精密条带加热元件。本发明涉及一种加热元件,其包括:连续平面条带和多个安装构件。该连续条带从第一端到第二端的路径是迂回的并且包括多个重复循环,每个重复循环包括多个第一直形分段、多个第二直形分段和多个圆曲分段。第一直形分段的长度大于第二直形分段的长度并且迂回路径的单个循环的角度和大于360度。该加热元件能够结合在用于例如半导体处理设备的加热组件中。
1.一种加热组件,包括:加热元件,所述加热元件包括连续平面条带,其中所述连续平面条带的、从第一端到第二端的路径是迂回的,并且包括多个重复循环,每个重复循环包括多个第一直形分段、多个第二直形分段和多个圆曲分段,其中所述多个第一直形分段中的一个第一直形分段的长度大于所述多个第二直形分段中的一个第二直形分段的长度,以及其中所述迂回路径的所述多个重复循环中的单个循环的角度和大于360度。
2.根据权利要求1所述的加热组件,其中所述多个第一直形分段包括与第二组不平行的第一组。
3.根据权利要求1所述的加热组件,其中所述多个第一直形分段相对于从所述加热元件的第一端到所述加热元件的第二端定向的轴基本横向地定向,以及其中所述多个第二直形分段相对于所述轴基本纵向地定向。
4.根据权利要求1所述的加热组件,其中所述多个第二直形分段相对于从所述加热元件的第一端到所述加热元件的第二端定向的轴基本纵向地定向,以及所述多个第二直形分段中的任何两个相继的第二直形分段是平行的。
5.根据权利要求1所述的加热组件,其中所述多个圆曲分段中的两个圆曲分段和所述多个第二直形分段中的一个第二直形分段形成凸部,其中所述单个循环具有两个凸部,以及其中所述一个第二直形分段将所述两个圆曲分段分离。
6.根据权利要求5所述的加热组件,其中所述单个循环的所述两个凸部中的一个凸部的角度和大于180度。
7.根据权利要求6所述的加热组件,其中所述单个循环的所述两个凸部中的一个凸部的角度和在180度到200度之间。
8.根据权利要求6所述的加热组件,其中所述单个循环的所述两个凸部中的一个凸部的角度和在185度到190度之间。
9.根据权利要求1所述的加热组件,其中所述多个圆曲分段中的一个圆曲分段的角度在90度与135度之间。
10.根据权利要求1所述的加热组件,其中所述多个第一直形分段中的两个第一直形分段和所述多个第二直形分段中的两个第二直形分段的长度之和与所述多个圆曲分段中的两个圆曲分段的长度之和的比率大于2.0。
11.根据权利要求10所述的加热组件,其中所述比率大于2.2。
12.根据权利要求1所述的加热组件,还包括:多个安装构件,其中所述多个安装构件在沿着所述迂回路径的多个位置处从所述连续平面条带的周边延伸。
13.根据权利要求12所述的加热组件,其中所述迂回路径是类正弦曲线状的,以及所述多个位置在所述类正弦曲线状路径的、邻近所述类正弦曲线状路径的最大横向位置的内部边缘上。
14.根据权利要求12所述的加热组件,其中所述迂回路径是类正弦曲线状路径,以及所述多个位置在所述类正弦曲线状路径的、邻近所述类正弦曲线状路径的最大横向位置的外部边缘上。
15.根据权利要求12所述的加热组件,其中所述多个安装构件的相继位置在所述连续平面条带的交替周边边缘上。
16.根据权利要求12所述的加热组件,其中所述连续平面条带的辐射表面在第一平面中延伸并且包含于所述第一平面中,以及其中所述多个安装构件与所述连续平面条带一体地形成,并且基本上在第二平面中从所述连续平面条带的周边延伸,所述第二平面不同于所述第一平面。
17.根据权利要求16所述的加热组件,其中所述多个安装构件包括基端和远端,并且包括在所述基端处的集成间隔器。
18.根据权利要求17所述的加热组件,还包括基板,其中当所述连续平面条带被安装到所述基板时,所述集成间隔器从所述基端延伸的长度限定所述连续平面条带的分隔距离。
19.根据权利要求12所述的加热组件,其中所述连续平面条带的辐射表面在第一平面中延伸并且包含于所述第一平面中,以及其中所述多个安装构件包括:在所述连续平面条带上一体地形成的开口,以及包括销钉和间隔器的延伸组件,其中所述销钉以可操作方式位于所述开口中以基本上在第二平面中延伸,所述第二平面不同于所述第一平面。
20.根据权利要求3所述的加热组件,其中所述迂回路径相对于所述轴是准正弦形的。
21.根据权利要求3所述的加热组件,其中所述迂回路径相对于所述轴是准方波形的。
22.根据权利要求1的加热组件,其中由电阻合金来形成所述加热元件。
23.根据权利要求22所述的加热组件,其中由铁铬铝合金来形成所述加热元件。
24.根据权利要求1所述的加热组件,包括:电源端子,所述电源端子位于所述加热元件的第一端或第二端处。
25.根据权利要求3所述的加热组件,进一步包括:多个安装构件,其中所述多个安装构件在沿着所述迂回路径的多个位置处从所述连续平面条带的周边延伸,其中所述多个位置在所述迂回路径的、邻近所述迂回路径的最大横向位置的内部边缘上,其中所述最大横向位置位于所述迂回路径相对于所述轴的正部或负部的最大位置处。
26.一种加热组件,包括:绝缘基板;以及加热元件,所述加热元件包括连续平面条带,其中所述连续平面条带的、从第一端到第二端的路径是迂回的,并且包括多个重复循环,每个重复循环包括多个第一直形分段、多个第二直形分段和多个圆曲分段,其中所述多个第一直形分段中的一个第一直形分段的长度大于所述多个第二直形分段中的一个第二直形分段的长度,以及其中所述迂回路径的所述多个重复循环中的单个循环的角度和大于360度,其中通过所述多个安装构件以与所述绝缘基板隔开的关系来安装所述加热元件。
27.根据权利要求26所述的加热组件,其中由绝缘材料来形成所述绝缘基板。
28.根据权利要求27所述的加热组件,其中由具有氧化铝面层和混合陶瓷纤维背衬层的陶瓷纤维复合材料来形成所述绝缘基板。
29.根据权利要求26所述的加热组件,其中所述多个第一直形分段包括与第二组不平行的第一组。
30.一种制造加热组件的方法,所述方法包括:由电阻合金来形成加热元件主体,所述加热元件主体包括:具有辐射表面的连续平面条带,和多个安装构件;相对于所述连续平面条带不共面地弯曲所述多个安装构件;以及将所述多个安装构件插入基板中,直至在所述安装构件上的集成间隔器接触所述基板,其中所述连续平面条带从第一端到第二端的路径是迂回的并且包括多个重复循环,每个重复循环包括多个非平行第一直形分段、多个第二直形分段和多个圆曲分段,其中所述多个非平行第一直形分段中的一个第一直形分段的长度大于所述多个第二直形分段中的一个第二直形分段的长度,以及其中所述迂回路径的所述多个重复循环中的单个循环的角度和大于360度。
31.根据权利要求30所述的方法,进一步包括:将电源附连到所述加热元件。
32.一种制造加热组件的方法,所述方法包括:由电阻合金来形成加热元件主体,所述加热元件主体包括具有辐射表面的连续平面条带;以及通过在所述连续平面条带上一体地形成的开口,将多个安装构件插入基板中,直至与所述安装构件相关联的间隔器接触所述基板,其中所述连续平面条带从第一端到第二端的路径是迂回的并且包括多个重复循环,每个重复循环包括多个非平行第一直形分段、多个第二直形分段和多个圆曲分段,其中所述多个非平行第一直形分段中的一个第一直形分段的长度大于所述多个第二直形分段中的一个第二直形分段的长度,以及其中所述迂回路径的所述多个重复循环中的单个循环的角度和大于360度。
33.根据权利要求32所述的方法,进一步包括:将电源附连到所述加热元件。技术领域
本公开涉及加热元件。更加具体地,本公开涉及具有迂回路径的、用于熔炉例如半导体处理熔炉的条带加热元件,该迂回路径包括有利地适合热膨胀和收缩的、直的和圆曲的分段。
背景技术
在随后的背景讨论中,对于特定结构和/或方法进行参考。然而,以下参考不应该被理解成承认这些结构和/或方法构成现有技术。申请人明确地保留论证不将这种结构和/或方法限定为现有技术的权利。传统的加热元件通常由具有各种设计和几何形状的金属丝或金属片形成。然而,因为被嵌入或半嵌入到诸如绝缘材料的周围介质中,所以丝型元件通常在操作温度中受到限制。此外,丝型元件通常未被精确地形成、是高度劳动密集型的并且具有表面与质量的中间比率,从而导致快速的加热和冷却。对于片式金属加热元件,被形成为基本方形图案的加热元件不利地存在非均匀性,而具有连续弯曲图案的加热元件产生高的应力,当加热元件在操作温度下膨胀时,这两种效应都更加显著。
发明内容
一种即使在操作温度下也基本均匀地辐射并且基本无应力的加热元件将是有利的。能够在熔炉中包括这种加热元件以改善对部件的处理。例如能够在用于半导体晶片处理的半导体处理熔炉中包括这种加热元件。一种示例性加热元件包括连续平面条带,其中,该连续条带从第一端到第二端的路径是迂回的并且包括多个重复循环,每个重复循环包括多个第一直形分段、多个第二直形分段和多个圆曲分段,其中第一直形分段的长度大于第二直形分段的长度,并且其中迂回路径的单个循环的角度和大于360度。加热组件的一种示例性实施例包括利用多个安装构件以与绝缘基板隔开的关系所安装的加热元件。制造加热组件的示例性方法包括:由电阻合金形成加热元件主体,该加热元件主体包括具有辐射表面的连续平面条带和多个安装构件;相对于连续条带不共面地弯曲多个安装构件;以及将多个安装构件插入基板中,直至在安装构件上的集成间隔器接触基板,其中连续条带从第一端到第二端的路径是迂回的并且包括多个重复循环,每个重复循环包括多个非平行的第一直形分段、多个第二直形分段和多个圆曲分段,其中第一直形分段的长度大于第二直形分段的长度,以及其中迂回路径的单个循环的角度和大于360度。制造加热组件的另一种示例性方法包括:由电阻合金形成加热元件主体,该加热元件主体包括具有辐射表面的连续平面条带;以及通过在连续条带上一体地形成的开口,将多个安装构件插入基板中,直至与安装构件相关联的间隔器接触基板,其中连续条带从第一端到第二端的路径是迂回的并且包括多个重复循环,每个重复循环包括多个非平行的第一直形分段、多个第二直形分段和多个圆曲分段,其中第一直形分段的长度大于第二直形分段的长度,以及其中迂回路径的单个循环的角度和大于360度。应该理解前面的一般说明和以下详细说明都是示例性和解释性的,并且旨在对要求保护的本发明提供进一步的解释。
附图说明
能够结合附图阅读以下详细说明,在图中同样的附图标记表示同样的元件,并且其中:图1是加热元件的示例性实施例的平面示意图。图2是加热元件的又一示例性实施例的平面示意图。图3A和3B示出加热组件的示例性实施例的两个不同的分解透视图。图4A和4B示出加热组件的另一示例性实施例的两个不同的分解透视图。图5A到5C示出包括安装构件的第一实施例的加热元件的示例性实施例的一些部分。图6示出包括安装构件的第二实施例的加热元件的另一示例性实施例的一些部分。图7A-D在平面图中示出具有集成安装构件和作为分离元件的安装构件的类型组合的加热元件的若干实施例。图8示出具有集成安装构件和作为分离元件的安装构件的类型组合的加热组件的示例性实施例的分解透视图。图9A和9B示出关于具有安装构件的第一实施例(图9A)和具有安装构件的第二实施例(图9B)的、大体上如图1示出的加热元件的示例性实施例的模拟温度分布。图10示出关于大体上如图2示出的加热元件的示例性实施例的模拟温度分布。图11示出关于现有技术加热元件的模拟温度分布。图12A和12B示出具有多个加热元件的加热组件的示例性实施例的两个不同的透视图。图13A-E示出加热元件安装的示例。
具体实施方式
加热元件10的示例性实施例包括连续平面条带12和多个安装构件14。连续条带12从第一端16到第二端18的路径是迂回的并且包括多个重复循环20。每个重复循环20包括多个非平行第一直形分段22、多个第二直形分段24和多个圆曲分段26。该迂回路径的单个循环的角度和大于360度。加热元件10具有基本上在第一平面中延伸并且基本上被包含在第一平面中的辐射表面30。在这个第一平面内,例如在垂直于轴32的±15度内,相对于轴32基本上横向地定向多个第一直形分段22,所述轴32从加热元件10的第一端34到加热元件10的第二端36定向。多个第二直形分段24例如在平行于轴32的±15度内相对于轴32基本上纵向地定向。在一个示例性实施例中,任何两个相继的第一直形分段是基本(在±15度内,可替选地在±5度内)非平行的,并且任何两个相继的第二直形分段是基本(在±15度内,可替选地在±5度内)平行的。可替选地,任何两个相继的第一直形分段22是严格非平行的和/或任何两个相继的第二直形分段24是严格平行的。传统地,轴32在X轴方向上定向。在一个示例性实施例中,迂回路径的单个循环20包括两个第一直形分段22、两个第二直形分段24和四个圆曲分段26。单个循环20包括两个凸部38。每个凸部(lobe)38包括两个圆曲分段26和一个第二直形分段24。一个第二直形分段24将两个圆曲分段26分离。圆曲分段能够采取任何适当的形式。图1是加热元件10的示例性实施例的平面示意图。在图1所示的示例性实施例中的循环20具有从圆曲分段26与第一直形分段22的界面40到圆曲分段26与第二直形分段24的界面42连续地成圆曲的圆曲分段26。以这种形式,循环20相对于轴32是准正弦形的,具有正部(在中心线处相对于的轴32的正y方向)和负部(在中心线处相对于轴32的负y方向)这两者。图2是加热元件10的另一示例性实施例的平面示意图。在图2所示的示例性实施例中的循环20具有圆曲分段26,所述圆曲分段26包括直形部分和从圆曲分段26与第一直形分段22的界面40到圆曲分段26与第二直形分段24的界面40连续地成圆曲的部分这两者。以这种形式,循环20相对于轴32是准方波形的,其中在凸部38中的路径方向改变而接近做成方形的几何形状,具有正部和负部这两者。加热元件10的具有准正弦形和准方波形这两种形式的圆曲分段26具有内部半径r₁和外部半径R₂这两个半径。每个圆曲分段26具有相对于圆曲分段26的长度L_r、表示在迂回路径的方向上的角度变化的相关联的角度α。关于各个圆曲分段24,圆曲分段的示例性实施例具有在90度与135度之间即90°<α<135°、可替选地在90度和100度之间即90°<α<100°的角度α。在示例性实施例中,一个凸部38的角度α的角度和β大于180度,优选地大于180度到大约200度,更优选地大约185到大约190度。例如,凸部38的角度和β能够被表达为:β=Σα_n其中n=在凸部中的圆曲分段的数目。因为每个循环包括两个凸部,所以与迂回路径的单个循环相关联的角度α的角度和大于360度,优选地大于360度到大约400度,更优选地大约370到大约380度。大于180度的角度和β导致与凸部38相邻的两个第一直形分段22是非平行的。能够在图1和2这两图中看到这种非平行关系。朝向凸部38的内表面,与凸部38相邻的两个第一直形分段22由距离D₁分离,所述距离D₁大于在相继的正部或负部中在凸部38之间靠近开口46的口部44分离相同的两个第一直形分段22的距离D₂。D₁是在第一直形分段22的一端处测量的,并且D₂是在第一直形分段22的第二端处测量的。加热元件10的迂回路径能够被理想化成位于平面加热元件10的中心线处的线50。图1和2示出线50在所示出的实施例中的位置。该线50能够用于测量迂回路径的距离以及用于测量圆曲分段26的角度α以及第一直形分段22的长度L₁、第二直形分段24的长度L₂和圆曲分段26的长度L_r。第一直形分段22的长度L₁大于第二直形分段24的长度L₂。本领域技术人员能够理解,对于具有均匀横截面和表面面积的同质导体而言,辐射体功耗的均匀性更高。因此,期望将直形分段长度与弯曲分段长度的比率最大化。已经根据经验确定以下关系给出具有高的均匀性、高的填充因数(基板表面功率与辐射体表面功率的比率)的结果并且使辐射体中的应力最小化。此外,这种关系容许并且控制在瞬变条件期间和在加热元件的有效寿命之中的膨胀。在示例性实施例中,在单个循环中的第一直形分段22、第二直形分段24和圆曲分段26的长度是使得它们满足以下关系: ( L 1 , A + L 1 , B + L 2 , A + L 2 , B ) ( L r , a + L r , b ) > 2 . 0 ]]>其中L_1,A是第一个第一直形分段22的长度L₁,L_1,B是第二个第一直形分段22的长度L₁,L_2,A是第一个第二直形分段24的长度L₂,L_2,B是第二个第二直形分段24的长度L₂,L_r,a是第一圆曲分段26的长度L_r并且L_r,b是第二圆曲分段26的长度L_r。可替选地,以上关系大于2.2,进一步从大于2.2到小于10.0或小于5.0。该关系表示直形分段长度与圆曲分段长度的比率。对于辐射体表面的均匀宽度,这还是直形分段与圆曲分段的表面面积的比率。适当宽度的示例是8mm。该长度是在辐射体路径的中心处即沿着线50测量的。图3A-B和4A-B示意性地示出加热组件的两个示例性实施例的两个不同的分解透视图。加热组件100包括加热元件10和绝缘体102。绝缘体102可以是任何适当的绝缘体。在示例性实施例中,绝缘体102包括具有氧化铝表面层106的绝缘基板104。其他适当的绝缘体102包括由绝缘材料形成的基板,所述绝缘材料优选为具有氧化铝面层和混合陶瓷纤维背衬层的陶瓷纤维复合材料。例如与图1和2中的任何一个中的一样,加热元件10可以是与在这里公开和描述的加热元件10基本相一致的、任何适当的加热元件。如图3A-B、图4A-B和图8所示,加热元件如在图1中是准正弦形的。加热元件10包括多个安装构件14。安装构件14在沿着迂回路径的多个位置处从连续条带12的周边60延伸。安装构件能够位于任何适当的位置处。在一个实施例中并且如图1-4所示,安装构件14在该路径的、邻近该路径的最大横向位置的内部边缘上,即,在凸部38的正和/或负部的最大位置处或附近处。可替选地,安装构件14在该路径的、邻近该路径的最大横向位置的外部边缘处,即,在凸部38的正和/或负部的最大位置处或附近处。作为进一步替选,优选地邻近该路径的最大横向位置,即,在凸部38的正部和/或负部的最大位置处或附近处,安装构件14在连续条带的交替周边边缘上。如图3A-B和图5A-C所示,多个安装构件14能够与连续条带12一体地形成,并且基本上在第二平面中从连续条带12的周边60延伸。在第一实施例中,安装构件14包括基端62和远端64并且在基端62处具有集成间隔器66。当加热元件10被安装到基板102时,集成间隔器66从基端62延伸的长度限定用于连续条带12的分隔距离。能够可选地包括垫圈68或其他平表面,以防止集成间隔器66嵌入绝缘体102中。图5A示出与连续条带12成大致90度不共面地延伸的、一体地形成的安装构件14。在图5B中,垫圈68已置于安装构件14上,垫圈68用以防止集成间隔器66嵌入到绝缘102中。图5C示出完全组装的加热组件100的一部分,其中远端64穿过绝缘体102直至间隔器66和垫圈68接触绝缘体102的表面以形成分隔距离D_O。有利地以相对于图案的横向尺寸基本平面的形状来安装集成安装装置。如图4A-B和图6所示,多个安装构件14能够是分离的元件,包括在连续条带12上一体地形成的开口70和包括销钉72和间隔器74的延伸组件。为了将连续条带12安装到绝缘体102,销钉72以可操作方式位于开口70中以基本上在第二平面中延伸。销钉72还将间隔器74锚固到适当的位置,这在加热元件10和绝缘体102之间提供分隔距离。另一垫圈76能够可选地在绝缘102的相反侧上,以提供支撑和/或锚固。当安装构件14是分离的元件时,安装构件14能够合并陶瓷、金属和/或复合结构。适当的间隔器的另一示例是长度等于在加热元件和基板之间的所期分隔距离的管道。有利地以相对于图案的横向尺寸基本弯曲的形状来安装具有分离元件的安装构件。如在此使用的,第二平面不同于辐射表面30基本上在其中延伸并且基本上包含于其中的第一平面。作为示例,第一平面与XY平面基本相一致地定向,并且第二平面基本与右手、三维笛卡尔坐标系统的YZ平面或XZ平面相一致。在又一示例性实施例中,在同一加热元件10上,能够使用诸如图1所示的安装构件14的集成安装构件的组合和诸如图4A-B所示的安装构件14的作为分离元件的安装构件。在这种情形中,集成安装构件能够用于将加热元件保持在适当的位置,而当加热元件被安装到绝缘体时,能够添加作为分离元件的安装构件。对于非平面安装而言,集成安装构件和作为分离元件的安装构件的组合会是有利的。图7A-D在平面图中示出具有集成安装构件和作为分离元件的安装构件的类型组合的加热元件10的若干实施例。图7A-D示出在为了进行安装而对这种构件进行任何弯曲之前的安装构件。图7A-D示出集成安装构件的位置变化。因此,在图7A中,集成安装构件14从凸部的外周边边缘突出;在图7B中,集成安装构件14从第一直形分段的外周边边缘突出;在图7C中,集成安装构件14从第二直形分段的外周边边缘突出;以及在图7D中,集成安装构件14从第二直形分段的内周边边缘突出。图7A-D还示出集成安装构件的定向变化。因此,在图7A和7B中,集成安装构件14与加热元件的轴32基本平行地定向,并且在图7C和7D中,集成安装构件14基本垂直于加热元件的轴32地定向。图8示出具有诸如、例如在图7A-D中的加热元件10之一中示出和描述的集成安装构件和作为分离元件的安装构件的类型组合的加热组件100的另一示例性实施例的分解透视图。加热元件10包括在加热元件10的第一端34或第二端36处的电源端子110。在可替选实施例中,电源端子位于除了第一端或第二端之外的位置处。电源端子连接到例如半导体处理熔炉的电路。图3、图4和图6例如示出适当的电源端子110的示例并且图3A示出了电源210的示例。通过感应电流通过加热元件来加热该加热元件。在所公开实施例中,由直接耦合交流电源来感应电流,但是能够采用其他方法和电源,例如,直接耦合直流电源和感应耦合电源。能够由任何适当的材料来形成加热元件10。例如,在示例性实施例中,由电阻合金、优选铁铬铝合金来形成加热元件10。其他适当的电阻合金包括镍铬合金或诸如二硅化钼或碳化硅的陶瓷合金。通过例如从材料片切割加热元件主体、铸造加热元件主体、加工加热元件主体、挤压、按压、冲孔或包套加热元件主体或这些方法的组合,能够将电阻合金形成为加热元件主体。所公开的加热元件和加热组件的实施例或者单独地或组合地提供若干优点。例如,准正弦形和准方波形图案包括产生高度均匀的表面温度的、具有基本均匀的宽度的、相当大的部分的直形分段。图9A-B和图10示出对于准正弦形图案(图9A和9B)和准方波形图案(图10)这两者的温度分布。注意在图9A的实施例与图9B的实施例之间的不同安装构件。为了进行比较,在图11中示出关于主要包括弯曲分段的传统设计的温度分布。所有的温度分布均来自于使用以下参数的温度分布得到的模型:100A的电流和1000°C的熔炉温度。在准正弦形图案中,沿着辐射表面在最高温度与最低温度之间的差(ΔT)是大约8°C(图9A)和大约7°C(图9B)。温度变化能够被表示成ΔT/T_max,并且对于图9A是0.79%并且对于图9B是0.69%。关于用于图10中的准方波形图案的相同参数的值是大约33°C的ΔT和3.09%的ΔT/T_max。相反,关于用于主要包括弯曲分段的传统设计(图11)的这些参数的数值是大约21°C的ΔT和2%的ΔT/T_max。如从这些图可以看出,对于准正弦形图案(图9A-B)而言,温度是最均匀的。虽然与主要包括弯曲分段的传统设计(图11)相比,准方波形图案(图10)的温度均匀性没有那么均匀,但是相对于传统设计,它仍然具有优点,因为它更好地适应热膨胀。能够在熔炉例如用于处理半导体的熔炉中合并在此公开的加热元件。在这种应用中,多个加热元件位于阵列或区域中,并且由温度控制电路进行加热控制。图12A和12B示出具有在阵列或区域中布置的多个加热元件的加热组件的示例性实施例的两个不同的透视图。图13A-E示出加热元件安装的示例。图13A示出具有在周向方向上布置的交错加热元件10的示例性圆柱形安装200,即,加热元件的轴并不平行于圆柱体的轴。在加热元件的端可见之处,例如在位置202处更加清楚地看到交错的加热元件10。通过在加热表面上组件内分布该终端位置,交错布置有助于最小化在加热元件的终端处由于辐射体表面中的空隙引起的非均匀性。根据应用和所期望的结果,交错的尺寸能够更小或更大。此外,如与使用两个或更多半圆形分段相反的,单个加热元件能够用于绕行周边一次或多次。图13B示出具有在周向方向上布置的非交错加热元件10的另一示例性圆柱形安装204,即,加热元件的轴不平行于圆柱体的轴。图13C示出具有轴向地布置的加热元件10的示例性半圆柱形安装206,即,加热元件的轴平行于圆柱体的轴。图13D示出具有在周向方向上布置的加热元件10的示例性半圆柱形安装208,即,加热元件的轴不平行于圆柱体的轴。图13E示出示例性平面-有角度的安装210,其中在邻接的平面部212a、212b、212c上的加热元件10被定向在不同的方向上。例如,在第一平面部212a中的加热元件10的轴可以是不平行的、可替选地垂直于在第二平面部212b中的加热元件10的轴。平面-有角度的安装210能够例如用于近似圆柱体和半圆柱体安装。这些安装仅仅是示意性的,并且能够使用获得所期望的加热和温度分布的任何安装布置。圆曲分段的半径尺寸被构造为使温度均匀性最大化并且使应力最小化。当与主要包括弯曲部的传统设计相比时,内侧半径具有特定的低应力。此外,相对于由在角部处具有很小的或没有半径的方形图案构成的传统设计,表面温度的均匀性被大大地提高。在此公开的加热元件具有还被称作填充因数的高的表面负荷因数。这里,准方波形和准正弦形加热元件具有比主要包括弯曲部的传统设计更大的辐射体表面面积。这至少部分地是因为单个循环的角度和大于360度。这使得第一直形分段处于非平行的关系中,并且得到比平行分段更长的长度,并且因此得到更大的辐射表面。此外,距离D₂被最小化,而距离D₁被改变以适合第一直形分段22的长度(L₂)。这有助于得到高的填充因数,同时增加温度均匀性并且降低凸部38中的应力。总有效区的典型表面负荷的示例是辐射体负荷的大致145%。在此公开的加热元件有助于控制热膨胀效应。形成加热元件的材料在加热时与材料的热膨胀系数成比例地膨胀。这种膨胀能够引起加热元件屈挠和弯曲,导致辐射体表面相对于待加热的部件具有可变位置(并且因此使得温度分布更不均匀)。在极端情况下,屈挠和弯曲能够导致短路。在此公开的加热元件控制并且最小化热膨胀效应。例如,第一直形分段的非平行定向将热膨胀在横向方向的部分引导到纵向方向中,并且因此保持相对于待加热部件的定向和更加均匀的温度分布。在另一示例中,图案边缘能够被沿着横向轴被弄弯或弯曲,以便朝向绝缘基板引导热膨胀,以允许使得在减少短路情形的情况下更加靠近诸如附加电路的相邻物体来放置加热元件。使用具有分隔距离的安装装置还能够有助于改进性能。沿着迂回路径长度的交替支撑位置允许加热元件的热膨胀被引导到加热元件在支撑体之间的扭曲或扭转运动中而不仅处于平面运动中。在此公开的加热元件是自由辐射的。即,安装构件相对于绝缘基板对加热元件提供分隔距离。该构造允许热从所有侧面均匀地辐射而不使用额外的电能来补偿对例如与加热元件表面接触的基板进行加热。因此,自由辐射加热元件降低了辐射体的操作温度。此外,这种加热元件在与传统加热元件相同的基板功率密度下将具有更长的寿命,或可替选地,能够在相当的寿命中以更高的功率密度进行操作。所公开的实施例给出一种组合质量轻和高表面面积的高性能加热元件。所公开的图案使得能够在制造和组装过程中实现高度自动化以及得到均匀加热和一致性能的精确几何形状。能够对加热元件进行若干改变。例如,加热元件能够具有例如从大约0.5mm到大约10mm变化的不同的厚度。还例如加热元件能够具有基于直形分段的宽度的、例如从大约5mm或更长变化的不同宽度。能够适当地合并宽度和厚度的这些变化,只要几何形状的基本特征得以保持,即,非平行的第一直形分段和基本直形的总体图案。虽然附图公开了在图中为基本平面的实施例,但是本领域技术人员可以理解,所公开的几何形状能够应用于具有诸如圆柱体或半圆柱体的弯曲表面的组件。通过允许辐射体被适当地形成为符合弯曲表面并且然后被分离的安装装置固定到适当的位置,合并分离安装装置的变化特别适于那些构造。还可以通过布置辐射体分段使得它们沿着弯曲表面的轴向长度延伸或者通过利用一系列平面面板近似所期望的弯曲几何形状,来构造弯曲表面构造。虽然结合其优选实施例进行了描述,本领域技术人员将会理解在不偏离如在所附权利要求中限定的本发明精神和范围的前提下,可以作出未具体描述的添加、删除、修改和替换。