152流动到定位在流体供应源下游的一或多个过程阶段156。流体处理系统150包含流体回路160，所述流体回路包含流体处理系统150的流动路径的一部分。流体回路160包含管道段164和经由管道段164互连的多个操作性组件168。在图8中，操作性组件168包含弯管形配件170、t形配件172、阀174、过滤器176、流量传感器178和直式配件179。然而，在各种实施例中，流体回路160可包含数目和类型方面额外或更少的操作性组件。举例来说，流体回路160可代替或另外包含泵、混合器、分配头、喷射器喷嘴、压力调节器、流量控制器或其它类型的操作组件。在装配时，操作性组件168通过多个管道段164连接在一起，所述管道段在其相应管道连接器配件186处连接到组件168。连接在一起的多个管道段164和操作性组件168提供从流体供应源152穿过流体回路160并且朝向过程阶段156的流体通道。
[0045]
已出于说明的目的呈现本公开的各种实施例的描述，但所述描述并不意图为穷尽性的或限于所公开的实施例。在不脱离所描述实施例的范围和精神的情况下，对所属领域的普通技术人员来说，许多修改和变化将是显而易见的。本文中所使用的术语经选择以解释实施例的原理、实际应用或优于市场中发现的技术的技术改进，或使所属领域的其它普通技术人员能够理解本文中所公开的实施例。