Warum wir uns von Heizsystemen mit heißer Luft in Reinraumöfen abwenden
Viele Halbleiterfertigungsanlagen nutzen immer noch Heizsysteme mit heißer Luft zur Trocknung und Aushärtung der Bauteile. Ehrlich gesagt: Das ist ein Engpass.
Man denke daran: Luft ist ein schlechter Leiter von Wärme. Wenn man eine Wafer oder einen Bauteil auf die gewünschte Temperatur bringen will, muss man praktischerweise jeden Kubikzentimeter der Luft im Ofen erhitzen – und einfach warten. Man wartet darauf, dass die Konvektion die Arbeit übernimmt. Das führt dazu, dass die Produktionsgeschwindigkeit stark eingeschränkt wird. Es handelt sich dabei um eine echte Zeitverschwendung.
Der Kurzweg: Infrarotheizer
Infrarotheizer umgehen diesen Umweg. Anstelle eines Ventils, das heiße Luft durch den Raum bläst, nutzen Infrarotheizer elektromagnetische Strahlung, um Energie direkt ins Werkstück zu leiten.
Das ist wie der Unterschied zwischen dem Warten darauf, dass ein Raum warm wird, und dem Betreten der Sonne.
Mit Infrarotheizern können die Aufwärmlzeiten von Stunden auf Minuten reduziert werden. In einer hochproduktiven Fertigung bedeutet das, dass man 30 Prozent weniger Zeit für die Aushärtung der Bauteile benötigt – und das ohne, dass man einen größeren Reinraum bauen muss.
Die Nachteile (denn es gibt immer welche)
Man kann nicht einfach einen Heizer austauschen und damit fertig sein. Infrarotheizer sind zwar leistungsstark – aber vielleicht auch zu leistungsstark, wenn man nicht vorsichtig ist. Da die Wärmestärke so hoch ist, kann die Oberfläche des Werkstücks versehentlich beschädigt werden, wenn die PID-Steuerungen nicht perfekt eingestellt sind. Ein falscher Eingriff kann dazu führen, dass es „heiße Stellen“ gibt, die die Wafer verformen können.
Außerdem gibt es das Problem der Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung. Luft strömt überallhin; Infrarotstrahlen hingegen bewegen sich in gerader Linie. Um auch bei größeren Chargen eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu erreichen, müssen wir kreative Lösungen finden – beispielsweise mehrere Heizkreise nutzen oder Reflektoren verwenden, um die Energie weiterzuleiten. Das erfordert etwas mehr Planung.
Fazit
Letztendlich geht es beim Umstieg auf Infrarotheizer darum, Energieverschwendung zu vermeiden. Man verschwendet keine Energie mehr darauf, die Wände des Ofens zu erhitzen – und die Bauteile werden schneller fertiggestellt.
Wenn man die Produktion ausbaut, ist das die beste Möglichkeit, die lästigen Verzögerungen, die mit herkömmlichen Konvektionsystemen einhergehen, zu beseitigen. Es macht einfach Sinn.