WO2020165452A1 - Procede de brasure d'elements chauffants pour realiser un dispositif chauffant électrique ou une source chauffante; dispositif chauffant électrique correspondant - Google Patents

Procede de brasure d'elements chauffants pour realiser un dispositif chauffant électrique ou une source chauffante; dispositif chauffant électrique correspondant Download PDF

Info

Publication number
WO2020165452A1
WO2020165452A1 PCT/EP2020/053997 EP2020053997W WO2020165452A1 WO 2020165452 A1 WO2020165452 A1 WO 2020165452A1 EP 2020053997 W EP2020053997 W EP 2020053997W WO 2020165452 A1 WO2020165452 A1 WO 2020165452A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating
heating element
casting
housing
forming
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/053997
Other languages
English (en)
Inventor
Benoït DEKERVEL
Laurent PICHON
Denis LECHARPENTIER
Olivier CAILLAUD GAFSI
Original Assignee
Thermocoax
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 Thermocoax filed Critical Thermocoax
Priority to US17/430,926 priority Critical patent/US20220126386A1/en
Publication of WO2020165452A1 publication Critical patent/WO2020165452A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/008—Soldering within a furnace
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • B23K33/004—Filling of continuous seams
    • B23K33/006—Filling of continuous seams for cylindrical workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0233—Sheets, foils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68785—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by the mechanical construction of the susceptor, stage or support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68792—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by the construction of the shaft
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
    • H05B3/08—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders having electric connections specially adapted for high temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/283—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material the insulating material being an inorganic material, e.g. ceramic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/14—Heat exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/20—Tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • H05B2203/005—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using multiple resistive elements or resistive zones isolated from each other
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/76—Plates with spirally-wound heating tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/78—Heating arrangements specially adapted for immersion heating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electric heating source, comprising a body provided with one or more housings containing heating cables with mineral insulation.
  • the housings communicate with one or more reservoirs which receive a purely metallic brazing material in solid, powder or sheet form.
  • the device is heated in a vacuum degassing stage, followed by a casting stage during which the solder melts and fills the housing around the heating cables. Complete metallic contact is obtained between the cables and the body, providing better temperature uniformity and a shorter reaction time to heating or cooling.
  • the invention also relates to a heating source thus obtained. It proposes in particular to produce a heating plate for semiconductors, a shrouded infrared source for producing thermoplastic soldering, or an immersion heater for heating or maintaining a molten bath.
  • Electric heating sources are used in many fields, and in particular in industry, to obtain a temperature which can approach 1000 ° C.
  • Such sources can be used to heat objects with contact by conduction or without direct contact, by radiation or by gas convection.
  • a conventional method for manufacturing such a heat source is to use a resistive electrical conductor carrying a high current. This is then referred to as an “ohmic” source.
  • heating element of linear form, for example straight or curved, for example by a conductor folded back on itself or wound in a closed circuit, in one or more loops is thus produced.
  • the heating element also comprises an insulating envelope which encloses the heating resistor, and an electrical insulator.
  • This insulator is for example a powder or a ceramic shell, then forming what is called a "mineral insulating cable”.
  • the insulation is also often surrounded by a protective envelope, in general a waterproof metallic layer resistant to high temperature, in general a layer of nickel-based alloy such as that sold under the name "Inconel”.
  • linear configuration of these elements allows a formatting adapted to the objects to be heated. They can even be directly integrated into a volume of metal previously provided with housings made for this purpose.
  • a known application is to produce an "immersion heater", of the order of 10 to 30 kW, used to keep a metal bath, for example an Aluminum-Tin-Zinc-Magnesium alloy at about 800 ° C, used to mold blocks. engines or engine cylinder heads.
  • Such an immersion heater is conventionally produced by inserting a heating filament inside a ceramic "thermowell", then by filling the remaining space with an electrical insulator of the powder type of alumina, magnesia or nitride. boron.
  • Another known application is to produce an infrared source, at approximately 850 ° C., used to weld thermoplastic parts.
  • Such an infrared source is approached a few millimeters from each plastic part to be welded to obtain a local melting of the material, then the heating source (s) are removed and the parts to be welded are pressed against each other to perform the weld between they.
  • Yet another known application is to make a heating plate or hot plate, or "chuck” in English, on which is placed a semiconductor wafer, or “wafer” in English, during part of the manufacturing process of electronic or photonic components.
  • Such a heating plate is generally produced by a disc on the back of which spiral grooves are formed, in which runs a shielded heating cable with mineral insulation.
  • the plate For heating up to 400 ° C, the plate is generally made of aluminum, single or sandwiched with plywood. Between 400 ° C and 950 ° C, or even more in a few rare cases, the plate is made of an alloy based on steel or nickel, or of ceramic. Above 950 ° C, the plate is generally made of ceramic. The heating element is then itself made of conductive ceramic.
  • the heating cable is pressed to the bottom of the groove, for example by simple matting by mechanical support, or with an intermediate paste as proposed in document WO200473032.
  • An aim of the invention is to overcome the drawbacks of the prior art, and in particular to improve the energy efficiency of such sources, to reduce their inertia to temperature changes, to improve their temperature homogeneity, to to increase their reliability and their lifespan, to facilitate and make their use more reliable, to make their manufacture and their maintenance simpler and less expensive, as well as to improve the compromises that can be obtained between these various criteria.
  • an electric heating device or heating source, of the type comprising at least one body provided with at least one housing containing at least one heating resistor.
  • mineral insulator shielded or not forming a linear heating element. This process includes the following steps:
  • a stage of supply or realization and preparation of a body which includes:
  • At least one housing containing this heating element and o one or more receptacles or pouring tanks containing a pure brazing material, that is to say entirely fusible at the temperature of use (unlike mixtures comprising a part of binder which will then be carbonized or gasified).
  • This material is introduced in solid form, for example in pieces such as powder or grains, or possibly also in one piece, for example in the form of a metal foil.
  • These casting tanks communicate with said housing by one or more so-called casting channels, which are arranged to allow said brazing material, once molten, to flow through said casting channels to fill said housing around said resistance. heating, by gravity and / or by pressure difference and / or by capillarity.
  • the brazing material forms a nickel-based metal alloy, in particular of the BNi family.
  • the heating element (s) comprise an outer shield.
  • this shielding is made of a steel-based alloy, in particular of stainless steel, for example of type 304L according to the AISI standard, for “American Iron & Steel Institute”.
  • the heating step is carried out under reduced pressure, or even under secondary vacuum, for example at a pressure less than 10 2 mbar (10 microbar), or even less than 10 3 mbar (1 microbar).
  • a pressure difference can also be caused to facilitate casting, for example by pushing a piston into the integrated casting tank, or in a temporary casting tank attached to the body.
  • the heating step comprises:
  • a preliminary degassing stage carried out at a temperature below the melting temperature of the solder for at least 5 minutes, in particular between 700 ° C and 900 ° C;
  • a casting stage carried out at a temperature above the melting temperature of the solder and between 900 ° C and 1200 ° C, and in particular determined according to the composition of the solder, for a period determined according to the mass to be heat to obtain a duration at temperature of at least 5 minutes, in particular less than 20 minutes, and for example of the order of 10 minutes.
  • the brazing material is placed in powder form in the reservoir (s), for example in an amount which represents a volume of powder determined as a function of the volume to be filled, according to a ratio of between 1.2 and 2 , 0 times the volume to be filled, in particular when it is calculated for a powder comprising between 20% and 45% of porosities.
  • the solder is introduced in the form of at least one piece or metal sheet placed in a volume located above one or more casting channels, said volume thus forming a casting reservoir.
  • the housing (s) are made according to determined dimensions, as a function of the dimensions of the heating element (s), to leave a clearance between them between 0.2mm and 0, 6mm.
  • a particularly satisfactory compromise is thus obtained, which is sufficient to allow good penetration of the solder while promoting its circulation by capillary effect.
  • the process achieves complete metallic continuity, virtually free of bubbles or voids between the heating elements and the body. It thus allows improved assembly between the body and the heating element (s).
  • the latter are thus embedded in the liquid solder, which is in intimate and continuous contact both with the heating elements and with the body. It fills the voids and therefore replaces the gas cavities with metallic material, on all the available surfaces.
  • a one-piece heating device is thus obtained, in the sense that it has a continuous metallic material in which the heating elements are directly embedded.
  • the presence of a reservoir makes it possible to have a “reserve” of solder, as defined for example in the “Larousse” dictionary. Unlike techniques which consist of inserting the solder beforehand into the housing, it is thus possible to supply the housing with a quantity of solder which is sufficient to fill the housing and to embed the heating element in the solder.
  • This optimized and continuous heat exchange in all regions also makes it possible to improve the homogeneity of the heating of the body, and therefore the uniformity of its temperature. It also makes it possible to accelerate heat transfers over time and therefore to reduce the reaction time during temperature adjustments. This facilitates the tuning processes and temperature control, promoting the maintenance of a stable temperature over time and allowing rapid changes in the temperature obtained.
  • the solder allows good heat transfer, and therefore a low thermal gradient between the heating element and the fairing. This makes it possible to achieve a high temperature on the fairing with a moderate heating element temperature, for example 900 ° C for the fairing with a heating element below 1000 ° C.
  • the invention provides a heating device produced by such a method.
  • Hotplate
  • the method is applied to the production of a heating plate, in particular of the type used to manufacture, bake and / or treat a semiconductor wafer.
  • the body comprises a flat support plate (possibly with local reliefs) intended to receive an object to be heated, in the thickness of which are made a plurality of linear housings which receive and surround the linear heating element (s) in a substantially complementary manner.
  • This body comprises one or more casting reservoirs which communicate with said housings from a position which extends transversely to the plane of said support plate.
  • the support plate is made in one piece and in a single initial part.
  • the support plate has a functional region of oval, circular or polygonal shape. This functional region presents:
  • a support face intended to receive the wafer to be heated and - On the other side, a so-called internal face on the surface of which are hollowed out a plurality of grooves substantially concentric with the functional region, in particular circular or forming one or more spirals.
  • stage of producing the body then comprises:
  • the preparation of the body comprises the deposition of the brazing material in one or more casting tanks fixed to the plywood, temporarily or forming a base for fixing and / or supplying the conductors of the heating elements.
  • the support plate is made of a material chosen from:
  • the invention proposes a heating device forming a heating plate, produced by such a method and in which the support plate comprises at least two independent heating elements.
  • this heating device comprises at least one so-called internal heating element, forming at least one spiral, and at least one said peripheral heating element, forming a circular loop or several spiral loops, which surrounds said internal heating element, in particular in a manner. plane, parallel to the support surface and for example coplanar with each other.
  • Such metal heating plates are capable of reaching high temperatures, for example of the order of 900 to 950 ° C., while guaranteeing very good thermal uniformity.
  • These heating plates are used in vacuum deposition machines, for example of the PVD, CVD, ALD type, as a heating substrate holder for the manufacture of semiconductors.
  • thermal uniformity makes it possible to improve the reliability, performance and possibilities of these machines. This can make it possible, for example, to improve the thickness uniformity of a thin layer deposited on the plate, which is linked to the thermal uniformity of the heating plate. This makes it possible, for example, to burn finer transistors (for example of less than lOnm), reducing their energy consumption and allowing greater integration density.
  • the method is applied to the production of a shrouded infrared source, in particular to weld one or more thermoplastic parts.
  • the body then comprises at least one piece called fairing, linear or two-dimensional, which has a so-called functional face whose shape is determined to produce the shape of a weld bead that said heating source aims to achieve, for example a linear shape which follows in space the shape of the linear bead to be produced, or a two-dimensional region which reproduces the shape of a weld region to be produced.
  • this fairing part has, in its thickness, one or more linear grooves which receive and surround the linear heating element or elements in a substantially complementary manner; and the body comprises one or more casting tanks which communicate with said housings from a position which extends transversely to the plane of said support plate.
  • a fairing which has a shape different from that of the heating element (s), that is to say whose contour is not homothetic with the contour of the heating element or of a group. heating elements. It is thus easier to choose the exact shape of the zone to be heated, independently of the constraints linked to the linear shape, the dimension, and / or the radii of curvature possible for the heating element (s) used.
  • the fairing part has one or more grooves which surround the heating element (s), on another so-called internal face which faces a direction other than the functional face, typically on a face opposite the functional face.
  • the opening of these grooves that is to say the region where they open transversely from the internal face, receives the brazing material before the casting step, typically by depositing in these openings when they are directed upwards.
  • the brazing material flows into the grooves during the casting step, these grooves thus forming the housing in which the brazing material sticks or embeds said heating elements, preferably by completely or partially covering the heating elements.
  • At least one fairing part is produced by a direct metal additive manufacturing process by laser, or "Direct Metal Laser Sintering", mainly using a cobalt-chromium alloy, in particular comprising between 60% and 65% Cobalt and between 26% and 30% chromium.
  • the heating element or elements are chosen with an outside diameter less than or equal to 2 mm.
  • a low thermal inertia is thus obtained, which is facilitated by the quality of the thermal transfer which allows the dissipation of a significant power without excessive overheating of the heating element.
  • thermocouple is also brazed directly on the heating element, preferably also embedded in the bath of liquid brazing produced during the casting heating and for example between the heating element and the wall of its housing.
  • the solder provides good heat transfer and thus increases the accuracy of the measurement.
  • the diameter of the thermocouples is preferably less than 2 mm, which combines with the small diameter of the heating elements to make it possible to reduce the thermal impact on the source and to have a short response time.
  • the solder allows good heat transfer, and therefore a low thermal gradient between the heating element and the fairing. This makes it possible to achieve a high temperature on the fairing with a moderate heating element temperature, for example 900 ° C for the fairing with a heating element below 1000 ° C.
  • the dimensional accuracy of the sources depends on the shroud as the heating element is inserted inside it.
  • the fairings obtained by additive manufacturing allow in particular good precision but also a low rate of residual stress, which gives them dimensions and a behavior in the face of expansion which are very close to the theory and therefore allow good reliability and predictability.
  • Chromium Cobalt for the fairing material allows it in particular good resistance to the corrosive and abrasive properties of welded plastics or their additives. This material bringing in addition to mechanical robustness, which extends the service life and facilitates cleaning, this combination allows an improvement of the service life in mass production.
  • the method is applied to the production of an immersion heater, in particular for maintaining the temperature of a bath of liquid, in particular of molten metal.
  • the body comprises a case intended to be partially or totally immersed in the liquid to be heated, having a housing surrounded in a sealed manner vis-à-vis said liquid, that is to say by the wall forming the case, and in the parts in contact with the liquid according to the planned immersion configuration.
  • This housing has one or more linear insertion channels which receive and surround the heating element (s) in a substantially complementary manner, and have at least one insertion end allowing the introduction of the heating elements.
  • the pouring reservoir (s) are formed by extending said introduction ends, or connected to said introduction ends.
  • the case comprises or forms a "finger" opening at a single end which forms the insertion end.
  • the finger receives a heating element, the connections of which are all located at the same end of the heating element, and exit from the body through this same end of introduction of the finger.
  • the case forming the body comprises a shell made from ceramic, in particular of the silicon nitride, silica carbide or even aluminum oxide type, and which forms a sealed separation between the insertion channel and the liquid to be heated.
  • FIG. 1 flowchart which illustrates manufacturing steps of the method according to an exemplary embodiment
  • Fig.2 to Fig.9 illustrate a first exemplary embodiment of the invention, relating to a heating plate for the treatment of semiconductor wafers:
  • FIG.2 perspective photo which illustrates a finished heating plate, according to the first exemplary embodiment
  • FIG.3 sagittal sectional diagram illustrating a manufacturing step of the heating plate of Fig.2,
  • FIG.6 diagram similarly illustrating a subsequent step
  • FIG.7 diagram illustrating an alternative to Fig.4,
  • FIG.8 diagram illustrating an alternative to Fig.5,
  • FIG.9 diagram in axial view which illustrates the layout of the heating elements within the plate of the heating plate.
  • Fig. 10 to Fig. 14 illustrate a second exemplary embodiment of the invention, relating to an annular infrared source for welding thermoplastics:
  • FIG.10 perspective view which illustrates the infrared source with its heating element seen in transparency
  • FIG.11 perspective view which illustrates in isolation the heating element, in the form that it presents inside the infrared source
  • FIG.12 cross-sectional view of part of the annular part of the source, which illustrates a manufacturing step
  • FIG.13 similarly illustrates a step subsequent to Fig.12
  • FIG.14 illustrates in a similar way a step subsequent to Fig.13
  • FIG.15 illustrates an alternative to Fig.13.
  • - Fig.16 to Fig.18 are longitudinal sectional diagrams which illustrate a third exemplary embodiment of the invention, relating to an immersion heater for maintaining the temperature of a molten bath:
  • FIG.16 illustrates a manufacturing step
  • FIG.18 illustrates in a similar way a step subsequent to Fig.17
  • FIG.19 cross-sectional diagram illustrating the immersion heater of Fig.18,
  • FIG.20 cross-sectional diagram which illustrates the immersion heater of Fig.18 in a variant where the case has three heating elements.
  • Fig. 1 illustrates manufacturing steps of the method according to a preferred embodiment.
  • Figs. 2 to Fig. 6 illustrate more precisely the application of this method in a first exemplary embodiment of the invention, relating to a heating plate 1 for the treatment of semiconductor wafers.
  • the method relates to the production of an electric heating device, or heating source, of the type comprising at least one body 11 provided with at least one housing 190 containing at least one heating resistor with mineral insulation (shielded or not) forming an element.
  • linear heater 191 As shown in Fig. 1, in a preferred embodiment, this method comprises the following steps:
  • receptacles or casting tanks 180 containing a brazing material 8 in powder form.
  • This reservoir communicates with said housing by one or more so-called flow channels 181, said reservoirs being arranged to allow said brazing material, once molten, to flow through said flow channels to fill said housing 190 around said heating element 191, by gravity and / or by pressure difference and / or by capillarity;
  • step EA comprises the following operations, preferably in this order but not necessarily:
  • thermocouples 71, 172
  • the EB heating step includes the following operations:
  • preheating in the oven, until a uniform temperature is obtained throughout the assembly, at a temperature below the melting temperature of the brazing material.
  • the preheating comprises a degassing stage which takes place under secondary vacuum, in whole or during a final part of the preheating.
  • the method further comprises an EC post-casting step.
  • - E8 a finishing step, in particular by re-machining until the required functional dimensions are reached.
  • a prior degassing stage E5 carried out at a temperature below the melting temperature of the solder for at least 5 minutes, in particular above 750 ° C and / or below 850 ° C;
  • a casting stage E6 carried out at a temperature above the melting temperature of the solder, for a period determined according to the mass to be heated to obtain a period at temperature of at least 5 minutes, and for example less than 30 minutes .
  • the prior degassing stage E5 will for example be close to 800 ° C., within 20 ° C. or even within 10 ° C., and for a period of the order of 15 minutes.
  • the casting stage E6 will for example be between 940 ° C and 1040 ° C for a period of the order of 10 minutes.
  • the brazing material 8 forms a nickel-based metal alloy, here chosen from the BNi family.
  • the heating element (s) 191, 192 comprise an outer shield made of a steel-based alloy, here of stainless steel and for example of type 304L according to the AISI standard (for “American Iran & Steel Institute”).
  • the brazing material is placed in the reservoir or reservoirs in powder form, in an amount which represents a volume of powder determined as a function of the volume to be filled, according to a ratio of between 1.2 and 2.0 times the volume to be filled when calculated for a powder comprising between 20% and 45% void.
  • the housing (s) are made according to determined dimensions, as a function of the dimensions of the heating element (s), to leave a clearance of between 0.2mm and 0.6mm between the outer surface of each heating element and the wall of the heater. housing that accommodates it. A particularly satisfactory compromise is thus obtained, which allows sufficient envelopment while promoting casting due to capillary phenomena.
  • Fig. 2 shows an example of such a heating plate 1. It comprises a body 11 forming a plate, here a circular plate.
  • the support surface 111a of this plate 11 is generally flat, and will serve as a work surface for the manufacture of semiconductors.
  • this tray can have all or part of the various known devices and arrangements. It can for example be crossed by air suction channels, which will allow the semiconductor wafer to be held on the support surface by suction through these channels. It can also include a cooling system of a known type, or for example tubular or in groove. It may also be holes arranged to accommodate a mobile support system for the cake, called "lift spin" in English.
  • the tray can also receive an anti-slip groove on the surface, or a "gas line” type protection to protect the edge of the cake protruding from the tray from deposit.
  • the tray On its opposite side, facing downwards during use, the tray
  • a foot 13 here in the center of the plate.
  • This foot which may not exist in other versions depending on the needs of the manufacturing machine, serves here as a support for fixing the plate and houses the passage of the various electrical conductors 199, 179 up to the plate 11.
  • the device 1 is illustrated here with a central foot 13, but can also be made differently as side feet or no foot with a direct exit from the underside of the plate.
  • Figs. 3 to Fig. 6 illustrate in more detail certain manufacturing steps according to a preferred version.
  • Fig. 3 illustrates the heating plate 1 in the inverted position to allow gravity casting.
  • the plate 11 is already provided with its housings 190, formed in a support plate
  • the housings are for example formed by grooves machined in the support plate 111 and traversing its internal surface 112a.
  • the support plate 111 comprises two independent heating elements 191, 192, that is to say capable of being controlled independently of one another.
  • the plate can include only one heating element, or include more than two and for example three or four.
  • Fig. 9 illustrates a preferred example of the arrangement of the heating elements.
  • a first internal heating element 191 forms a spiral with several turns, here around its point of entry at the center of the plate 11.
  • a second peripheral heating element 192 forms a circular or oval loop (or optionally several spiral loops) which surrounds the. 'interior heating element 191.
  • the two heating elements are each arranged in a plane parallel to the support surface 111a, and are coplanar with each other.
  • the plate 11 further comprises optional thermocouples 171, 172, themselves inserted into housings within the support plate 111 and preferably embedded during casting. They allow localized temperature control and adjustment of the heating of the different heating elements 191, 192.
  • the heating elements and the thermocouples are supplied and connected by conductors 199 and respectively 179. Depending on the position of the heating elements and of the thermocouples, their conductors can pass through the plate by a radial groove 181a of the plywood 112. They exit for example by the foot 13, here crossing the casting tank 180.
  • a plywood 112 is pressed against the internal face 111b of the support plate 111, and thus closes the housings 190.
  • the plywood 112 is welded 1119 in a sealed manner.
  • the support plate 111 over its entire perimeter, and here it is assembled by fitting inside a flange 1110 forming a skirt which protrudes from the support plate around its internal face 111b.
  • the space between the support plate 111 and the plywood 112 is calibrated exactly by bosses protruding from the surface of one of the two, of a thickness determined to ensure the desired clearance around the heating elements 191, 192 in their housing. 190.
  • the dimensions of the two plates are adjusted to obtain a difference in flatness between them of at most 0.6 mm.
  • the device 1 here comprises a single pouring tank, formed for example by a space 180 formed inside a vertical cylinder which protrudes upwards and will form a foot 3.
  • a single pouring tank formed for example by a space 180 formed inside a vertical cylinder which protrudes upwards and will form a foot 3.
  • several pouring tanks can be used, for example welded in different positions above the table top, possibly temporarily.
  • the casting tank 180 forms a volume separate from the housing 190, with which it communicates by an opening which is narrow with respect to the largest section of the housing to be filled. This reservoir thus extends in a direction perpendicular to this larger section.
  • the casting tank 180 communicates with the various housings by casting channels.
  • these runners comprise here a space 181 formed between the plywood 112 and the top of the heating elements as well as the internal face 111b of the support plate 111.
  • they can also include grooves 181b communicating between the different housings, here radially.
  • the right part of the figure illustrates the support plate 111 alone, with its housings 190 but before insertion of the heating elements 191, 192 and closure of the housings by the plywood 112.
  • the left part of the figure illustrates the plate with its heating elements and thermocouples, already closed and assembled to its foot 13, for example by welding.
  • the brazing material 8 is deposited in powder form in the casting tank 180.
  • the powdered solder 8 has melted and filled the casting channels 181 and the housings 190, here only by gravity, thus forming a continuous material 82 which floods the heating elements 191, 192 in the material of the plate 11.
  • This solder 82 thus allows good fixing of the heating elements and provides them with continuous material contact with the plate 111 of the plate 11, and therefore excellent thermal conduction.
  • Fig. 6 represents the heating plate 1, returned to the position of use, for example for checking and finishing.
  • the dashed lines on the sides illustrate the peripheral part of the plate which will be removed during the finish machining, and which here include the positioning skirt 1110.
  • Figs. 7 and Fig. 8 illustrate an alternative in which the solder is introduced in the form of one or more metal sheets 81.
  • These metal sheets are chosen of a determined thickness to provide the volume necessary for filling the housings 190 between the heating elements and the plate. They are arranged in the volume located between the plate 111 and the plywood 112, above the pouring channels 181, 181a and so as to cover them.
  • Fig. 7 illustrates the step before casting, where the sheet 81 is placed and the tray closed.
  • Fig. 8 illustrates the step after casting, where the molten solder 82 has come to flood the heating elements by matching the walls of the grooves 190.
  • these sheets can have a part which is arranged inside the grooves forming the housings 190, and which is thus interposed between the plate 111 and the heating elements 191, 192.
  • This part is preferably of a thickness less than the final deviation from obtain between the heating elements and the walls of their groove-housing 190.
  • another part of these sheets protrudes or is disposed above the housings 190, in the volume forming the casting tank 180, to provide a quantity of solder total that is sufficient to ensure the filling of the housings.
  • Figs. 10 to Fig. 14 illustrate a second exemplary embodiment of the invention, which will be described only in its differences.
  • the heating source 2 is an infrared source for welding thermoplastics.
  • the infrared source comprises a body 21, which has the shape corresponding to the weld that it will have to make: here an annular bead with a width W2 and an internal diameter D2.
  • This body has fixing lugs 21 which allow it to be fixed in its position of use.
  • This body 21 forms a fairing provided with a functional face 21a, which has a continuous surface over the entire emission zone.
  • This functional face 21a is in this example a flat surface, illustrated facing upwards in FIG. 10.
  • This fairing 21 is heated by a linear heating element 291 supplied by conductors 299, illustrated alone in FIG. 11.
  • This heating element 291 is fixed on a so-called internal face 21b of the fairing, opposite to the functional face 21a, and is here wound in a spiral with three turns on this internal face.
  • the fairing 21 is illustrated in FIG. 12 to Fig. 14, view partially in sagittal section along section AA noted in FIG. 10.
  • Fig. 12 is shown the fairing with heating element 291 in place.
  • the functional face 21a is here flat, and turned towards the bottom of the figure.
  • the internal face 21b on the opposite side, carries three grooves parallel to each other and to the outline of the weld bead, here arranged in a spiral.
  • the bottom of each groove thus forms the housing 290 which receives the linear heating element 291.
  • the depth of the groove is greater than the diameter of the heating element 291, and allows it to remain above it. a space surrounded by the walls of the groove. This space thus constitutes a trench which forms a casting tank 280.
  • the solder powder 8 is then deposited in this trench 280 through the longitudinal opening of the groove.
  • the powdered solder fills the opening of the housing, which can thus be considered as closed around the heating element.
  • the solder melted and flowed by gravity to the bottom of the housing 280 and around the heating element 291, this space thus forming the flow channels 281 of the process.
  • the solidified solder thus forms a continuous material 82 which embeds the heating element 291 in the material of the shroud 21, ensuring its fixing and optimizing thermal conduction.
  • Fig. 15 illustrates an alternative for supplying the solder, in which this solder is introduced in the form of a continuous metal part 81.
  • the groove on the left in the figure contains, above the heating element 291, a ribbon or a solder wire in the form of a continuous piece 81.
  • Another example is visible in the right part of the figure, where several contiguous grooves are covered by the same continuous piece, here the same tape or sheet 81 which covers two turns of the heating element 291.
  • Figs. 16 to Fig. 20 illustrate a third exemplary embodiment of the invention, relating to an immersion heater 3 for maintaining the temperature of a liquid bath of molten metals.
  • It can be, for example, tin, zinc, magnesium or aluminum.
  • such a bath can be maintained at 800 ° C continuously, for example using two to four immersion heaters per bath, d 'a power of lOkW to 25kW each.
  • Fig. 16 illustrates in longitudinal section the body 31 forming a thimble case, in which has been introduced a heating element 391 linear connected by a conductor 399.
  • the case 31 has an internal volume which forms a cylinder, for example circular or oval. Over the height of the heating element, this internal volume thus forms the insertion channel which receives the heating element 391, and then plays the role of housing 390 for said heating element.
  • the upper part of the insertion channel forms the introduction opening, and protrudes above this heating element to present a larger volume which here constitutes the casting tank 380. The lower parts of this upper part can then be seen. as forming the flow channels 381.
  • this reservoir 380 is then filled with powdered solder 8, in the quantities calculated and tested in order to be able to coat the heating element.
  • the liquefied solder has come to fill the housing 390 around the heating element 391, and thus forms a continuous metallic coating 82 between the surface of the heating element 391 and the wall inner body 31.
  • Fig. 20 illustrates a variant of such an immersion heater, in which several heating elements are arranged in the same case 31, here three heating elements 391, 392 and 393, for example supplied by the three phases of a three-phase voltage. They are here each arranged in a common region of the volume, this region forming the housing 390 and constituting an insertion channel common to the heating elements.
  • the housing can also be formed by several distinct regions, entirely or communicating only over part of their length, and thus forming several distinct insertion channels.
  • 111a, 111b support face, internal face

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de réalisation d'une source chauffante électrique, comprenant un corps (11) muni d'un ou plusieurs logements (renfermant des câbles chauffants à isolant minéral (192). Les logements communiquent avec un ou des réservoirs (180) qui reçoivent un matériau de brasure (8) purement métallique sous forme solide, poudre ou feuille. Le dispositif est chauffé en un palier de dégazage sous vide, suivi d'un palier de coulée pendant lequel la brasure (8) fond et rempli le logement autour des câbles chauffants (192). On obtient un contact métallique complet entre les câbles (192) et le corps (11), fournissant une meilleure homogénéité de température et un temps de réaction plus court au chauffage ou refroidissement. L'invention porte aussi sur une source chauffante ainsi obtenue.

Description

DESCRIPTION
TITRE :
PROCEDE DE BRASURE D'ELEMENTS CHAUFFANTS POUR REALISER UN DISPOSITIF CHAUFFANT ÉLECTRIQUE OU UNE SOURCE CHAUFFANTE ; DISPOSITIF CHAUFFANT ÉLECTRIQUE CORRESPONDANT
L'invention se rapporte à un procédé de réalisation d'une source chauffante électrique, comprenant un corps muni d'un ou plusieurs logements renfermant des câbles chauffants à isolant minéral.
Selon l'invention, les logements communiquent avec un ou des réservoirs qui reçoivent un matériau de brasure purement métallique sous forme solide, poudre ou feuille. Le dispositif est chauffé en un palier de dégazage sous vide, suivi d'un palier de coulée pendant lequel la brasure fond et rempli le logement autour des câbles chauffants. On obtient un contact métallique complet entre les câbles et le corps, fournissant une meilleure homogénéité de température et un temps de réaction plus court au chauffage ou refroidissement.
L'invention porte aussi sur une source chauffante ainsi obtenue. Elle propose en particulier de réaliser une plaque chauffante pour semiconducteurs, une source infrarouge carénée pour réalisation de soudure de thermoplastique, ou un thermoplongeur pour le chauffage ou maintien d'un bain de fusion.
Etat de la technique
Des sources chauffantes électriques sont utilisées dans de nombreux domaines, et en particulier dans l'industrie, pour obtenir une température pouvant approcher les 1000°C.
De telles sources peuvent être utilisées pour chauffer des objets avec contact par conduction ou sans contact direct, par rayonnement ou par convection gazeuse.
Un procédé classique pour fabriquer une telle source de chaleur est d'utiliser un conducteur électrique résistif parcouru par un fort courant. On parle alors de source « ohmique ».
On réalise ainsi un "élément chauffant" de forme linéaire, par exemple droit ou courbé, par exemple par un conducteur replié sur lui- même ou enroulé en circuit fermé, en une ou plusieurs boucles. Dans nombre d'applications, avec mais aussi sans contact, l'élément chauffant comprend aussi une enveloppe isolante qui renferme la résistance chauffante, et un isolant électrique. Cet isolant est par exemple une poudre ou une coque céramique, formant alors ce qu'on appelle un "câble à isolant minéral".
L'isolant est souvent lui aussi entouré par une enveloppe de protection, en général une couche métallique étanche résistante à haute température, en général une couche d'alliage à base de nickel tel que celui vendu sous le nom "Inconel".
La configuration linéaire de ces éléments permet une mise en forme adaptée aux objets à chauffer. Ils peuvent même être directement intégrés dans un volume de métal préalablement pourvu de logements réalisés à cet effet.
Une application connue est de réaliser un "thermoplongeur", de l'ordre de 10 à 30kW, utilisé pour maintenir en fusion un bain métallique, par exemple un alliage Aluminium-Etain-Zinc-Magnésium à environ 800°C servant à mouler des blocs moteurs ou des culasses de moteurs.
Un tel thermoplongeur est conventionnellement réalisé en insérant un filament chauffant à l'intérieur d'un "doigt de gant" en céramique, puis en remplissant l'espace restant par un isolant électrique de type poudre d'alumine, de magnésie ou de nitrure de bore.
Une autre application connue est de réaliser une source infrarouge, à environ 850°C, utilisée pour réaliser une soudure de pièces thermoplastiques. Une telle source infrarouge est approchée à quelques millimètres de chaque pièce plastique à souder pour obtenir une fusion locale du matériau, puis la ou les sources chauffantes sont retirées et les pièces à souder sont pressées l'une contre l'autre pour réaliser la soudure entre elles.
Il est connu de réaliser de telles sources avec un fil résistif à nu fixé sur un support en céramique, ou une résistance chauffante protégée dans un tube de verre, ou par un câble à isolant minéral non blindé qui est fixé dans un support aluminium à la forme.
Encore une autre application connue est de réaliser un plateau chauffant ou plaque chauffante, ou "chuck" en Anglais, sur lequel est posée une tranche de semiconducteur, ou "wafer" en Anglais, pendant une partie du processus de fabrication de composants électroniques ou photoniques.
Une telle plaque chauffante est réalisée en général par un disque au dos duquel sont formées des gorges en spirale, dans lesquelles court un câble chauffant blindé à isolant minéral.
Pour un chauffage jusqu'à 400°C, la plaque est en général en aluminium, simple ou en assemblée en sandwich avec une contreplaqué. Entre 400°C et 950°C, voire plus dans quelques rares cas, la plaque est réalisée en alliage à base d'acier ou de nickel, ou en céramique. Au-delà de 950°C, la plaque est en général réalisée en céramique. L'élément chauffant est alors lui-même en céramique conductrice.
Dans les plaques métalliques, le câble chauffant est plaqué au fond de la gorge, par exemple par simple matage par appui mécanique, ou avec une pâte intermédiaire comme proposé dans le document W0200473032.
Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur, et en particulier d'améliorer l'efficacité énergétique de telles sources, de diminuer leur inertie aux changements de températures, d'améliorer leur homogénéité en température, d'augmenter leur fiabilité et leur durée de vie, de faciliter et fiabiliser leur utilisation, de rendre leur fabrication et leur maintenance plus simple et moins coûteuse, ainsi que d'améliorer les compromis pouvant être obtenus entre ces différents critères.
Présentation de l'invention
Selon l'invention, tout ou partie de ces objectifs est atteint par un procédé de réalisation d'un dispositif chauffant électrique, ou source chauffante, du type comprenant au moins un corps muni d'au moins un logement renfermant au moins une résistance chauffante à isolant minéral (blindée ou non) formant un élément chauffant linéaire. Ce procédé comprend les étapes suivantes :
- Une étape de fourniture ou réalisation et préparation d'un corps, lequel comprend :
o au moins un logement renfermant cette résistante chauffante, et o un ou plusieurs réceptacles ou réservoirs de coulée contenant un matériau de brasure pur, c'est-à-dire entièrement fusible à la température d'utilisation (contrairement à des mélanges comprenant une part de liant qui sera ensuite carbonisé ou gazéifié). Ce matériau est introduit sous forme solide, par exemple parcellaire telle que de la poudre ou des grains, ou possiblement aussi monobloc comme par exemple sous la forme d'une feuille métallique. Ces réservoirs de coulée communiquent avec ledit logement par un ou plusieurs canaux dits de coulée, lesquels sont agencés pour permettre audit matériau de brasure, une fois en fusion, de s'écouler par lesdits canaux de coulée pour venir remplir ledit logement autour de ladite résistante chauffante, par gravité et/ou par différence de pressions et/ou par capillarité.
- Une étape de chauffage dudit corps, notamment dans un four, à une température déterminée pour obtenir la fusion dudit matériau de brasure.
De préférence, le matériau de brasure forme un alliage métallique à base de nickel, notamment de la famille BNi.
Typiquement, le ou les éléments chauffants comprennent un blindage extérieur. De préférence, ce blindage est réalisé en un alliage à base d'acier, notamment en acier inoxydable, par exemple de type 304L selon la norme AISI, pour "American Iron & Steel Institute".
Ce choix va plutôt à l'encontre des habitudes en la matière, qui privilégient des alliages à base de nickel pour des raisons de durée de vie, et de tenue à la corrosion et à la température au-delà des 400°C et jusqu'à 800°C voire plus. Les inventeurs ont cependant constaté que le blindage à base d'acier inoxydable présentait un meilleur comportement dans ce type de procédé. En particulier il facilite l'ajustement du temps de fusion, pour obtenir un compromis entre la complétude de la coulée et la résistance du blindage au contact de la brasure liquide. De préférence, l'étape de chauffage est réalisée sous dépression, voire sous vide secondaire, par exemple à une pression inférieure à 10 2 mbar (10 microbar), voire inférieure à 10 3 mbar (1 microbar).
Alternativement ou en combinaison, une différence de pression peut aussi être provoquée pour faciliter la coulée, par exemple par poussée d'un piston dans le réservoir de coulée intégré, ou dans un réservoir de coulée temporaire rapporté sur le corps.
Plus particulièrement, l'étape de chauffage comprend :
- un palier préalable de dégazage, réalisé à une température inférieure à la température de fusion de la brasure pendant au moins 5 minutes, notamment entre 700°C et 900°C ;
- un palier de coulée, réalisé à une température supérieure à la température de fusion de la brasure et comprise entre 900°C et 1200°C, et notamment déterminée en fonction de la composition de la brasure, pendant une durée déterminée selon la masse à chauffer pour obtenir une durée à température d'au moins 5 minutes, notamment inférieure à 20 minutes, et par exemple de l'ordre de 10 minutes.
Selon une particularité préférée, le matériau de brasure est disposé sous forme de poudre dans le ou les réservoirs, par exemple dans une quantité qui représente un volume de poudre déterminé en fonction du volume à remplir, selon un ratio compris entre 1,2 et 2,0 fois le volume à remplir, notamment lorsqu'il est calculé pour une poudre comprenant entre 20% et 45% de porosités.
Selon une autre particularité la brasure est introduite sous la forme d'au moins une pièce ou feuille métallique disposée dans un volume situé au dessus d'un ou plusieurs canaux de coulée, ledit volume formant ainsi un réservoir de coulée.
Selon encore une particularité préférée. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les logements sont réalisés selon des dimensions déterminées, en fonction des dimensions du ou des éléments chauffants, pour laisser subsister entre eux un jeu compris entre 0,2mm et 0,6mm. On obtient ainsi un compromis particulièrement satisfaisant, qui suffit à permettre une bonne pénétration de la brasure tout en favorisant sa circulation par effet de capillarité. Le procédé permet d'obtenir une continuité métallique complète, quasiment exempte de bulles ou de vides entre les éléments chauffants et le corps. Il permet ainsi un assemblage amélioré entre le corps et le ou les éléments chauffants. Ces derniers sont ainsi noyés dans la brasure liquide, laquelle est en contact intime et continu à la fois avec les éléments chauffants et avec le corps. Elle remplit les vides et donc remplace les cavités gazeuses par de la matière métallique, sur la totalité des surfaces disponibles. On obtient ainsi un dispositif chauffant monobloc, au sens où il présente une matière métallique continue dans laquelle les éléments chauffants sont directement noyés.
Comme on le comprend, la présence d'un réservoir permet de disposer d'une "réserve" de brasure, comme défini par exemple dans le dictionnaire "Larousse". Contrairement à des techniques qui consistent à insérer la brasure de façon préalable dans le logement, il est ainsi possible d'approvisionner le logement avec une quantité de brasure qui soit suffisante pour remplir le logement et noyer l'élément chauffant dans la brasure.
On obtient ainsi un échange thermique maximal, par conduction totale entre les éléments chauffants et l'ensemble mécanique composant le corps. La durée de vie et la fiabilité en sont aussi améliorées du fait même de cette continuité métallique. Le gradient thermique entre le corps et les éléments chauffants est diminué, ce qui permet d'atteindre une température élevée pour le corps avec une température modérée pour les éléments chauffants. On améliore ainsi l'efficacité énergétique ainsi que la fiabilité et la durée de vie de la source chauffante.
Cet échange thermique optimisé et continu dans toutes les régions permet en outre d'améliorer l'homogénéité du chauffage du corps, et donc l'uniformité de sa température. Il permet aussi de d'accélérer les transferts thermiques dans le temps et donc de diminuer le temps de réaction lors des réglages en température. Cela facilite les processus de réglage et d'asservissement en température, favorisant le maintien d'une température stable dans le temps et permettant des modifications rapides de la température obtenue.
La brasure permet un bon transfert thermique, et donc un gradient thermique faible entre l'élément chauffant et le carénage. Cela permet d'atteindre une température élevée sur le carénage avec une température de l'élément chauffant modérée, par exemple 900°C pour le carénage avec un élément chauffant à moins de 1000°C.
Ces différentes particularités sont de préférence combinées entre elles, mais il est aussi prévu d'en mettre en œuvre seulement certaines d'entre elles.
Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif chauffant réalisé par un tel procédé. Plaque chauffante
Selon une première famille de modes de réalisation, le procédé est appliqué à la réalisation d'une plaque chauffante, notamment du type utilisé pour fabriquer, cuire et/ou traiter une galette de semiconducteur. Le corps comprend une plaque de support plane (possiblement avec des reliefs locaux) destinée à recevoir un objet à chauffer, dans l'épaisseur de laquelle sont réalisées une pluralité de logements linéaires qui reçoivent et entourent le ou les éléments chauffants linéaires de façon sensiblement complémentaire. Ce corps comprend un ou plusieurs réservoirs de coulée qui communiquent avec lesdits logements depuis une position qui s'étend transversalement au plan de ladite plaque de support.
Typiquement, la plaque de support est réalisée de façon monobloc et dans une seule pièce initiale.
Selon une particularité préférée, la plaque de support présente une région fonctionnelle de forme ovale, circulaire ou polygonale. Cette région fonctionnelle présente :
- d'un côté, une face de support destinée à recevoir la galette à chauffer, et - de l'autre côté, une face dite interne à la surface de laquelle sont creusées une pluralité de rainures sensiblement concentriques à la région fonctionnelle, notamment circulaires ou formant une ou plusieurs spirales.
En outre, l'étape de réalisation du corps comprend alors :
- insertion du ou des éléments chauffants dans lesdites rainures,
- assemblage et fixation sur ladite face interne, notamment par soudure étanche, d'une contreplaqué qui vient fermer lesdites rainures pour former ainsi le ou les logements renfermant lesdits éléments chauffants.
Selon encore une particularité préférée, la préparation du corps comprend le dépôt du matériau de brasure dans un ou plusieurs réservoirs de coulée fixés sur la contreplaqué, provisoirement ou formant un pied de fixation et/ou d'amenée des conducteurs des éléments chauffants.
Encore selon une particularité préférée, la plaque de support est réalisée en un matériau choisi parmi :
- un acier inoxydable austénitique,
- un acier inoxydable martensitique,
- un acier inoxydable de type 304 ou 316 ou 321 ou 310 selon la norme AISI,
- un alliage à base de nickel,
- un alliage à base de nickel de type nickel-chrome (notamment de la famille vendue sous le nom "Inconel"),
- un métal ou alliage de titane, ou
- un alliage à base de cuivre.
Ainsi, l'invention propose un dispositif chauffant formant une plaque chauffante, réalisé par un tel procédé et dans lequel la plaque de support comprend au moins deux éléments chauffants indépendants.
Plus particulièrement, ce dispositif chauffant comprend au moins un élément chauffant dit intérieur, formant au moins une spirale, et au moins un élément chauffant dit périphérique, formant une boucle circulaire ou plusieurs boucles en spirale, qui entoure ledit élément chauffant intérieur, notamment de façon plane, parallèles à la surface de support et par exemple coplanaires entre elles. De tels plateaux chauffants métalliques sont capables d'atteindre des hautes températures, par exemple de l'ordre de 900 à 950°C, tout en garantissant une très bonne uniformité thermique. Ces plateaux chauffants sont utilisés dans des machines de dépôt sous vide, par exemple de type PVD, CVD, ALD, comme porte substrat chauffant pour la fabrication de semi-conducteurs.
Une telle optimisation de l'uniformité thermique, permet d'améliorer la fiabilité, les performances et les possibilités de ces machines. Cela peut permettre par exemple d'améliorer l'uniformité d'épaisseur d'une couche mince déposée sur le plateau, laquelle est liée à l'uniformité thermique du plateau chauffant. Cela permet par exemple de graver des transistors plus fins (par exemple de moins de lOnm), diminuant leur consommation d'énergie et permettant une plus grande densité d'intégration.
Ces améliorations permettent aussi de pouvoir déposer de nouveaux matériaux conducteurs ou isolants, directement liés à la mise à disposition d'une gamme étendue de température sur le plateau chauffant et notamment de haute température, par exemple sur un même plateau chauffant.
Ces différentes particularités sont de préférence combinées entre elles, mais il est aussi prévu d'en mettre en œuvre seulement certaines d'entre elles.
Source infrarouge
Selon une deuxième famille de modes de réalisation, le procédé est appliqué à la réalisation d'une source infrarouge carénée, notamment pour réaliser une soudure d'une ou plusieurs pièces thermoplastiques. Le corps comprend alors au moins une pièce dite carénage, linéaire ou bidimensionnelle, qui présente une face dite fonctionnelle dont la forme est déterminée pour produire la forme d'un cordon de soudure que ladite source chauffante vise à réaliser, par exemple une forme linéaire qui suit dans l'espace la forme du cordon linéaire à réaliser, ou une région bidimensionnelle qui reproduit la forme d'une région de soudure à réaliser. Dans ces modes de réalisation, cette pièce de carénage présente, dans son épaisseur, une ou plusieurs rainures linéaires qui reçoivent et entourent le ou les éléments chauffants linéaires de façon sensiblement complémentaire ; et le corps comprend un ou plusieurs réservoirs de coulée qui communiquent avec lesdits logements depuis une position qui s'étend transversalement au plan de ladite plaque de support.
En particulier, il est prévu de réaliser un carénage qui présente une forme différente de celle du ou des éléments chauffants, c'est-à-dire dont le contour n'est pas homothétique du contour de l'élément chauffant ou d'un groupe d'éléments chauffant. Il est ainsi plus facile de choisir la forme exacte de la zone à chauffer, indépendamment des contraintes liées à la forme linéaire, la dimension, et/ou les rayons de courbure possibles pour le ou les éléments chauffants utilisés.
Selon une particularité préférée, la pièce de carénage présente une ou plusieurs rainures qui entourent le ou les éléments chauffants, sur une autre face dite interne qui fait face à une autre direction que la face fonctionnelle, typiquement sur une face opposée à la face fonctionnelle. L'ouverture de ces rainures, c'est à dire la région où elles débouchent transversalement de la face interne, reçoit le matériau de brasure avant l'étape de coulée, typiquement par dépose dans ces ouvertures lorsqu'elles sont dirigées vers le haut. Ainsi, le matériau de brasure s'écoule dans les rainures pendant l'étape de coulée, ces rainures formant ainsi le logement dans lequel le matériau de brasure vient coller ou noyer lesdits éléments chauffants, de préférence en recouvrant complètement ou partiellement les éléments chauffants.
Selon encore une particularité préférée, au moins une pièce de carénage est réalisée par une procédé de fabrication additive métallique directe par laser, ou "Direct Métal Laser Sintering", utilisant majoritairement un alliage de cobalt-chrome, notamment comprenant entre 60% et 65% de Cobalt et entre 26% et 30% de chrome.
Encore selon une particularité préférée, le ou les éléments chauffants sont choisis d'un diamètre extérieur inférieur ou égal à 2mm. On obtient ainsi une faible inertie thermique, qui est facilitée par la qualité du transfert thermique qui permet la dissipation d'une puissance importante sans surchauffe exagérée de l'élément chauffant
Typiquement, un thermocouple de régulation est aussi brasé directement sur l'élément chauffant, de préférence noyé lui aussi dans le bain de brasure liquide produit lors du chauffage de coulée et par exemple entre l'élément chauffant et la paroi de son logement. La brasure permet un bon transfert thermique et augmente ainsi l'exactitude de la mesure. Le diamètre des thermocouples est de préférence inférieur à 2 mm, ce qui se combine au faible diamètre des élément chauffant pour permettre de réduire l'impact thermique sur la source et d'avoir un temps de réponse court.
La brasure permet un bon transfert thermique, et donc un gradient thermique faible entre l'élément chauffant et le carénage. Cela permet d'atteindre une température élevée sur le carénage avec une température de l'élément chauffant modérée, par exemple 900°C pour le carénage avec un élément chauffant à moins de 1000°C.
En améliorant le transfert thermique, et son uniformité sur tout le carénage, il est possible de réaliser un carénage au plus proche de la forme du cordon de soudure, en s'affranchissant des contraintes de formes liées aux éléments chauffants. On peut ainsi obtenir une meilleure précision dimensionnelle de la source infrarouge, ce qui diminue les variations de distance et de position latérale entre la source et le cordon, et ainsi améliore la régularité de la chauffe du cordon de soudure.
La précision dimensionnelle des sources dépend du carénage car l'élément chauffant est inséré à l'intérieur de celui-ci. Les carénages obtenus par fabrication additive permettent en particulier une bonne précision mais aussi un faible taux de contrainte résiduelle, ce qui leur donnent des dimensions et un comportement face aux dilatations qui sont très proches de la théorie et permettent donc une bonne fiabilité et prévisibilité.
Le choix du Chrome Cobalt pour le matériau du carénage lui permet en particulier une bonne résistance face aux propriétés corrosives et abrasives des plastiques soudés ou de leurs additifs. Ce matériau apportant en outre une robustesse mécanique, qui allonge la durée de vie et facilite le nettoyage, cette combinaison permet une amélioration de la durée de vie dans une production de masse.
Ces différentes particularités sont de préférence combinées entre elles, mais il est aussi prévu d'en mettre en œuvre seulement certaines d'entre elles.
Thermoplongeur
Selon une troisième famille de modes de réalisation, le procédé est appliqué à la réalisation d'un thermoplongeur, notamment pour le maintien en température d'un bain de liquide, notamment de métal fondu.
Dans ces modes de réalisation, le corps comprend un étui destiné à être immergé partiellement ou en totalité dans le liquide à chauffer, présentant un logement entouré de manière étanche vis-à-vis dudit liquide, c'est à dire par la paroi formant l'étui, et dans les parties en contact avec le liquide selon la configuration d'immersion prévue. Ce logement présente un ou plusieurs canaux d'insertion linéaires qui reçoivent et entourent le ou les éléments chauffants de façon sensiblement complémentaire, et présentent au moins une extrémité d'introduction permettant l'introduction des éléments chauffants. En outre, le ou les réservoirs de coulée sont formés par prolongement desdites extrémités d'introduction, ou raccordés auxdites extrémités d'introduction.
Typiquement, l'étui comprend ou forme un "doigt" débouchant à une seule extrémité qui forme l'extrémité d'introduction. Le doigt reçoit un élément chauffant dont les branchements sont tous situés à une même extrémité de l'élément chauffant, et sortent du corps par cette même extrémité d'introduction du doigt.
Selon une particularité préférée, l'étui formant le corps comprend une coque réalisée à base de céramique, notamment de type nitrure de silicium, carbure de silice ou encore oxyde d'aluminium, et qui forme une séparation étanche entre le canal d'insertion et le liquide à chauffer. Brève description des dessins
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
- [Fig. l] : organigramme qui illustre des étapes de fabrication du procédé selon un exemple de mode de réalisation ;
- Les Fig.2 à Fig.9 illustrent un premier exemple de mode de réalisation de l'invention, portant sur une plaque chauffante pour le traitement de galettes de semi-conducteurs :
- [Fig.2] : photo en perspective qui illustre une plaque chauffante finie, selon le premier exemple de mode de réalisation ;
- [Fig.3] : schéma en coupe sagittale qui illustre une étape de fabrication de la plaque chauffante de la Fig.2,
- [Fig.4] : schéma illustrant de façon similaire une étape ultérieure, - [Fig.5] : schéma illustrant de façon similaire une étape ultérieure,
- [Fig.6] : schéma illustrant de façon similaire une étape ultérieure,
- [Fig.7] : schéma illustrant une alternative à la Fig.4,
- [Fig.8] : schéma illustrant une alternative à la Fig.5,
- [Fig.9] : schéma en vue axiale qui illustre le tracé des éléments chauffants au sein du plateau de la plaque chauffante.
- Les Fig.10 à Fig.14 illustrent un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention, portant sur une source infrarouge annulaire pour la soudure de thermoplastiques :
- [Fig.10] : vue en perspective qui illustre la source infrarouge avec son élément chauffant vu en transparence,
- [Fig.11] : vue en perspective qui illustre de façon isolée l'élément chauffant, dans la forme qu'il présente à l'intérieur de la source infrarouge,
- [Fig.12] : vue en coupe transversale de partie de la partie annulaire de la source, qui illustre une étape de fabrication,
- [Fig.13] : illustre de façon similaire une étape ultérieure à la Fig.12,
- [Fig.14] : illustre de façon similaire une étape ultérieure à la Fig.13,
- [Fig.15] : illustre une alternative à la Fig.13. - Les Fig.16 à Fig.18 sont des schémas en coupe longitudinale qui illustrent un troisième exemple de mode de réalisation de l'invention, portant sur un thermoplongeur pour le maintien en température d'un bain de fusion :
- [Fig.16] : illustre une étape de fabrication,
- [Fig.17] : illustre de façon similaire une étape ultérieure à la Fig.16,
- [Fig.18] : illustre de façon similaire une étape ultérieure à la Fig.17,
- [Fig.19] : schéma en coupe transversale qui illustre le thermoplongeur de la Fig.18,
- [Fig.20] : schéma en coupe transversale qui illustre le thermoplongeur de la Fig.18 dans une variante où l'étui comporte trois éléments chauffants.
Description des modes de réalisation
Plaque chauffante
La Fig. 1 illustre des étapes de fabrication du procédé selon un mode de réalisation préféré. Les Fig. 2 à Fig. 6 illustrent plus précisément l'application de ce procédé dans un premier exemple de mode de réalisation de l'invention, portant sur une plaque chauffante 1 pour le traitement de galettes de semi-conducteurs.
Le procédé porte sur la réalisation d'un dispositif chauffant électrique, ou source chauffante, du type comprenant au moins un corps 11 muni d'au moins un logement 190 renfermant au moins une résistance chauffante à isolant minéral (blindé ou non) formant un élément chauffant linéaire 191, Comme illustré en Fig. 1, dans un mode de réalisation préféré ce procédé comprend les étapes suivantes :
- EA : fourniture ou réalisation et préparation d'un corps comprenant :
o au moins un logement fermé renfermant ladite au moins une résistante chauffante, et
o un ou plusieurs réceptacles ou réservoirs de coulée 180 contenant un matériau de brasure 8 sous forme de poudre.
Ce réservoir communique avec ledit logement par un ou plusieurs canaux dits de coulée 181, lesdits réservoirs étant agencés pour permettre audit matériau de brasure, une fois en fusion, de s'écouler par lesdits canaux de coulée pour venir remplir ledit logement 190 autour de ladite résistante chauffante 191, par gravité et/ou par différence de pressions et/ou par capillarité ;
- EB : chauffage dudit corps, notamment dans un four, à une température déterminée pour obtenir la fusion dudit matériau de brasure 8.
Plus en détail, l'étape EA comprend les opérations suivantes, de préférence dans cet ordre mais non obligatoirement :
- El : fabrication du corps (ici : plaque 111 et contreplaqué 112),
- E2 : réalisation des logements 190 et du ou des réservoirs de coulée (ici : pied 13 et son intérieur 180)
- E3 : insertion des éléments chauffants (191, 192) et des thermocouples (71, 172) ;
si besoin, fermeture du plateau par soudure 1119,
- E4 : remplissage des réservoirs de coulée 180 à l'aide du matériau de brasure en poudre 8, dans une quantité déterminée pour assurer le remplissage de tous les volumes accessibles au sein des logements 190, entre les éléments chauffants 191, 192, et le corps (plateau 11), ainsi que les thermocouples 171, 172et le corps.
L'étape de chauffage EB comprend les opérations suivantes :
- E5 : préchauffage au four, jusqu'à obtention d'une température uniforme au sein de l'ensemble de l'assemblage, à une température inférieure à la température de fusion du matériau de brasure. Optionnellement, le préchauffage comprend un palier de dégazage qui se fait sous vide secondaire, en totalité ou pendant une partie finale du préchauffage.
- E6 : chauffage de coulée, à une température supérieure à la température de fusion du matériau de brasure, pendant une durée déterminée pour permettre le remplissage de tous les volumes accessibles au sein des logements, entre les éléments chauffants et le corps. La coulée se fait sous vide secondaire, c'est-à-dire à une pression inférieure à 10 3 mbar (un microbar).
Le procédé comprend en outre une étape post-coulée EC. Celle-ci comprend en particulier, dans cet ordre ou dans un autre : - E7 : une étape de contrôle, comprenant un test de chauffe jusqu'à la température d'utilisation ou approchante, incluant un contrôle de l'uniformité de la température.
- E8 : une étape de finition, notamment par reprise d'usinage jusqu'à atteindre les cotes fonctionnelles requises.
- un palier préalable de dégazage E5, réalisé à une température inférieure à la température de fusion de la brasure pendant au moins 5 minutes, notamment au dessus de 750°C et/ou au dessous de 850°C ;
- un palier de coulée E6, réalisé à une température supérieure à la température de fusion de la brasure, pendant une durée déterminée selon la masse à chauffer pour obtenir une durée à température d'au moins 5 minutes, et par exemple moins de 30 minutes.
Selon une particularité, le palier préalable de dégazage E5 sera par exemple proche des 800°C, à 20°C près voire à 10°C près, et pendant une durée de l'ordre de 15 minutes.
Selon une autre particularité, le palier de coulée E6 sera par exemple entre 940°C et 1040°C pendant une durée de l'ordre de 10 minutes.
Le matériau de brasure 8 forme un alliage métallique à base de nickel, ici choisi de la famille BNi.
Le ou les éléments chauffants 191, 192 comprennent un blindage extérieur réalisé en un alliage à base d'acier, ici en acier inoxydable et par exemple de type 304L selon la norme AISI (pour "American Iran & Steel Institute").
Le matériau de brasure est disposé dans le ou les réservoirs sous forme de poudre, dans une quantité qui représente un volume de poudre déterminé en fonction du volume à remplir, selon un ratio compris entre 1,2 et 2,0 fois le volume à remplir lorsqu'il est calculé pour une poudre comprenant entre 20% et 45% de vide.
De préférence, le ou les logements sont réalisés selon des dimensions déterminées, en fonction des dimensions du ou des éléments chauffants, pour laisser subsister un jeu compris entre 0,2mm et 0,6mm entre la surface extérieure de chaque élément chauffant et la paroi du logement qui l'accueille. On obtient ainsi un compromis particulièrement satisfaisant, qui permet un enveloppement suffisant tout en favorisant la coulée du fait des phénomènes de capillarité.
La Fig. 2 montre un exemple d'une telle plaque chauffante 1. Elle comprend un corps 11 formant un plateau, ici un plateau circulaire. La surface de support 111a de ce plateau 11 est en général plane, et servira de surface de travail pour la fabrication des semi-conducteurs.
Selon les besoins, ce plateau peut présenter tout ou partie des différents dispositifs et arrangements connus. Il peut par exemple être traversé par des canaux aériens d'aspiration, qui permettront un maintien de la galette de semi-conducteur sur la surface de support par aspiration à travers ces canaux. Il peut aussi inclure un système de refroidissement d'un type connu, ou par exemple tubulaire ou en gorge. Il peut s'agir aussi de trous agencés pour accueillir un système mobile de support de la galette, appelé "lift spin" en Anglais. Le plateau peut aussi recevoir une gorge anti glissement en surface, ou une protection de type "gas line" pour protéger du dépôt le bord de la galette qui dépasse du plateau.
Sur sa face opposée, dirigée vers le bas lors de l'utilisation, le plateau
II est fixé sur un pied 13, ici au centre du plateau. Ce pied, qui peut ne pas exister dans d'autres versions en fonction des besoins de la machine de fabrication, sert ici de support de fixation du plateau et abrite le passage des différents conducteurs électriques 199, 179 jusqu'au plateau 11. Le dispositif 1 est ici illustré avec un pied 13 central, mais peut aussi être réalisé différemment comme des pieds latéraux ou aucun pied avec une sortie directe par la face inférieure du plateau.
Les Fig. 3 à Fig. 6 illustrent plus en détail certaines étapes de fabrication selon une version préférée. La Fig. 3 illustre la plaque chauffante 1 en position renversée pour permettre la coulée par gravité. Le plateau 11 est déjà muni de ses logements 190, formés dans une plaque de support
III et dans lesquels sont insérés les éléments chauffants, ici deux éléments chauffants 191 et 192 linéaires pouvant être commandés indépendamment l'un de l'autre. Les logements sont par exemple formés par des rainures usinées dans la plaque de support 111 et parcourant sa surface interne 112a.
Dans une version préférée illustrée ici, la plaque de support 111 comprend deux éléments chauffants 191, 192 indépendants, c'est-à-dire aptes à être commandés de façon indépendante l'un de l'autre. Optionnellement, le plateau peut ne comprendre qu'un seul élément chauffant, ou en comprendre plus de deux et par exemple trois ou quatre.
La Fig. 9 illustre un exemple préféré de disposition des éléments chauffants. Un premier élément chauffant intérieur 191 forme une spirale à plusieurs spires, ici autour de son point d'entrée au centre du plateau 11. Un deuxième élément chauffant périphérique 192 forme une boucle circulaire ou ovale (ou optionnellement plusieurs boucles en spirale) qui entoure l'élément chauffant intérieur 191. Dans le présent exemple, les deux éléments chauffants sont disposés chacun dans un plan parallèle à la surface de support 111a, et sont coplanaires entre elles.
En commandant de façon séparée et différente les deux éléments chauffants 191 et 192, il est alors possible de régler séparément le chauffage de la partie centrale et celui de la partie périphérique, par exemple pour tenir compte de leurs pertes thermiques différentes. Il est ainsi plus facile d'obtenir une température homogène sur toute la surface de support 111a du plateau.
Dans le présent exemple, le plateau 11 comprend en outre des thermocouples 171, 172 optionnels, eux-mêmes insérés dans des logements au sein de la plaque de support 111 et de préférence noyés à la coulée. Ils permettent un contrôle localisé de température, et un ajustement du chauffage des différents éléments chauffants 191, 192.
Les éléments chauffants et les thermocouples sont alimentés et connectés par des conducteurs 199 et respectivement 179. Selon la position des éléments chauffants et des thermocouples, leurs conducteurs peuvent traverser le plateau par une rainure radiale 181a de la contreplaqué 112. Ils sortent par exemple par le pied 13, ici en traversant le réservoir de coulée 180. Comme illustré en Fig. 3, selon une version préférée et indépendamment du nombre d'éléments chauffants, une contreplaqué 112 est plaquée sur la face interne 111b de la plaque de support 111, et vient ainsi refermer les logements 190. La contreplaqué 112 est soudée 1119 de façon étanche à la plaque de support 111 sur tout son pourtour, et lui est ici assemblée par emboîtement à l'intérieur d'un rebord 1110 formant une jupe qui dépasse de la plaque de support autour de sa face interne 111b.
L'espace entre la plaque de support 111 et la contreplaqué 112 est calibré exactement par des bossages dépassant de la surface de l'une des deux, d'une épaisseur déterminer pour assurer le jeu voulu autour des éléments chauffants 191, 192 dans leurs logement 190. De préférence, les dimensions des deux plaques sont ajustées pour obtenir une différence de planéité entre elle d'au plus 0,6 mm.
Le dispositif 1 comprend ici un unique réservoir de coulée, formé à titre d'exemple par un espace 180 ménagé à l'intérieur d'un cylindre vertical qui dépasse vers le haut et formera un pied 3. Alternativement ou en combinaison, plusieurs réservoirs de coulées peuvent être utilisés, par exemple soudés en différentes positions au dessus du plateau, possiblement de façon provisoire.
Comme on le voit sur la figure, le réservoir de coulée 180 forme un volume séparé du logement 190, avec lequel il communique par une ouverture qui est étroite par rapport à la plus grande section du logement à remplir. Ce réservoir s'étend ainsi dans une direction perpendiculaire à cette plus grande section.
Le réservoir de coulée 180 communique avec les différents logements par des canaux de coulée. A titre d'exemple, ces canaux de coulée comprennent ici un espace 181 ménagé entre la contreplaqué 112 et le haut des éléments chauffants ainsi que de la face interne 111b de la plaque de support 111. Alternativement ou en combinaison, ils peuvent aussi comprendre des rainures 181b communiquant entre les différents logements, ici de façon radiale.
La partie droite de la figure illustre la plaque de support 111 seule, avec ses logements 190 mais avant insertion des éléments chauffants 191, 192 et fermeture des logements par la contreplaqué 112. La partie gauche de la figure illustre le plateau avec ses éléments chauffants et thermocouples, déjà fermé et assemblé à son pied 13 par exemple par soudure.
Comme illustré en Fig. 4, une fois l'assemblage réalisé et étanche, on dépose le matériau de brasure 8 sous forme de poudre dans le réservoir de coulée 180.
Comme illustré en Fig. 5, après dégazage E5 puis chauffage de coulée E6, la brasure 8 en poudre a fondu et a rempli les canaux de coulée 181 et les logements 190, ici uniquement par gravité, formant ainsi un matériau continu 82 qui noie les éléments chauffants 191, 192 dans la matière du plateau 11. Cette brasure 82 permet ainsi une bonne fixation des éléments chauffants et leur fournit un contact matériel continu avec la plaque 111 du plateau 11, et donc une excellente conduction thermique.
La Fig. 6 représente la plaque chauffante 1, remise en position d'utilisation, par exemple pour contrôle et finition. Les traits mixtes sur les côtés illustrent la partie périphérique du plateau qui sera retirée lors de l'usinage de finition, et qui incluent ici la jupe 1110 de positionnement.
Les Fig. 7 et Fig. 8 illustrent une alternative dans laquelle la brasure est introduite sous la forme d'une ou plusieurs feuilles métalliques 81. Ces feuilles métalliques sont choisies d'une épaisseur déterminée pour fournir le volume nécessaire au remplissage des logements 190 entre les éléments chauffants et le plateau. Elles sont disposées dans le volume situé entre le plateau 111 et la contreplaqué 112, au dessus des canaux de coulée 181, 181a et de façon à les recouvrir.
Elles sont découpées en fonction du besoin pour couvrir tous les canaux de coulée. La Fig. 7 illustre l'étape avant coulée, où la feuille 81 est place et le plateau refermé. La Fig. 8 illustre l'étape après coulée, où la brasure fondue 82 est venue noyer les éléments chauffants en épousant les parois des rainures 190.
Optionnellement, ces feuilles peuvent présenter une partie qui est disposée à l'intérieur des rainures formant les logements 190, et qui est ainsi intercalée entre le plateau 111 et les éléments chauffants 191, 192. Cette partie est de préférence d'une épaisseur inférieure à l'écart définitif à obtenir entre les éléments chauffants et les parois de leur rainure- logement 190. De préférence, une autre partie de ces feuilles dépasse ou est disposée au dessus des logements 190, dans le volume formant le réservoir de coulée 180, pour fournir une quantité de brasure totale qui soit suffisante pour assurer le remplissage des logements.
Source infrarouge carénée
Les Fig. 10 à Fig. 14 illustrent un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention, qui ne sera décrit que dans ses différences. Dans cet exemple, la source chauffante 2 est une source infrarouge pour la soudure de thermoplastiques.
Comme illustré en Fig. 10, la source infrarouge comprend un corps 21, qui présente la forme correspondant à la soudure qu'elle devra réaliser : ici un cordon annulaire d'une largeur W2 et de diamètre intérieur D2. Ce corps présente des pattes de fixation 21 qui permettent de le fixer dans sa position d'utilisation. Ce corps 21 forme un carénage muni d'une face fonctionnelle 21a, qui présente une surface continue sur toute la zone d'émission. Cette face fonctionnelle 21a est dans cet exemple une surface plane, illustrée tournée vers le haut en Fig. 10.
Ce carénage 21 est chauffé par un élément chauffant 291 linéaire alimenté par des conducteur 299, illustré seul en Fig. 11. Cet élément chauffant 291 est fixé sur une face dite interne 21b du carénage, opposée à la face fonctionnelle 21a, et est ici enroulé en une spirale à trois spires sur cette face interne.
Le carénage 21 est illustré en Fig. 12 à Fig. 14, vue partiellement en coupe sagittale selon la coupe AA notée en Fig. 10.
En Fig. 12 est illustré le carénage avec l'élément chauffant 291 en place. La face fonctionnelle 21a est ici plane, et tournée vers le bas de la figure. La face interne 21b, du côté opposé, porte trois rainures parallèles entre elles et au tracé du cordon de soudure, ici agencées en spirale. Le fond de chaque rainure forme ainsi le logement 290 qui reçoit l'élément chauffant linéaire 291. La profondeur de la rainure est plus importante que le diamètre de l'élément chauffant 291, et laisse subsister au dessus de lui un espace entouré par les parois de la rainure. Cet espace constitue ainsi une tranchée qui forme un réservoir de coulée 280.
Comme illustré en Fig. 13, la brasure en poudre 8 est ensuite déposée dans cette tranchée 280 par l'ouverture longitudinale de la rainure. Dans ce mode de réalisation, la brasure en poudre remplit l'ouverture du logement, lequel peut ainsi être considéré comme fermé autour de l'élément chauffant.
Comme illustré en Fig. 14, après l'étape de chauffage EC et la coulée E6, la brasure a fondu et a coulé par gravité au fond du logement 280 et autour de l'élément chauffant 291, cet espace formant ainsi les canaux de coulée 281 du procédé. Après refroidissement, la brasure solidifiée forme ainsi un matériau continu 82 qui noie l'élément chauffant 291 dans la matière du carénage 21, assurant sa fixation et optimisant la conduction thermique.
La Fig. 15 illustre une alternative d'apport de la brasure, dans laquelle cette brasure est introduite sous la forme d'une pièce métallique continue 81. A titre d'exemple, la rainure à gauche sur la figure contient, au dessus de l'élément chauffant 291, un ruban ou un fil de brasure sous la forme d'une pièce continue 81. Un autre exemple est visible en partie droite de la figure, où plusieurs rainures contiguës sont recouvertes par une même pièce continue, ici un même ruban ou feuille 81 qui recouvre deux spires de l'élément chauffant 291.
Thermoplongeur
Les Fig. 16 à Fig. 20 illustrent un troisième exemple de mode de réalisation de l'invention, portant sur un thermoplongeur 3 pour le maintien en température d'un bain liquide de métaux fondus. Il peut s'agir par exemple d'étain, zinc, magnésium ou aluminium.
Par exemple pour réaliser des pièces par moulage en coquille ou à modèle perdu, par exemple pour des blocs moteurs, un tel bain peut être maintenu à 800°C en continu, par exemple à l'aide de deux à quatre thermoplongeurs par bains, d'une puissance de lOkW à 25kW chacun.
La Fig. 16 illustre en coupe longitudinale le corps 31 formant un étui en doigt de gant, dans lequel a été introduit un élément chauffant 391 linéaire raccordé par un conducteur 399. L'étui 31 présente un volume intérieur qui forme un cylindre par exemple circulaire ou ovale. Sur la hauteur de l'élément chauffant, ce volume intérieur forme ainsi le canal d'insertion qui accueille l'élément chauffant 391, et joue alors le rôle de logement 390 dudit élément chauffant. La partie haute du canal d'insertion forme l'ouverture d'introduction, et dépasse au dessus de cet élément chauffant pour présenter un volume plus important qui constitue ici le réservoir de coulée 380. Les parties inférieures de cette partie haute peuvent alors être vues comme formant les canaux de coulée 381.
Comme illustré en Fig. 17, ce réservoir 380 est ensuite rempli de brasure en poudre 8, dans les quantités calculées et testées pour pouvoir enrober l'élément chauffant.
Comme illustré en Fig. 18 et Fig. 19 à l'issue de l'étape de chauffage EC, la brasure liquéfiée est venue emplir le logement 390 autour de l'élément chauffant 391, et forme ainsi un enrobage métallique 82 continu entre la surface de l'élément chauffant 391 et la paroi intérieure du corps 31.
La Fig. 20 illustre une variante d'un tel thermoplongeur, dans laquelle plusieurs éléments chauffants sont disposés dans un même étui 31, ici trois élément chauffants 391, 392 et 393, par exemple alimentés par les trois phases d'une tension en triphasée. Ils sont ici chacun disposés dans une région commune du volume, cette région formant le logement 390 et constituant un canal d'insertion commun aux éléments chauffants. Alternativement, le logement peut aussi être formé par plusieurs régions distinctes, entièrement ou ne communiquant que sur une partie de leur longueur, et formant ainsi plusieurs canaux d'insertion distincts.
En améliorant les transferts thermique au sein du thermoplongeur, on augmente l'efficacité énergétique et diminue le gradient thermique entre l'intérieur et l'extérieur, ce qui augmente permet une amélioration de la fiabilité et de la durée de vie du thermoplongeur.
Liste des signes de référence - Nomenclature
I plaque chauffante
II corps - plateau 110 rebord de la plaque de support
111 plaque de support
111a, 111b face de support, face interne
112 contreplaqué
1119 soudure étanche de fermeture du plateau
13 pied
171, 172 thermocouples
179 conducteurs des thermocouples
190 logements - rainures
191, 192 éléments chauffants
199 conducteurs des éléments chauffantes
180 réservoir de coulée
181 canaux de coulée
181a (canal de coulée) espace discal entre plaque support et contre plaque
181b (canaux de coulée) canaux radiaux inter-rainures
182 cheminées de dégazage
2 source infrarouge carénée
21 corps, pièce de carénage
21a, 21b face fonctionnelle, face interne
290 logement - creux et fond des rainures
291 éléments chauffants
299 conducteurs des éléments chauffants
280 réservoir de coulée - ouverture des rainures
281 canaux de coulée - tranchée des rainures
3 thermoplongeur
31 corps - étui
381 canaux de coulée - extrémités d'introduction
380 réservoir de coulée - ouverture de l'étui
390 logement - canaux d'insertion
391, 392, 393 éléments chauffants
399 conducteurs des éléments chauffants
8 matériau de brasure en poudre 81 matériau de brasure en feuille
82 matériau de brasure après coulée

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'un dispositif chauffant électrique, ou source chauffante, du type comprenant au moins un corps (11, 21, 31) muni d'au moins un logement (190, 290, 390) renfermant au moins une résistance chauffante formant un élément chauffant linéaire (19, 29, 39), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- fourniture ou réalisation et préparation (EA) d'un corps (11) comprenant :
o au moins un logement (190, 290, 390) renfermant au moins un câble à isolant minéral formant ladite au moins une résistante chauffante, et
o un ou plusieurs réceptacles formant réservoirs de coulée (180, 280, 380) contenant un matériau de brasure (8) pur introduit sous forme solide, parcellaire ou monobloc, lesdits réservoirs de coulée 180 communiquant avec ledit logement par un ou plusieurs canaux dits de coulée (181, 281, 381), lesquels sont agencés pour permettre audit matériau de brasure, une fois en fusion, de s'écouler par lesdits canaux de coulée pour venir remplir ledit logement autour de ladite résistante chauffante (191, 192, 29, 391) et noyer ledit câble à isolant minéral, au moins par gravité et/ou par différence de pressions ;
- chauffage (EB) dudit corps, notamment dans un four, à une température déterminée pour obtenir la fusion dudit matériau de brasure (8), provoquant ainsi une coulée (E6) de la brasure par lesdits canaux de coulée.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau de brasure (8) forme un alliage métallique à base de nickel, notamment de la famille BNi.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les éléments chauffants (191, 192, 29, 391) comprennent un blindage extérieur réalisé en un alliage à base d'acier, notamment en acier inoxydable.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de chauffage (EB) comprend une étape de coulée (E6) qui est réalisée sous dépression, et notamment sous un vide secondaire.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de chauffage (EB) comprend au moins :
- un palier préalable de dégazage (E5), réalisé à une température inférieure à la température de fusion de la brasure pendant au moins 5 minute, notamment entre 700°C et 900°C et par exemple 800°C à plus ou moins 10°C ;
- un palier de coulée (E6), réalisé à une température supérieure à la température de fusion de la brasure et comprise entre 900°C et 1200°C, pendant une durée déterminée selon la masse à chauffer pour obtenir une durée à température d'au moins 5 minutes.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de brasure est disposé dans le ou les réservoirs sous forme de poudre, dans une quantité qui représente un volume de poudre déterminé en fonction du volume à remplir, selon un ratio compris entre 1,2 et 2,0 fois le volume à remplir.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la brasure est introduite sous la forme d'au moins une pièce ou feuille métallique continue (81) disposée dans un volume situé au dessus d'un ou plusieurs des canaux de coulée (181, 181a, 281), ledit volume formant ainsi un réservoir de coulée (180, 280).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le ou les logements (190, 290, 390) sont réalisés selon des dimensions déterminées, en fonction des dimensions du ou des éléments chauffants, pour laisser subsister entre eux un jeu compris entre 0,2mm et 0,6mm.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la réalisation d'une plaque chauffante (1), notamment pour galette de semiconducteur ;
en ce que le corps (11) comprend une plaque de support (111) plane destinée à recevoir un objet à chauffer, dans l'épaisseur de laquelle sont réalisées une pluralité de logements (190) linéaires qui reçoivent et entourent le ou les éléments chauffants (191, 192) linéaires de façon sensiblement complémentaire ;
et en ce que ledit corps (11) comprend un ou plusieurs réservoirs de coulée (180) qui communiquent avec lesdits logements (190) depuis une position qui s'étend transversalement au plan de ladite plaque de support (111).
10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la plaque de support (111) présente une région fonctionnelle de forme ovale, circulaire ou polygonale, laquelle présente :
- d'un côté, une face de support destinée à recevoir la galette à chauffer, et
- de l'autre côté, une face dite interne à la surface de laquelle sont creusées une pluralité de rainures (190) sensiblement concentriques à la région fonctionnelle, notamment circulaires ou formant une ou plusieurs spirales ;
l'étape de réalisation du corps comprenant :
- insertion du ou des éléments chauffants (191, 192) dans lesdites rainures,
- assemblage et fixation sur ladite face interne, notamment par soudure étanche, d'une contreplaqué (112) qui vient fermer lesdites rainures pour former ainsi le ou les logements renfermant lesdits éléments chauffants (191, 192).
11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la préparation du corps (11) comprend le dépôt du matériau de brasure (8) dans un ou plusieurs réservoirs de coulée (180) fixés sur la contreplaqué (112), provisoirement ou formant un pied (13) de fixation et/ou d'amenée des conducteurs (199) des éléments chauffants (191, 192).
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la plaque de support (111) est réalisée en un matériau choisi parmi :
- un acier inoxydable austénitique,
- un acier inoxydable martensitique,
- un acier inoxydable de type 304 ou 316 ou 321 ou 310 selon la norme AISI,
- un alliage à base de nickel,
- un alliage à base de nickel de type nickel-chrome,
- un métal ou alliage de titane, ou
- un alliage à base de cuivre.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la réalisation d'un thermoplongeur (3) pour chauffer un bain de liquide, notamment de métal fondu ;
en ce que le corps comprend un étui (31) destiné à être immergé partiellement ou en totalité dans le liquide à chauffer, présentant un logement entouré de manière étanche vis-à-vis dudit liquide ;
en ce que ledit logement présente un ou plusieurs canaux d'insertion (390) linéaires qui reçoivent et entourent le ou les éléments chauffants (391, 392) de façon sensiblement complémentaire, et présentent au moins une extrémité d'introduction (381) permettant l'introduction des éléments chauffants ;
et en ce que le ou les réservoirs de coulée (380) sont formés par prolongement desdites extrémités d'introduction, ou raccordés auxdites extrémités d'introduction.
14. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étui (31) formant le corps comprend une coque réalisée à base de céramique, notamment de type nitrure de silicium, carbure de silice ou encore oxyde d'aluminium, qui forme une séparation étanche entre le canal d'insertion (390) et le liquide à chauffer.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la réalisation d'une source infrarouge carénée (2), notamment réaliser une soudure d'une ou plusieurs pièces thermoplastiques,
en ce que le corps comprend au moins une pièce dite carénage (21), linéaire ou bidimensionnelle, qui présente une face dite fonctionnelle (21a) dont la forme est déterminée pour produire la forme d'un cordon de soudure que ladite source chauffante vise à réaliser,
ladite pièce de carénage présentant, dans son épaisseur, une ou plusieurs rainures (290) linéaires qui reçoivent et entourent le ou les éléments chauffants (291) linéaires de façon sensiblement complémentaire ;
et en ce que ledit corps (21) comprend un ou plusieurs réservoirs de coulée (280) qui communiquent avec lesdits logements depuis une position (280) qui s'étend transversalement au plan de ladite plaque de support.
16. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pièce de carénage (21) présente, sur une autre face dite interne (21b) qui fait face à une autre direction que la face fonctionnelle (typiquement sur une face opposée), une ou plusieurs rainures qui entourent le ou les éléments chauffants ;
et en ce que l'ouverture desdites rainures reçoit le matériau de brasure avant l'étape de coulée, de façon à ce que ledit matériau de brasure s'écoule dans lesdites rainures pendant l'étape de coulée, lesdites rainures réalisant ainsi le logement dans lequel le matériau de brasure vient coller ou noyer lesdits éléments chauffants.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 16, caractérisé en ce qu'au moins une pièce de carénage est réalisée par une procédé de fabrication additive métallique directe par laser, ou "Direct Métal Laser Sintering" en Anglais, utilisant majoritairement un alliage de cobalt- chrome, notamment comprenant : entre 60% et 65% de Cobalt et entre 26% et 30% de chrome.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que le ou les éléments chauffants sont choisis d'un diamètre extérieur inférieur ou égal à 2mm.
19. Dispositif chauffant (1, 2, 3) réalisé par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
20. Dispositif chauffant formant une plaque chauffante (1), réalisé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la plaque de support (111) comprend au moins deux éléments chauffants (191, 192) indépendants.
21. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément chauffant dit intérieur (191), formant au moins une spirale, et au moins un élément chauffant dit périphérique (192), formant une boucle circulaire ou plusieurs boucles en spirale, qui entoure ledit élément chauffant intérieur (191), notamment de façon plane, parallèles à la surface de support (111a) et par exemple coplanaires entre elles.
PCT/EP2020/053997 2019-02-14 2020-02-16 Procede de brasure d'elements chauffants pour realiser un dispositif chauffant électrique ou une source chauffante; dispositif chauffant électrique correspondant WO2020165452A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/430,926 US20220126386A1 (en) 2019-02-14 2020-02-16 Method for soldering heating elements to create an electric heating device or a heating source; corresponding electric heating device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1901501A FR3092778B1 (fr) 2019-02-14 2019-02-14 « Procédé de brasure d’éléments chauffants pour réaliser une source chauffante, plaque de cuisson, thermoplongeur ou source infrarouge »
FRFR1901501 2019-02-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020165452A1 true WO2020165452A1 (fr) 2020-08-20

Family

ID=67262560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/053997 WO2020165452A1 (fr) 2019-02-14 2020-02-16 Procede de brasure d'elements chauffants pour realiser un dispositif chauffant électrique ou une source chauffante; dispositif chauffant électrique correspondant

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220126386A1 (fr)
FR (1) FR3092778B1 (fr)
WO (1) WO2020165452A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022235728A1 (fr) * 2021-05-04 2022-11-10 Watlow Electric Manufacturing Company Ensemble dispositif de chauffage métallique avec éléments chauffants résistifs intégrés

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3110795A (en) * 1959-09-17 1963-11-12 Gen Motors Corp Domestic electric appliance
JPS59190468U (ja) * 1983-05-31 1984-12-17 日本電気ホームエレクトロニクス株式会社 ロウ付け構体
US5189271A (en) * 1982-12-01 1993-02-23 Metcal, Inc. Temperature self-regulating induction apparatus
WO2004073032A2 (fr) 2003-02-10 2004-08-26 Asml Holding B.V. Plaque de cuisson monobloc a utiliser dans le systeme de fabrication de tranches
US20090280299A1 (en) * 2006-09-12 2009-11-12 Boostec S.A. Process for manufacturing a silicon carbide heat exchanger device, and silicon carbide device produced by the process

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3110795A (en) * 1959-09-17 1963-11-12 Gen Motors Corp Domestic electric appliance
US5189271A (en) * 1982-12-01 1993-02-23 Metcal, Inc. Temperature self-regulating induction apparatus
JPS59190468U (ja) * 1983-05-31 1984-12-17 日本電気ホームエレクトロニクス株式会社 ロウ付け構体
WO2004073032A2 (fr) 2003-02-10 2004-08-26 Asml Holding B.V. Plaque de cuisson monobloc a utiliser dans le systeme de fabrication de tranches
US20090280299A1 (en) * 2006-09-12 2009-11-12 Boostec S.A. Process for manufacturing a silicon carbide heat exchanger device, and silicon carbide device produced by the process

Also Published As

Publication number Publication date
FR3092778A1 (fr) 2020-08-21
FR3092778B1 (fr) 2022-02-25
US20220126386A1 (en) 2022-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2875233C (fr) Procede et dispositif pour le prechauffage d'un moule notamment de moulage par injection
CA2559925C (fr) Procede pour chauffer des materiaux en vue de produire des objets et dispositif mettant en oeuvre ce procede
EP2349667B1 (fr) Dispositif de transformation de materiaux utilisant un chauffage par induction permettant un prechauffage du dispositif
EP1846588B1 (fr) Procédé d'élaboration par projection thermique d'une cible à base de silicium et de zirconium
KR101513605B1 (ko) 샤프트 부착 히터 유닛 및 샤프트 부착 히터 유닛의 제조 방법
EP3154082A1 (fr) Structure dbc amelioree dotee d'un support integrant un materiau a changement de phase
WO2020165452A1 (fr) Procede de brasure d'elements chauffants pour realiser un dispositif chauffant électrique ou une source chauffante; dispositif chauffant électrique correspondant
FR2915053A1 (fr) Procede et dispositif de chauffage de pieces tubulaires ou pleines par induction.
WO1998005185A1 (fr) Four de fusion de verre par induction en creuset froid
EP0699112B1 (fr) Dispositif d'alimentation en metal en fusion, notamment en fonte, d'une machine de coulee, et installation de coulee integrant ce dispositif d'alimentation
EP3469206B1 (fr) Chambre de combustion de moteur fusee avec ailettes a composition variable
EP3737901B1 (fr) Creuset froid et collecteur de refroidissement associe pour dispositif de chauffage par induction
FR2874340A1 (fr) Procede de fonderie de pieces en carapace, grappe et carapace pour sa mise en oeuvre, aube de turboreacteur obtenue par un tel procede, et moteur d'aeronef comportant de telles aubes
EP0682575B1 (fr) Procede de fabrication d'un organe chauffant de transfert de metal liquide, organe chauffant, son application et son utilisation
FR2792084A1 (fr) Dispositif de chauffage et de refroidissement integre dans un reacteur de traitement thermique d'un substrat
EP0100272B1 (fr) Procédé de fabrication de pièces moulées, dispositif comportant application de ce procédé et pièces moulées ainsi obtenues
EP3475012B1 (fr) Four de refroidissement par solidification dirigée et procédé de refroidissement utilisant un tel four
EP1067822A1 (fr) Procédé de fabrication d'élément chauffant pour appareil de chauffage ou cuisson, élément chauffant ainsi obtenu et appareils ainsi équipés
FR3057057B1 (fr) Procede de fabrication par impression en trois dimensions d'un echangeur thermique a plaques
FR3037972A1 (fr) Procede simplifiant le noyau utilise pour la fabrication d'une aube de turbomachine
FR2628993A3 (fr) Dispositif d'obturation laterale de l'espace de coulee d'une lingotiere de coulee continue entre cylindres
FR2995305A1 (fr) Procede de fabrication ameliore d'un noyau en ceramique destine a la fabrication d'une aube de module de turbomachine
EP0644410B1 (fr) Thermocouple-capteur et son procédé de fabrication
FR2972890A1 (fr) Systeme inductif pouvant servir de creuset froid
FR2989081A1 (fr) Procede d'enduction d'une fibre par un alliage sous l'effet d'un champ magnetique

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20713512

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20713512

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1