Warum wir in den Fertigungshallen heiße Luft durch Infrarotlampen ersetzen
Wenn Sie bereits Erfahrung im Halbleiterverarbeitungsprozess haben, kennen Sie sicherlich die Probleme mit Ofenarten, die auf Heißluft basieren. Man schaltet sie ein, wartet – und wartet weiter. Es scheint, als würde man einen ganzen Raum erwärmen, nur um eine einzige Platte zu erwärmen.
Deshalb wenden viele von uns sogenannte zertifizierte Infrarotlampen an. Der Vorteil dieser Lampen liegt darin, wie die Wärme übertragen wird. Bei Heißluftofen erfolgt die Wärmeübertragung über Konvektion – man muss zunächst die Luft erwärmen, anschließend die Wandungen des Ofens und erst dann das Werkstück. Das ist ein langsamer Prozess.
Infrarotlampen hingegen nutzen Strahlung zur Wärmeerzeugung. Dadurch wird die Luft zwischen dem Objekt und der Lampe gar nicht berührt – die Wärme trifft direkt auf das Zielobjekt.
Die Frustration durch „Totzeit“
Systeme mit gezwungener Luftzirkulation haben eine große Wärmeinertiefe. Das bedeutet, dass es lange dauert, bis sie in Betrieb sind. Wenn man einen Konvektionsofen einschaltet, verliert man Minuten – manchmal sogar Stunden – damit sich der Ofen stabilisiert. In einer hochproduktiven Fertigungshalle bedeutet das einfach nur Zeitverschwendung.
Infrarotlampen eliminieren diesen Umweg. Man kann die spezifische Absorptionsbandbreite des Substrats oder des Trockenmittels ansprechen. Dadurch kann ein Prozess, der früher Stunden dauerte, nun in Sekunden oder Minuten abgewickelt werden. Das ist eine enorme Erleichterung für den Arbeitsablauf.
Die Wärme genau dorthin bringen, wo sie gebraucht wird
Wir wählen diese Lampen wegen ihrer hohen Wärmestärke aus. Das Problem bei Luftofen ist, dass sie zunächst nur die Oberfläche erwärmen und anschließend auf langsame Wärmeleitung angewiesen sind, um die Wärme ins Innere des Werkstücks zu bringen. Das ist, als würde man ein gefrorenes Steak durch das Aufstellen in einem warmen Raum auftauen wollen.
Kurzwellen- oder Mittelwellen-Infrarotstrahlung hingegen dringt tief in das Material ein. Dadurch findet die Trocknung überall im Material statt – nicht nur an der Oberfläche. So erhält man ein gleichmäßiges Ergebnis, ohne die gesamte Maschine erhitzen zu müssen.
Der Nachteil: Infrarotstrahlung ist etwas zu intensiv
Infrarotstrahlung ist zwar schnell, aber auch sehr intensiv. Da die Energieübertragung so direkt erfolgt, kann es leicht passieren, dass die Temperatur überschritten wird, wenn die PID-Steuerungen nicht perfekt eingestellt sind.
Man kann die Lampen nicht einfach so einstellen und vergessen – wie es bei Konvektionsöfen möglich ist. Man muss genau auf die Abstände achten und Sensoren verwenden, die schnell reagieren. Andernfalls kann das Wafer beschädigt werden.
Außerdem muss man sicherstellen, dass das Kühlsystem mit solchen plötzlichen Temperaturanstiegen umgehen kann. Andernfalls kann es zu Temperaturschwankungen in den benachbarten Geräten kommen. Es erfordert etwas mehr Präzision – doch die ersparte Zeit lohnt die Mühe.