EP4673965A1 - Impedanzanpassungsbaustein, impedanzanpassungsschaltung, plasmaprozessversorgungssystem und plasmaprozesssystem - Google Patents

Impedanzanpassungsbaustein, impedanzanpassungsschaltung, plasmaprozessversorgungssystem und plasmaprozesssystem

Info

Publication number
EP4673965A1
EP4673965A1 EP24708396.7A EP24708396A EP4673965A1 EP 4673965 A1 EP4673965 A1 EP 4673965A1 EP 24708396 A EP24708396 A EP 24708396A EP 4673965 A1 EP4673965 A1 EP 4673965A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
impedance matching
plasma process
circuit board
conductor tracks
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24708396.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Birger NORDMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Original Assignee
Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Huettinger GmbH and Co KG filed Critical Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Publication of EP4673965A1 publication Critical patent/EP4673965A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistors, capacitors or inductors
    • H05K1/165—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistors, capacitors or inductors incorporating printed inductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/22—Cooling by heat conduction through solid or powdered fillings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/11—Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/117—Pads along the edge of rigid circuit boards, e.g. for pluggable connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0058—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates
    • H05K3/0061—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates onto a metallic substrate, e.g. a heat sink

Definitions

  • Impedance matching module impedance matching module, impedance matching circuit, plasma process supply system and plasma process system
  • the present invention relates to an impedance matching module for an impedance matching circuit, a plasma process supply system and a plasma process system for mounting on a, in particular metallic, heat sink, designed for powers > 500 W and frequencies in the range from 2 MHz to 100 MHz, an impedance matching circuit, a plasma process supply system and a plasma process system.
  • Such an impedance matching module can be used in an impedance matching circuit in a system in which a load is supplied with electrical power, in particular high frequency power.
  • 'High frequency' is also abbreviated to 'HF' below.
  • HF here means frequencies in the range from 2 MHz to 100 MHz, in particular from 10 MHz to 50 MHz.
  • the impedance of the load should be matched to the impedance of the power supply, otherwise power reflection may occur.
  • Power reflection has a direct impact on the efficiency of a system; it reduces the efficiency of a system.
  • An example system in which an impedance matching circuit may be used may be a plasma processing system.
  • Such a plasma process system can be, for example, a system in which a load, e.g. a plasma process arrangement, is supplied with electrical power. Without a connected plasma process arrangement, a plasma process system can be referred to as a plasma process supply system.
  • a plasma processing arrangement can, for example, be a plasma processing chamber that is used for industrial plasma processes such as the surface treatment of workpieces, semiconductor manufacturing with plasma or the processing of workpieces with gas lasers.
  • the plasma processing arrangement serves to generate plasma.
  • a plasma processing arrangement can have an electrode which is fed with a high-frequency power signal for generating the plasma, hereinafter referred to as the RF power signal.
  • RF power supply typically, a high power and especially high voltage supply is required, for which the plasma process arrangement can be connected to a high frequency power supply, hereinafter referred to as RF power supply.
  • the plasma process taking place in the plasma process arrangement has the problem that the electrical load impedance of the plasma process arrangement, which occurs during the process, depends on the conditions in the plasma process arrangement and can vary greatly. In particular, the properties of the workpiece, electrode and gas conditions are taken into account.
  • an impedance matching circuit is usually required that transforms the impedance of the load to a nominal impedance of the RF power supply.
  • Such an impedance matching circuit is usually placed between an RF power supply and the plasma processing arrangement, usually in the immediate vicinity of the plasma processing arrangement.
  • An impedance matching circuit is typically an arrangement that may contain inductances and/or capacitances.
  • the impedance matching circuits therefore become larger the greater the power to be transmitted. This size makes them space-consuming to use and in many arrangements allows little variability in their design.
  • a compact design i.e. one that is designed to save as much space as possible, is very desirable.
  • the quality of inductors and lines used in an impedance matching circuit should be maximized, since this is also responsible for the efficiency and thus quality of an impedance matching circuit.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an impedance matching module for powers > 500 W and frequencies in the range of 2 MHz to 100 MHz, which can be implemented in a planar structure in the smallest possible space, avoiding hotspots and having inductances and lines with a high quality.
  • an impedance matching module for an impedance matching circuit, a plasma process supply system and a plasma process system for mounting on a heat sink, in particular a metallic one, is therefore proposed, designed for powers > 500 W and frequencies in the range from 2 MHz to 100 MHz, comprising a) a planar inductance, b) an insulating circuit board, c) a substrate, in particular a ceramic plate, d) wherein the planar inductance is divided into two planar conductor tracks of equal length, electrically connected in parallel, which are arranged on both sides and congruently on the insulating circuit board, e) wherein the two conductor tracks are electrically connected at their ends via connections and/or vias, in particular are electrically connected exclusively at their ends, f) wherein the substrate is thicker than the insulating circuit board and is firmly connected to the insulating circuit board over most of the underside of the insulating circuit board, and g) wherein the planar conductor tracks can be spaced apart from
  • Essentially identical current flow geometry means a geometry that has identical geometric dimensions under the usual manufacturing conditions, in particular the usual manufacturing conditions for circuit board production. Minor modifications to take other conditions into account, such as fastening devices, contacts, safety distances, etc., can also fall under the term "essentially”.
  • the conductor tracks that form the inductance are made of an electrically conductive material, particularly copper.
  • an electrically conductive material particularly copper.
  • typical circuit board material such as FR-4 or polytetrafluoroethylene-based material is therefore initially suitable.
  • the polytetrafluoroethylene-based material also known as PTFE material, is particularly suitable due to its low dielectric constant and low losses.
  • PTFE material an aluminum oxide or aluminum nitride ceramic can be used for the substrate.
  • FR-4 stands for a class of flame-retardant composite materials consisting of epoxy resin and glass fiber fabric.
  • the abbreviation FR stands for "Flame Retardant”.
  • Polytetrafluoroethylene-based material also abbreviated to PTFE material, is many times more expensive than FR.-4, but it can be used for circuit boards in the HF range because it has particularly low losses in this frequency range.
  • the circuit boards can be designed thinner because this material has a lower dielectric constant and also a higher dielectric strength against high electric fields.
  • Permanently connected means a connection between the circuit board and the substrate that cannot slip during operation, cannot come loose, and in which no air pockets are or can form. Such air pockets often occur in components connected with thermal paste. These have the disadvantage that high electrical fields can arise at the edge of the air pockets, which in turn can lead to harmful partial discharges. In addition, the thermal conductivity is negatively affected.
  • the "permanent connection” is advantageously made by pressing and/or gluing, in particular under pressure combined with heat.
  • a “major part” means a surface area that makes up at least 60%, in particular at least 80%, of the total surface. If the underside of the circuit board is 100 cm 2 , for example, the "major part of the underside” should be at least 60 cm 2 , in particular at least 80 cm 2 .
  • This provides an impedance matching component that is compact due to its planar design and also avoids the formation of local heat points, also called 'hotspots', and has inductances and lines with a high quality.
  • the two conductor tracks can only be connected to each other at their ends at the connections and vias. This forces the current flow, particularly in non-straight sections, to remain in the respective conductor track and cannot escape to the other one. This improves the quality of the inductance because it reduces current displacement.
  • the insulating circuit board and the substrate of the impedance matching component can be connected by heating and pressing together a prepreg inserted between them.
  • Prepreg is a common material name that is an abbreviation of "preimpregnated”. This usually refers to pre-impregnated, usually flat, flat textile semi-finished products with a thermoplastic or thermosetting matrix, such as unidirectional layers of threads, fabrics or scrims with threads often arranged at right angles.
  • Prepregs are cured under temperature and pressure to produce components. They are prefabricated in sheet form, for example, wound on rolls.
  • the term prepreg covers not only unidirectionally reinforced or flat semi-finished products, but also other preforms of basically any shape, which in the broadest sense consist of an uncured thermosetting matrix filled with fibers. The matrix is in a partially cross-linked state and is pasty to solid, but can be liquefied again by heating.
  • Prepregs can be processed by machine and are therefore often used in automated processes. They produce a uniform and high quality. The advantages are their low undulation and the high fiber volume fraction. Curing at high temperatures enables short cycle times in further processing. Processing requires a high level of investment, e.g. for autoclaves, laying robots, cooled storage. Such prepregs are generally used to join several circuit boards together to form a multilayer circuit board. To ensure a secure and long-lasting joining, the materials to be joined should have very similar properties in terms of their expansion when heated. However, this is not necessarily the case with the circuit board and the substrate, especially if the substrate is made of ceramic. This initially spoke against such a connection.
  • ceramic has very good thermal conductivity and at the same time very good electrical insulating properties and also low dielectric losses when isolating high-frequency signals with high voltage. Contrary to expectations, however, tests have shown that even with small dimensions, a secure and long-lasting joining of materials with different properties such as ceramic with FR-4 and/or ceramic with PTFE material is possible. Small dimensions here mean a bonding area of less than 400 cm 2 and/or with a maximum length of 20 cm.
  • the entire impedance matching component can be applied via the substrate to a heat sink, which dissipates the heat from the planar conductor tracks.
  • a heat sink can preferably be metallic, in particular made of aluminum and/or copper.
  • the heat sink can also be a fluid heat sink, which has at least one channel through which a fluid flows, via which the heat is dissipated.
  • a thermal paste can be applied between the heat sink and the substrate, and the impedance matching component can be attached to the heat sink using brackets.
  • the impedance matching device can be used in an impedance matching circuit in a plasma process supply system or a plasma process system.
  • Such a plasma process supply system can have an RF power supply in addition to the impedance matching circuit.
  • Such an impedance matching circuit can have additional reactances, such as coils and/or capacitors, semiconductor switching elements and a control circuit in addition to the impedance matching module.
  • the reactances can be switched on and off via the semiconductor switching elements in order to change the impedance from the input to the output of the impedance matching circuit.
  • the semiconductor switching elements can be metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), for example.
  • MOSFETs metal oxide semiconductor field effect transistors
  • the switching on and off using the semiconductor switching elements can be controlled via the control circuit.
  • the control circuit (16) can be designed for this purpose.
  • the entire impedance matching circuit can be connected to the RF power supply on the one hand and can be designed to be connected to a plasma processing arrangement on the other hand.
  • a plasma processing arrangement may be present and connected to the impedance matching circuit.
  • the plasma processing arrangement may be supplied with electrical power provided by the RF power supply via the impedance matching circuit.
  • Fig. 1 is a schematic view of a first embodiment of an impedance matching module according to the invention arranged on a heat sink in cross section
  • Fig. 2 is a schematic view of the top side of the insulating circuit board of the impedance matching module according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic view of an embodiment of the bottom side of the insulating circuit board of the impedance matching module according to the invention.
  • Fig. 4 is a schematic view of an embodiment of a plasma processing system
  • Fig. 5 a perspective view of the impedance matching module
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an impedance matching module 1 according to the invention arranged on a heat sink 7.
  • the cross section shown also shows the insulating circuit board 3 and the substrate 4 of the impedance matching module 1.
  • the insulating circuit board 3 is arranged on the substrate 4 and connected to it.
  • the substrate 4 is arranged on the heat sink 7 and connected to it. Due to the thickness of the substrate, the insulating circuit board 3 is spaced from the heat sink 7 and is electrically insulated from it.
  • An inductance 2 is arranged as a planar conductor track 2a on the top side 3a and as a planar conductor track 2b on the bottom side 3b of the insulating circuit board 3.
  • the heat sink 7 is shown as a fluid heat sink that has several cooling channels 7a that are designed to have a fluid, e.g. water, flow through them, through which heat that occurs can be dissipated.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the top side 3a of the insulating circuit board 3 of the impedance matching module 1.
  • This top side 3a of the insulating Printed circuit board 3 has a planar conductor track 2a, connections 5a, b, c, d, e and vias 6a, b, c, d.
  • the planar inductor 2 has two planar conductor tracks 2a, 2b, of which only one planar conductor track 2a can be seen on the top side 3a.
  • the other planar conductor track 2b is arranged essentially congruently on the bottom side 3b, as shown in Fig. 3.
  • the two planar conductor tracks 2a, 2b have an asymmetrical shape, in particular the two conductor tracks 2a, 2b have a meandering course.
  • the planar inductor 2 with its two planar conductor tracks 2a, 2b has straight section sections 20 followed by non-straight section sections 21, here in particular with a strong curve shape, as a result of which the planar conductor tracks 2a, 2b reverse their direction.
  • the change of these sections occurs several times in succession, with the curve shapes alternating between right and left curves, so that the planar inductance 2 can utilize the area of the insulated circuit board 3 and exhibit the desired properties.
  • the impedance matching module 1 can be integrated into an impedance matching circuit 11 via these connections.
  • the vias 6a, b, c, d which have a round shape, serve to electrically connect the planar inductance 2 on the top side 3a of the insulating circuit board 3 to the planar inductance on the bottom side 3b.
  • Connections for an RF power signal for example, can also be applied to the vias 6a, b, c, d on the top side 3a of the insulating circuit board 3.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a bottom side 3b of the insulating circuit board 3 of the impedance matching module 1.
  • the bottom side 3b represents the back of the top side 3a described in Fig. 2 and therefore has the same components.
  • the description of the components can accordingly be taken from the description of Fig. 2.
  • the basic distinction between the top and bottom sides of the insulating circuit board 3 is that in the respective top view, the planar conductor track 2b of the bottom side 3b is mirrored to the planar conductor track 2a of the top side 3a. This results in the two planar conductor tracks 2a, 2b being arranged exactly one above the other, i.e. congruent, but electrically separated by the circuit board 3.
  • connections 5a, 5b, 5c, 5d, 5e can each represent one end of the conductor tracks 2a, 2b. They serve to make it possible to adjust the desired inductance or to adapt it to the frequency by connecting the following components of an impedance matching circuit 11 to one of the corresponding connections 5a, 5b, 5c, 5d, 5e.
  • the vias 6a, 6b, 6c, 6d can each represent one end of the conductor tracks 2a, 2b. They serve to adjust the desired inductance or to adapt it to the frequency by connecting further components of an impedance matching circuit 11 to one of the corresponding vias 6a, 6b, 6c, 6d.
  • the two conductor tracks 2a, 2b are only connected to one another at the connections 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and vias 6a, 6b, 6c, 6d.
  • the current flow is forced, particularly in the non-straight sections 21, to remain in the respective conductor track 2a, 2b and cannot escape to the other one. This improves the quality of the inductance because it reduces the current displacement.
  • Fig. 5 shows a perspective view of the impedance matching module 1.
  • the same reference symbols are used here as in Fig. 1, 2 and 3.
  • Fig. 4 shows an embodiment of an exemplary plasma process system 9.
  • the plasma process system 9 has a plasma process supply system 8 and a plasma process arrangement 10.
  • the plasma process supply system 8 comprises an impedance matching circuit 11 and an RF power supply 12.
  • the impedance matching circuit 11 has the The impedance matching module 1 according to the invention is integrated.
  • the impedance matching circuit 11 comprises further reactances 14, such as capacitors and/or coils, semiconductor switching elements 15 and a control circuit 16.
  • Such a typical impedance matching circuit 11 is described, for example, in the patent application DE 10 2023 104 942.9 filed on February 28, 2023 with the title "Impedance matching circuit, plasma process supply system and plasma process system", which is hereby fully incorporated into the present application by reference.
  • the further impedance matching circuit (1) described in the said application can further develop the present impedance matching circuit 11 with individual or all of its features.
  • Such a typical plasma process system 9 is described, for example, in the patent application DE 10 2023 104 955.0 filed on February 28, 2023 with the title "Impedance matching circuit for a plasma process system and a plasma process system with such an impedance matching circuit", which is hereby fully integrated into the present application by reference.
  • at least one of the coils (15, 18, 19, 24, 25) described in the aforementioned patent application can be designed with the features of the impedance matching module 1 described here.
  • Such a typical plasma process system 9 is also described, for example, in the patent application DE 10 2023 104 948.8 filed on February 28, 2023 with the title "Impedance matching circuit, plasma process supply system and plasma process system", which is hereby fully integrated into the present application by reference.
  • at least one of the inductors (L2a, L2b, L3a, L3d, L3e, L3f) described in the aforementioned patent application can be designed with the features of the impedance matching module 1 described here.
  • the number of components for example semiconductor switching elements or reactances, e.g. coils and/or capacitors as well as capacitances and/or inductances, can be kept lower, thus achieving an even more compact design.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Impedanzanpassungsbaustein (1) für eine Impedanzanpassungsschaltung (11), ein Plasmaprozessversorgungssystem (8) und ein Plasmaprozesssystem (9) zur Montage an einem Kühlkörper (7) ausgelegt für Leistungen ≥ 500 W und Frequenzen im Bereich von 2 bis 100 MHz, aufweisend: a) eine planare Induktivität (2), b) eine isolierende Leiterplatte (3), c) ein Substrat (4), insbesondere eine Keramikplatte, d) wobei die planare Induktivität (2) aufgeteilt ist in zwei gleich lange elektrisch parallel geschaltete planare Leiterbahnen (2a, 2b), die beidseitig und deckungsgleich auf der isolierenden Leiterplatte (3) angeordnet sind, e) wobei die beiden Leiterbahnen (2a, 2b) an ihren Enden über Anschlüsse (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) und/oder Durchkontaktierungen (6a, 6b, 6c, 6d) elektrisch verbunden sind, f) wobei das Substrat (4) dicker als die isolierende Leiterplatte (3) und mit der isolierenden Leiterplatte (3) flächig über den Großteil der Unterseite (3b) der isolierenden Leiterplatte (3) fest verbunden ist, und g) wobei die planaren Leiterbahnen (2a, 2b) durch das Substrat (4) von einem Kühlkörper (7) beabstandet werden können, um von diesem elektrisch isoliert zu sein, und h) wobei das Substrat (4) und die Verbindung der Leiterplatte (3) mit dem Substrat (4) dazu geeignet ist, die Wärme der planaren Leiterbahnen an einen Kühlkörper (7) abzuleiten.

Description

Impedanzanpassunasbaustein, Impedanzanpassungsschaltunq, Plasmaprozessversorqunqssvstem und Plasmaprozesssvstem
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Impedanzanpassungsbaustein für eine Impedanzanpassungsschaltung, ein Plasmaprozessversorgungssystem und ein Plasmaprozesssystem zur Montage an einen, insbesondere metallischen, Kühlkörper, ausgelegt für Leistungen > 500 W und Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz, eine Impedanzanpassungsschaltung, ein Plasmaprozessversorgungssystem sowie ein Plasmaprozesssystem.
Ein solcher Impedanzanpassungsbaustein kann in einer Impedanzanpassungsschaltung in einem System eingesetzt werden, in denen eine Last mit einer elektrischen Leistung, insbesondere einer Hochfrequenzleistung versorgt wird. , Hochfrequenz' wird im Folgenden auch mit ,HF' abgekürzt. Mit HF sind hier Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz, insbesondere von 10 MHz bis 50 MHz gemeint.
In einem solchen System sollte die Impedanz der Last auf die Impedanz der Leistungsversorgung angepasst werden, da es sonst zur Reflexion von Leistung kommen kann. Die Reflexion von Leistung hat direkten Einfluss auf die Effizienz eines Systems; sie vermindert den Wirkungsgrad eines Systems.
Ein beispielhaftes System, in dem eine Impedanzanpassungsschaltung eingesetzt werden kann, kann ein Plasmaprozesssystem sein.
Ein solches Plasmaprozesssystem kann z. B ein System sein, in dem eine Last, z. B. eine Plasmaprozessanordnung, mit elektrischer Leistung versorgt wird. Ohne angeschlossene Plasmaprozessanordnung kann ein Plasmaprozesssystem als Plasmaprozessversorgungssystem bezeichnet werden.
Eine Plasmaprozessanordnung kann beispielsweise eine Plasmaprozesskammer sein, die für industrielle Plasmaverfahren wie z. B. die Oberflächenbehandlung von Werkstücken, die Halbleiterfertigung mit Plasma oder die Bearbeitung von Werkstücken mit Gaslaser zum Einsatz kommt.
In einer solchen Anwendung dient die Plasmaprozessanordnung der Erzeugung von Plasma. Dafür kann eine Plasmaprozessanordnung eine Elektrode aufweisen, die mit einem Hochfrequenz-Leistungssignal zur Erzeugung des Plasmas, im Folgenden als HF-Leistungssignal bezeichnet, gespeist wird.
Üblicherweise ist eine Speisung mit hoher Leistung und insbesondere hoher Spannung erforderlich, wofür die Plasmaprozessanordnung mit einer Hochfrequenz-Leistungsversorgung, im Folgenden als HF-Leistungsversorgung bezeichnet, verbunden werden kann.
Der in der Plasmaprozessanordnung ablaufende Plasmaprozess hat das Problem, dass die elektrische Lastimpedanz der Plasmaprozessanordnung, die während des Prozesses auftritt, von den Zuständen in der Plasmaprozessanordnung abhängt und stark variieren kann. Insbesondere gehen die Eigenschaften von Werkstück, Elektrode und Gasverhältnissen ein.
Aus diesem Grund ist in der Regel eine Impedanzanpassungsschaltung erforderlich, die die Impedanz der Last auf eine Nennimpedanz der HF- Leistungsversorgung transformiert. Eine solche Impedanzanpassungsschaltung wird üblicherweise zwischen eine HF-Leistungsversorgung und die Plasmaprozessanordnung, in der Regel in unmittelbarer Nähe der Plasmaprozessanordnung angeordnet.
Eine Impedanzanpassungsschaltung ist in der Regel eine Anordnung, die Induktivitäten und/oder Kapazitäten aufweisen kann.
Je höher die zu übertragende Leistung, umso schwieriger wird es, kompakte Impedanzanpassungsschaltungen zu bauen. Die Impedanzanpassungsschaltungen werden demzufolge immer größer, je größer die zu übertragene Leistung ist. Diese Größe macht ihren Einsatz platzaufwendig und lässt in vielen Anordnungen wenig Variabilität in dessen Aufbau zu. Eine kompakte Bauweise. Also eine, die möglichst platzsparend ausgestaltet ist, ist aber sehr erwünscht.
DE 20 2016 008 958 Ul offenbart eine Lösung zur Reduktion von Bauraum sowie einer Vereinfachung in der Fertigung für einen Leistungscombiner. Es wird auf eine planare Struktur für den Leistungscombiner zurückgegriffen. In planaren Strukturen kommt es in Induktivitäten und Leitungen zu Stromverdrängung und damit verbunden zu unerwünschten Hotspots. Diese Hotspots vermindern die Effizienz einer Impedanzanpassungsschaltung.
Zudem sollte im Allgemeinen die Güte verwendeter Induktivitäten und Leitungen in einer Impedanzanpassungsschaltung maximiert werden, da diese auch für die Effizienz und damit Qualität einer Impedanzanpassungsschaltung verantwortlich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Impedanzanpassungsbaustein für Leistungen > 500 W und Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz bereitzustellen, der sich in einer planaren Struktur auf möglichst kleinem Raum realisieren lässt und dabei auftretende Hotspots vermeidet sowie Induktivitäten und Leitungen mit einer hohen Güte aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Impedanzanpassungsbaustein gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und/oder der Beschreibung.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Impedanzanpassungsbaustein für eine Impedanzanpassungsschaltung, ein Plasmaprozessversorgungssystem und ein Plasmaprozesssystem zur Montage an einen, insbesondere metallischen, Kühlkörper ausgelegt für Leistungen > 500 W und Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz vorgeschlagen, aufweisend a) eine planare Induktivität, b) eine isolierende Leiterplatte, c) ein Substrat, insbesondere eine Keramikplatte, d) wobei die planare Induktivität aufgeteilt ist in zwei gleich lange elektrisch parallel geschaltete planare Leiterbahnen, die beidseitig und deckungsgleich auf der isolierenden Leiterplatte angeordnet sind, e) wobei die beiden Leiterbahnen an ihren Enden über Anschlüsse und/oder Durchkontaktierungen elektrisch verbunden, insbesondere ausschließlich an ihren Enden elektrisch verbunden sind, f) wobei das Substrat dicker als die isolierende Leiterplatte und mit der isolierenden Leiterplatte flächig über den Großteil der Unterseite der isolierenden Leiterplatte fest verbunden ist, und g) wobei die planaren Leiterbahnen durch das Substrat von einem Kühlkörper, insbesondere metallischen Kühlkörper, beabstandet werden können, um von diesem elektrisch isoliert zu sein, und h) wobei das Substrat und die Verbindung der Leiterplatte mit dem Substrat dazu eingerichtet ist, die Wärme der planaren Leiterbahnen an einen Kühlkörper abzuleiten.
Durch eine Doppelung der Leiterbahnen auf Unter- und Oberseite auf einer isolierenden Leiterplatte wird der Strom in einer planaren Induktivität bzw. Leitung auf zwei Pfade aufgeteilt. Aufgrund der im Wesentlichen identischen Stromfluss-Geometrie bei doppeltem Leiterquerschnitt werden die Verluste bei gleicher Induktivität kleiner. So wird eine Induktivität mit höherer Güte realisiert. Durch das Aufteilen des Stroms auf zwei Leitungen werden lokale Hitzepunkte, sogenannte Hotspots, vermieden. Mit „im Wesentlichen identischen Stromfluss- Geometrie" ist eine Geometrie gemeint, die unter fertigungstechnischen üblichen Randbedingungen, insbesondere bei Leiterplatten-Fertigung üblichen Randbedingungen identische geometrische Abmessungen darstellt. Dabei können geringfügige Abwandlungen, um weitere Randbedingungen, wie z.B. Befestigungsvorrichtungen, Kontaktierungen, Sicherheitsabstände, etc. zu berücksichtigen, ebenfalls unter den Begriff , im Wesentlichen' fallen.
Die die Induktivität bildenden Leiterbahnen sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Kupfer gefertigt. Bei Auswahl des Materials der isolierenden Leiterplatte kann vorzugsweise darauf geachtet werden, dass das Material für Hochfrequenz-Anwendungen geeignet ist. Für die isolierende Leiterplatte bietet sich daher zunächst typisches Leiterplattenmaterial wie z. B. FR-4 oder beispielsweise Polytetrafluorethylen-basiertes Material an. Das Polytetrafluorethylen-basierte Material, auch PTFE-Material genannt, eignet sich besonders aufgrund seiner geringen Dielektrizitätskonstante und seiner geringen Verluste. Für das Substrat kann z. B. eine Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitrid- Keramik verwendet werden.
Die Bezeichnung FR-4 steht für eine Klasse von schwer entflammbaren und flammenhemmenden Verbundwerkstoffen, bestehend aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. Die Abkürzung FR steht für englisch „Flame Retardant", zu deutsch: „flammenhemmend". Polytetrafluorethylen-basiertes Material, auch abgekürzt PTFE-Material, ist um ein Vielfaches teurer als FR.-4, aber es kann für Leiterplatten im HF-Bereich eingesetzt werden, da es in diesem Frequenzbereich besonders verlustarm ist. Die Leiterplatten können dafür dünner ausgelegt werden, da dieses Material einen niedrigere Dielektrizitätszahl und zudem eine höhere Durchschlagfestigkeit gegenüber hohen elektrischen Feldern aufweist.
Mit „fest verbunden" ist eine Verbindung der Leiterplatte mit dem Substrat gemeint, die im Betrieb nicht verrutschen kann, sich nicht lösen kann und in der sich auch keine Lufteinschlüsse befinden oder bilden können. Solche Lufteinschlüsse treten häufig bei mit Wärmeleitpaste verbundenen Bausteinen auf. Diese haben den Nachteil, dass am Rand der Lufteinschlüsse hohe elektrische Felder entstehen können, die wiederum zu schädlichen Teilentladungen führen können. Zudem wird die Wärmeleitfähigkeit negativ beeinflusst. Die , feste Verbindung' ist vorteilhafterweise hergestellt durch eine Pressung und/oder Verklebung, insbesondere unter Druck verbunden mit Hitze. Mit einem „Großteil" ist ein Flächenanteil gemeint, der mindestens 60%, insbesondere mindestens 80%, der Gesamtfläche ausmacht. Wenn die Unterseite der Leiterplatte beispielsweise 100 cm2 groß ist, so soll der „Großteil der Unterseite" mindestens 60 cm2, insbesondere mindestens 80 cm2 sein.
Damit wird ein Impedanzanpassungsbaustein bereitgestellt, der durch eine planare Bauform kompakt ausgeführt ist und zudem die Ausbildung von lokalen Hitzepunkten, auch genannt , Hotspots', vermeidet sowie Induktivitäten und Leitungen mit einer hohen Güte aufweist.
Die beiden Leiterbahnen können ausschließlich an ihren Enden an den Anschlüssen und Durchkontaktierungen miteinander verbunden sein. Dadurch ist der Stromfluss insbesondere in nichtgeradförmigen Streckenabschnitten gezwungen, in der jeweiligen Leiterbahn zu bleiben und kann nicht auf die jeweilige andere ausweichen. Das verbessert die Güte der Induktivität, da es die Stromverdrängung reduziert. Des Weiteren können die isolierende Leiterplatte und das Substrat des Impedanzanpassungsbausteins über ein dazwischen gefügtes Prepreg durch Erhitzung und Zusammenpressen verbunden werden. „Prepreg" ist eine gebräuchliche Materialbezeichnung, die eine Verkürzung von „preimpregnated", zu deutsch: „vorimprägniert", darstellt. Gemeint sind üblicherweise mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix vorimprägnierte, meist ebene, flächige textile Halbzeuge wie unidirektionale Schichten aus Fäden, Gewebe oder Gelege mit häufig rechtwinklig angeordneten Fäden.
Prepregs werden zur Herstellung von Bauteilen unter Temperatur und Druck ausgehärtet. Sie werden beispielsweise bahnförmig, auf Rollen gewickelt, vorgefertigt. Unter den Begriff Prepreg fallen nicht nur unidirektional verstärkte oder flächige Halbzeuge, sondern auch sonstige Vorformlinge von prinzipiell beliebiger Gestalt, die im weitesten Sinne aus einer mit Fasern gefüllten, ungehärteten duroplastischen Matrix bestehen. Die Matrix befindet sich dabei im teilvernetzten Zustand, und ist pastös bis fest, kann aber durch Erwärmung wieder verflüssigt werden.
Prepregs sind maschinell verarbeitbar und werden daher häufig in automatisierten Prozessen eingesetzt. Sie ergeben eine gleichmäßige und hohe Qualität. Vorteile sind ihre niedrige Ondulation und der hohe Faservolumenanteil. Durch die Aushärtung unter hohen Temperaturen sind kurze Taktzeiten in der Weiterverarbeitung möglich. Die Verarbeitung erfordert einen hohen Investitionsaufwand z. B. für Autoklaven, Legeroboter, gekühlte Lagerhaltung. Solche Prepregs werden im Allgemeinen dafür eingesetzt, mehrere Leiterplatten zu einer Mehrschicht-Leiterplatte zusammenzufügen. Um ein sicheres und langanhaltendes Zusammenfügen zu gewährleiten, sollten die zusammenzufügenden Material sehr ähnliche Eigenschaften bezüglich ihrer Ausdehnung bei Erhitzung aufweisen. Das ist aber bei der Leiterplatte und dem Substrat nicht unbedingt der Fall, insbesondere, wenn das Substrat aus Keramik aufgebaut ist. Das sprach zunächst gegen eine solche Verbindung. Keramik weist aber eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und gleichzeitig sehr gute elektrisch isolierende Eigenschaften auf und zusätzlich auch niedrige dielektrische Verluste bei der Isolierung von Hochfrequenzsignalen großer Spannung. Entgegen den Erwartungen wurde aber in Tests festgestellt, dass bei kleinen Abmessungen auch ein sicheres und langanhaltendes Zusammenfügen von Materialien mit verschiedenen Eigenschaften wie z.B. Keramik mit FR-4 und/ oder Keramik mit PTFE-Material möglich ist. Mit kleinen Abmessungen ist hier eine Verbundfläche kleiner 400 cm2 und/oder mit einer maximalen Länge von 20 cm gemeint.
Der gesamte Impedanzanpassungsbaustein kann über das Substrat auf einen Kühlkörper aufgebracht werden, der die Wärme der planaren Leiterbahnen abführt. Ein solcher Kühlkörper kann vorzugsweise metallisch, insbesondere aus Aluminium und/oder Kupfer sein. Der Kühlkörper kann weiter ein Fluidkühlkörper sein, der zumindest einen Kanal aufweist, um von einem Fluid durchströmt zu werden, über das die Wärme abgeführt wird. Zwischen Kühlkörper und Substrat kann eine Wärmeleitpaste aufgetragen und der Impedanzanpassungsbaustein kann über Halterungen am Kühlkörper befestigt werden.
Weiterhin kann der Impedanzanpassungsbaustein in einer Impedanzanpassungsschaltung in einem Plasmaprozessversorgungssystem oder einem Plasmaprozesssystem eingesetzt werden.
Ein solches Plasmaprozessversorgungssystem kann neben der Impedanzanpassungsschaltung eine HF-Leistungsversorgung aufweisen. Eine solche Impedanzanpassungsschaltung kann neben dem Impedanzanpassungsbaustein zudem weitere Reaktanzen, wie z. B. Spulen und/oder Kondensatoren, Halbleiterschaltelemente sowie eine Ansteuerschaltung aufweisen. Über die Halbleiterschaltelemente können die Reaktanzen zu- und weggeschaltet werden, um die Impedanz vom Eingang zum Ausgang der Impedanzanpassungsschaltung zu verändern. Bei den Halbleiterschaltelementen kann es sich z. B. um Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) handeln. Das Zu- und Wegschalten mithilfe der Halbleiterschaltelemente kann über die Ansteuerschaltung gesteuert werden. Die Ansteuerschaltung (16) kann dafür ausgelegt sein.
Die gesamte Impedanzanpassungsschaltung kann zum einen mit der HF- Leistungsversorgung verbunden sein und zum anderen dafür ausgelegt sein, mit einer Plasmaprozessanordnung verbunden zu werden.
In einem Plasmaprozesssystem kann eine solche Plasmaprozessanordnung vorhanden und mit der Impedanzanpassungsschaltung verbunden sein. Die Plasmaprozessanordnung kann über die Impedanzanpassungsschaltung mit elektrischer Leistung versorgt werden, die von der HF-Leistungsversorgung bereitgestellt wird. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Impedanzanpassungsbausteins angeordnet auf einem Kühlkörper im Querschnitt
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Oberseite der isolierenden Leiterplatte des erfindungsgemäßen Impedanzanpassungsbausteins Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Unterseite der isolierenden Leiterplatte des erfindungsgemäßen Impedanzanpassungsbausteins
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Plasmaprozesssystems
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Impedanzanpassungsbausteins
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Impedanzanpassungsbausteins 1 angeordnet auf einem Kühlkörper 7. Dabei wird aus dem abgebildeten Querschnitt zudem die isolierende Leiterplatte 3 und das Substrat 4 des Impedanzanpassungsbausteins 1 sichtbar. Die isolierende Leiterplatte 3 ist auf dem Substrat 4 angeordnet und mit diesem verbunden. Das Substrat 4 ist auf dem Kühlkörper 7 angeordnet und mit diesem verbunden. Durch die Dicke des Substrats ist die isolierende Leiterplatte 3 vom Kühlkörper 7 beabstandet und von diesem elektrisch isoliert. Eine Induktivität 2 ist als planare Leiterbahn 2a auf der Oberseite 3a und als planare Leiterbahn 2b auf der Unterseite 3b der isolierenden Leiterplatte 3 angeordnet. Der Kühlkörper 7 ist als Fluidkühlkörper dargestellt, der mehrere Kühlkanäle 7a aufweist, die dafür ausgelegt sind von einem Fluid, z.B. Wasser, durchströmt zu werden, worüber auftretende Wärme abgeführt werden kann.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Oberseite 3a der isolierenden Leiterplatte 3 des Impedanzanpassungsbausteins 1. Diese Oberseite 3a der isolierenden Leiterplatte 3 weist eine planare Leiterbahn 2a, Anschlüsse 5a, b, c, d, e und Durchkontaktierungen 6a, b, c, d auf. Die planare Induktivität 2 weist zwei planare Leiterbahnen 2a, 2b auf, von der auf der Oberseite 3a nur die eine planare Leiterbahn 2a zu sehen ist. Die andere planare Leiterbahn 2b ist im Wesentlichen deckungsgleich auf der Unterseite 3b, wie in Fig 3 gezeigt, angeordnet. Die beiden planaren Leiterbahnen 2a, 2b weisen eine asymmetrische Form auf, insbesondere weisen die beiden Leiterbahnen 2a, 2b einen Mäanderförmigem Verlauf auf. Dabei weist die planare Induktivität 2 mit ihren beiden planaren Leiterbahnen 2a, 2b gerade Streckenanschnitte 20 gefolgt von nichtgeradförmigen Streckenabschnitten 21, hier insbesondere mit starker Kurvenform auf, wodurch die planaren Leiterbahnen 2a, 2b ihre Richtung umdrehen. Der Wechsel dieser Streckenabschnitte folgt mehrmals hintereinander, wobei es sich bei den Kurvenformen abwechselnd um Rechts- bzw. Linkskurven handelt, sodass die planare Induktivität 2 die Fläche der isolierten Leiterplatte 3 ausnutzen kann und die gewünschten Eigenschaften aufweist.
Zudem befinden sich Anschlüsse 5a, b, c, d, e auf der Oberseite 3a der isolierenden Leiterplatte 3, die mit der planaren Induktivität 2 verbunden sind. Über diese Anschlüsse kann der Impedanzanpassungsbaustein 1 in eine Impedanzanpassungsschaltung 11 integriert werden. Die Durchkontaktierungen 6a, b, c, d, die eine runde Form aufweisen, dienen dazu, die planare Induktivität 2 auf der Oberseite 3a der isolierenden Leiterplatte 3 mit der planaren Induktivität auf der Unterseite 3b elektrisch zu verbinden. Auf die Durchkontaktierungen 6a, b, c, d der Oberseite 3a der isolierenden Leiterplatte 3 können zudem auch Anschlüsse für z. B. ein HF-Leistungssignal aufgebracht werden.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Unterseite 3b der isolierenden Leiterplatte 3 des Impedanzanpassungsbausteins 1. Die Unterseite 3b stellt die Rückseite der in Fig. 2 beschriebenen Oberseite 3a dar und weist deshalb die gleichen Bestandteile auf. Die Beschreibung der Bestandteile kann dementsprechend aus der Beschreibung von Fig. 2 entnommen werden. Die grundsätzliche Unterscheidung von Ober- und Unterseite der isolierenden Leiterplatte 3 ist, dass in der jeweiligen Aufsicht die planare Leiterbahn 2b der Unterseite 3b spiegelverkehrt zur planaren Leiterbahn 2a der Oberseite 3a angeordnet ist. Dadurch ergibt sich, dass die beiden planaren Leiterbahnen 2a, 2b genau übereinander, also deckungsgleich, angeordnet sind, aber elektrisch getrennt durch die Leiterplatte 3.
Die Anschlüsse 5a, 5b, 5c, 5d, 5e können jeder für sich ein Ende der Leiterbahnen 2a, 2b darstellen. Sie dienen der Möglichkeit, die gewünschte Induktivität abzugleichen oder an die Frequenz anzupassen, indem die folgenden Komponenten einer Impedanzanpassungsschaltung 11 an einen der entsprechenden Anschlüsse 5a, 5b, 5c, 5d, 5e angeschlossen wird.
Die Durchkontaktierungen 6a, 6b, 6c, 6d können jeder für sich ein Ende der Leiterbahnen 2a, 2b darstellen. Sie dienen der Möglichkeit, die gewünschte Induktivität abzugleichen oder an die Frequenz anzupassen, indem weitere Komponenten einer Impedanzanpassungsschaltung 11 an einen der entsprechenden Durchkontaktierungen 6a, 6b, 6c, 6d angeschlossen werden.
Die beiden Leiterbahnen 2a, 2b sind nur an den Anschlüssen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e und Durchkontaktierungen 6a, 6b, 6c, 6d miteinander verbunden. Dadurch ist der Stromfluss insbesondere in den nichtgeradförmigen Streckenabschnitten 21 gezwungen, in der jeweiligen Leiterbahn 2a, 2b zu bleiben und kann nicht auf die jeweilige andere ausweichen. Das verbessert die Güte der Induktivität, da es die Stromverdrängung reduziert.
In Fig. 2 und 3 ist auch die Lage eines möglichen Substrats 4 als gestrichelte Umrandung angedeutet.
In Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Impedanzanpassungsbausteins 1 gezeigt. Hier werden die gleichen Referenzzeichen wie in Fig. 1 , 2 und 3 verwendet.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines beispielhaften Plasmaprozesssystems 9. Das Plasmaprozesssystem 9 weist ein Plasmaprozessversorgungssystem 8 und eine Plasmaprozessanordnung 10 auf. Das Plasmaprozessversorgungssystem 8 umfasst eine Impedanzanpassungsschaltung 11 und eine HF- Leistungsversorgung 12. In die Impedanzanpassungsschaltung 11 ist der erfindungsgemäße Impedanzanpassungsbaustein 1 integriert. Zusätzlich umfasst die Impedanzanpassungsschaltung 11 weitere Reaktanzen 14, wie z. B. Kondensatoren und/oder Spulen, Halbleiterschaltelemente 15 sowie eine Ansteuerschaltung 16.
Eine solche typische Impedanzanpassungsschaltung 11 ist beispielsweise in der Patentanmeldung DE 10 2023 104 942.9 angemeldet am 28.02.2023 mit dem Titel "Impedanzanpassungsschaltung, Plasmaprozessversorgungssystem und Plasmaprozesssystem" beschrieben, die hiermit vollständig unter Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung integriert wird. Insbesondere kann der in der genannten Anmeldung beschriebene weitere Impedanzanpassungsschaltung (1) mit einzelnen oder all seinen Merkmalen die vorliegende Impedanzanpassungsschaltung 11 weiterbilden.
Ein solches typisches Plasmaprozesssystem 9 ist beispielsweise in der Patentanmeldung DE 10 2023 104 955.0 angemeldet am 28.02.2023 mit dem Titel "Impedanzanpassungsschaltung für ein Plasmaprozesssystem und ein Plasmaprozesssystem mit einer solchen Impedanzanpassungsschaltung" beschrieben, die hiermit vollständig unter Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung integriert wird. Insbesondere kann zumindest eine der in der genannten Patentanmeldung beschriebenen Spulen (15, 18, 19, 24, 25) mit den Merkmalen des vorliegend beschriebenen Impedanzanpassungsbaustein 1 ausgestaltet sein.
Ein solches typisches Plasmaprozesssystem 9 ist beispielsweise auch in der Patentanmeldung DE 10 2023 104 948.8 angemeldet am 28.02.2023 mit dem Titel "Impedanzanpassungsschaltung, Plasmaprozessversorgungssystem und Plasmaprozesssystem" beschrieben, die hiermit vollständig unter Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung integriert wird. Insbesondere kann zumindest eine der in der genannten Patentanmeldung beschriebenen Induktivitäten (L2a, L2b, L3a, L3d, L3e, L3f) mit den Merkmalen des vorliegend beschriebenen Impedanzanpassungsbaustein 1 ausgestaltet sein. Mit den oben beschriebenen Merkmalen kann auch die Anzahl der Bauteile, also beispielsweise der Halbleiterschaltelemente oder der Reaktanzen, z. B. Spulen und/oder Kondensatoren sowie Kapazitäten und/oder Induktivitäten geringer gehalten werden, womit eine noch kompaktere Bauform erreicht werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Impedanzanpassungsbaustein (1) für eine Impedanzanpassungsschaltung (11), ein Plasmaprozessversorgungssystem (8) und ein Plasmaprozesssystem (9) zur Montage an einen, insbesondere metallischen, Kühlkörper (7), ausgelegt für Leistungen > 500 W und Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz, aufweisend: a) eine planare Induktivität (2), b) eine isolierende Leiterplatte (3), c) ein Substrat (4), insbesondere eine Keramikplatte, d) wobei die planare Induktivität (2) aufgeteilt ist in zwei gleich lange elektrisch parallel geschaltete planare Leiterbahnen (2a, 2b), die beidseitig und deckungsgleich auf der isolierenden Leiterplatte (3) angeordnet sind, e) wobei die beiden Leiterbahnen (2a, 2b) an ihren Enden über Anschlüsse (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) und/oder Durchkontaktierungen (6a, 6b, 6c, 6d) elektrisch verbunden sind, f) wobei das Substrat (4) dicker als die isolierende Leiterplatte (3) und mit der isolierenden Leiterplatte (3) flächig über den Großteil der Unterseite (3b) der isolierenden Leiterplatte (3) fest verbunden ist, und g) wobei die planaren Leiterbahnen (2a, 2b) durch das Substrat (4) von einem Kühlkörper (7) beabstandet werden können, um von diesem elektrisch isoliert zu sein, und h) wobei das Substrat (4) und die Verbindung der Leiterplatte (3) mit dem Substrat (4) dazu geeignet ist, die Wärme der planaren Leiterbahnen an einen Kühlkörper (7) abzuleiten.
2. Impedanzanpassungsbaustein (1) nach vorhergehendem Anspruch 1, wobei das Substrat (4) mit der isolierenden Leiterplatte (3) über ein dazwischen gefügtes Prepreg (13) durch Erhitzung und Zusammenpressen verbunden ist.
3. Impedanzanpassungsbaustein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Impedanzanpassungsbaustein (1) über das Substrat (4) mit einem Kühlkörper (7), insbesondere einem metallischen Kühlkörper, verbunden ist.
4. Impedanzanpassungsbaustein (1) nach Anspruch 3, wobei der Kühlkörper (7) ein Fluidkühlkörper ist, der zumindest einen Kühlkanal (7a) aufweist, um von einem Fluid durchströmt zu werden, über das die Wärme abgeführt werden kann.
5. Impedanzanpassungsbaustein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die feste Verbindung der isolierenden Leiterplatte (3) mit dem Substrat (4) hergestellt ist durch eine Pressung und/oder Verklebung, insbesondere unter Druck verbunden mit Hitze.
6. Impedanzanpassungsbaustein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Leiterbahnen (2a, 2b) ausschließlich an ihren Enden an den Anschlüssen und Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind.
7. Impedanzanpassungsbaustein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Leiterbahnen (2a, 2b) einen Mäander-förmigem Verlauf aufweisen.
8. Impedanzanpassungsbaustein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Leiterbahnen (2a, 2b) mehrere Anschlüsse (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) entlang ihres Verlaufs aufweisen, die jeweils eine Möglichkeit des Anschlusses weiterer Komponenten aufweisen und so jeweils ein Ende der Leiterbahnen (2a, 2b) darstellen können.
9. Impedanzanpassungsbaustein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Leiterbahnen (2a, 2b) mehrere Durchkontaktierungen (6a, 6b, 6c, 6d) entlang ihres Verlaufs aufweisen, die jeweils eine Möglichkeit des Anschlusses weiterer Komponenten aufweisen und so jeweils ein Ende der Leiterbahnen (2a, 2b) darstellen können.
10. Impedanzanpassungsschaltung (11), aufweisend: a) einen Impedanzanpassungsbaustein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, b) weitere Reaktanzen, z. B. Kondensatoren und/oder Spulen, c) Halbleiterschaltelemente (15), insbesondere Transistoren oder PIN-Dioden, d) eine Ansteuerschaltung (16), e) wobei die Halbleiterschaltelemente (15) ausgelegt sind, die Reaktanzen zu- und wegzuschalten, um die Impedanz vom Eingang zum Ausgang der Impedanzanpassungsschaltung (11) zu verändern, f) wobei die Ansteuerschaltung (16) ausgelegt ist, das Zu- und Wegschalten der Reaktanzen durch die Halbleiterschaltelemente (15) steuern zu können.
11. Impedanzanpassungsschaltung (11) nach Anspruch 10, ausgelegt, um zum einen mit einer HF-Leistungsversorgung (12) und zum anderen mit einer Plasmaprozessanordnung (10) verbunden zu werden.
12. Plasmaprozessversorgungssystem (8) aufweisend eine HF- Leistungsversorgung (12) zur Bereitstellung eines HF-Leistungssignals und eine Impedanzanpassungsschaltung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, wobei die Impedanzanpassungsschaltung (11) mit der HF- Leistungsversorgung (12) elektrisch verbunden ist und ausgelegt ist, mit einer Plasmaprozessanordnung (10) verbunden zu werden.
13. Plasmaprozesssystem (9) aufweisend ein Plasmaprozessversorgungsystem (8) nach vorhergehendem Anspruch 12 und eine Plasmaprozessanordnung (10), wobei die Plasmaprozessanordnung (10) mit dem Plasmaprozessversorgungssystem (8) verbunden ist und das Plasmaprozessversorgungssystem (8) eingerichtet ist, die Plasmaprozessanordnung (10) mit Leistung eines HF-Leistungssignals zu versorgen.
EP24708396.7A 2023-02-28 2024-02-27 Impedanzanpassungsbaustein, impedanzanpassungsschaltung, plasmaprozessversorgungssystem und plasmaprozesssystem Pending EP4673965A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023104958.5A DE102023104958A1 (de) 2023-02-28 2023-02-28 Impedanzanpassungsbaustein, Impedanzanpassungsschaltung, Plasmaprozessversorgungssystem und Plasmaprozesssystem
PCT/EP2024/054999 WO2024180091A1 (de) 2023-02-28 2024-02-27 Impedanzanpassungsbaustein, impedanzanpassungsschaltung, plasmaprozessversorgungssystem und plasmaprozesssystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4673965A1 true EP4673965A1 (de) 2026-01-07

Family

ID=90105031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24708396.7A Pending EP4673965A1 (de) 2023-02-28 2024-02-27 Impedanzanpassungsbaustein, impedanzanpassungsschaltung, plasmaprozessversorgungssystem und plasmaprozesssystem

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20250391641A1 (de)
EP (1) EP4673965A1 (de)
JP (1) JP2026506810A (de)
CN (1) CN120814024A (de)
DE (1) DE102023104958A1 (de)
WO (1) WO2024180091A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023104960A1 (de) 2023-02-28 2024-08-29 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Impedanzanpassungsbaustein, Impedanzanpassungsschaltung, Plasmaprozessversorgungssystem und Plasmaprozesssystem
DE102024131929A1 (de) * 2024-10-31 2026-04-30 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Hochfrequenz-Leistungskoppler für einen Leistungsumwandler für eine Industrieprozessanordnung
DE102024131926A1 (de) * 2024-10-31 2026-04-30 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Hochfrequenz-Leistungskoppler für einen Leistungsumwandler für eine Industrieprozessanordnung
DE102024131927A1 (de) * 2024-10-31 2026-04-30 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Hochfrequenz-Leistungskoppler für einen Leistungsumwandler für eine Industrieprozessanordnung

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5654679A (en) * 1996-06-13 1997-08-05 Rf Power Products, Inc. Apparatus for matching a variable load impedance with an RF power generator impedance
EP2097920B1 (de) * 2007-07-23 2017-08-09 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Plasmaversorgungseinrichtung
DE202010016732U1 (de) * 2010-12-17 2011-04-14 Hüttinger Elektronik GmbH + Co.KG Plasmaversorgungseinrichtung
DE102013226537B4 (de) * 2013-12-18 2022-12-29 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Leistungsversorgungssystem mit mehreren Verstärkerpfaden sowie Verfahren zur Anregung eines Plasmas
DE102015212220A1 (de) * 2015-06-30 2017-01-05 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Hochfrequenzverstärkeranordnung
DE102015212232B4 (de) 2015-06-30 2020-03-05 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Leistungscombiner zur Kopplung von Hochfrequenzsignalen und Leistungscombineranordnung mit einem solchen Leistungscombiner
DE102016225029A1 (de) * 2016-12-14 2018-06-14 Robert Bosch Gmbh Getriebesteuermodul zur Ansteuerung eines Kraftfahrzeuggetriebes und Verfahren zur Herstellung eines Getriebesteuermoduls
GB2579215B (en) * 2018-11-23 2023-07-19 Comet Ag Broadband power combining arrangement
DE102023104942A1 (de) 2023-02-28 2024-08-29 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Impedanzanpassungsschaltung, Plasmaprozessversorgungssystem und Plasmaprozesssystem
DE102023104948A1 (de) 2023-02-28 2024-08-29 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Impedanzanpassungsschaltung, Plasmaprozessversorgungssystem und Plasmaprozesssystem
DE102023104955A1 (de) 2023-02-28 2024-08-29 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Impedanzanpassungsschaltung für ein Plasmaprozesssystem und ein Plasmaprozesssystem mit einer solchen Impedanzanpassungsschaltung

Also Published As

Publication number Publication date
JP2026506810A (ja) 2026-02-26
DE102023104958A1 (de) 2024-08-29
WO2024180091A1 (de) 2024-09-06
US20250391641A1 (en) 2025-12-25
CN120814024A (zh) 2025-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2024180091A1 (de) Impedanzanpassungsbaustein, impedanzanpassungsschaltung, plasmaprozessversorgungssystem und plasmaprozesssystem
DE69224314T2 (de) Integrierte Wärmesenke für Halbleitermodule
DE4401607C2 (de) Kühleinheit für Leistungshalbleiter
WO2002057100A2 (de) Elektrische heizung für ein kraftfahrzeug
EP2098802B1 (de) Warmwassergerät mit einem Elektronikkühlrohr
DE102011076273A1 (de) Leiterplatte für elektrische Bauelemente und Leiterplattensystem
WO2024180077A1 (de) Impedanzanpassungsbaustein, impedanzanpassungsschaltung, plasmaprozessversorgungssystem und plasmaprozesssystem
WO2025087982A1 (de) Hochfrequenzverstärkeranordnung
DE202005019094U1 (de) Elektrische Schaltung
EP3494294B1 (de) Elektrisch beheizbarer wabenkörper zur abgasbehandlung mit einer mehrzahl von heizelementen
DE102018210141A1 (de) Diodenlaseranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Diodenlaseranordnung
EP1497594B1 (de) ZU HEIZZWECKEN DIENENDER WÄRMEüBERTRAGER MIT ELEKTRISCHER HEIZEINRICHTUNG
DE102023131877A1 (de) Leistungselektronische Baueinheit mit Kühlung und Leistungsumwandler
EP3459110B1 (de) Kühldoseneinheit und leistungselektronische einrichtung mit kühldoseneinheit
DE102018106354A1 (de) Elektrischer Fluidheizer
EP3718136B1 (de) Halbleiterbaugruppe und verfahren zur herstellung der halbleiterbaugruppe
DE102023114077B4 (de) Elektrische Heizvorrichtung
DE10216629A1 (de) Elektrothermofilm-Heizvorrichtung
DE102023131882A1 (de) Kühlanordnung, Elektronikbaugruppe, elektrischer Leistungsumwandler und Verfahren zu deren Zusammenbau
WO2025026707A1 (de) Elektrische flüssigkeitsheizung zur verwendung in einem fahrzeug
WO2025125111A1 (de) Elektrische fahrzeug-flüssigkeitsheizung
DE102024211064A1 (de) Elektronikkühler mit optimierter Turbulatordurchströmung
DE102023132302A1 (de) Leistungselektronische Baueinheit mit Kühlung und Leistungsumwandler
DE102023131878A1 (de) Leistungselektronische Baueinheit mit Kühlung und Leistungsumwandler
WO2025202298A1 (de) Elektronische vorrichtung mit integrierter leistungsbaueinheit und herstellungsverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250909

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR