Warum wir auf Infrarotverfahren für bleifreie Halbleiter umsteigen
Die Welt der Halbleiter entwickelt sich endlich in eine bessere Richtung. Wir verzichten immer mehr auf diese unangenehmen, chemikalienintensiven Trocknungsprozesse sowie auf Verfahren, bei denen Blei verwendet wird. Hier kommt das Infrarotverfahren ins Spiel. Es ist die ideale Lösung für alle, die nach umweltfreundlichen Methoden suchen – schließlich entfällt dadurch das Bedürfnis nach flüchtigen Lösungsmitteln und die Reinräume müssen nicht mehr so viel Energie verbrauchen.
Wie das Heizen tatsächlich funktioniert
Stellen Sie sich einen herkömmlichen Konvektionsofen vor: Er erwärmt die Luft, und diese wiederum erwärmt die zu behandelnden Bauteile. Das ist langsam und verschwenderisch.
Beim Infrarotverfahren hingegen werden elektromagnetische Wellen verwendet, um Energie direkt auf die Oberfläche des Chips zu übertragen. So muss man keine riesigen Metallkästen mit Luft erhitzen – man trifft direkt auf das Substrat. Dadurch wird die Aufwärmzeit extrem kurz. Bei empfindlichen Photoresisten oder bleifreien Lötpasten ist diese Geschwindigkeit entscheidend – schließlich gibt es nur einen sehr engen Bereich mit „idealer“ Temperatur.
Die „goldene Mitte“
Hier wird es für die Ingenieure schwierig: Die Entfernung zwischen der Infrarotlampe und dem Chip muss genau richtig sein.
Ist die Lampe zu nah dran, entstehen Hotspots – die Chips verformen sich. Ist sie zu weit entfernt, sinkt die Wärmestrahlung, die Produktivität nimmt ab. Wir passen diese Entfernung in der Regel anhand der Wellenlänge an. Kurzwelliges Licht eignet sich gut zum Erwärmen der Oberfläche, während mittelwelliges Licht tiefer in den Chip eindringt. Man muss also die Intensität der Lampe mit der thermischen Masse des Chips abgleichen. Hochintensive Lampen sind zwar schnell, aber man benötigt ein präzises PID-Steuerungssystem, damit die Zieltemperatur nicht überschritten wird.
Der Nachteil (denn es gibt immer einen Nachteil)
Durch den Umstieg auf Infrarotverfahren wird zwar viel Energie gespart, doch die Wärme muss anderswo abgeleitet werden – nämlich im Kühlsystem des Geräts. Da diese Lampen so viel Wärme in einem kleinen Raum erzeugen, muss das Gehäuse in der Lage sein, diese Wärme zu bewältigen. Falls die Lüfter oder Wasserkühlsysteme nicht ausreichen, können die Elektroden der Lampen schneller beschädigt werden.
Es handelt sich dabei um einen Kompromiss: Man spart Energie beim eigentlichen Prozess, muss aber mehr Energie dafür aufwenden, die Wärme zu kontrollieren. Dennoch ist das ein Preis, der bezahlt werden muss, um auf Blei und Chemikalien verzichten zu können.