Warum wir auf Konvektionsöfen zugunsten von IR-Härtungsverfahren verzichten
Die meisten Halbleiterfabriken weichen endlich von diesen altmodischen Konvektionsöfen ab. Das ist logisch – angesichts des Drucks, leitfreie Bauteile zu verwenden, sowie des Wunsches, die Energiekosten zu senken, reichen die alten Methoden einfach nicht mehr aus.
Stellen Sie sich einen herkömmlichen Heißluftofen vor: Im Grunde zahlen Sie dafür, dass eine riesige Metallbox erhitzt wird – und der ganze Luftstrom in dieser Box dient dazu, nur einen kleinen Bauteil zu erhitzen. Das ist Verschwendung.
Infrarotstrahlung hingegen funktioniert anders: Anstatt den gesamten Raum zu erhitzen, werden elektromagnetische Strahlen direkt auf das Substrat abgegeben. Es ist direkt – und schnell.
Das Tolle an dieser Methode ist, dass die Infrarotstrahlen gezielt die spezifischen Absorptionsbereiche des Klebstoffs oder der Fotolithografie-Beschichtung treffen. Man muss nicht gegen die Luft kämpfen – man trifft direkt auf den Bauteil selbst. Dadurch muss man nicht ewig warten, bis die Ausrüstung warm genug ist.
Wenn man mit leitfreien Prozessen arbeitet, kann man es sich nicht leisten, bei der Temperatur nachlässig zu sein. Schon kleine Abweichungen führen zu Problemen wie Lötbrücken oder kleinen Hohlräumen im Bauteil. Durch die Verwendung von Kurzwellen-Infrarotstrahlung erhält man eine hohe Wärmestärke direkt auf der Oberfläche – ohne dass das gesamte Board überhitzt wird.
Und die Energieeinsparungen? Die sind wirklich bemerkenswert.
Konvektionsysteme neigen dazu, Wärme zu verlieren. Infrarotlampen hingegen schalten sich fast sofort ein und aus. Keine langwierigen Vorheizzyklen mehr. Zudem entsteht durch den Verzicht auf Gasverbrauch oder Lösungsmittel-basierte Heizung eine sauberere Arbeitsumgebung. Es ist somit eine viel bessere Möglichkeit, die Ziele eines „grünen“ Produktionsprozesses zu erreichen – schließlich werden pro Wafer weniger Kilowattstunden verbraucht.
Aber es ist nicht alles perfekt. Es gibt auch Nachteile. Man erhält zwar eine enorme Geschwindigkeit, muss aber damit rechnen, dass es zu Wärmekonzentrationen kommt. Wenn die Wafer nicht perfekt zentriert sind oder die Geometrie der Lampe etwas falsch ist, entstehen heiße Stellen. Zudem muss man sicherstellen, dass die Kühlsysteme die Wärme, die vom Substrat reflektiert wird, bewältigen können. Und wenn die Transportbänder zu langsam laufen, compared to the lamp’s output? Dann werden die Ränder der Bauteile verbrennen.
Es handelt sich dabei um ein Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und thermischer Präzision. Doch sobald dieses Gleichgewicht erreicht ist, ist das Ergebnis wirklich beeindruckend.