Kohlenstoffeinsparung bei der Verpackung von Halbleitern mit intelligenten Infrarot-Technologien
Die Herstellung von Halbleitern ist ein energieintensiver Prozess. Wenn man sich die Schritte zur Trocknung und Vorbereitung der Sensoren ansieht, stellt man fest, dass dort häufig herkömmliche Konvektionsöfen verwendet werden – diese geben einfach nur Wärme in eine riesige Metallbox ab. Die meisten dieser Energiemengen erreichen den Chip überhaupt nicht; sie erwärmen lediglich den Raum.
Daher kommt das Infrarot ins Spiel. Anstelle des Heizens des gesamten Raumes trifft das Infrarot direkt auf den Chip. Dadurch wird die Wärmeeffizienz erheblich erhöht.
Das richtige Temperaturniveau erreichen
Bei der Arbeit mit empfindlichen Siliziumwafern darf man die Wafer nicht einfach mit großer Hitze behandeln. Man muss schnell zur Zieltemperatur gelangen, um thermische Belastungen zu vermeiden – doch dabei muss man präzise vorgehen.
Wir verwenden kurzwellige Infrarotlampen, um eine hohe Wärmestärke zu erzielen. Das geht äußerst schnell – in Sekunden, nicht in Minuten. Doch das wirklich Besondere sind die intelligenten Sensoren in der Lampe. Sie überwachen die Oberflächentemperatur in Echtzeit und reduzieren die Leistung, sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist. So wird keine Energie verschwendet, da der Chip bereits ausreichend heiß ist.
Die technischen Aspekte
Auf der Hardware-Ebene verwenden wir Quarzkapseln sowie Halogenfäden. Dadurch bleibt das Lichtspektrum konstant und vorhersehbar. Der „intelligente“ Teil besteht eigentlich aus einer effektiven Rückkopplungsschleife zwischen dem Infrarotstrahler und dem Pyrometer. Dadurch wird ein großes Problem gelöst: das sogenannte „Überhitzen“, das bei PID-gesteuerten Luftöfen typischerweise auftritt. Mit dieser Anlage verbrennt man die Chips nicht versehentlich.
Achtung: Diese hochintensiven Strahler erzeugen viel Strahlungswärme. Wenn die Kühlventilatoren nicht ausreichen, strömt diese Wärme in den Maschinenrahmen. Dann beginnen die Sensordaten ungenau zu werden – und man muss ständig versuchen, sie neu zu kalibrieren.
Was das für unseren Planeten bedeutet
„Grüner“ zu werden bedeutet nicht, ein Wundermittel zu finden, das alles löst. Es geht vielmehr darum, wie viel Energie pro Wafer verbraucht wird.
Alte Öfen benötigen Stunden, um warm zu werden – Infrarottechnologien hingegen brauchen nur Minuten. Wenn man die Energieverbrauch pro Einheit betrachtet, ist der Unterschied enorm. Für jede Fabrik, die auf Kohlenstoffneutralität abzielt, ist es daher wahrscheinlich der schnellste Weg, den Stromverbrauch zu senken, ohne die Produktionsgeschwindigkeit zu verringern.