(57)【要約】  この発明の実施例は、基準圧力室の中の１つ以上の検出要素から信号を受取るためのインターフェースプリント回路基板（「ＰＣＢ」）がダイヤフラム圧力ゲージの基準圧力室内に入れられたダイヤフラム圧力ゲージを提供する。検出要素は、たとえば、圧電式ひずみゲージ、圧電抵抗式ひずみゲージ、キャパシタ要素、またはダイヤフラムの反り（撓み）を求めるのに使用される他の要素を含み得る。インターフェースＰＣＢは、基準圧力室のハウジングにおいて貫通する電気的接続部に検出要素を接続するように構成され得る。したがって、信号は検出要素からインターフェース基板を通り、貫通する電気的接続部を介して基準圧力室の外へ伝えられることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を検出するための装置であって、
入口導管を規定する圧力ポートと、
前記入口導管の端部に位置するダイヤフラムと、
前記圧力ポートに結合され、前記入口導管から前記ダイヤフラムの表側に基準圧力室を規定するヘッダアセンブリとを含み、前記ヘッダアセンブリは、前記基準圧力室の内側から前記基準圧力室の外側に電気的な信号を伝えるために貫通する電気的接続部を含み、前記装置は、さらに、
前記基準圧力室内に位置し、前記基準圧力室の中の１つ以上の検出要素を前記ヘッダアセンブリの前記貫通する電気的接続部に接続するように構成されるインターフェース基板を含む、装置。
【請求項２】
前記インターフェース基板は、
一組の電気的接続パッドをさらに含み、各々の検出要素は電気的接続パッドにおいて前記インターフェース基板に電気的に結合され、前記インターフェース基板は、さらに、
一組のソケットと、
前記一組の電気的接続パッドを前記一組のソケットに接続するトレースとを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記貫通する電気的接続部はピンであり、前記一組のソケットは前記ピンと接続するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
ヘッダアセンブリは、外殻と、前記ピンおよび前記外殻の間のガラス金属封じとをさらに含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ヘッダアセンブリは前記圧力ポートに密閉封止される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記基準圧力室の圧力は５ｍＴｏｒｒ未満である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記１つ以上の検出要素は、前記電気的接続パッドにワイヤボンディングされる、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記基準圧力室は大気に開かれている、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記ダイヤフラムおよび圧力ポートは、一体的に機械加工された構成要素である、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ダイヤフラムは前記圧力ポートに結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
ブラケットをさらに含み、前記インターフェース基板は前記ブラケットに結合され、前記ブラケットは前記圧力ポートに結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
圧力を検出するための装置であって、
入口導管を規定する圧力ポートと、
前記入口導管の端部に位置するダイヤフラムと、
前記圧力ポートに密閉封止され、前記入口導管から前記ダイヤフラムの表側に基準圧力室を規定するヘッダアセンブリとを含み、前記ヘッダアセンブリは、
外殻と、
前記基準圧力室の内側から前記基準圧力室の外側に電気的な信号を伝えるためのピンと
、
前記ピンを前記外殻から絶縁するガラス金属封じとを含み、前記装置は、さらに、
前記ダイヤフラムの撓みに応答する一組の圧電抵抗式ひずみゲージと、
前記基準圧力室内に位置し、前記一組の圧電抵抗式ひずみゲージおよび前記ピンに接続されるインターフェース基板とを含み、前記インターフェース基板は前記ひずみゲージを前記ピンと接続するように構成される、装置。
【請求項１３】
前記インターフェース基板は、
一組の電気的接続パッドをさらに含み、各々の圧電抵抗式ひずみゲージは電気的接続パッドにおいて前記インターフェース基板に電気的に結合され、前記インターフェース基板は、さらに、
前記ピンを受けるための一組のソケットと、
前記一組の電気的接続パッドを前記一組のソケットに接続するトレースとを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記一組の圧電抵抗式ひずみゲージは、前記電気的接続パッドにワイヤボンディングされる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記電気的接続パッドの各々は金であり、前記トレースはパラジウム／銀である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記圧力ポートおよび前記インターフェース基板に結合されたブラケットをさらに含み、前記ブラケットは前記インターフェース基板を前記ダイヤフラムからオフセットする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記基準圧力室の圧力は５ｍＴｏｒｒ未満である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
検出要素を接続する方法であって、
電気的接続パッドにおいて検出要素をインターフェース基板に電気的に結合することを含み、前記検出要素はダイヤフラムの撓みの量に応答し、前記方法は、さらに、
貫通する電気的コネクタを前記インターフェース基板に電気的に結合することを含み、前記貫通する電気的コネクタは基準圧力室の内側から基準圧力室の外側に信号を伝えるように構成され、前記インターフェース基板は前記検出要素を前記貫通する電気的コネクタと接続するように構成され、前記方法は、さらに、
前記検出要素および前記インターフェース基板を基準圧力室内に少なくとも部分的に収めることを含む、方法。
【請求項１９】
前記インターフェース基板をブラケットに結合することと、前記ブラケットを圧力ポートに結合することとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
外殻を圧力ポートに結合することによって、前記検出要素および前記インターフェース基板を前記基準圧力室内に少なくとも部分的に収めることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記外殻は前記圧力ポートに密閉封止される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記外殻は、前記基準圧力室において真空状態を作るために、真空中での電子ビーム溶接によって前記圧力ポートに密閉封止される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記基準圧力室の外側で、貫通する電気的コネクタに少なくとも１つの追加の電子機器
構成要素を結合することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
貫通する電気的コネクタを前記インターフェース基板に電気的に結合することは、一組のピンを一組のソケットと整列させることと、前記一組のピンを前記一組のソケットに差込むこととをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
この発明は概して、圧力を求める分野に関する。より詳しくは、この発明は、圧力センサ装置および圧力ゲージの電気的構成要素を接続するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
多くの製造プロセスは、極めて重要なプロセスステップの間、正確で、繰返し可能な圧力測定を必要とする。これらのプロセスは、プロセス室の圧力の正確な算出を達成するためにダイヤフラム圧力ゲージに頼ることができる。ダイヤフラム圧力ゲージは半導体産業で幅広く使用される。これは、一部には、ダイヤフラム圧力ゲージが典型的にはこの産業の腐食性の業務に適しているためである。ダイヤフラム圧力ゲージは、高い精度および汚染を受けないという理由からも有利である。
【０００３】
典型的なダイヤフラム圧力ゲージは、測定される媒体を入れるプロセス室またはコンジットに開かれた圧力ポートと、測定される媒体に晒されるダイヤフラムまたはベローズと、圧力ポートに取付けられたヘッダアセンブリとを有する。ヘッダアセンブリは、真空基準室と称される室を作り、この室は典型的には、測定される媒体からダイヤフラムの対向する側に真空基準を作るように排気される（必ずしも排気されるわけではない）。ダイヤフラムまたはベローズは典型的には、可撓性の金属シートから作られ、測定される媒体から真空基準室を分離する。いくつかの先行技術のセンサ製造技術に従って、真空中で圧力ポートにヘッダアセンブリを電子ビーム溶接することによってダイヤフラムの基準側に真空が形成される。タングステンイナートガス（Tungsten Inert Gas）（「ＴＩＧ」）溶接技術、レーザ溶接技術または他の溶接技術が典型的には、ヘッダアセンブリを圧力ポートに接合するために利用され、室はその後排気される。さらに、ある期間にわたって完全な真空状態を維持するために、ゲッタ材料が真空に設置されることができる。
【０００４】
真空基準と測定される媒体の圧力との間の圧力差に基づいて、ダイヤフラムは撓むことになる。ダイヤフラムの撓みの量を検出するために、圧電抵抗式ひずみゲージがダイヤフラムに取付けられる。ダイヤフラムの撓みが変化するとき、ひずみゲージの抵抗が変化することになる。ひずみゲージの抵抗の変化は、プロセス室またはコンジットの中の特定の圧力に相互に関連し得る。絶対圧力測定装置では、ダイヤフラムに取付けられたひずみゲージは典型的には、ダイヤフラム真空ゲージの真空基準室に位置する。したがって、ひずみゲージからの信号は、真空基準室から、処理のための電子機器に伝送されなければならない。
【０００５】
いくつかの先行技術のシステムでは、ポリイミドおよび銅／錫からなる可撓性ケーブルがこの目的で使用される。ケーブルの一端は、接着剤を使用して圧力ポートの一部に取付けられる。小さなワイヤは、ワイヤボンディングまたははんだ付けを使用してケーブルのこの端部にひずみゲージを接続する。可撓性ケーブルは概して、ひずみゲージに直接に取付けられることはない。なぜなら、そうすることによって、ひずみゲージに必要以上の応力がかかる可能性があるためである。可撓性ケーブルの他端は、ヘッダアセンブリ上のピンにはんだ付けされる。ピンは、ケーブルからヘッダアセンブリの外側のプリント回路基板（「ＰＣＢ」）へ信号を伝送するために、（たとえば、ガラスまたはセラミックのフィードスルーによって）ヘッダアセンブリを貫通する。そして、ソケットまたはピンタイプのインターフェースは、ダイヤフラム圧力ゲージのＰＣＢから外部電子機器に信号を伝送するために使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術のシステムの１つの不利な点は、真空中のケーブル布線に関連する接着剤およびエラストマーの蒸気圧が、金属およびセラミックと比較してより高いことであり、これは、接着剤およびエラストマーが比較的低い圧力でガスを放散させる傾向があるためである。言い換えると、エラストマーまたは接着剤は、真空室内もしくは低圧力室内で使用されるとき、ガス放出源になる。温度が上昇すると、ガス放出はより悪化する。これはダイヤフラムの真空側に圧力の増加をもたらす可能性があり、時間とともに不安定な装置出力信号（たとえば、信号の減少）に繋がる。さらに、真空基準でのガス放出は、熱によって誘導される誤差を引起す可能性がある。温度が上昇するとき、真空基準の圧力は増加することになり、トランスデューサの出力信号を減少させる。このシステムの別の不利な点は、ケーブルがダイヤフラムの動きと干渉する可能性があることであり、これはダイヤフラム圧力ゲージの精度および安定性を低下させる。この方法に関するさらに別の問題は、ひずみゲージをハウジングにおけるピンに接続する可撓性ケーブルが切断される可能性があることである。この問題を修正するために、圧力ゲージのハーメチックシールは破られなければならず、ケーブル布線は固定されなければならず、真空は回復されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
概要
この発明の実施例は、先行技術の装置のダイヤフラム圧力検出装置および方法の欠点を排除するまたは少なくとも実質的に減らす装置発見のシステムならびに方法を提供する。
【０００８】
この発明の１つの実施例は、入口導管を規定する圧力ポートと、入口導管の端部に位置するダイヤフラムと、圧力ポートに結合され、入口導管からダイヤフラムの表側に基準圧力室を規定するヘッダアセンブリとを含む、圧力を検出するための装置を含む。ヘッダアセンブリは、基準圧力室の内側から基準圧力室の外側に電気的な信号を伝えるために貫通する電気的接続部を含み得る。この装置はさらに、基準圧力室内に位置し、基準圧力室の中の１つ以上の検出要素をヘッダアセンブリの貫通する電気的接続部に接続するように構成されるインターフェース基板を含む。
【０００９】
この発明の別の実施例は、入口導管を規定する圧力ポートと、入口導管の端部に位置するダイヤフラムと、圧力ポートに密閉封止され、入口導管からダイヤフラムの表側に基準圧力室を規定するヘッダアセンブリとを含む、圧力を検出するための装置を含む。ヘッダアセンブリは、外殻と、基準圧力室の内側から基準圧力室の外側に電気的な信号を伝えるためのピンと、ピンを外殻から絶縁するガラス金属封じとを含み得る。この装置はさらに、ダイヤフラムの撓みに応答する一組の圧電抵抗式ひずみゲージと、基準圧力室内に位置し、一組の圧電抵抗式ひずみゲージおよびピンに電気的に接続されるインターフェース基板とを含み得る。インターフェース基板は、ひずみゲージをピンと接続するように構成され得る。
【００１０】
この発明のさらに別の実施例は、検出要素を接続する方法を含み得る。上記方法は、電気的接続パッドにおいて検出要素をインターフェース基板に電気的に結合することを含み、検出要素はダイヤフラムの撓みの量に応答し、上記方法はさらに、貫通する電気的コネクタをインターフェース基板に電気的に結合することを含み、貫通する電気的コネクタは基準圧力室の内側から基準圧力室の外側に信号を伝えるように構成され、インターフェース基板は貫通する電気的コネクタと検出要素を接続するように構成され、上記方法はさらに、検出要素およびインターフェース基板を基準圧力室内に少なくとも部分的に収めることを含む。
【００１１】
この発明の実施例は、基準圧力室におけるガス放出を低減することによって、先行技術の圧力ゲージに優る利点を提供し、それによって、完全な真空状態を維持する。
【００１２】
この発明の実施例は、ダイヤフラムの動きとの干渉を低減するきれいなインターフェースを基準圧力室に設けることによって、先行技術の圧力ゲージに優る別の利点を提供する。
【００１３】
この発明の実施例は、基準圧力室におけるケーブル布線の減少を通じて、より製造および信頼しやすくすることによって、先行技術の圧力ゲージに優るさらに別の利点を提供する。
【００１４】
この発明の実施例は、基準圧力室から出力された信号への温度の影響を低減することによって、先行技術の圧力ゲージに優るさらに別の利点を提供する。
【００１５】
この発明およびその利点は、同一の参照番号が同一の特徴を示す添付の図面とともに取入れられる以下の説明を参照することによってより完全に理解されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
詳細な説明
この発明の好ましい実施例は図面に示され、同一の数字はさまざまな図面の同一および対応する部分を参照するために使用される。
【００１７】
この発明の実施例は、先行技術のダイヤフラム圧力ゲージ装置および方法の不利な点を排除するまたは減らすダイヤフラム圧力ゲージ装置ならびに方法を提供する。より詳しくは、この発明の実施例は、基準圧力室の中の１つ以上の検出要素から信号を受取るためのインターフェースプリント回路基板（「ＰＣＢ」）またはインターフェース基板がダイヤフラム圧力ゲージの基準圧力室内に入れられたダイヤフラム圧力ゲージを提供する。検出要素は、たとえば、ＵＳＡニュージャージー州のフェアフィールド（Fairfield）に本部を置くメジャーメント・スペシャルティーズ・インコーポレイテッド（Measurement Specialties, Inc.）によって製造されるものなどの圧電抵抗式ひずみゲージ、圧電式ひずみゲージ、キャパシタ要素、またはダイヤフラムの反り（撓み）を求めるのに使用される他の要素を含み得る。インターフェースＰＣＢは、基準圧力室のハウジングにおいて貫通する電気的接続部に検出要素を接続するように構成され得る。したがって、信号は検出要素からインターフェース基板を通り、貫通する電気的接続部を介して基準圧力室の外へ伝えられることができる。ガス放出の可能性および完全な真空状態を劣化させる可能性がより少ない材料が、基準圧力室で使用するために選択され得る。インターフェースＰＣＢは、基準圧力室での接着剤およびエラストマーの必要性を排除または少なくとも実質的に低減する。
【００１８】
図１は、この発明の１つの実施例に従うダイヤフラム圧力ゲージ１００の概略図である。ダイヤフラム圧力ゲージ１００は、圧力ポート１０５と、ヘッダアセンブリ１１０と、電子機器部分１１５とを含み得る。抵抗溶接、プラズマ溶接、電子ビーム溶接または部品を接合するための他のプロセスが、ヘッダアセンブリ１１０を圧力ポート１０５に好ましくは密閉して封止するために使用されることができる。圧力ポート１０５は、キャップまたはカバー（図２、図７Ａおよび図７Ｂに示される）と結合するために雄ねじセクション１２５を含み得る。Ｏリング１３０は、キャップと圧力ポート１０５との間の境界面を封止することが可能である。
【００１９】
この発明の１つの実施例に従って、圧力ポート１０５は、圧力が測定される流体（たと
えば、液体、ガス、ガス−蒸気の混合物）を入れるプロセス室（１２０で部分的に表わされる）に晒される可能性がある。入口通路１３５は、入口通路１３５の端部におけるダイヤフラム（図２に図示）と測定される媒体との間の流体連通をもたらすことができる。ダイヤフラムの表側では、ヘッダアセンブリ１１０によって形成される基準圧力室で基準圧力が維持されることができる。代替的には、ヘッダアセンブリは、基準圧力が周囲の大気圧であるように外部環境との連通を可能にすることができる。プロセス室の中の流体の圧力と基準圧力との間の差に基づいて、ダイヤフラムは撓むことになる。ダイヤフラムの撓みに応答する検出要素は、ダイヤフラムの撓みの量を示す特定の値の信号を生成することができる。検出要素からの信号に基づいて、プロセス室の中の圧力が求められることが可能である。言い換えると、ダイヤフラムの撓みの量は、プロセス室の中の圧力を求めるために使用されることができる。
【００２０】
図２は、圧力ポート１０５に接合されたヘッダアセンブリ１１０によって形成される基準圧力室２０５を示す圧力ゲージ１００の破断図の概略図である。基準圧力室２０５は、たとえば、真空状態または真空に近い状態または５ｍＴｏｒｒ未満の非常に低い圧力を含むいかなる基準圧力にも維持されることができる。ダイヤフラム２１０は、圧力ポート１０５の入口通路１３５と基準圧力室２０５との間に位置し得る。ダイヤフラム２１０は、圧力ポート１０５の一部として機械加工される場合もあれば、溶接または他の取付スキームによって圧力ポート１０５に結合された別個のダイヤフラムである場合もある。検出要素２１５は、ダイヤフラム２１０に結合されることができ、ダイヤフラム２１０の撓みの量の変化に応答し得る。この発明の１つの実施例に従って、検出要素２１５は、ダイヤフラム２１０の撓みの変化に応答し得るひずみゲージ２１５（たとえば、圧電抵抗式ひずみセンサまたは当該技術分野において公知の他のひずみセンサ）を含み得る。圧力ゲージ１００はさらに、検出要素（たとえば、ひずみゲージ２１５）を、基準圧力室の外側に通じる電気的接続部と接続するために、インターフェースＰＣＢ２２０またはインターフェース基板を含み得る。
【００２１】
ダイヤフラム２１０は好ましくは可撓性の金属物質（たとえば、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、クロム、チタンまたは他の金属）から形成されるが、材料が圧力の変化に応答して撓み、ダイヤフラム圧力ゲージが測定する予定である媒体と互換性があるという条件で、セラミックなどの他の選択された材料からも形成されてもよい。圧電抵抗式ひずみセンサ（または、他の検出要素２１５）は、ダイヤフラム２１０の撓みの量を測定するためにダイヤフラム２１０に結合され得る。マーチャント（Marchant）らによって１９９９年４月１４日に出願された「薄いフィルムの圧電抵抗式センサを作る方法（Method
of Making Thin Film Piezoresistive Sensor）」と題される米国特許第６，３１９，７４３号（「′７４３号特許」）は、引用によって本明細書に全文が援用され、可撓性基板（たとえば、ダイヤフラム）上に堆積されるドープした半導体材料に薄いフィルムの圧電抵抗式センサを形成するための方法を記載する。この発明の実施例は、′７４３号特許に記載される態様で中間層を通してダイヤフラム２１０に結合された圧電抵抗式ひずみゲージ２１５を含み得る。ひずみゲージ２１５は、ひずみゲージがダイヤフラムの撓みに応答するように、当業者によって理解されるであろう他の好適な態様でダイヤフラム２１０に結合され得る。
【００２２】
たとえば、圧電抵抗式センサは、当業者によって理解されるであろうホイートストンブリッジの４つの岐路の役割を果たすことができる。ダイヤフラム２１０が反る（撓む）とき、ホイートストンブリッジのバランスが変化し、反り（撓み）の量および対応してプロセス室と基準圧力室２０５との間の圧力差を示す。ひずみゲージ２１５は、他の回路を形成する場合もあれば、当該技術分野において公知の任意の圧力検出スキームに従って圧力を示すように構成される場合もあることが注目されるべきである。他の例のひずみゲージは、接着フォイルひずみゲージ、シリコン圧電抵抗式ひずみゲージ、セラミック圧電抵抗
式ひずみゲージおよび当該技術分野において公知の他のひずみゲージを含む。
【００２３】
この発明の１つの実施例に従って、センサリード線（たとえば、ワイヤ２２５）が、当該技術分野において公知のワイヤボンディングまたははんだ付け技術を使用してインターフェースＰＣＢ２２０上のパッドに取付けられることができる。インターフェースＰＣＢ基板２２０上のトレースは、はんだ付けまたは当該技術分野において公知の他の方法によってインターフェースＰＣＢ２２０に結合されたソケット２３５に通じる。ソケット２３５は、ヘッダアセンブリ１１０の貫通する電気的接続部（たとえば、ピン２４０）と接続する。ピン２４０は、基準圧力室の内側から基準圧力室の外側に電気的な信号を伝えるために、貫通する電気的接続部を設ける。基準圧力室２０５に外付けの電子機器構成要素はさらに、測定される媒体の圧力を求めるためにピン２４０からの信号を処理することができる。
【００２４】
この発明の１つの実施例では、インターフェースＰＣＢ２２０は、溶接、はんだ付け、ねじ、リベットまたは当該技術分野において公知の他の取付スキームによって圧力ポート１０５に直接に結合されることができる。この発明の別の実施例では、インターフェースＰＣＢ２２０は、中間ブラケット２４５を使用して圧力ポート１０５に結合されることができる。ブラケット２４５は、抵抗溶接、タングステンイナートガス（「ＴＩＧ」）溶接、プラズマ溶接もしくは取付スキーム、はんだ付け、ねじ、リベットまたは当該技術分野において公知の他の取付スキームによって圧力ポート１０５（ダイヤフラムのない部分）に結合されることができる。ブラケット２４５は、圧力ポート１０５とインターフェースＰＣＢ２２０との間の熱膨張係数の差によって引起されるインターフェースＰＣＢ２２０への応力を低減させることが可能である。図２は、ヘッダアセンブリ１１０および電子機器部分１１５を覆う所定の位置にあるキャップ２５０も示す。キャップ２５０は、洗浄中にヘッダアセンブリ１１０および電子機器部分１１５を保護するために、ヘッダアセンブリ１１０および電子機器部分１１５を覆って置かれることができる。さらに、図７に示されるように、雄ねじ部分１２５が、出荷および設置用に追加のキャップまたはカバーと接続するために使用されることができる。
【００２５】
インターフェースＰＣＢは、基準圧力室内に位置することができ、基準圧力室の中の１つ以上の検出要素をヘッダアセンブリの貫通する電気的接続部に接続するように構成され得る。図３Ａは、インターフェースＰＣＢ２２０の１つの実施例を示す。インターフェースＰＣＢ２２０は、基板３０５と、電気的接続パッド３１０と、トレース３１５とを含み得る。トレース３１５は、はんだ付けもしくはその他の態様でＰＣＢ２２０に結合され得るソケットまたは他のインターフェースにパッド３１０を接続することができる。トレース３１５は、当該技術分野において公知の任意の電気的なトレースを含み得る。たとえば、トレース３１５は、アルミナなどのセラミック基板上で選択され焼結されたパラジウム／銀のトレースであり得る。アルミナ基板３０５の厚さは、一例として、約．０２５インチであり得る。トレースを保護するために、トレースはガラスの上塗りを含み得る。
【００２６】
この発明の１つの実施例に従って、パッド３１０は、パラジウム／銀のトレースの一部上に配置された金のパッドであり得る。金のパッドは、ひずみゲージとＰＣＢ２２０との間のワイヤボンディングを容易にする。しかしながら、パッド３１０はひずみセンサから引き出された任意の電気的に伝導性を持つ材料を含むことができ、たとえば、ワイヤボンディングまたははんだ付けを介して接続され得ることが理解されるべきである。切抜き部３１７によって、ワイヤがひずみセンサからパッドへ導かれることが可能である。インターフェースＰＣＢ２２０はさらに、ブラケットへのはんだ付けを容易にするために金属コーティングを含み得る切欠き３１８を含み得る。切抜き部３１９は、ブラケット（図３Ｂに図示）およびインターフェースＰＣＢ２２０を圧力ポートに取付けるための抵抗スポット溶接を容易にすることができる。
【００２７】
図３Ｂは、インターフェースＰＣＢを圧力ポートに取付けるためのブラケット２４５の１つの実施例の概略図である。この発明の１つの実施例に従って、ニッケルめっきされた３１６半硬ステンレス鋼を主に含み得る。限定としてではなく一例として、ブラケット２４５の厚さは、．０００２インチの厚さのニッケルめっきを含めて約．０１９インチであり得る。ニッケルめっきは、ブラケット２４５をインターフェースＰＣＢ２２０にはんだ付けすることを容易にする。しかしながら、ブラケット２４５はさまざまな他の材料、好ましくは仮付け溶接されることができる材料を含み得る。ブラケット２４５は、図１に示される圧力ポートにスポット溶接されることができる。この発明の他の実施例では、ブラケット２４５は、はんだ付け、リベットまたはねじを含むがそれらに限定されない他の取付スキームを使用して圧力ポートに結合されることができる。ブラケット２４５はさらに、ブラケット２４５をインターフェースＰＣＢ基板と接合するために使用され得るポスト３２０を含み得る。
【００２８】
図３Ｃは、ブラケット２４５に接続されたＰＣＢ基板２２０の概略図である。図３Ｃの実施例では、ブラケット２４５のポスト３２０は、はんだ接合によって切欠き３１８においてＰＣＢ２２０に取付けられることができる。したがって、ポスト３２０は、ブラケット２４５とインターフェースＰＣＢ２２０との間に取付けのポイントをもたらし、インターフェースＰＣＢ２２０とダイヤフラムとの間にオフセットをもたらす。この発明の他の実施例では、インターフェースＰＣＢ２２０は、リベット、ねじ、溶接、はんだ付け、圧着（たとえば、ポスト３３０の圧着）または他の取付スキームの使用を含む、当業者によって理解されるであろう任意の好適な取付スキームに従ってブラケット２４５に結合されることができる。例示的なＰＣＢ基板およびブラケットは、ＵＳＡペンシルバニア州のハリスバーグ（Harrisburg）に本部を置く、タイコ・インターナショナル・リミテッド（Tyco International, Ltd.）の統合された企業であるタイコ・エレクトロニクス（Tyco Electronics）によって製造されることができる。図３Ｃは、インターフェースＰＣＢ２２０に結合されたソケット２３５も示す。ソケット２３５は、インターフェースＰＣＢ２２０にはんだ付けされることができる。一例として、ソケット２３５は、ニューヨーク州オイスターベイ（Oyster Bay）のミルマックス・インコーポレイテッド（Mil-Max Mfg. Inc.）によって製造されるミルマックスソケット番号８２５２−０−１５−３０−２７−１０−０であり得る。ソケット２３５は、ヘッダアセンブリ上のピンと接続するように構成され得る。
【００２９】
図４Ａおよび図４Ｂは、ヘッダアセンブリ１１０の１つの実施例の概略図である。ヘッダアセンブリ１１０は、外殻４０５と、外殻を貫通する電気的接続部（たとえば、ピン２４０）と、ガラス金属封じ４１０とを含み得る。ガラス金属封じ４１０は、整合ガラス金属封じ、圧縮ガラス金属封じ、または当該技術分野において公知の他のガラス金属封じであり得る。ダイヤフラム絶対圧力ゲージ、つまり、基準圧力として真空または非常に低い圧力を利用するダイヤフラム真空ゲージでは、外殻４０５は、圧力ポートに密閉封止されることができる任意の材料を含み得る。限定としてではなく一例として、外殻４０５は３１６Ｌステンレス鋼を含む可能性があり、ピン２４０は合金５２を含む可能性がある。ピン２３５は、はんだ付け性を確実なものにするようにニッケルめっきされることができる。この発明の他の実施例では、外殻４０５によって基準圧力室が周囲の環境に少なくとも部分的に開かれることが可能である。
【００３０】
この発明の１つの実施例に従って、ガラス金属封じ４１０は、ピン２３５と外殻４０５との間に２５０ＶＤＣで少なくとも５０Ｍｏｈｍの絶縁抵抗をもたらすことができる。ピン２３５は、外殻４０５がインターフェースＰＣＢ上に置かれるときにピン２３５がインターフェースＰＣＢ上のソケットと整列できるように位置決めされることが可能である。例示的には、ガラス金属封じを有するヘッダアセンブリ組立品は、ミズーリ州セントルイ
ス（St. Louｉs）のエマーソン・エレクトリック・カンパニー（Emerson Electric Co.）の事業部である、オハイオ州シンシナティ（Cincinnati）のフューサイト（Fusite）によって製造されることができる。
【００３１】
図５は、圧力ポート１０５の１つの実施例の概略図である。圧力ポート１０５は、入口通路１３５とダイヤフラム２１０とを含み得る。この発明の１つの実施例に従って、ダイヤフラム２１０は圧力ポート１０５の一体化した部分であり得る。たとえば、ダイヤフラム２１０を含む圧力ポート１０５は、単一の金属片から機械加工されることが可能である。この発明の別の実施例では、ダイヤフラム２１０は、溶接または他の取付スキームによって圧力ポート１０５に取付けられた別個の構成要素であり得る。限定としてではなく一例として、ダイヤフラム２１０の直径は約．１４０インチから．２００インチである可能性があり、その厚さは．００７インチから．０２３インチである可能性があるが、特定の実現例によってはダイヤフラム２１０の直径はより大きい場合もあればより小さい場合もあり、より厚い場合もあればより薄い場合もある。
【００３２】
ダイヤフラム２１０は任意にダイヤフラムボス５０５を含み得る。ダイヤフラムボス５０５は、圧力変化へのダイヤフラムの応答の線形性を増大させるために、ダイヤフラム２１０において曲げモーメントを作ることが可能である。概して、ダイヤフラムボス５０５の利点は、ダイヤフラム２１０がより厚くなるにつれて減少する。ダイヤフラム２１０の厚さが約．０２３インチまたはそれよりも厚いとき、ダイヤフラムボス５０５は認め得るほどに応答の線形性を増大させることはない。この発明の他の実施例では、線形性の問題は、ひずみゲージの信号をソフトウェアまたはハードウェア処理する間、考慮に入れられることが可能である。
【００３３】
圧力ポート１０５の雄ねじセクション１２５は、図２に示されるキャップまたは図７に示される包装カバーなどの別の構成要素と圧力ポート１０５を嵌め合わせるために利用されることができる。Ｏリング（図示せず）は、キャップ（または、他の構成要素）と圧力ポート１０５との間の境界面を封止することができる。追加の圧力取付具が面５１０において圧力ポート１０５に結合されることができる。圧力取付具を取付けるために高温溶接が使用される場合、空隙５１５はダイヤフラム２１０および取付けられた構成要素を溶接プロセスの熱および応力から隔離することが可能である。例示的な圧力ポートは、ＵＳＡニュージャージー州のフェアフィールドに本部を置くメジャーメント・スペシャルティーズ・インコーポレイテッドによって製造されることができる。
【００３４】
図６は、この発明の１つの実施例に従うダイヤフラム圧力ゲージを製造する１つの実施例を示すフローチャートである。図６の目的のために、ダイヤフラムが圧力ポートの一部であるか、またはダイヤフラムが圧力ポートに既に結合されていること、（たとえば、′７４３号特許または当該技術分野において公知の他の方法に記載されるように）ひずみゲージがダイヤフラムに既に結合されていること、およびＰＣＢ基板がソケットを含むことが想定される。この発明の１つの実施例に従って、ステップ６０５において、インターフェースＰＣＢおよびブラケットがともに結合される。これはたとえば、ブラケットをインターフェースＰＣＢにはんだ付けすることによってなされることが可能である。インターフェースＰＣＢおよびブラケットアセンブリは、フラックスおよびガス放出に繋がる可能性のある他の材料を除去されることが可能である（ステップ６１０）。
【００３５】
ステップ６１５において、ブラケットは、ダイヤフラムの動きと干渉することのない態様で圧力ポートに結合されることができる。たとえば、ブラケットはダイヤフラムの直径の外側のポイントでスポット溶接されることが可能である。好ましくは、ひずみゲージへの損傷を防ぐために最小限の熱が溶接プロセスにおいて使用される。ブラケットは、限定としてではなく一例として、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、抵抗溶接、ねじ、リベットまた
は他の取付スキームを使用して圧力ポートに結合されることができる。ステップ６２０において、ひずみゲージまたは他の検出要素は、ワイヤボンディングまたははんだ付けを使用してインターフェースＰＣＢのパッドに取付けられることができる。
【００３６】
ステップ６２５において、ヘッダアセンブリは、ヘッダアセンブリのピンがインターフェースＰＣＢ上のソケットと整列し、インターフェースＰＣＢ上のソケットによって受けられるようにインターフェースＰＣＢ上の所定の位置に置かれることができる。ステップ６３０において、ヘッダアセンブリは圧力ポートに封止されることができる。この発明の１つの実施例に従って、ヘッダアセンブリは圧力ポートに電子ビーム溶接されることが可能である。電子ビーム溶接は、基準圧力室において真空基準を作るために真空または低圧力の中で行なわれ得る。電子ビーム溶接は、ヘッダアセンブリと圧力ポートとの間にハーメチックシールを形成することができる。この発明の他の実施例では、抵抗溶接、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接を含むがそれらに限定されない他の取付スキームが使用され得る。
【００３７】
この発明の別の実施例に従って、基準圧力室において真空または真空に近い状態を作るのではなく、基準圧力室を大気圧状態にできるように溶接部は不完全なままにされることができる。言い換えると、ダイヤフラム圧力ゲージは絶対圧力またはゲージ圧力を読取るように構成されることが可能である。この発明の他の実施例では、ヘッダアセンブリは、基準圧力室を気圧に近づけることができるように孔または通路を含み得る。この発明のさらに別の実施例では、ハーメチックシールは、シールゲージ圧力ゲージを生成するために特定の圧力（たとえば、気圧）で形成されることが可能である。同一のヘッダアセンブリが真空中で圧力ポートに密閉封止される場合もあれば、特定の圧力で圧力ポートに密閉封止される場合もあり、（たとえば、不完全な溶接部によって）圧力ポートに密閉しない状態で封止される場合もあるため、絶対圧力ゲージ、ゲージ圧力ゲージまたはシールゲージ圧力ゲージを作るために同一の構成要素が使用されることが可能である。
【００３８】
ステップ６３５において、基準圧力室に外付けの追加の電子機器が加えられることが可能である。これらの電子機器はたとえば、ヘッダアセンブリのピンから受取られた信号を調整するために増幅器および補償基板を含み得る。電子機器は、特定の実現例に基づいて任意の機能および信号調整を実行することができ、コントローラなどの他の構成要素と通信することができる。
【００３９】
半導体製造プロセスの場合、圧力ポートでの酸化がプロセス流体に汚染物質を導入する可能性がある。さまざまなプロセスが圧力ポートの酸化を引起し得ることが注目されるべきである。たとえば、ひずみゲージをダイヤフラムに接着するプロセスは、圧力ポートを酸化させることになる高温（たとえば、６００Ｃを超える）を必要とする場合がある。したがって、ステップ６４０において、圧力ポートは超高純度の洗浄を経ることができる。電解研磨液体がヘッダアセンブリおよびヘッダアセンブリに外付けの電子機器と接触するのを防ぐために、キャップ（たとえば、図２のキャップ２５０）がヘッダアセンブリおよび外部電子機器を覆って置かれることができる。
【００４０】
図７Ａおよび図７Ｂは、ダイヤフラム圧力ゲージ１００の別の実施例の概略図である。図７Ａでは、圧力取付具７０５は、たとえば溶接または当該技術分野において公知の他の取付スキームによって圧力ポート１０５に結合される。圧力取付具７０５は、モジュラ基部に接続するように構成された表面実装取付具を含むがそれに限定されない、当該技術分野において公知の任意の圧力取付具であり得る。カバー７１０は、圧力ポート１０５の雄ねじセクション１２５によって圧力ポート１０５に結合される。カバー７１０は、出荷および設置の間、ヘッダアセンブリ１１０および電子機器部分１１５を保護することが可能である。さらに、カバー７１０は、雄ＤＢ−１５コネクタまたは当該技術分野において公知の他の通信ポートなどの通信インターフェース７１５に支持をもたらすことが可能であ
る。通信インターフェース７１５は、データを他のシステムに／他のシステムから通信するための、ダイヤフラム圧力ゲージ１００における電子機器に接続されることができる。
【００４１】
この発明はひずみゲージに基づいて圧力を求めるダイヤフラム圧力ゲージに関連して記載されてきたが、この発明の実施例はダイヤフラムキャパシタンス圧力ゲージでも利用され得ることが注目されるべきである。典型的には、ダイヤフラムキャパシタンスゲージでは、一方の側でプロセスガスに晒される薄い金属または金属でコーティングされたセラミックダイヤフラムがある。ダイヤフラムの他方の側には、典型的には、真空状態または真空に近い状態の基準圧力室がある。特定のキャパシタンスダイヤフラムゲージの特徴によっては、ダイヤフラムの厚さは通常約３／１０００インチまたはそれ未満である。プロセス室の中の圧力が増加するとき、ダイヤフラムの反り（撓み）の量が変化する。これは、ダイヤフラムと別の金属もしくは金属でコーティングされたプレートまたは電極との間のキャパシタンスを変化させ得る。
【００４２】
この発明の実施例に従って、ひずみゲージではなく電極または金属プレートおよびダイヤフラムが、検出要素としてインターフェースＰＣＢ基板に接続される場合がある。インターフェースＰＣＢ基板は、信号を処理することができる外部電子機器に信号を伝えるために、ヘッダアセンブリにおける貫通する電気的コネクタ（たとえば、ピン）に接続することが可能である。ヘッダアセンブリに外付けの電子機器は、ダイヤフラムと金属プレートとの間のキャパシタンスによって影響を受けるアナログセンサの電圧または電流を出力することができる。基準圧力室の中の他の検出要素も、インターフェースＰＣＢによって、貫通する電気的コネクタと接続されることが可能である。
【００４３】
さらに、この発明の実施例は、質量流量制御（「ＭＦＣ」）装置などのさまざまな流量検出および流量制御装置で使用されることができる。さまざまな流量検出および流量制御装置は、マクロフリン（McLoughlin）らによる「流量制御器（Flow Controller）」と題される、２００２年２月１９日に発行された米国特許第６，３４８，０９８号、マクロフリンらによる「流量制御器」と題される、２００３年３月４日に発行された米国特許第６，５２７，８６２号、ティンスリー（Tinsley）らによる「デジタル質量流量制御器の操作のシステムおよび方法（System and Method of Operation of a Digital Mass Flow Controller）」と題される、２００３年１１月４日に発行された米国特許第６，６４０，８２２号、ティンスリーらによる「デジタル質量流量制御器の操作のシステムおよび方法」と題される、２００４年１月２７日に発行された米国特許第６，６８１，７８７号、「液体流量制御器および精密分注装置およびシステム（Liquid Flow Controller and Precision Dispense Apparatus and System）」と題される、２００２年７月１９日に出願された仮出願連続番号第６０／３９７，０５３号の優先権を主張する、２００３年７月１８日に出願された「液体流量制御器および精密分注装置およびシステム」と題されるＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０３／２２５７９、およびブロージャー（Brodeur）らによる「流量監視および制御のためのシステムおよび方法（System and Method for Flow Monitoring and Control）」と題される、２００４年２月１２日に出願された米国特許出願番号第１０／７７７，３００号に開示されるものを含むがそれらに限定されず、上記の各々は引用によって本明細書に全文が援用される。この発明の実施例が使用され得る他の例示的な質量流量制御器は、マサチューセッツ州ビルリカ（Billerica）のマイクロリス・コーポレイション（Mykrolis Corporation）によって製造される。さらに、この発明の実施例は、トルクセンサ、ロードセルおよび加速度計を含むさまざまな他の力を測定する用途で利用されることができる。
【００４４】
この発明は特定の実施例を参照して記載されてきたが、実施例は例示的なものであり、この発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではないことが理解されるべきである。上述の実施例に対する多くの変形、修正、追加および改善が可能である。これらの変形
、修正、追加および改善は、特許請求の範囲に詳述されるこの発明の範囲の範囲内であることが企図される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の１つの実施例に従うダイヤフラム圧力ゲージの概略図である。
【図２】この発明の１つの実施例に従う圧力ゲージの破断図の概略図である。
【図３Ａ】インターフェースプリント回路基板（「ＰＣＢ」）の１つの実施例を示す。
【図３Ｂ】インターフェースＰＣＢを圧力ポートに取付けるためのブラケットの１つの実施例の概略図である。
【図３Ｃ】この発明の１つの実施例に従う、ブラケットに接続されたインターフェースＰＣＢ基板の概略図である。
【図４Ａ】この発明の１つの実施例に従うヘッダアセンブリの概略図である。
【図４Ｂ】この発明の１つの実施例に従うヘッダアセンブリの概略図である。
【図５】圧力ポートの１つの実施例の概略図である。
【図６】この発明に従う、圧力センサを組立てるためのプロセスを示すフローチャートである。
【図７Ａ】この発明の他の実施例の概略図である。
【図７Ｂ】この発明の他の実施例の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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