Warum wir uns endlich von Konvektionsöfen lösen
Lange Zeit haben wir einfach alles in große Konvektionsöfen gegeben und auf das Beste gehofft. Doch das ändert sich jetzt. Die meisten Halbleiterfabriken verzichten zunehmend auf die Methode der Luftzirkulation und nutzen stattdessen Infrarotstrahlung zur Aushärtung der Materialien. Es geht dabei nicht nur um die Einhaltung von Umweltschutzvorgaben oder um den Verzicht auf Blei – es handelt sich dabei vielmehr um eine viel effizientere Arbeitsmethode.
Der Vorteil der Konvektionsöfen liegt darin, dass man den gesamten Ofen sowie die darin befindliche Luft erhitzen muss, damit das Bauteil erwärmt wird. Das ist jedoch eine enorme Energieverschwendung.
Bei der Infrarotbehandlung hingegen werden elektromagnetische Strahlen direkt auf das Material gerichtet. So wird keine Zeit mit dem Erhitzen der Luft verschwendet – stattdessen wird direkt das Bauteil erhitzt. Das ist schneller und sauberer. Außerdem müssen Sie sich keine Sorgen machen, dass Staubpartikel Ihre Wafer beschädigen könnten.
Die Herausforderungen bezüglich bleifreier Materialien
Wer schon mit bleifreien Lötstoffen oder Polymeren gearbeitet hat, weiß, wie schwierig diese zu verarbeiten sind. Wenn die Temperatur nicht genau richtig ist, entstehen Verformungen oder andere Probleme.
Mit Infrarotstrahlung kann man den Wellenlängenbereich anpassen – zwischen Kurz- und Mittelwellenweiten – um ihn den verwendeten Materialien anzupassen. Dadurch kann man die Temperatur schnell erhöhen, ohne dass die anderen Komponenten unnötig erhitzt werden. So bleiben die empfindlichen Bauteile sicher.
Die Nachteile
Ich sage jetzt nicht, dass Infrarotstrahlung eine magische Lösung ist. Auch hier gibt es einige Nachteile. Da diese Lampen eine enorme Menge Wärme in einem kleinen Bereich erzeugen, können Probleme auftreten, wenn die Bauteile seltsame Formen oder unterschiedliche Dicken haben. Dadurch entstehen Hotspots.
Um das zu verhindern, reicht es nicht aus, die Einstellungen einfach vorzunehmen und dann zu vergessen. Man benötigt präzise Thermokoppeln oder Pyrometer, um die Temperatur im Auge zu behalten. Wenn der Rückkopplungsmechanismus nicht funktioniert, kann das Substrat beschädigt werden oder die Ränder des Bauteils können gar nicht ausreichend ausgehärtet werden.
Außerdem muss man auch auf das Kühlsystem achten. Die ganze Wärme, die von den Wafern reflektiert wird, addiert sich schnell. Man muss sicherstellen, dass das Kühlsystem die Last wirklich bewältigen kann.