Warum wir auf Ofenheizung bei der Trocknung von Materialien in Smart-Sensoren verzichten
Lange Zeit verließen sich die Hersteller von Halbleiterbauelementen auf riesige Konvektionsöfen. Doch das ändert sich jetzt. Wir wandeln uns hin zu der Verwendung von Infrarotstrahlung zur Trocknung der Materialien – hauptsächlich, weil die Welt nach „bleifreien“ und umweltfreundlichen Lösungen strebt. Bei der Herstellung von Smart-Sensoren muss man ein schwieriges Gleichgewicht finden: Man muss die Harze oder Klebstoffe trocknen, darf aber den Silizium-Chip nicht mit Hitze bestrahlen oder auf schädliche Lösungsmittel zurückgreifen.
Der Unterschied
Bei der Konvektionsheizung wird einfach die Luft erhitzt – in der Hoffnung, dass diese Luft anschließend das Material erwärmt. Das ist jedoch langsam und verschwendet viel Energie. Infrarotstrahlung hingegen funktioniert ganz anders: Sie nutzt elektromagnetische Strahlung, um das Material direkt zu erwärmen. Man kann es sich wie eine Erwärmung von innen heraus vorstellen. Da die Energie tatsächlich in das Material eindringt, erfolgt die Trocknung viel schneller. Zudem muss man nicht mehr auf giftige chemische Zusatzstoffe zurückgreifen, die früher üblich waren, als noch bleihaltige Verfahren verwendet wurden.
Die Herausforderungen
Wenn man bereits mit bleifreien Lötmetallen oder Polymeren gearbeitet hat, weiß man, dass diese sehr anspruchsvoll sind. Sie benötigen ein sehr enges Temperaturfenster. Ein kleiner Fehler kann dazu führen, dass das Substrat verformt wird – das ist ein Albtraum.
Mit Infrarotlampen kann man die Wellenlänge so einstellen, dass sie zum jeweiligen Polymer passt. So kann man schnell die gewünschte Temperatur erreichen, ohne auf die Wartezeit eines großen Ofens warten zu müssen. Wir verwenden meist kurzwellige oder mittelwellige Infrarotstrahlung, damit die Geräte klein bleiben und die Stromkosten gering sind.
Die Einschränkungen
Infrarotstrahlung ist jedoch keine Zauberwaffe. Man muss immer noch mit dem „Schatteneffekt“ umgehen. Wenn das Gehäuse des Sensors eine ungewöhnliche Form hat, können die Infrarotstrahlen nicht alle Stellen erreichen. Wenn die Unterseite kalt bleibt, entstehen ungleichmäßige Verformungen und interne Spannungen, die das Gehäuse zerstören können.
Die Lösung
Man muss bei der Anordnung der Lampen vorsichtig sein. Man sollte zweiseitige Lampen oder einen drehbaren Halter verwenden, damit die Wärme gleichmäßig auf alle Stellen trifft. Das erfordert etwas mehr Planung – doch die Ergebnisse sind es wert.