(57)【要約】【課題】温度センサの取付作業又は配線作業を削減できる流量制御装置を提供する。【解決手段】電気回路３２が形成された基板３１を有する第１の基板モジュール３０と、内部に流路を有する金属ブロック１０（１６，１７，２０）と、を備えるマスフローコントローラであって、第１の基板モジュール３０は、基板３１に形成された接触部３５と、基板３１に実装された温度センサ５０と、を有し、接触部３５は、金属ブロック１０（１６，１７，２０）に熱接触するものである。【選択図】図４Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路が形成された基板を有する第１の基板モジュールと、
流体の流路が形成された金属ブロックと、を備え、
前記第１の基板モジュールは、前記基板に形成された接触部と、前記接触部に実装された温度センサと、を更に有し、
前記接触部は、前記金属ブロックに接触している、
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
前記基板は、前記接触部と前記電気回路が形成された回路部との境界の一部に切り欠き溝が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記接触部は、前記基板から外方に突出して形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記接触部は、前記基板のベタグランドであり、
前記温度センサは、デジタル温度センサであり、前記ベタグランドに配線されている、
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の流量制御装置。
【請求項５】
前記流量制御装置は、前記第１の基板モジュールと異なる第２の基板モジュールを、更に備え、
前記第１の基板モジュールは、デジタル回路を構成し、
前記第２の基板モジュールは、アナログ回路を構成している、
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流れを制御する流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造の技術分野では、処理ガスの流量制御装置としてマスフローコントローラが用いられている（特許文献１参照）。マスフローコントローラの温度（流体温度）を測定するために、温度センサで測定することがある。
【０００３】
温度センサとして、トランジスタやサーミスタなどのセンサ本体と、取付金具と、ケーブル（リード線）とを、一体化したものが知られている（特許文献２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６６２７５号公報
【特許文献２】実公平０１−０２２１０９号公報
【特許文献３】実公昭５８−０３６０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２及び３にみられる温度センサを用いる場合、温度センサを流量制御装置に取り付ける取付作業と、温度センサと制御用の基板とを接続する配線作業とが必要であり、組立作業に時間を要していた。
【０００６】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、温度センサの取付作業又は配線作業を削減できる流量制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明に係る１つの態様は、電気回路が形成された基板を有する第１の基板モジュールと、流体の流路が形成された金属ブロックと、を備えた流量制御装置であって、前記第１の基板モジュールは、前記基板に形成された接触部と、前記接触部に実装された温度センサと、を更に有し、前記接触部は、前記金属ブロックに接触しているものである。
（２）上記（１）の態様において、前記基板は、前記接触部と前記電気回路が形成された回路部との境界の一部に切り欠き溝が形成されてもよい。
（３）上記（１）の態様において、前記接触部は、前記第１の基板モジュールの前記基板から外方に突出して形成されてもよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの態様において、前記接触部は、前記基板のベタグランドであり、前記温度センサは、デジタル温度センサであり、前記ベタグランドに配線されてもよい。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの態様において、前記流量制御装置は、前記第１の基板モジュールと異なる第２の基板モジュールを、更に備え、前記第１の基板モジュールは、デジタル回路を構成し、前記第２の基板モジュールは、アナログ回路を構成してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、温度センサの取付作業又は配線作業を削減できる流量制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施形態の流量制御装置を示す正面図である。
【図２】本体ブロックを示す背面斜視図である。
【図３Ａ】第１の基板モジュールの表面を示す平面図である。
【図３Ｂ】第１の基板モジュールの裏面を示す平面図である。
【図４Ａ】第１の基板モジュールの取付状態を示す背面図である。
【図４Ｂ】第１の基板モジュールの取付状態を示す側面断面図である。
【図４Ｃ】図４ＢのＣ部を示す拡大図である。
【図５Ａ】変形例１の接触部を示す平面図である。
【図５Ｂ】変形例２の接触部を示す平面図である
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ符号を付している。
【００１１】
流量制御装置１の説明を行う。図１は、本発明に係る実施形態の流量制御装置１を示す正面図である。図２は、本体ブロック１０を示す背面斜視図である。
【００１２】
流量制御装置１は、流体配管系の途中に設置されるもので、流体の実流量を測定し、流量制御弁１４の開度を調整することで、設定された流量に流体の流量を制御しており、一般的にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）と称されているものである（以下、「流量制御装置１」を「マスフローコントローラ１」という。）。
【００１３】
マスフローコントローラ１は、内部に流体が流れる流路を有する本体ブロック１０と、本体ブロック１０に取り付けられたケース７０と、を備えている。
【００１４】
この本体ブロック１０は、図２に示すように、略直方体形状のもので、長手方向の一方の面に入口継手１６ａを有する入口ブロック１６が、他方の面に出口継手１７ａを有する出口ブロック１７が一体的に取り付けられている。これら本体ブロック１０、入口ブロック１６及び出口ブロック１７は、例えば、ステンレス製の金属ブロックで構成されている。
【００１５】
また、本体ブロック１０の内部には、入口継手１６ａから流量制御弁１４まで延在する第１主流路１１と、流量制御弁１４から出口継手１７ａまで延在する第２主流路１２と、が形成されている（図１参照）。
【００１６】
第１主流路１１からは、流量測定部２０に向かう流入路１１ａと、流量測定部２０から戻る流出路１１ｂと、が分岐している。また、第１主流路１１において、流入路１１ａと流出路１１ｂとの間には、定流量特性を有する層流素子１１ｄが設けられている。
【００１７】
さらに、第１主流路１１からは、圧力検出部６０に向かう検出流路１１ｃも分岐している。
【００１８】
一方、本体ブロック１０（及び入口ブロック１６）の設置面１０ａには、流入路１１ａ、流出路１１ｂ及び検出流路１１ｃのそれぞれ一端が臨むように開口している。また、設置面１０ａには、流量制御弁１４を挿入装着する装着穴１３も開口している。
【００１９】
そして、装着穴１３、流入路１１ａ、流出路１１ｂ及び検出流路１１ｃに対応するように、流量制御弁１４、流量測定部２０及び圧力検出部６０が設置面１０ａにそれぞれ設置されている。
【００２０】
流量制御弁１４は、ソレノイドで駆動するソレノイドバルブやピエゾアクチュエータで駆動するピエゾバルブなどが用いられ、弁体の開度が調整されるようになっている。そして、流量測定部２０によって測定された流体の実流量に基づいて、流量制御弁１４の開度が調整され、第２主流路１２を流れる流体の流量が、設定された流量に制御される。
【００２１】
流量測定部２０は、流量センサ（図示なし）で第１主流路１１を流れる流体の実流量を測定するものである。本実施形態では、流量センサに、熱式質量流量センサが用いられている。
【００２２】
この熱式質量流量センサは、流路の前後に設けられた第１及び第２の発熱抵抗体（コイル）を含んでいる。これらでブリッジ回路が構成されることで、管内を流れる流体の流量に対応した電気信号が出力されるようになっている。
【００２３】
このため、流量測定部２０の測定ブロック２２は、内部に流入路１１ａ及び流出路１１ｂに連通する測定流路が形成されている。この測定流路を囲むように、第１及び第２の発熱抵抗体が設けられている。なお、熱式質量流量センサは、ヒータと２つの抵抗体とブリッジ回路を構成したものでもよく、さらに言えば、流量センサは、流体の種類や流量に応じて、熱電対など他の形式のものを採用してもよい。
【００２４】
圧力検出部６０は、検出流路１１ｃを利用して圧力センサ６１により、第１主流路１１を流れる流体の圧力を検出するものである。圧力センサ６１は、例えば、ダイヤフラムの変形を静電容量の変化で検知したり、歪ゲージで検知したりするものが用いられる。
【００２５】
また、圧力検出部６０は、取付ブロック６２により入口ブロック１６に設置されるが、本体ブロック１０が検出流路１１ｃを有する場合は、本体ブロック１０に設置されてもよい。
【００２６】
なお、測定ブロック２２及び取付ブロック６２も、本体ブロック１０と同様に、例えば、ステンレス製の金属ブロックで構成されている。
【００２７】
そして、これらの流量制御弁１４、流量測定部２０及び圧力検出部６０は、外力からの保護や、塵埃、ノイズなどの遮断を行う目的から、ケース７０で覆われている。
【００２８】
ケース７０は、１面が開口した略直方体形状（有底筒形状）であり（図１においては、ケース７０の正面側の１面が省略されている。）、開口面側から本体ブロック１０に装着できるようになっており、本体ブロック１０にネジ止めされる。ただし、ケース７０は、ケース本体と、蓋体とが分離又は開閉できるような分割式のものであってもよいが、組立作業が増えるため、実施形態のような一体物の方が好ましい。
【００２９】
また、ケース７０の上面又は側面には、例えば、入出力コネクタや通信ポートなどの入出力部７１が設けられている。この入出力部７１を介して、外部機器（上位制御装置）で入力された設定流量に関する信号を受信（入力）したり、温度や流体の流量及び圧力に関する信号を外部機器に送信（出力）したりできるようになっている。
【００３０】
最後に、マスフローコントローラ１は、流量制御を行う制御部として、デジタル回路を構成する第１の基板モジュール３０と、アナログ回路を構成する第２の基板モジュール４０とを備えている。なお、第１の基板モジュール３０及び第２の基板モジュール４０は、図１に示すように、ケース７０内に収容されている。図３Ａは、第１の基板モジュール３０の表面３０ａを示す平面図である。図３Ｂは、第１の基板モジュール３０の裏面３０ｂを示す平面図である。
【００３１】
図３Ａ，３Ｂに示すように、第１の基板モジュール３０は、基板３１と、抵抗器、キャパシタ（コンデンサ）、半導体素子などの電子部品及び配線回路（以降、合わせて「電気回路３２」という。）と、を含んでいる。なお、第１の基板モジュール３０は、上述以外に、通信処理チップなども有しており、入出力部７１と接続されている。
【００３２】
第１の基板モジュール３０は、電気回路３２が形成された回路部３３と、温度測定を行う測温部３４（又は接触部３５）とを同一の基板３１上に有している。なお、回路部３３と測温部３４（又は接触部３５）とは、最低限の配線回路で接続されており、回路部３３（又は電気回路３２）のみでデジタル回路が形成されているわけではない。なお、電気回路３２には、温度測定用の回路以外のものも含まれ、基板３１の片面又は両面に形成されている。
【００３３】
測温部３４は、温度センサ５０が基板３１の一方の面（表面）３１ａにケーブルを介することなく、直接実装されている（図３Ａ参照）。温度センサ５０には、測定温度範囲が−５５℃から＋１５０℃程度のデジタル温度センサ（例えば、アナログ・デバイセズ社のＡＤＴ７４１０）が用いられている。
【００３４】
なお、温度センサ５０は、上述のようなデジタル出力に限らず、アナログで信号を出力する、白金（Ｐｔ）を用いた測温抵抗体（この場合、３線式又は４線式のものが好ましい。）でもよく、あるいは、熱電対やサーミスタであってもよい。出力先の外部機器がデジタル対応の場合は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータを介在させればよい。
【００３５】
さらに、測温部３４は、本体ブロック１０に熱接触する接触部３５が基板３１の他方の面（裏面）３１ｂに形成されている（図３Ｂ参照）。この接触部３５は、基板３１にレジストなどの絶縁材料が塗布して形成されている。
【００３６】
ここで、接触部３５（すなわち、ベタグランドＧＮＤ）は、例えば、基板３１に形成された回路配線又はビアホールを介して温度センサ５０（のピン）に結線されている。
【００３７】
そして、これらの測温部３４と第１の基板モジュール３０中の他の回路部３３との境界３６の少なくとも一部には、切り欠き溝３６ａが形成されている。具体的には、切り欠き溝３６ａは、測温部３４を中央に挟んで２か所に直線状に形成されている。
【００３８】
一方、第２の基板モジュール４０は、基板４１と、抵抗、コンデンサ、トランジスタなどの電子部品及び配線回路（以降、あわせて「電気回路４２」という。）と、を含んでいる。
【００３９】
第２の基板モジュール４０の電気回路４２は、第１の基板モジュール３０と異なり、アナログ回路を構成している。なお、電気回路４２には、流量測定用のブリッジ回路や圧力検出用の回路以外に、例えば、検出電圧を増幅する増幅回路、設定流量と実流量を比較して流量制御弁１４を制御する比較制御回路も含まれる。なお、圧力検出部６０の圧力センサ６１が、アナログ出力の場合、この第２の基板モジュール４０に接続されるとよく、デジタル出力の場合、前述の第１の基板モジュール３０に接続されるとよい。
【００４０】
第１の基板モジュール３０及び第２の基板モジュール４０の各基板３１，４１は、例えば、ガラスエポキシで形成されている。
【００４１】
ここで、接触部３５を有する第１の基板モジュール３０の本体ブロック１０に対する取付状態について説明する。図４Ａは、第１の基板モジュール３０の取付状態を示す背面図である。図４Ｂは、第１の基板モジュール３０の取付状態を示す側面断面図である。図４Ｃは、図４ＢのＣ部を示す拡大図である。
【００４２】
まず、図２に戻って、本体ブロック１０には、流量測定部２０が設置される設置面１０ａの近傍から背面に渡って、第１の基板モジュール３０を取付可能な凹部１０ｂが形成されている。この凹部１０ｂは、設置面１０ａに略直交する方向に延在する露出面１０ｃを含んでいる。
【００４３】
露出面１０ｃには、第１の基板モジュール３０をネジ又はピンで取り付ける取付穴１０ｄが形成されている。なお、第１の基板モジュール３０は、ネジ又はピンを貫通させる貫通穴が形成されている（図３Ａ，３Ｂ参照）。
【００４４】
そして、図４Ａ，４Ｂに示すように、第１の基板モジュール３０を、裏面３０ｂが流量測定部２０側になるように、本体ブロック１０の凹部１０ｂに起立状態で取り付けると、基板３１の裏面３１ｂに形成された接触部３５が、露出面１０ｃに熱接触する（図４Ｃ参照）。これにより、接触部３５で本体ブロック１０の熱を直接受け取ることができる。接触部３５で受け取った熱は、表面３１ａに設けられた温度センサ５０で検出され、温度が、例えば、デジタル信号として出力される。
【００４５】
なお、実施形態では、接触部３５と、本体ブロック１０の露出面１０ｃとを、直接接触させたが、熱伝導シートや熱伝導グリスなど、熱伝導性の高い材料を介して、接触させるようにしてもよい。あるいは、基板３１上の接触部３５の位置に、温度センサ５０を直接実装して、温度センサ５０自体が接触部３５になるようにしてもよい。
【００４６】
また、図４Ｂに示すように、第２の基板モジュール４０が、第１の基板モジュール３０の基板３１の裏面３１ｂから離間して一体的に設けられているが、必須の構成ではなく、第２の基板モジュール４０は、基板３１の表面３１ａ側であってもよく、第１の基板モジュール３０から独立して別の場所に設けられてもよい。
【００４７】
以上説明したとおり、本発明に係る実施形態のマスフローコントローラ１は、電気回路３２が形成された基板３１を有する第１の基板モジュール３０と、内部に流路を有する本体ブロック１０と、を備えるマスフローコントローラ１であって、第１の基板モジュール３０は、基板３１に形成された接触部３５と、基板３１に実装された温度センサ５０と、を有し、接触部３５は、本体ブロック１０に熱接触しているものである。これにより、温度センサ５０を本体ブロック１０に取り付ける取付作業や、基板３１と温度センサ５０とをケーブルで接続する配線作業が不要になるため、組立作業を削減することができる。また、ケーブルが損傷して断線するようなことも起こらない。
【００４８】
実施形態の基板３１は、接触部３５と回路部３３との境界３６の一部に切り欠き溝３６ａが形成されている。これにより、熱に弱い（熱の影響を受けやすい）回路部３３を、接触部３５から、言い換えると、熱源となる本体ブロック１０から離隔させて配置することができる。
【００４９】
実施形態の温度センサ５０は、デジタル温度センサであり、ベタグランドＧＮＤに配線されている。これにより、接触部３５と温度センサ５０とをケーブルで接続する配線作業を不要にすることができる。
【００５０】
実施形態のマスフローコントローラ１は、第１の基板モジュール３０と異なる第２の基板モジュール４０を、更に備え、第１の基板モジュール３０は、デジタル回路を構成し、第２の基板モジュール４０は、アナログ回路を構成している。これにより、熱に弱い（熱の影響を受け易い）アナログ回路である電気回路４２を、接触部３５から離隔させて配置することができる。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【００５２】
（変形例）
上記実施形態の接触部３５では、両側の２か所に直線状の切り欠き溝３６ａが形成されていたが、切り欠き溝３６ａの形状は、これに限らない。図５Ａは、変形例１の接触部３５を示す平面図である。図５Ｂは、変形例２の接触部１３５を示す平面図である
【００５３】
変形例１の接触部３５では、例えば、図５Ａに示すように、接触部３５のほぼ全周を囲うように切り欠き溝３６ａが形成されている。これによっても、接触部３５と回路部３３との境界３６を可能な限り小さくすることができる。そのため、接触部３５から回路部３３へ熱が伝わりに難くすることができる。
【００５４】
あるいは、図５Ｂの変形例２に示すように、切り欠き溝３６ａを形成することなく、接触部１３５を基板３１（回路部３３）の周縁から外方（外周方向）に突出するように形成してもよい。このとき、接触部１３５を設ける位置は、基板３１の幅方向（短手方向）の端辺の中央に限らず、偏奇した位置でもよく、長手方向の端辺の任意の位置であってもよい。これによっても、熱に弱い（熱の影響を受け易い）回路部３３を、接触部１３５、すなわち、本体ブロック１０から熱接触により熱を受け取る熱源から離隔させて配置することができる。
【００５５】
また、上記実施形態の接触部３５は、温度センサ５０が設けられた測温部３４に含まれており、基板３１を挟んで温度センサ５０と背中合わせ状態であったが、接触部３５を測温部３４から離間させて配置してもよい。
【００５６】
上記実施形態の流量制御装置１では、接触部３５に接触される金属ブロックは、本体ブロック１０であったが、本体ブロック１０に近接して配置される入口ブロック１６又は出口ブロック１７であってもよく、圧力センサ６１を取り付ける取付ブロック６２であってもよい。
【００５７】
また、上記実施形態の流量制御装置１では、アナログ回路とデジタル回路とを個別に設けたが、十分なノイズ対策がとられていれば、１つの第１の基板モジュール３０（又は基板３１）に混在させてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１      マスフローコントローラ（流量制御装置）
１０    本体ブロック（金属ブロック）、１０ａ  設置面、１０ｂ  凹部、１０ｃ  露出面、１０ｄ  取付穴、１１  第１主流路、１１ａ  流入路、１１ｂ  流出路、１１ｃ  検出流路、１１ｄ  層流素子、１２  第２主流路、１３  装着穴、１４  流量制御弁、１６  入口ブロック（金属ブロック）、１６ａ  入口継手、１７  出口ブロック（金属ブロック）、１７ａ  出口継手
２０    流量測定部、２２  測定ブロック（金属ブロック）
３０    第１の基板モジュール、３１  基板、３２  電気回路、３３  回路部、３４  測温部、３５  接触部、３６  境界、３６ａ  切り欠き溝
４０    第２の基板モジュール、４１  基板、４２  電気回路
５０    温度センサ
６０    圧力検出部、６１  圧力センサ、６２  取付ブロック（金属ブロック）
７０    ケース、７１  入出力部
１３５  接触部
【図１】
2020123065.tif 000003
【図２】
2020123065.tif 000004
【図３Ａ】
2020123065.tif 000005
【図３Ｂ】
2020123065.tif 000006
【図４Ａ】
2020123065.tif 000007
【図４Ｂ】
2020123065.tif 000008
【図４Ｃ】
2020123065.tif 000009
【図５Ａ】
2020123065.tif 000010
【図５Ｂ】
2020123065.tif 000011