Waarom we overstappen op IR voor leidvrije semiconductoren
De wereld van semiconductoren begint eindelijk zijn sporen te zuiveren. We stappen weg van die vervelende, chemisch zware droogprocesen en installaties die afhankelijk zijn van lood. Hier komt infrarood (IR)-verharding om de hoek kijken. Het is in feite de oplossing voor iedereen die ‘groen’ wil werken, want het maakt het overbodig om gebruik te maken van vluchtige oplosmiddelen en bespaart er energie op door het gebruik van schone ruimtes.
Hoe het verwarmingssysteem werkt
Stel je eens voor dat je een gewone convectiestoven hebt. Die verwarmt eerst de lucht, en daarna wordt de lucht gebruikt om het product te verwarmen. Dat gaat langzaam en is verspilling van energie. IR werkt anders. Het maakt gebruik van elektromagnetische straling om energie rechtstreeks naar het oppervlak van de chip te sturen. We hoeven geen enorme hoeveelheid energie te gebruiken om een grote metalen behuizing vol lucht op te warmen; we richten de energie rechtstreeks op het substraat. Dit zorgt voor een zeer snelle opwarmtijd. En wanneer je te maken hebt met gevoelige fotoresten of leidvrije lassenproducten – producten waarvoor een zeer precies temperatuurniveau nodig is – is deze snelheid cruciaal.
De ‘Goldilocks’-afstand
Hier wordt het lastig voor de ingenieurs. Je moet de afstand tussen de IR-lamp en de chip precies goed instellen. Als de lamp te dichtbij staat, ontstaan er hete punten en kunnen de chips vervormen. Dat is niet goed. Als de lamp te ver weg staat, neemt de hitteafgifte af, waardoor de productiecapaciteit afneemt. Dan haal je je doelstellingen niet meer. Meestal passen we de afstand aan op basis van de golflengte. Kortegolven zijn ideaal voor het verharden van het oppervlak, terwijl middellange golven dieper in het materiaal doordringen. Je moet dus de intensiteit van de lamp afstemmen op de thermische massa van de chip. Hoge-intensiteitslampen zijn snel, maar je hebt een nauwkeurig PID-besturingssysteem nodig om te voorkomen dat de temperatuur te hoog wordt en de chips beschadigd raken.
De nadelen (want er zijn altijd nadelen)
Het overstappen op IR bespaart veel energie, maar de hitte moet ergens anders naartoe: het koelsysteem. Omdat deze lampen veel hitte genereren in een kleine ruimte, moet het chassis in staat zijn om deze hitte op te vangen. Als de ventilatoren of waterkoelingssystemen dit niet aankunnen, gaan de elektroden op de lampen sneller kapot dan nodig is. Het is een soort compromis: je bespaart energie tijdens het proces, maar je moet meer moeite doen om de hitte rondom de machine onder controle te houden. Toch is het een prijs die het waard is om het lood en de chemicaliën te vermijden.