Warum wir auf Infrarotstrahlung für bleifreie Halbleiter umsteigen
Die Halbleiterindustrie strebt nach „grünen“ und bleifreien Standards. Das ist die richtige Entscheidung – doch dadurch ändert sich auch die Art und Weise, wie wir Wärme einsetzen müssen.
Lange Zeit wurden ausschließlich Konvektionsöfen verwendet. Das Problem dabei: Man muss eine enorme Menge an Luft erhitzen, nur um einen kleinen Wafer zu erwärmen. Das ist eine völlige Energieverschwendung.
Deshalb nutzen wir Infrarotstrahlung zur Trocknung der Halbleiter. Anstelle der Erhitzung der Luft wird die Energie direkt auf die Oberfläche des Halbleiters geleitet. Es ist einfach schneller. Durch Infrarotstrahlung werden die Photonen sofort in Wärme umgewandelt. Dadurch können die Aufwärmzeiten von Minuten auf Sekunden reduziert werden. Bei der Produktion in großem Stil bedeutet das weniger Energieverbrauch und höhere Produktivität. Zudem sind keine schweren, lösemittelbasierten Heizmittel mehr nötig – was den gesamten Prozess umweltfreundlicher macht.
Aber es gibt auch Herausforderungen: Bleifreie Lötstoffe und Beschichtungen sind empfindlich gegenüber Temperaturen. Sie benötigen ein sehr eng definiertes Temperaturfenster. Wenn die Temperatur zu hoch wird, verformt sich der Halbleiter. Mit Infrarotstrahlung kann man die Wellenlänge anpassen – zwischen Kurz- und Mittelwellen –, damit sie genau den Bedürfnissen des Materials entspricht. So erhält man die gewünschte Oberflächentemperatur, ohne dass der ganze Bauteil überhitzt.
Aber es ist nicht alles perfekt. Es gibt einen Kompromiss: Die Hochleistungs-Lampen erzeugen eine enorme Menge an Wärme. Das ist zwar gut für die Geschwindigkeit, doch es belastet die Kühlsysteme stark. Wenn das Chassis nicht dazu geeignet ist, diese Wärme abzuleiten, brennen die Filamente viel zu schnell aus. Man muss also den richtigen Ausgleich zwischen der gewünschten Trocknungszeit und der Leistungsfähigkeit des Kühlsystems finden.
Letztendlich scheint dies der einzige praktikable Weg zu sein. Dadurch wird der CO2-Ausstoß durch die großen Heizelemente reduziert – und der Prozess passt zudem besser zu den strengen chemischen Vorgaben in modernen Fabriken.