DE112019002610B4

DE112019002610B4 - PROCESS FOR MAKING A HEATER

Info

Publication number: DE112019002610B4
Application number: DE112019002610.0T
Authority: DE
Inventors: Kevin Ptasienski; Patrick Margavio; Kevin Smith
Original assignee: Watlow Electric Manufacturing Co
Current assignee: Watlow Electric Manufacturing Co
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2039-05-23
Also published as: JP7039734B2; DE112019002610T5; TW202046819A; JP7170151B2; TWI697253B; KR102355204B1; CN112740829B; TWI724951B; CN112740829A; TW202005467A; KR20210013106A; JP2021515974A; JP2022058536A; WO2019226742A1

Abstract

Verfahren zum Erstellen eines Heizgerätes (10), umfassend die folgenden Schritte:- Heißpressen eines Keramikpulvers (455) und einer Vielzahl von ersten Rohlingen (452) und Bilden einer gesinterten Anordnung (456), die ein Keramiksubstrat (457) und die Vielzahl von ersten Rohlingen (452), die darin eingebettet sind, aufweist;- Bilden eines Funktionselements (310) auf einer (458) von gegenüberliegenden Oberflächen (458, 460) der gesinterten Anordnung (456) derart, dass das Funktionselement (310) mit der Vielzahl von ersten Rohlingen (452) verbunden ist; und- Bilden eines monolithischen Substrats (308), in das das Funktionselement (310) und die Vielzahl von ersten Rohlingen (452) eingebettet sind.A method of making a heater (10) comprising the steps of:- hot pressing a ceramic powder (455) and a plurality of first blanks (452) and forming a sintered assembly (456) including a ceramic substrate (457) and the plurality of first blanks (452) embedded therein;- forming a functional element (310) on one (458) of opposing surfaces (458, 460) of the sintered assembly (456) such that the functional element (310) with the plurality of first blanks (452); and- forming a monolithic substrate (308) in which the functional element (310) and the plurality of first blanks (452) are embedded.

Description

GEBIETAREA

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizgeräts und im Besonderen auf Verfahren zur Herstellung von elektrischen Heizgeräten mit einer einheitlicheren Struktur und einer einheitlicheren Heizleistung.The present disclosure relates generally to a method of manufacturing an electrical heater, and more particularly to methods of manufacturing electrical heaters having a more uniform structure and heating performance.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.The statements in this section merely provide background information related to the present disclosure and may not constitute prior art.

JP 6 461 300 B1 , JP 2000-12 195 A , US 2010/0 243 635 A1 , US 2006/0 102 613 A1 , US 2005/0 056 976 A1 , JP 2012-69 947 A , JP 2010-56 040 A und JP H05-275 434 A offenbaren Verfahren zur Herstellung von elektrischen Heizgeräten. JP 6 461 300 B1 , JP 2000-12 195 A , US 2010/0 243 635 A1 , US 2006/0 102 613 A1 , US 2005/0 056 976 A1 , JP 2012-69 947 A , JP 2010-56 040 A and JP H05-275 434 A disclose methods of making electrical heaters.

Einige Formen von elektrischen Heizgeräten mit einem Schichtaufbau weisen im Allgemeinen ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete dielektrische Schicht, eine auf der dielektrischen Schicht angeordnete Widerstandsheizschicht und eine auf der Widerstandsheizschicht angeordnete Schutzschicht auf. Die dielektrische Schicht, die resistive Heizschicht und die Schutzschicht können allgemein als „Funktionsschichten“ bezeichnet werden. Eine oder mehrere der Funktionsschichten der elektrischen Heizgeräte können die Form eines Films haben, indem ein Material auf eine Oberfläche oder ein Substrat aufgebracht wird.Some forms of layered electrical heaters generally include a substrate, a dielectric layer disposed on the substrate, a resistive heating layer disposed on the dielectric layer, and a protective layer disposed on the resistive heating layer. The dielectric layer, the resistive heating layer and the protective layer can generally be referred to as "functional layers". One or more of the functional layers of the electric heaters can be in the form of a film by applying a material to a surface or substrate.

In einem mikroskopischen Maßstab kann ein abgeschiedener Film aufgrund vorhandener Merkmale oder Aussparungen auf der Substratoberfläche eine unebene Oberfläche aufweisen. Eine obere Oberfläche des abgeschiedenen Films wird im Allgemeinen einem Planarisierungsprozess unterzogen, um die obere Oberfläche zu glätten und eine gleichmäßigere Leistung der Funktionsschicht zu erzielen. Der Planarisierungsprozess kann jedoch unerwünscht überschüssiges Material von der abgeschiedenen Schicht entfernen, was dazu führen kann, dass die Dicke der endgültig abgeschiedenen Schicht von der geplanten Stärke abweicht. On a microscopic scale, a deposited film may have an uneven surface due to the presence of features or voids on the substrate surface. A top surface of the deposited film is generally subjected to a planarization process to smooth the top surface and achieve more uniform performance of the functional layer. However, the planarization process can undesirably remove excess material from the deposited layer, which can cause the thickness of the final deposited layer to deviate from the designed thickness.

Wenn es sich bei dem abgeschiedenen Film um eine dielektrische Schicht mit einem darin eingebetteten elektrischen Element handelt, kann die dielektrische Integrität der Schicht aufgrund der reduzierten Dicke der dielektrischen Schicht beeinträchtigt werden, was zu einer schlechten Leistung des elektrischen Heizgeräts führt.If the deposited film is a dielectric layer with an electrical element embedded therein, the dielectric integrity of the layer may be compromised due to the reduced thickness of the dielectric layer, resulting in poor performance of the electrical heater.

Diese Aspekte im Zusammenhang mit der Konstruktion und Leistung von elektrischen Heizgeräten werden in der vorliegenden Offenlegung behandelt.These aspects related to the design and performance of electric heaters are addressed in the present disclosure.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

In einer Ausführung wird ein Verfahren zum Erstellen eines Heizgeräts zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist einen Schritt des Heißpressens eines Keramikpulvers und einer Vielzahl von ersten Rohlingen und des Bildens einer gesinterten Anordnung, die ein Keramiksubstrat und eine Vielzahl von ersten Rohlingen, die darin eingebettet sind, aufweist, einen Schritt des Bildens eines Funktionselements auf einer von gegenüberliegenden Oberflächen der gesinterten Anordnung, so dass das Funktionselement mit der Vielzahl von ersten Rohlingen verbunden ist, und einen Schritt des Bildens eines monolithischen Substrats auf, in das das Funktionselement und die Vielzahl von ersten Rohlingen eingebettet sind.In one embodiment, a method of creating a heater is provided. The method includes a step of hot-pressing a ceramic powder and a plurality of first green sheets and forming a sintered assembly comprising a ceramic substrate and a plurality of first green sheets embedded therein, a step of forming a functional element on one of opposite surfaces the sintered assembly so that the functional element is bonded to the plurality of first green sheets, and a step of forming a monolithic substrate in which the functional element and the plurality of first green sheets are embedded.

In einer anderen Ausführung weist ein Verfahren zum Erstellen eines Heizgerätes einen Schritt des Bildens einer gesinterten Anordnung, die ein Keramiksubstrat und eine Vielzahl von ersten Rohlingen, die darin eingebettet sind, aufweist, einen Schritt des Bildens mindestens einer Aussparung in einer der gegenüberliegenden Oberflächen der gesinterten Anordnung und in einem Teil der Vielzahl von ersten Rohlingen, einen Schritt des Abscheidens eines Funktionsmaterials in der mindestens einen Aussparung, um ein Funktionselement zu bilden, so dass das Funktionselement mit der Vielzahl von ersten Rohlingen verbunden ist, einen Schritt des Aufbringens einer Materialschicht auf die andere der gegenüberliegenden Oberflächen des Funktionselements, wobei die Materialschicht mit den ersten Rohlingen verbunden wird, und einen Schritt des Bildens eines monolithischen Substrats auf, in das das Funktionselement, die ersten Rohlinge und die Materialschicht eingebettet sind.In another embodiment, a method for producing a heater comprises a step of forming a sintered assembly comprising a ceramic substrate and a plurality of first green bodies embedded therein, a step of forming at least one recess in one of the opposite surfaces of the sintered Arrangement and in a part of the plurality of first blanks, a step of depositing a functional material in the at least one recess to form a functional element, so that the functional element is connected to the plurality of first blanks, a step of applying a material layer to the other of the opposite surfaces of the functional element, wherein the material layer is bonded to the first green sheets, and a step of forming a monolithic substrate in which the functional element, the first green sheets and the material layer are embedded.

Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der hier gegebenen Beschreibung ergeben. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung und die spezifischen Anwendungsbeispiele nur der Veranschaulichung dienen und nicht den Umfang der vorliegenden Offenlegung einschränken sollen.Further areas of application will emerge from the description given here. It should be understood that the description and specific example applications are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.

Figurenlistecharacter list

Die vorliegende Offenbarung wird anhand der detaillierten Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden, in denen:

1 eine Querschnittsansicht eines elektrischen Heizgeräts ist, das in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung erstellt worden ist;
2A bis 2D Diagramme sind, die die Schritte zur Herstellung einer Heizschicht eines elektrischen Heizgeräts entsprechend der 1 in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenlegung veranschaulichen;
2E ein Diagramm darstellt, das die Schritte zur Herstellung einer Leitschicht eines elektrischen Heizelements gemäß der 1 in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht;
3 ein Diagramm darstellt, das die Schritte einer Variante eines Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen Heizgeräts in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht;
4 eine Querschnittsansicht eines Stützsockels darstellt, der ein elektrisches Heizgerät umfasst, das in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung erstellt worden ist; und
5A bis 5D Diagramme darstellen, die die Schritte zur Herstellung des Stützsockels nach der 4 in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenlegung veranschaulichen.

The present disclosure will be better understood from the detailed description and the accompanying drawings, in which:

1 Figure 12 is a cross-sectional view of an electric heater made in accordance with the teachings of the present disclosure;
2A until 2D Diagrams are showing the steps of manufacturing a heating layer of an electric heater according to FIG 1 illustrate in accordance with the teachings of the present disclosure;
2E is a diagram showing the steps for producing a conductive layer of an electric heating element according to FIG 1 illustrated in accordance with the teachings of the present disclosure;
3 Figure 12 is a diagram illustrating the steps of a variant of a method of manufacturing an electric heater in accordance with the teachings of the present disclosure;
4 Figure 12 illustrates a cross-sectional view of a support base including an electrical heater made in accordance with the teachings of the present disclosure; and
5A until 5D Illustrate diagrams showing the steps for making the support base according to the 4 in accordance with the teachings of the present disclosure.

Entsprechende Referenzzahlen zeigen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen an.Corresponding reference numbers indicate corresponding parts throughout the several views of the drawings.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken.The following description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure, application, or uses.

Bezugnehmend auf die 1 weist ein elektrisches Heizgerät 10, das in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Offenbarung erstellt worden ist, eine Heizschicht 12, eine Leitschicht 14, eine Verbindungsschicht 16, die zwischen der Heizschicht 12 und der Leitschicht 16 angeordnet ist, und eine Schutzschicht 17 auf, die auf der Heizschicht 12 angeordnet ist. Die Verbindungsschicht 16 verbindet die Heizschicht 12 mit der Leitschicht 14. Die Schutzschicht 17 isoliert die Heizschicht 12 elektrisch.Referring to the 1 For example, an electric heater 10 constructed in accordance with the teachings of this disclosure includes a heating layer 12, a conductive layer 14, a bonding layer 16 interposed between the heating layer 12 and the conductive layer 16, and a protective layer 17 which of the heating layer 12 is arranged. The connecting layer 16 connects the heating layer 12 to the conductive layer 14. The protective layer 17 insulates the heating layer 12 electrically.

Die Heizschicht 12 weist ein Substrat 18, das mindestens einen Aussparung 20 aufweist, und mindestens ein Widerstandsheizelement 22 auf, das in der Aussparung 20 angeordnet ist. Wenn eine Vielzahl von Aussparungen 20 in dem Substrat 18 gebildet wird, kann eine Vielzahl von Widerstandsheizelementen 22 in der Vielzahl von Aussparungen20 angeordnet werden, um eine Vielzahl von Heizzonen zu bilden. Die Aussparung 20 kann eine Vielzahl von ersten Aussparungsabschnitten 21 und mindestens zwei zweite Aussparungsabschnitte 24 mit einem vergrößerten Aussparungsbereich für den elektrischen Anschluss bilden. Die Aussparung 20 definiert eine Tiefe von etwa 1 bis 10 Mikrometer, vorzugsweise eine Tiefe von etwa 3 bis 5 Mikrometer.The heating layer 12 comprises a substrate 18 which has at least one recess 20 and at least one resistance heating element 22 which is arranged in the recess 20 . When a plurality of cavities 20 are formed in the substrate 18, a plurality of resistive heating elements 22 can be placed in the plurality of cavities 20 to form a plurality of heating zones. The recess 20 may form a plurality of first recess portions 21 and at least two second recess portions 24 with an enlarged recess area for electrical connection. Recess 20 defines a depth of about 1 to 10 microns, preferably a depth of about 3 to 5 microns.

Das Widerstandsheizelement 22 weist mindestens zwei Anschlussflächen 26 auf, die in den zweiten Aussparungsabschnitten 24 mit vergrößerten Aussparungsbereichen angeordnet sind. Das Widerstandsheizelement 22 hat ein Widerstandsmaterial, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Molybdän, Wolfram, Platin oder deren Legierungen besteht. Darüber hinaus kann das Widerstandsmaterial des Widerstandsheizelements 22 eine ausreichende Temperaturkoeffizienten-Widerstandscharakteristik (TCR) aufweisen, so dass das Widerstandsheizelement 22 als Heizgerät und als Temperatursensor fungiert.The resistance heating element 22 has at least two connection surfaces 26 which are arranged in the second recess sections 24 with enlarged recess areas. The resistive heating element 22 has a resistive material selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, platinum or their alloys. In addition, the resistive material of the resistive heating element 22 may have a sufficient temperature coefficient of resistance (TCR) characteristic such that the resistive heating element 22 functions as both a heater and a temperature sensor.

Die Heizschicht 12 weist ferner ein Paar von Anschlussstiften 28 auf, die in direktem Kontakt mit den Anschlussflächen 26 des Widerstandsheizelements 22 stehen und sich von den Anschlussflächen 26 durch das Substrat 18 und die Verbindungsschicht 16 bis zu der Leitschicht 14 erstrecken.The heater layer 12 further includes a pair of terminal pins 28 that are in direct contact with the terminal pads 26 of the resistive heating element 22 and extend from the terminal pads 26 through the substrate 18 and the interconnect layer 16 to the conductive layer 14 .

Die Leitschicht 14 weist ein Substrat 30, das mindestens eine Aussparung 32 definiert, und ein in der Aussparung 32 angeordnetes Leitelement 34 auf. Je nach Anwendung können ein oder mehrere Leitelemente 34 vorgesehen werden. Das Leitelement 34 dient zum Anschluss der Widerstandsheizelemente 22 der Heizschicht 12 an eine externe Stromquelle (nicht abgebildet). Die Aussparung 32 der Leitschicht 14 kann mindestens zwei Aussparungsabschnitte 33 enthalten, die den zweiten Aussparungsabschnitten 24 der Aussparung 20 der Heizschicht 12 entsprechen. Die Leitschicht 14 weist ferner ein Paar von Anschlussstiften 36 auf, die sich in den mindestens zwei Aussparungsabschnitten 33 befinden und sich vom Leitelement 34 durch das Substrat 30 und über eine untere Oberfläche 38 des Substrats 30 hinaus erstrecken. Die Anschlussstifte 36 der Leitschicht 14 sind mit den Anschlussstiften 28 der Heizschicht 12 ausgerichtet und stehen mit diesen in Kontakt.The conductive layer 14 includes a substrate 30 defining at least one cavity 32 and a conductive member 34 disposed within the cavity 32 . Depending on the application, one or more guiding elements 34 can be provided. The conducting element 34 is used to connect the resistance heating elements 22 of the heating layer 12 to an external power source (not shown). The recess 32 of the conductive layer 14 can contain at least two recess sections 33 which correspond to the second recess sections 24 of the recess 20 of the heating layer 12 . The conductive layer 14 further includes a pair of terminal pins 36 located in the at least two recess portions 33 and extending from the conductive member 34 through the substrate 30 and beyond a bottom surface 38 of the substrate 30 . The connection pins 36 of the conductive layer 14 are aligned with the connection pins 28 of the heating layer 12 and are in contact with them.

Das Substrat 18 der Heizschicht 12 und das Substrat 30 der Leitschicht 14 können ein keramisches Material, wie zum Beispiel Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid, umfassen.The substrate 18 of the heater layer 12 and the substrate 30 of the conductive layer 14 may comprise a ceramic material such as aluminum nitride and aluminum oxide.

Bezugnehmend auf die 2A bis 2E weist ein Verfahren 100 zum Erstellen eines elektrischen Heizgeräts 10 aus der 1 einen Teilprozess zur Herstellung der Heizschicht 12 (wie es in den 2A bis 2D gezeigt ist) und einen Teilprozess zur Herstellung der Leitschicht 14 (wie es in der 2E gezeigt ist) auf, gefolgt von der Verbindung der Heizschicht 12 und der Leitschicht 14 miteinander (wie es ebenfalls in der 2E gezeigt ist). Die beiden Teilprozesse können gleichzeitig oder nacheinander ausgeführt werden.Referring to the 2A until 2E has a method 100 for creating an electric heater 10 from FIG 1 a sub-process for producing the heating layer 12 (as shown in Figs 2A until 2D is shown) and a sub-process for producing the conductive layer 14 (as is shown in FIG 2E shown) followed by the connection of the heating layer 12 and the conductive layer 14 together (as is also shown in 2E is shown). The two sub-processes can be executed simultaneously or sequentially.

In dem Teilprozess der Herstellung der Heizschicht 12 wird in einem Schritt 102 ein Substrat 18 in einer leeren Form zur Verfügung gestellt. Das Substrat 18 weist gegenüberliegende erste und zweite Oberflächen 40 und 42 auf. Auf der ersten Oberfläche 40 wird in einem Schritt 104 eine harte Maskierungsschicht 46, beispielsweise durch Abscheidung, gebildet.In the sub-process of producing the heating layer 12, in a step 102 a substrate 18 is provided in an empty form. The substrate 18 has opposing first and second surfaces 40 and 42 . A hard masking layer 46 is formed on the first surface 40 in a step 104, for example by deposition.

Anschließend wird in einem Schritt 106 eine Fotolackschicht 48 auf die harte Maskierungsschicht 46 aufgebracht. Die Fotolackschicht 48 wird in einem Schritt 108 zur Bildung eines Fotolackmusters 50 auf der harte Maskierungsschicht 46 geätzt. In diesem Schritt wird eine Fotomaske (nicht abgebildet) zum Strukturieren der Fotolackschicht 48 über der Fotolackschicht 48 angeordnet, und ein ultraviolettes (UV) Licht wird durch die Fotomaske hindurch auf die Fotolackschicht 48 angewendet, um die Teile der Fotolackschicht 48 zu entwickeln, die mit dem UV-Licht belichtet werden, woraufhin der belichtete Teil oder die unbelichteten Teile der Fotolackschicht 48 geätzt werden, um das Fotolackmuster 50 zu bilden. Das Fotolackmuster 50 kann ein Positivmuster oder ein Negativmuster sein, je nachdem, ob die belichteten oder unbelichteten Teile der Fotolackschicht 48 geätzt und entfernt werden. A photoresist layer 48 is then applied to the hard masking layer 46 in a step 106 . The photoresist layer 48 is etched in a step 108 to form a photoresist pattern 50 on the hard masking layer 46 . In this step, a photomask (not shown) for patterning the photoresist layer 48 is placed over the photoresist layer 48, and an ultraviolet (UV) light is applied through the photomask to the photoresist layer 48 to develop the portions of the photoresist layer 48 that are exposed to are exposed to the UV light, whereupon the exposed part or the unexposed parts of the photoresist layer 48 are etched to form the photoresist pattern 50. FIG. The photoresist pattern 50 can be a positive pattern or a negative pattern depending on whether the exposed or unexposed portions of the photoresist layer 48 are etched and removed.

Bezugnehmend auf die 2B, wird die harte Maskierungsschicht 46 unter Verwendung des Fotolackmusters 50 als Maske geätzt, um in einem Schritt 110 ein Hartmaskenmuster 52 zu bilden. Danach wird das Fotolackmuster 50 entfernt, wobei in einem Schritt 112 das Hartmaskenmuster 52 auf der ersten Oberfläche 40 des Substrats 18 verbleibt. Das Hartmaskenmuster 52 enthält mindestens zwei vergrößerte Öffnungen 54.Referring to the 2 B , the hard mask layer 46 is etched using the photoresist pattern 50 as a mask to form a hard mask pattern 52 in a step 110 . Thereafter, the photoresist pattern 50 is removed, leaving the hard mask pattern 52 on the first surface 40 of the substrate 18 in a step 112 . The hard mask pattern 52 includes at least two enlarged openings 54.

Nun wird ein Ätzprozess auf der ersten Oberfläche 40 des Substrats 18 durchgeführt, indem das Hartmaskenmuster 52 als Maske verwendet wird, um in einem Schritt 114 mindestens eine Aussparung 20 in dem Substrat 18 zu bilden. Die Aussparung 20 definiert eine Vielzahl von ersten Aussparungsabschnitten 21 und mindestens zwei zweite Aussparungsabschnitte 24 mit vergrößerten Bereichen. Die mindestens zwei zweiten Aussparungsabschnitte 24 entsprechen den mindestens zwei vergrößerten Öffnungen 54 des Hartmaskenmusters 52. Die mindestens eine Aussparung 20 kann durch einen Laserabtragungsprozess, maschinelle Bearbeitung, 3D-Sintern/Drucken/Additiv-Fertigung, Rohzustand, Formen, Wasserstrahl, Hybridlaser/Wasser, Trockenplasmaätzen gebildet werden.An etching process is now performed on the first surface 40 of the substrate 18 by using the hard mask pattern 52 as a mask to form at least one recess 20 in the substrate 18 in a step 114 . The recess 20 defines a plurality of first recess portions 21 and at least two second recess portions 24 with enlarged areas. The at least two second recess portions 24 correspond to the at least two enlarged openings 54 of the hard mask pattern 52. The at least one recess 20 may be formed by a laser ablation process, machining, 3D sintering/printing/additive manufacturing, green state, molding, waterjet, hybrid laser/water, dry plasma etching are formed.

Nachdem die Aussparung 20 in dem Substrat 18 gebildet worden ist, wird das Hartmaskenmuster 52 entfernt und das Substrat 18 gereinigt, um ein Substrat 18 mit einer Aussparung 20 mit einem gewünschten Aussparungsmuster auf der ersten Oberfläche 40 des Substrats 18 in dem Schritt 114 zu erhalten.After the recess 20 has been formed in the substrate 18, the hard mask pattern 52 is removed and the substrate 18 is cleaned to obtain a substrate 18 having a recess 20 with a desired recess pattern on the first surface 40 of the substrate 18 in step 114.

Die Vielzahl von Aussparungen 20 und die Vielzahl von vergrößerten zweiten Aussparungsabschnitten 24 hängen von der Vielzahl von Heizzonen des Widerstandsheizelements 22 ab, die in der Aussparung 20 ausgebildet werden sollen. Die Tiefe und Breite der ersten und zweiten Aussparungsabschnitte 21 und 24 der Aussparung 20 hängen von der gewünschten Funktion und Leistung des Widerstandsheizelements 22 ab. Wenn zum Beispiel nur eine Aussparung 20 in dem Substrat 18 gebildet wird, kann die Aussparung 20 eine konstante oder variierte Tiefe und/oder Breite haben. Wenn eine Vielzahl von Aussparungen 20 in dem Substrat 18 gebildet wird, können einige der Aussparungen 20 breiter und die anderen schmaler sein; einige der Aussparungen 20 können tiefer und die anderen flacher sein.The plurality of cavities 20 and the plurality of enlarged second cavity portions 24 depend on the plurality of heating zones of the resistive heating element 22 to be formed in the cavity 20 . The depth and width of the first and second recess portions 21 and 24 of the recess 20 depend on the desired function and performance of the resistive heating element 22 . For example, if only one recess 20 is formed in the substrate 18, the recess 20 may have a constant or varied depth and/or width. When a plurality of cavities 20 are formed in the substrate 18, some of the cavities 20 may be wider and others may be narrower; some of the recesses 20 may be deeper and others shallower.

Bezugnehmend auf die 2C, nachdem die Aussparung 20 mit einem gewünschten Aussparungsmuster in dem Substrat 18 gebildet worden ist, wird ein Bearbeitungsprozess in jedem der vergrößerten zweiten Aussparungsabschnitte 24 der Aussparung 20 durchgeführt, um eine Anschlussöffnung 62 und ein Durchgangsöffnung 64 durch das Substrat 18 in einem Schritt 118 zu bilden. Die Anschlussöffnung 62 wird zwischen dem Durchgangsöffnung 64 und dem vergrößerten zweiten Aussparungsabschnitt 24 angeordnet. Das Durchgangsöffnung 64 erstreckt sich von der Anschlussöffnung 62 bis zu der zweiten Oberfläche 42 des Substrats 18.Referring to the 2C After the recess 20 has been formed with a desired recess pattern in the substrate 18, a machining process is performed in each of the enlarged second recess portions 24 of the recess 20 to form a terminal opening 62 and a through opening 64 through the substrate 18 in a step 118 . The connection hole 62 is arranged between the through hole 64 and the enlarged second recess portion 24 . The through opening 64 extends from the connection opening 62 to the second surface 42 of the substrate 18.

Danach wird in einem Schritt 122 ein Widerstandsmaterial 66 auf der ersten Oberfläche 40 des Substrats 18 und in der Aussparung 20 abgeschieden. Als Beispiel kann das Widerstandsmaterial 66 auf dem Substrat 18 und in der Aussparung 20 gebildet werden.Thereafter, in a step 122, a resistive material 66 is deposited on the first surface 40 of the substrate 18 and in the recess 20. FIG. As an example, resistive material 66 may be formed on substrate 18 and in recess 20 .

Das Widerstandsmaterial 66 wird in einem Schritt 124 thermisch behandelt. Als Beispiel kann das Substrat 18 mit dem Widerstandsmaterial 66, das sowohl in der Aussparung 20 als auch auf der ersten Oberfläche 40 des Substrats 18 angeordnet ist, zum Glühen in einen Ofen eingebracht werden.The resistive material 66 is thermally treated in a step 124 . As an example, the substrate 18 with the resistive material 66 disposed both in the recess 20 and on the first surface 40 of the substrate 18 can be placed in a furnace for annealing.

Bezugnehmend auf die 2D wird, nachdem das Widerstandsmaterial 66 thermisch behandelt worden ist, ein chemisch-mechanischer Polier-/Planarisierungsprozess (CMP) auf dem Widerstandsmaterial 66 durchgeführt, um überschüssiges Widerstandsmaterial 66 zu entfernen, bis die erste Oberfläche 40 des Substrats 18 freiliegt, wodurch ein Widerstandsheizelement 22 in der Aussparung 20 in einem Schritt 126 gebildet wird. In diesem Schritt wird die erste Oberfläche 40 des Substrats 18 freigelegt und nicht mit dem Widerstandsmaterial 66 beschichtet. Das in der Aussparung 20 verbleibende Widerstandsmaterial 66 bildet das Widerstandsheizelement 22, dessen Oberfläche 67 bündig mit der ersten Oberfläche 40 des Substrats 18 abschließt.Referring to the 2D After the resistive material 66 has been thermally treated, a chemical mechanical polishing/planarization (CMP) process is performed on the resistive material 66 to remove excess removing resistive material 66 until first surface 40 of substrate 18 is exposed, thereby forming resistive heating element 22 in recess 20 in step 126 . In this step, the first surface 40 of the substrate 18 is exposed and not coated with the resistive material 66 . The resistance material 66 remaining in the recess 20 forms the resistance heating element 22 , the surface 67 of which is flush with the first surface 40 of the substrate 18 .

Abschließend wird in einem Schritt 128 auf der ersten Oberfläche 40 des Substrats 18 und der oberen Oberfläche 67 des Widerstandsheizelements 22 eine Schutzschicht 17 gebildet. Die Schutzschicht 17 isoliert das Widerstandsheizelement 22 elektrisch. Die Schutzschicht 17 kann auf dem Substrat 18 gebildet werden, indem eine vorgeformte Schutzschicht auf das Substrat 18 aufgebracht wird. Das Verbindungsverfahren kann ein Hartlötprozess oder eine Glasfrittenverbindung sein. Wenn mehrere Aussparungen 20 in dem Substrat 18 gebildet werden, können alternativ einige der Aussparungen 20, vorzugsweise die Aussparungen, die sich um die Peripherie des Substrats 18 herum befinden, mit einem Bindemittel gefüllt werden, so dass das Bindemittel in einigen der Aussparungen 20 das Substrat 18 mit der Schutzschicht 17 verbinden kann. Nachdem die Schutzschicht 17 auf dem Substrat 18 gebildet ist, wird eine Heizschicht 12 fertiggestellt.Finally, in a step 128 a protective layer 17 is formed on the first surface 40 of the substrate 18 and the top surface 67 of the resistance heating element 22 . The protective layer 17 electrically insulates the resistance heating element 22 . The protective layer 17 can be formed on the substrate 18 by applying a preformed protective layer to the substrate 18 . The joining method can be a brazing process or a glass frit joint. Alternatively, when multiple cavities 20 are formed in the substrate 18, some of the cavities 20, preferably the cavities located around the periphery of the substrate 18, may be filled with a binder such that the binder in some of the cavities 20 penetrates the substrate 18 can connect to the protective layer 17. After the protective layer 17 is formed on the substrate 18, a heating layer 12 is completed.

Wie zuvor beschrieben worden ist, kann die Tiefe und Breite der Aussparung 20 so konfiguriert werden, dass sie über die Länge der Aussparung 20 variiert werden kann. Mit variierter Tiefe und Breite ermöglicht es der Aussparung 20, das Widerstandsheizelement 22 mit unterschiedlicher Stärke und Breite entlang seiner Länge zu formen, wodurch eine variable Wattzahl entlang der Länge des Widerstandsheizelements 22 erreicht wird. Darüber hinaus ist es durch die Verwendung der Aussparung 20 zur Festlegung der Form des Widerstandsheizelements 22 möglich, unterschiedliche Materialien in verschiedenen Abschnitten desselben Aussparung zu verwenden oder zwei oder mehr Schichten von Materialien in der selben Aussparung 20 zu verwenden. Zum Beispiel kann zuerst ein Widerstandsmaterial in der Aussparung 20 abgelagert werden, gefolgt von der Ablagerung eines Bindemittels auf dem Widerstandsmaterial. Daher können die Materialien in der Aussparung 20 auch als Haftvermittler verwendet werden, um darauf eine Schutzschicht anzubringen. Technische Schichten oder dotierte Materialien können auch in verschiedenen Bereichen der Aussparung 20 abgeschieden werden, um ein Widerstandsheizelement mit unterschiedlichen Materialeigenschaften entlang seiner Länge zu erhalten.As previously described, the depth and width of recess 20 can be configured to vary along the length of recess 20 . Varying the depth and width of the recess 20 allows the resistive heating element 22 to be formed of varying thickness and width along its length, thereby providing a variable wattage along the length of the resistive heating element 22. Additionally, by using the cavity 20 to define the shape of the resistive heating element 22, it is possible to use different materials in different portions of the same cavity, or to use two or more layers of materials in the same cavity 20. For example, a resistive material may be deposited in recess 20 first, followed by the deposition of a binder onto the resistive material. Therefore, the materials in the recess 20 can also be used as adhesion promoters in order to apply a protective layer thereon. Engineered layers or doped materials can also be deposited in different areas of recess 20 to provide a resistive heating element with different material properties along its length.

Bezugnehmend auf die 2E weist der Teilprozess der Herstellung einer Leitschicht 14 ähnliche Schritte wie die zuvor beschriebenen Schritte des Teilprozesses der Herstellung einer Heizschicht 12 auf, mit der Ausnahme, dass der Teilprozess der Herstellung einer Leitschicht 14 einen Schritt der Bearbeitung einer Durchgangsbohrung durch das Leitmaterial und keinen Schritt des Verbindens einer Schutzschicht umfasst. Da außerdem die Heizschicht 12 und die Leitschicht 14 eine unterschiedliche Funktion haben, sind die Materialien zur Herstellung des Widerstandsheizelements 22 und des Leitelements 34 unterschiedlich.Referring to the 2E the sub-process of forming a conductive layer 14 includes steps similar to the steps of the sub-process of forming a heater layer 12 previously described, except that the sub-process of forming a conductive layer 14 includes a step of machining a through-hole through the conductive material and no step of bonding a protective layer. In addition, since the heating layer 12 and the conductive layer 14 have a different function, the materials for forming the resistance heating element 22 and the conductive element 34 are different.

Genauer gesagt weist der Unterprozess zur Herstellung der Leitschicht 14 ähnliche Schritte wie Schritt 102 bis Schritt 126 auf, wie zuvor im Zusammenhang mit den 2A bis 2D beschrieben worden ist. Daher wird die detaillierte Beschreibung dieser Schritte hier aus Gründen der Klarheit weggelassen. Die Materialfüllung in der Aussparung 32 der Leitschicht 14 unterscheidet sich von der Materialfüllung in der Aussparung 20 der Heizschicht 12. Die Heizschicht 12 ist so konfiguriert, dass sie Wärme erzeugt, und daher ist das Material, das der Aussparung 20 des Substrats 18 füllt, ein Widerstandsmaterial mit einem relativ hohen spezifischen Widerstand, um Wärme zu erzeugen. In der Leitschicht 14 ist das Material, das der Aussparung 32 des Substrats 30 füllt, ein leitendes Material mit relativ hoher Leitfähigkeit, um das Widerstandsheizelement 22 der Heizschicht 12 mit einer externen Stromquelle elektrisch zu verbinden.More specifically, the sub-process for forming the conductive layer 14 includes steps similar to step 102 through step 126 as previously discussed in connection with FIGS 2A until 2D has been described. Therefore, the detailed description of these steps is omitted here for the sake of clarity. The material fill in recess 32 of conductive layer 14 differs from the material fill in recess 20 of heater layer 12. Heater layer 12 is configured to generate heat and therefore the material filling recess 20 of substrate 18 is solid Resistive material with a relatively high resistivity to generate heat. In the conductive layer 14, the material filling the recess 32 of the substrate 30 is a conductive material with relatively high conductivity to electrically connect the resistive heating element 22 of the heating layer 12 to an external power source.

Zudem weist das Substrat 30 der Leitschicht 14 eine Aussparung 32 mit einem Aussparungsmuster auf, das sich von dem der Aussparung 20 des Substrats 18 der Heizschicht 12 unterscheidet. Wie in der 2E dargestellt ist, ist die Aussparung 32 der Leitschicht 14 breiter als die Aussparung 20 der Heizschicht 12.In addition, the substrate 30 of the conductive layer 14 has a recess 32 with a recess pattern that differs from that of the recess 20 of the substrate 18 of the heating layer 12 . Like in the 2E is shown, the recess 32 in the conductive layer 14 is wider than the recess 20 in the heating layer 12.

Bezugnehmend auf die 2E wird das Material der Leitschicht thermisch behandelt und geglättet, um in einem Schritt 130 ein Leitelement 34 zu bilden. In diesem Schritt ist die Oberseite des Substrats 30 bündig mit der Oberseite des Leitelements 34. Ähnlich wie die Heizschicht 12 weist die Leitschicht 14 ein Paar von Anschlussstiften 36 und ein Paar von Anschlussenden 69 auf, die mit mindestens zwei Abschnitten des Leitelements 34 verbunden sind.Referring to the 2E the material of the conductive layer is thermally treated and smoothed to form a conductive element 34 in a step 130 . In this step, the top of the substrate 30 is flush with the top of the conductive element 34. Similar to the heating layer 12, the conductive layer 14 has a pair of connection pins 36 and a pair of connection tails 69 which are connected to at least two sections of the conductive element 34.

Anschließend wird das Leitelement 34 bearbeitet, um ein Paar von Durchgangsbohrungen 68 zu definieren, die sich von einer Oberseite des Leitelements 34 bis zu den Anschlussenden 69 erstrecken. Danach wird die Heizschicht 12 auf die Leitschicht 14 gelegt. Die Anschlussstifte 28 der Heizschicht 12, die sich über die zweite Oberfläche 42 des Substrats 18 hinaus erstrecken, werden in die Durchgangslöcher 68 eingesetzt, so dass die Anschlussstifte 28 der Heizschicht 12 mit dem Anschlussenden 69 der Leitschicht 14 in Kontakt gebracht werden. Daher ist das Widerstandsheizelement 22 der Heizschicht 12 elektrisch mit dem Leitelement 34 verbunden, das seinerseits elektrisch mit einer externen Stromquelle verbunden ist.The vane 34 is then machined to define a pair of through bores 68 extending from a top of the vane 34 to the terminal ends 69 . After that, the heating layer 12 is placed on the conductive layer 14 . The connection pins 28 of the heating layer 12, which extend over the second surface 42 of the substrate 18 extending out are inserted into the through holes 68 so that the terminal pins 28 of the heating layer 12 are brought into contact with the terminal ends 69 of the conductive layer 14. Therefore, the resistive heating element 22 of the heating layer 12 is electrically connected to the conducting element 34, which in turn is electrically connected to an external power source.

Bezugnehmend auf die 3 wird eine Variante eines Verfahrens 200 zur Herstellung eines elektrischen Heizgeräts in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Das Verfahren kann angewendet werden, um eine weitere elektrische Komponente zu formen, wie z.B. eine Elektrodenschicht eines elektrostatischen Halteelements und eine HF-Antennenschicht, abhängig von der Art des Funktionsmaterials, das die Aussparung des Substrats befüllt.Referring to the 3 A variation of a method 200 of manufacturing an electric heater in accordance with the teachings of the present disclosure is described. The method can be applied to form another electrical component, such as an electrode layer of an electrostatic chuck and an RF antenna layer, depending on the type of functional material that fills the recess of the substrate.

Das Verfahren 200 startet mit der Bereitstellung eines Substrats 70 und der Bildung mindestens einer Aussparung 72 in das Substrat 70 in einem Schritt 202. Das Substrat 70 kann Aluminiumnitrid enthalten. In diesem Schritt kann die mindestens eine Aussparung durch ein mechanisches Verfahren gebildet werden, wie z.B. ein Laser-Entfernungs-/Schneidverfahren, Mikroperlenstrahlen, spanabhebende Bearbeitung, 3D-Sintern/Drucken/Additiv-Fertigung, Rohzustand, Formen, Wasserstrahl, Hybridlaser/Wasser oder Trockenplasmaätzen ohne Verwendung eines Hartmaskenmusters. Wenn ein Mikroperlenstrahlverfahren verwendet wird, beträgt die Partikelgröße der Perlen weniger als 100 µm, vorzugsweise weniger als 50 µm.The method 200 begins with providing a substrate 70 and forming at least one recess 72 in the substrate 70 in a step 202. The substrate 70 may include aluminum nitride. In this step, the at least one recess may be formed by a mechanical process, such as a laser removal/cutting process, microbead blasting, machining, 3D sintering/printing/additive manufacturing, green state, molding, water jet, hybrid laser/water, or Dry plasma etch without using a hard mask pattern. When a microbead blasting method is used, the particle size of the beads is less than 100 µm, preferably less than 50 µm.

Als nächstes wird ein erstes Funktionsmaterial 74, das ein erstes Metall enthält, in die Aussparung 72 und auf einer Oberseite des Substrats 70 in einem Schritt 204 eingebracht. Das erste Funktionsmaterial 74 kann durch ein Schichtverfahren gebildet werden, bei dem ein Material auf ein Substrat oder eine andere Schicht aufgetragen oder akkumuliert wird, wobei Verfahren wie Dickschicht, Dünnschicht, thermisches Spritzen oder Sol-Gel zum Einsatz kommen. Alternativ kann das erste Funktionsmaterial 74 auf dem Substrat 70 und in die Aussparung 72 mittels eines Hartlöt-Rückfluss-Verfahrens abgeschieden werden, wie zuvor im Zusammenhang mit dem Schritt 122 in der 2C dargestellt worden ist. Zum Beispiel kann das erste Funktionsmaterial 74 durch Auflegen einer Metallfolie auf das Substrat 70 gebildet werden, gefolgt vom Schmelzen der Metallfolie, so dass das geschmolzene Material die Aussparung 72 ausfüllen kann und zu der oberen Oberfläche des Substrats fließt.Next, a first functional material 74 containing a first metal is introduced into the recess 72 and on a top side of the substrate 70 in a step 204 . The first functional material 74 may be formed by a layering process in which a material is deposited or accumulated onto a substrate or other layer using methods such as thick film, thin film, thermal spray, or sol-gel. Alternatively, the first functional material 74 may be deposited onto the substrate 70 and into the recess 72 using a braze reflow process, as previously discussed in connection with step 122 in FIG 2C has been presented. For example, the first functional material 74 can be formed by laying a metal foil on the substrate 70, followed by melting the metal foil so that the melted material can fill the recess 72 and flow to the top surface of the substrate.

Anschließend kann, ähnlich wie in dem Schritt 124, der im Zusammenhang mit der 2C beschrieben worden ist, in dem Schritt 204 das erste Funktionsmaterial 74 thermisch behandelt werden, z.B. durch Glühen. Danach wird überschüssiges erstes Funktionsmaterial 74 vom Substrat 70 entfernt, um dadurch das erste Funktionsmaterial 74 innerhalb der mindestens einen Aussparung 72 des Substrats 70 zu belassen, um in einem Schritt 206 ein erstes Funktionselement 76 zu bilden. Das Abtragungsverfahren kann ein chemisch-mechanischer Prozess (CMP), Ätzen oder Polieren sein. Als nächstes wird in einem Schritt 208 eine dielektrische Schicht 78 über dem ersten Funktionselement 76 und über dem Substrat 70 abgeschieden.Then, similar to step 124, in connection with the 2C has been described, in step 204 the first functional material 74 is thermally treated, for example by annealing. Thereafter, excess first functional material 74 is removed from the substrate 70 in order to thereby leave the first functional material 74 within the at least one recess 72 of the substrate 70 in order to form a first functional element 76 in a step 206 . The removal process can be a chemical mechanical process (CMP), etching or polishing. Next, in a step 208 a dielectric layer 78 is deposited over the first functional element 76 and over the substrate 70 .

Daraufhin wird mindestens eine Durchkontaktierung 79 durch die dielektrische Schicht 78 an mindestens zwei entsprechenden Stellen gebildet, um einen Teil des ersten Funktionselements 76 in einem Schritt 210 freizulegen. Die Durchkontaktierung 79 kann eine Durchkontaktierungsbohrung 80 und eine Aussparung 82 enthalten. Dieser Schritt weist einen Schritt zur Bildung einer Aussparung 82 in der dielektrischen Schicht 78 und einen Schritt zur Bildung einer Durchkontaktierungsbohrung 80 durch die dielektrische Schicht 78 und in das erste Funktionselement 76 auf. Die Aussparung 82 kann vor oder nach der Bildung der Durchkontaktierungsbohrung 80 gebildet werden. Die Durchkontaktierung 79 kann durch Laserschneiden hergestellt werden. Die Aussparung 82 kann eine Tiefe in einem Bereich von etwa 100 nm bis 100 µm haben.At least one via 79 is then formed through the dielectric layer 78 at at least two corresponding locations in order to expose part of the first functional element 76 in a step 210 . Via 79 may include via hole 80 and recess 82 . This step includes a step of forming a recess 82 in the dielectric layer 78 and a step of forming a via hole 80 through the dielectric layer 78 and into the first functional element 76 . Recess 82 may be formed before or after via hole 80 is formed. Via 79 can be made by laser cutting. The recess 82 can have a depth in a range of approximately 100 nm to 100 μm.

Ein zweites Funktionsmaterial 84 wird in die Durchkontaktierung 79 einschließlich der Durchkontaktierungsbohrung 80 und der Aussparung 82 und einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht 78 abgeschieden, so dass das zweite Funktionsmaterial 84 in einem Schritt 212 mit dem Material 76 des ersten Funktionselements in Kontakt gebracht wird.A second functional material 84 is deposited into the via 79 including the via hole 80 and the recess 82 and an upper surface of the dielectric layer 78 such that the second functional material 84 is brought into contact with the material 76 of the first functional element in a step 212 .

Überschüssiges zweites Funktionsmaterial 84 wird von der dielektrischen Schicht 78 entfernt, wodurch das zweite Funktionsmaterial 84 innerhalb der Durchkontaktierung 79 verbleibt, um in einem Schritt 214 elektrische Anschlüsse an das erste Funktionselement 76 zu bilden. In diesem Schritt bildet das in der Aussparung 80 verbleibende zweite Funktionsmaterial 84 ein zweites Funktionselement 86. Die Oberseite des zweiten Funktionsmaterials 84 ist nach dem Entfernungsschritt bündig mit der Oberseite der dielektrischen Schicht 78. Alternativ kann der zweite Funktionswerkstoff 84 geätzt werden, um ein gewünschtes Profil zu bilden.Excess second functional material 84 is removed from the dielectric layer 78 , as a result of which the second functional material 84 remains within the via 79 in order to form electrical connections to the first functional element 76 in a step 214 . In this step, the second functional material 84 remaining in the recess 80 forms a second functional element 86. The top of the second functional material 84 is flush with the top of the dielectric layer 78 after the removal step. Alternatively, the second functional material 84 can be etched to provide a desired profile to build.

Wird das Verfahren 200 zur Bildung eines elektrischen Heizelements angewendet, kann das erste Funktionselement 76 ein Widerstandsheizelement und das zweite Funktionselement 86 ein Leitelement zum Anschluss des Widerstandsheizelements an eine externe Stromquelle sein. Wenn das Verfahren 200 verwendet wird, um eine Elektrodenschicht eines elektrostatischen Halteelements zu bilden, kann das erste Funktionselement 76 ein Elektrodenelement sein und das zweite Funktionselement 86 kann ein Leitelement zum Anschluss des Elektrodenelements an eine externe Stromquelle sein.If the method 200 is used to form an electrical heating element, the first functional element 76 can be a resistance heating element and the second functional element 86 can be a conducting element for connecting the resistance heating element to an external power source. When the method 200 is used to create an electrode layer of an electrostatic chuck, the first functional element 76 may be an electrode element and the second functional element 86 may be a conductive element for connecting the electrode element to an external power source.

Alternativ kann das erste Funktionselement 76 als Leitelement konfiguriert werden, während das zweite Funktionselement als Widerstandsheizelement oder als Elektrodenelement konfiguriert werden kann. In diesem Fall kann die Durchkontaktierungsbohrung 80 mit dem gleichen Material des ersten Funktionselements 76 oder einem anderen Material für eine gewünschte elektrische Leitung befüllt werden.Alternatively, the first functional element 76 can be configured as a conductive element, while the second functional element can be configured as a resistance heating element or as an electrode element. In this case, the via hole 80 can be filled with the same material of the first functional element 76 or a different material for a desired electrical conduction.

Anschließend kann wahlweise in einem Schritt 216 ein erstes Stiftloch 90 oder ein zweites Stiftloch 92 gebildet werden. Das erste Stiftloch 90 erstreckt sich durch die dielektrische Schicht 92 und das darunterliegende erste Funktionselement 76. Das zweite Stiftloch 92 erstreckt sich durch das zweite Funktionselement 86. Die ersten und zweiten Stiftlöcher 90 und 92 können durch einen Laserschneidprozess oder einen Perlstrahlprozess gebildet werden.Subsequently, in a step 216, either a first pin hole 90 or a second pin hole 92 can be formed. First pinhole 90 extends through dielectric layer 92 and underlying first functional element 76. Second pinhole 92 extends through second functional element 86. First and second pinholes 90 and 92 may be formed by a laser cutting process or a bead blasting process.

Zusätzliche Anschlussstifte (nicht abgebildet) können in das erste Stiftloch 90 und/oder das zweite Stiftloch 92 eingeführt werden, um das erste Funktionselement 76 und/oder das zweite Funktionselement 86 mit einer anderen elektrischen Komponente zu verbinden, wie z.B. einer weiteren Heizschicht, einer Abgleichsschicht, einer Temperaturerfassungsschicht, einer Kühlschicht, einer Elektrodenschicht und/oder einer HF-Antennenschicht. Infolgedessen kann die zusätzliche Heizschicht, Abgleichschicht, Kühlschicht, Elektrodenschicht oder HF-Antennenschicht an dasselbe Leitschichtelement und an eine externe Stromquelle angeschlossen werden. Die zusätzliche Heizschicht, Abgleichschicht, Kühlschicht, Elektrodenschicht, HF-Antennenschicht kann nach den Verfahren 100 oder 200 hergestellt werden, die in Verbindung mit den 2A bis 3 beschrieben worden sind.Additional pins (not shown) may be inserted into the first pinhole 90 and/or the second pinhole 92 to connect the first functional element 76 and/or the second functional element 86 to another electrical component, such as another heater layer, a matching layer , a temperature sensing layer, a cooling layer, an electrode layer and/or an RF antenna layer. As a result, the additional heating layer, matching layer, cooling layer, electrode layer or RF antenna layer can be connected to the same conductive layer element and to an external power source. The additional heating layer, trimming layer, cooling layer, electrode layer, RF antenna layer can be made by methods 100 or 200 described in connection with 2A until 3 have been described.

In Bezug auf das Verfahren 100, das in Verbindung mit den 2A bis 2E dargelegt worden ist, während das Verfahren der vorliegenden Offenbarung so beschrieben worden ist, dass es Unterprozesse der Herstellung der Heizschicht 12 und der Leitschicht 14 umfasst, kann das Verfahren 100 zusätzliche ein oder mehrere Unterprozesse der Herstellung zusätzlicher ein oder mehrerer elektrischer Komponenten unter Verwendung ähnlicher Schritte umfassen. Zum Beispiel kann das Verfahren 100 ferner einen Unterprozess zur Herstellung einer weiteren Heizschicht, Abgleichschicht, einer Kühlschicht, einer Elektrodenschicht und einer HF-Antennenschicht usw. umfassen.With respect to the method 100 used in connection with the 2A until 2E While the method of the present disclosure has been described as including sub-processes of fabricating heater layer 12 and conductive layer 14, method 100 may include additional one or more sub-processes of fabricating additional one or more electrical components using similar steps include. For example, the method 100 may further include a sub-process of fabricating another heater layer, trimming layer, a cooling layer, an electrode layer, and an RF antenna layer, and so on.

Alternativ kann der Teilprozess der Herstellung der Heizschicht 12 verwendet werden, um eine andere elektrische Komponente zu erzeugen, indem ein anderes Material in die Aussparung gefüllt wird. Zum Beispiel kann eine Kühlschicht gebildet werden, wenn ein Peltier Material in die Aussparung des Substrats gefüllt wird. Eine Elektrodenschicht für ein elektrostatisches Halteelement kann gebildet werden, wenn ein Elektrodenmaterial in den Aussparung eingebracht wird. Eine HF-Antennenschicht kann gebildet werden, wenn ein geeignetes HF-Antennenmaterial die Aussparung befüllt. Eine Wärmedämmschicht kann gebildet werden, wenn ein Material mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit die Aussparung ausfüllt. Ein Wärmespreizer kann gebildet werden, wenn ein Material mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit die Aussparung ausfüllt.Alternatively, the sub-process of manufacturing the heater layer 12 can be used to create another electrical component by filling a different material in the cavity. For example, a cooling layer can be formed when a Peltier material is filled in the recess of the substrate. An electrode layer for an electrostatic chuck can be formed when an electrode material is placed in the recess. An RF antenna layer can be formed when an appropriate RF antenna material fills the cavity. A thermal barrier coating can be formed when a material with relatively low thermal conductivity fills the cavity. A heat spreader can be formed when a relatively high thermal conductivity material fills the cavity.

Das elektrische Heizgerät 10, das nach den Verfahren 100, 200 der vorliegenden Offenbarung hergestellt worden ist, weist einen eingebetteten Heizkreis und eine eingebettete Leitschichtschaltkreis sowie eine Vielzahl von Funktionsschichten auf, die in dem gesamten Substrat planar sind. Daher kann der elektrische Heizer eine einheitlichere Struktur und eine gleichmäßigere Heizleistung aufweisen.The electric heater 10 made according to the methods 100, 200 of the present disclosure has embedded heating circuitry and embedded conductive layer circuitry and a plurality of functional layers that are planar throughout the substrate. Therefore, the electric heater can have a more uniform structure and a more uniform heating performance.

Bezugnehmend auf die 4 weist ein Stützsockel 300, der in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung erstellt worden ist, eine Plattenanordnung 302 und einen rohrförmigen Schaft 304 auf, der mit der Plattenanordnung 302 über ein Klebemittel 306 verbunden ist. Der Stützsockel 300 ist so konfiguriert, dass er bei der Halbleiterverarbeitung einen Wafer trägt. Die Plattenanordnung 302 kann in Form eines elektrischen Heizelements, eines elektrostatischen Halteelements oder einer beliebigen Vorrichtung mit einem Keramiksubstrat und einem in das Keramiksubstrat eingebetteten Funktionselement vorliegen.Referring to the 4 A support base 300 constructed in accordance with the teachings of the present disclosure includes a panel assembly 302 and a tubular shaft 304 connected to the panel assembly 302 by an adhesive 306 . The support pedestal 300 is configured to support a wafer during semiconductor processing. Plate assembly 302 may be in the form of an electrical heating element, an electrostatic chuck, or any device having a ceramic substrate and a functional element embedded in the ceramic substrate.

In der dargestellten Ausführung ist die Plattenanordnung 302 eine elektrische Heizplatte und weist ein Keramiksubstrat 308, ein Widerstandsheizelement 310 und ein Leitelement 312 auf. Das Widerstandsheizelement 310 und das Leitelement 312 sind in das Keramiksubstrat 308 eingebettet. Das Keramiksubstrat 308 ist ein durch Heißpressen geformtes monolithisches Substrat und kann aus einem Keramikmaterial wie Aluminiumnitrid (AIN) und Aluminiumoxid (AI2O3) bestehen. Die Plattenanordnung 302 weist ferner eine Vielzahl von ersten Anschlussabschnitten 314 zur elektrischen Verbindung des Widerstandsheizelements 310 mit dem Leitelement 312 und ein Paar von Anschlussabschnitten 316 auf, die neben einem zentralen Abschnitt des Leitelements 312 angeordnet sind. Mit den zweiten Anschlussabschnitten 316 ist ein Paar von Leitungsdrähten 318 verbunden, die sich innerhalb des rohrförmigen Schafts 304 erstrecken, um das Leitelement 316 mit einer externen Stromversorgung zu verbinden (nicht abgebildet). Die Anzahl der ersten Anschlussabschnitte 314 hängt von der Anzahl der durch das Widerstandsheizelement 310 definierten Heizzonen ab.In the illustrated embodiment, the plate assembly 302 is an electric heating plate and includes a ceramic substrate 308, a resistive heating element 310, and a conductive element 312. FIG. The resistance heating element 310 and the conducting element 312 are embedded in the ceramic substrate 308 . The ceramic substrate 308 is a monolithic substrate formed by hot pressing and may be made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) and aluminum oxide (Al2O3). Plate assembly 302 further includes a plurality of first terminal portions 314 for electrically connecting resistive heating element 310 to conductive member 312 and a pair of terminal portions 316 disposed adjacent a central portion of conductive member 312 . With the second terminal portions 316, a pair of lead wires 318 are connected extend within tubular shaft 304 to connect conduction member 316 to an external power supply (not shown). The number of first terminal sections 314 depends on the number of heating zones defined by the resistance heating element 310 .

Das Widerstandsheizelement 310 besteht aus einem Widerstandsmaterial mit relativ hohem spezifischem Widerstand, wie z.B. einem Material, das aus der Gruppe Molybdän, Wolfram, Platin oder deren Legierungen ausgewählt ist, um Wärme zu erzeugen. Darüber hinaus kann das Widerstandsmaterial des Widerstandsheizelements 310 eine ausreichende Temperaturkoeffizienten-Widerstandscharakteristik (TCR) aufweisen, so dass das Widerstandsheizelement 22 als Heizelement und als Temperatursensor fungiert. Das Leitelement 312 besteht aus einem leitfähigen Material mit relativ hoher Leitfähigkeit, um das Widerstandsheizelement 310 mit einer externen Stromquelle elektrisch zu verbinden.The resistive heating element 310 is made of a relatively high resistivity resistive material, such as a material selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, platinum, and their alloys, to generate heat. Additionally, the resistive material of resistive heating element 310 may have a sufficient temperature coefficient of resistance (TCR) characteristic such that resistive heating element 22 functions as both a heating element and a temperature sensor. Conductor 312 is made of a relatively high conductivity conductive material to electrically connect resistive heating element 310 to an external power source.

Wenn die Plattenanordnung 302 als elektrostatisches Halteelement ausgebildet ist, kann ein Elektrodenelement anstelle des Widerstandsheizelements ausgebildet werden.If the plate assembly 302 is formed as an electrostatic chuck, an electrode element may be formed in place of the resistive heating element.

Bezugnehmend auf die 5A bis 5D wird ein Verfahren 400 zur Herstellung des Stützsockels 300 dargestellt. Das Verfahren 400 beginnt mit dem Einbringen einer Vielzahl von Rohlingen in eine isostatische Presskammer 450 und dem Ausrichten der Vielzahl von Rohlingen mit den Kammerwerkzeugen (nicht abgebildet) in einem Schritt 402. Die Vielzahl von Rohlingen kann eine Vielzahl von ersten Rohlingen 452 und ein Paar von zweiten Rohlingen 454 umfassen. Die zweiten Rohlinge 454 weisen eine geringere Länge als die ersten Rohlinge 452 auf und sind neben einem zentralen Teil der isostatischen Presskammer 450 angeordnet. Die ersten und zweiten Rohlinge 452, 454 werden in nachfolgenden Schritten zu den ersten und zweiten Abschlussabschnitten 314, 316 (in der 4 dargestellt) ausgebildet.Referring to the 5A until 5D A method 400 of manufacturing the support base 300 is illustrated. The method 400 begins by placing a plurality of blanks in an isostatic press chamber 450 and aligning the plurality of blanks with chamber tooling (not shown) at a step 402. The plurality of blanks may include a plurality of first blanks 452 and a pair of second blanks 454 include. The second billets 454 are shorter in length than the first billets 452 and are positioned adjacent a central portion of the isostatic press chamber 450 . The first and second blanks 452, 454 are formed into the first and second end portions 314, 316 (in Fig 4 shown) trained.

Als nächstes wird die isostatische Presskammer 450 (nur in dem Schritt 402 gezeigt) in einem Schritt 404 mit Keramikpulver 455, wie z.B. AIN-Pulver, gefüllt. Als nächstes werden das Keramikpulver 455 und der erste und zweite Rohling 452, 454 in der isostatischen Presskammer 450 einem Heißpressverfahren unterzogen, um in einem Schritt 406 eine gesinterte Anordnung 456 zu bilden. Das Heißpressen ist bekannt als ein pulvermetallurgisches Hochdruckverfahren mit niedriger Dehnungsrate zur Bildung eines Pulverpresslings bei einer Temperatur, die hoch genug ist, um Sinter- und Kriechprozesse auszulösen. Dies wird durch gleichzeitige Anwendung von Wärme und Druck erreicht. In der gesinterten Anordnung 456 werden der erste und zweite Rohling 452, 454 gepresst, gesintert und in ein Keramiksubstrat 457 eingebettet. Die gesinterte Anordnung 456 weist eine erste Oberfläche 458 und eine zweite Oberfläche 460 auf. Die ersten Rohlinge 452 erstrecken sich von der ersten Oberfläche 458 bis zu der zweiten Oberfläche 460 und werden von der ersten und zweiten Oberfläche 458 und 460 freigelegt. Die zweiten Rohlinge 454 sind nur bis zu der zweiten Oberfläche 460 freiliegend. Die gesinterte Anordnung 456 kann geläppt werden, um ein hohes Maß an Ebenheit und Parallelität der Oberfläche zu erreichen.Next, in a step 404, the isostatic press chamber 450 (shown only in step 402) is filled with ceramic powder 455, such as AlN powder. Next, the ceramic powder 455 and the first and second blanks 452, 454 are subjected to a hot pressing process in the isostatic press chamber 450 to form a sintered assembly 456 in a step 406. FIG. Hot pressing is known as a high pressure, low strain rate powder metallurgy process to form a powder compact at a temperature high enough to initiate sintering and creep processes. This is accomplished through the simultaneous application of heat and pressure. In the sintered assembly 456, the first and second blanks 452, 454 are pressed, sintered and embedded in a ceramic substrate 457. The sintered assembly 456 has a first surface 458 and a second surface 460 . The first blanks 452 extend from the first surface 458 to the second surface 460 and are exposed from the first and second surfaces 458 and 460 . The second blanks 454 are only exposed up to the second surface 460 . The sintered assembly 456 can be lapped to achieve a high degree of surface flatness and parallelism.

Bezugnehmend auf die 5B, wird mindestens eine Aussparung 462 in der gesinterten Anordnung 456 in einem Schritt 408 gebildet. Die Aussparung 462 wird entlang der ersten Oberfläche 458 gebildet und zu den ersten Rohlingen 452 geformt. Die Aussparung 462 kann in der Draufsicht eine Serpentinenkonfiguration aufweisen. Die mindestens eine Aussparung 462 kann durch ein mechanisches Verfahren gebildet werden, wie z.B. ein Laser-Entfernungs-/Schneidverfahren, Mikroperlenstrahlen, maschinelle Bearbeitung, 3D-Sintern/Drucken/Additiv-Fertigung, Rohzustand, Gießen, Wasserstrahl, Hybridlaser/Wasser oder Trockenplasmaätzen. Die Aussparung 462 reicht nicht in den zweiten Rohling 454 hinein. Wenn eine Vielzahl von Heizzonen erwünscht ist, wird eine Vielzahl von Aussparungen 462 gebildet, um eine Vielzahl von Widerstandsheizelementen 310 zu bilden, die der Vielzahl von Heizzonen entspricht.Referring to the 5B , at least one recess 462 is formed in the sintered assembly 456 in a step 408 . The recess 462 is formed along the first surface 458 and formed into the first blanks 452 . The recess 462 may have a serpentine configuration in plan view. The at least one recess 462 may be formed by a mechanical process such as laser ablation/cutting, microbead blasting, machining, 3D sintering/printing/additive manufacturing, green state, casting, waterjet, hybrid laser/water, or dry plasma etching. The recess 462 does not extend into the second blank 454 . When a plurality of heating zones is desired, a plurality of recesses 462 are formed to form a plurality of resistive heating elements 310 corresponding to the plurality of heating zones.

Anschließend wird ein Funktionsmaterial 464 auf die erste Oberfläche 458 der gesinterten Anordnung 456 aufgetragen, um die Aussparung 462 zu füllen und die gesamte erste Oberfläche 458 in einem Schritt 410 abzudecken. Das Funktionsmaterial 464 kann durch Abscheidung oder Kathodenzerstäubung oder durch jede andere konventionelle Methode aufgebracht werden. Alternativ kann das Funktionsmaterial 462 durch einen Schichtprozess gebildet werden, bei dem ein Material auf ein Substrat oder eine andere Schicht aufgetragen oder akkumuliert wird, wobei Verfahren wie Dickschicht, Dünnschicht, thermisches Spritzen oder Sol-Gel zum Einsatz kommen. Alternativ kann das Funktionsmaterial 462 auf der gesinterten Anordnung 456 und in der Aussparung 462 mittels eines Hartlöt-Rückfluss-Verfahrens abgeschieden werden. Zum Beispiel kann das Funktionsmaterial 464 geformt werden, indem eine Metallfolie auf die erste Oberfläche 458 der gesinterten Anordnung 456 gelegt wird, gefolgt vom Schmelzen der Metallfolie, so dass das geschmolzene Material die Aussparung 462 ausfüllt und zu der ersten Oberfläche 458 der gesinterten Anordnung 456 fließt.A functional material 464 is then applied to the first surface 458 of the sintered arrangement 456 in order to fill the recess 462 and to cover the entire first surface 458 in a step 410 . The functional material 464 can be applied by deposition or sputtering or by any other conventional method. Alternatively, the functional material 462 may be formed by a layering process in which a material is deposited or accumulated onto a substrate or other layer using methods such as thick film, thin film, thermal spray, or sol-gel. Alternatively, the functional material 462 may be deposited on the sintered assembly 456 and in the recess 462 using a braze reflow process. For example, the functional material 464 can be formed by placing a metal foil on the first surface 458 of the sintered assembly 456, followed by melting the metal foil so that the melted material fills the recess 462 and flows to the first surface 458 of the sintered assembly 456 .

Das Funktionsmaterial 464 kann ein Widerstandsmaterial mit relativ hohem spezifischem Widerstand sein, wie Molybdän, Wolfram, Platin oder Legierungen davon. Wenn ein elektrostatisches Halteelement gewünscht wird, kann das Funktionsmaterial 464 ein für eine Elektrode geeignetes Material sein. Als nächstes wird ein Planarisierungsprozess auf dem Funktionsmaterial 464 durchgeführt, um überschüssiges Funktionsmaterial zu entfernen, bis die erste Oberfläche 458 freiliegt, wodurch ein Funktionselement in der Aussparung 20 in einem Schritt 412 gebildet wird. In dieser Form ist das Funktionselement ein Widerstandsheizelement 310, das mit den ersten Rohling 452 verbunden ist. Der Planarisierungsprozess kann ein chemisch-mechanischer Polier-/Planarisierungsprozess (CMP), Ätzen, Polieren sein.Functional material 464 may be a relatively high resistivity resistive material such as molybdenum, tungsten, platinum, or alloys thereof. If an electrostatic chuck is desired, the functional material 464 may be a material suitable for an electrode. Next, a planarization process is performed on the functional material 464 to remove excess functional material until the first surface 458 is exposed, thereby forming a functional element in the recess 20 in a step 412 . In this form, the functional element is a resistance heating element 310 connected to the first blank 452 . The planarization process may be a chemical mechanical polishing/planarization (CMP) process, etching, polishing.

Nun wird ein gesintertes Substratteil 470 in die heiße isostatische Presskammer 450 gelegt und die gesinterte Anordnung 456 auf die zweite gesinterte Platte 470 gelegt, wobei das Widerstandsheizelement 310 neben dem gesinterten Substratteil 470 in einem Schritt 414 angeordnet ist. Alternativ kann anstelle der Verwendung eines gesinterten Substratteils 470 eine andere gesinterte Anordnung mit einem weiteren darin eingebetteten Funktionselement verwendet werden, das je nach Anwendung mit der gesinterten Anordnung 456 verbunden wird. Optional kann eine Mischung 472 aus AIN-Pulver und Sinterhilfsmittel zwischen der gesinterten Anordnung 456 und dem gesinterten Substratteil 470 aufgetragen werden, um die Verbindung der gesinterten Anordnung 456 mit dem gesinterten Substratteil 470 zu erleichtern.A sintered substrate part 470 is now placed in the hot isostatic press chamber 450 and the sintered assembly 456 is placed on the second sintered plate 470 with the resistive heating element 310 placed adjacent to the sintered substrate part 470 in a step 414 . Alternatively, instead of using a sintered substrate part 470, a different sintered arrangement can be used with a further functional element embedded therein, which is connected to the sintered arrangement 456 depending on the application. Optionally, a mixture 472 of AlN powder and sintering aid may be applied between the sintered assembly 456 and the sintered substrate portion 470 to facilitate bonding of the sintered assembly 456 to the sintered substrate portion 470 .

Bezugnehmend auf die 5C wird auf der zweiten Oberfläche 460 der gesinterten Anordnung 456 eine Materialschicht 476 gebildet, um in einem Schritt 416 die ersten Stecker (die zu den ersten Anschlussabschnitten 314 werden) mit den zweiten Steckern (die zu den zweiten Anschlussabschnitten 316 werden) zu verbinden. Die Materialschicht 476 kann die Form einer Folie haben und auf die zweite Oberfläche 460 gelegt werden, oder sie kann durch Abscheidung auf der zweiten Oberfläche 460 gebildet werden. Die Materialschicht 476 weist eine Dicke von etwa 5 Mil (0,127 mm) auf. Nachdem die Materialschicht 476 auf der zweiten Oberfläche 460 der gesinterten Anordnung 456 geformt worden ist, wird die isostatische Presskammer 450 mit einer weiteren Mischung 478 aus AIN-Pulver und Sinterhilfsmittel befüllt.Referring to the 5C For example, a material layer 476 is formed on the second surface 460 of the sintered assembly 456 to connect the first connectors (which become the first terminal portions 314) to the second connectors (which become the second terminal portions 316) in a step 416. The layer of material 476 may be in the form of a foil and placed on the second surface 460 or may be formed on the second surface 460 by deposition. The layer of material 476 has a thickness of approximately 5 mils (0.127 mm). After the layer of material 476 has been formed on the second surface 460 of the sintered assembly 456, the isostatic press chamber 450 is charged with another mixture 478 of AlN powder and sintering aid.

Danach werden die gesinterte Anordnung 456, das gesinterte Substratteil 470 und die Mischung 478 aus AIN-Pulver und Sinterhilfsmittel in der isostatischen Presskammer 450 in einem Schritt 418 dem Heißpressverfahren unterzogen. Auf diese Weise wird ein einzelnes monolithisches Substrat 308 gebildet, in das das Widerstandsheizelement 310, das Leitelement 312 (d. h. die Materialschicht 476), der erste und der zweite Anschlussabschnitt 314, 316 (d. h. der erste und der zweite Rohling 452, 454) eingebettet sind.Thereafter, the sintered arrangement 456, the sintered substrate part 470 and the mixture 478 of AlN powder and sintering aid are subjected to the hot pressing process in the isostatic pressing chamber 450 in a step 418 . In this way, a single monolithic substrate 308 is formed in which the resistive heating element 310, the conductive element 312 (i.e., the material layer 476), the first and second terminal portions 314, 316 (i.e., the first and second blanks 452, 454) are embedded .

Als nächstes werden Durchgangsöffnungen 480 durch das monolithische Keramiksubstrat 308 gebohrt, um den Zugang zu den zweiten Anschlussabschnitten 316 in einem Schritt 420 zu ermöglichen.Next, through holes 480 are drilled through the monolithic ceramic substrate 308 to allow access to the second terminal portions 316 in a step 420 .

Abschließend werden die Leitungsdrähte 318 in die Durchgangsöffnungen 480 eingeführt und mit den zweiten Anschlussteilen 316 verbunden, und ein rohrförmiger Schaft 304 wird mit dem monolithischen Keramiksubstrat 308 durch ein Verbindungsschicht 306 verbunden, um den Stützsockel 300 in einem Schritt 422 zu vervollständigen.Finally, the lead wires 318 are inserted into the through holes 480 and connected to the second terminal parts 316, and a tubular stem 304 is connected to the monolithic ceramic substrate 308 through a bonding layer 306 to complete the support base 300 in a step 422.

Das Klebemittel 306 kann eine Aussparung enthalten, der mit einem Aluminiummaterial gefüllt ist, um das Ankleben des rohrförmigen Schafts 304 an die Plattenanordnung 302 zu erleichtern. Das Klebemittel ist in einer gleichfalls anhängigen Anmeldung beschrieben worden, die auf den vorliegenden Anmelder übertragen worden ist, d. h. U.S. 15/955,431, die am 17. April 2018 eingereicht worden ist und die den Titel „Ceramic-Aluminium Assembly with Bonding Trenches“ trägt und deren Inhalt hier durch Bezugnahme in ihrem vollständigen Umfang mit einbezogen ist.Adhesive 306 may include a cavity filled with an aluminum material to facilitate adhering tubular shaft 304 to panel assembly 302 . The adhesive has been described in a co-pending application assigned to the present applicant, i. H. US 15/955,431, filed April 17, 2018, entitled "Ceramic-Aluminum Assembly with Bonding Trenches," the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

In dieser Ausführungsform muss kein Durchgangsloch durch das Keramiksubstrat gebildet werden. Das Widerstandsheizelement 310 ist über die ersten Abschlussteile in Form von Steckern mit dem Leitelement 312 verbunden. Das Leitelement kann eine Metallfolie sein. Daher steht eine große Auswahl an Materialien für die Bildung des Leitelements und der ersten Anschlussabschnitte zur Verfügung, um eine gute elektrische Leitfähigkeit bei reduziertem Widerstand zu erreichen. Durch die Bildung einer Aussparung zur Aufnahme des Funktionsmaterials kann das Widerstandsheizelement sehr dünn ausgeführt werden, um den Widerstand des Widerstandsheizelements zu erhöhen.In this embodiment, there is no need to form a through hole through the ceramic substrate. The resistance heating element 310 is connected to the conducting element 312 via the first termination parts in the form of plugs. The guide element can be a metal foil. A large selection of materials is therefore available for forming the conducting element and the first connection sections, in order to achieve good electrical conductivity with reduced resistance. By forming a recess to accommodate the functional material, the resistance heating element can be made very thin in order to increase the resistance of the resistance heating element.

Anzumerken ist, dass sich die Offenbarung nicht auf die beispielhaft beschriebene und dargestellte Ausgestaltung beschränkt. Es ist eine große Vielzahl von Modifikationen beschrieben worden, und weitere sind Teil des Wissens des Fachmanns. Diese und weitere Modifikationen sowie jede Ersetzung durch technische Äquivalente können der Beschreibung und den Abbildungen hinzugefügt werden, ohne den Schutzbereich der Offenbarung und des vorliegenden Patents zu verlassen.It should be noted that the disclosure is not limited to the exemplary embodiment described and illustrated. A wide variety of modifications have been described and others are within the knowledge of those skilled in the art. These and other modifications, as well as any substitution with technical equivalents, may be added to the description and figures without departing from the scope of the disclosure and the present patent.

Claims

Method for creating a heating device (10), comprising the following steps: - hot pressing a ceramic powder (455) and a plurality of first blanks (452) and forming a sintered assembly (456) comprising a ceramic substrate (457) and the plurality of first blanks (452) embedded therein; - forming a functional element (310) on one (458) of opposing surfaces (458, 460) of the sintered assembly (456) such that the functional element (310) is bonded to the plurality of first blanks (452); and - Forming a monolithic substrate (308) in which the functional element (310) and the plurality of first blanks (452) are embedded.

procedure according to claim 1 , further comprising - forming a material layer (476) on the other (460) of the opposing surfaces (458, 460) of the sintered arrangement (456) such that the functional element (310) with the material layer (476) through the plurality of first blanks (452) is connected.

procedure according to claim 2 , wherein the layer of material (476) is a metal foil.

procedure according to claim 1 wherein the step of forming a functional element (310) comprises: - forming at least one recess (462) into the one (458) of the opposing surfaces (458, 460) of the sintered assembly (456) and into a portion of the plurality of first blanks (452) into; and - depositing a functional material (464) into the at least one recess (462) to form the functional element (310) such that the functional element (310) is connected to the plurality of first blanks (452).

procedure according to claim 4 , wherein the step of depositing a functional material (464) into the at least one recess (462) comprises: - depositing the functional material (464) on the one (458) of the opposite surfaces (458, 460) of the sintered arrangement (456) and into the at least one recess (462); and - removing excess functional material (464) in such a way that the functional material (464) is only present within the at least one recess (462).

procedure according to claim 5 , wherein the step of removing excess functional material (464) comprises a process selected from a group consisting of chemical mechanical planarization/polishing (CMP), etching, and polishing.

procedure according to claim 1 wherein the manufacturing step of forming the sintered assembly (456) comprises: - placing the plurality of first blanks (452) in an isostatic press chamber (450); - filling the isostatic press chamber (450) with the ceramic powder (455); and - hot pressing the ceramic powder (455) and the plurality of first blanks (452) to form the sintered assembly (456).

procedure according to claim 1 wherein the step of forming the monolithic substrate (308) comprises: - placing the sintered assembly (456) in an isostatic press chamber (450); - placing an additional ceramic powder (478) and/or a sintered substrate part (470) on the sintered assembly (456); and - hot pressing the sintered assembly (456), the functional element (310) and the additional ceramic powder (478) and/or the sintered substrate part (470) to form the monolithic substrate (308).

procedure according to claim 1 comprising further - forming a layer of material (476) on the other (460) of the opposing surfaces (458, 460) of the sintered assembly (456) such that the layer of material (476) is bonded to the plurality of first blanks (452). .

procedure according to claim 9 , wherein the sintered assembly (456) further comprises a plurality of second blanks (454) having a shorter length than the plurality of first blanks (452), wherein the layer of material (476) having the plurality of second blanks (454 ) connected is.

procedure according to claim 10 wherein the step of forming the monolithic substrate (308) comprises: - placing a sintered substrate part (470) in a hot isostatic press chamber (450); - placing the sintered assembly (456) on the sintered substrate portion (470); - filling the hot isostatic press chamber (450) with additional ceramic powder (478) such that the sintered assembly (456) is sandwiched between the additional ceramic powder (478) and the sintered substrate portion (470); and - hot pressing the sintered assembly (456), the functional element (310), the material layer (476), the additional ceramic powder (478) and the sintered substrate portion (470) to form the monolithic substrate (308), wherein the first and second blanks (452, 454), the functional element (310) and the material layer (476) are embedded in the monolithic substrate (308).

procedure according to claim 11 wherein the step of forming the monolithic substrate (308) further comprises: - placing a mixture (472) of ceramic powder and sintering aid between the sintered assembly (456) and the sintered substrate part (470).

procedure according to claim 11 comprising further - drilling holes (480) through the monolithic substrate (308) to allow access to the second blanks (454).

procedure according to Claim 13 , further comprising - connecting lead wires (318) to the second blanks (454).