Warum wir auf Infrarot-Härtung für bleifreie Chips umsteigen
Die Halbleiterindustrie wechselt endlich von den alten Konvektionsöfen ab. Die meisten von uns verwenden nun Infrarot-Härtung – und das liegt nicht nur daran, dass es sich um eine „umweltfreundlichere“ Methode handelt. Es geht vielmehr darum, wie die Wärme tatsächlich wirkt.
Anstelle von heißer Luft wird bei der Infrarot-Härtung elektromagnetische Strahlung verwendet. Dadurch wird die Luft nicht beeinflusst – die Strahlung trifft direkt auf das Zielobjekt.
Der Energieaspekt
Stellen Sie sich einen Konvektionsofen vor: Man muss die gesamte Kammer, die Luft, die Wände – einfach alles – erhitzen. Das ist eine Verschwendung von Energie. Bei der Infrarot-Härtung ist das anders. Wir können die Strahlung so einstellen, dass sie genau auf die Absorptionsbänder des Fotoresists oder des Wafern selbst abgestimmt ist.
Es handelt sich dabei um eine direkte Methode – ohne große Heizelemente, die 24/7 laufen müssen, um die Luft warm zu halten. Dadurch wird die Erhitzung viel schneller erreicht. Das bedeutet, dass die Stromkosten geringer bleiben und die Wafer schneller durch die Produktionslinie gelangen.
Die richtige Temperatur einstellen
Das Schwierige dabei ist: Bleifreie Lötmaterialien und Fotoresist sind empfindlich. Sie haben einen sehr engen Bereich, in dem sie optimal funktionieren. Wenn man diese Temperatur auch nur leicht überschreitet, kann das dazu führen, dass die Wafer verformt werden oder die Schaltkreise beschädigt werden. Das ist ein Albtraum.
Mit Infrarot-Härtung können wir Sensoren nutzen, die die Oberfläche des Wafern in Echtzeit überwachen. Sobald sich die Temperatur ändert, signalisieren die Sensoren dem Steuergerät, die Leistung der Lampen zu verringern. Es gibt keinen „thermischen Verzug“, wie er bei Luftöfen auftritt – dort bleibt die Luft weiterhin heiß, auch nachdem man die Heizung ausgeschaltet hat. So lässt sich die Temperatur viel besser kontrollieren.
Saubere Arbeitsbedingungen
Außerdem wird die Produktionsstätte viel sauberer. Man kann auf die riesigen Belüftungssysteme sowie die Geräte zur Entfernung von VOCs verzichten. Die gesamte Anlage nimmt somit viel weniger Platz ein.
Aber es ist nicht alles perfekt. Man muss auf den „Randeffekt“ achten. Da Infrarotstrahlung nur in gerader Linie wirkt, können die Ränder eines Wafern schneller erwärmt werden als die Mitte – wenn die Lampen nicht richtig eingestellt sind. Man muss also besonders auf die Geometrie der Lampen sowie auf die Entfernung zur Oberfläche des Wafern achten. Wenn die Abstände falsch sind, entstehen heiße Stellen – und das kann dazu führen, dass eine ganze Charge ruiniert wird.