Het verminderen van de koolstofuitstoot bij het verpakken van semiconductoren met slimme IR-technologie
Het maken van semiconductoren vereist veel energie. Als je kijkt naar de stappen die nodig zijn om sensoren te verpakken, zie je dat er veel ouderwetse convectiestoven worden gebruikt. Hierdoor wordt veel energie verspild aan het opwarmen van een grote metalen kist. De meeste energie raakt zelfs de chip niet eens; deze gaat alleen maar op in de ruimte omheen de chip.
Daar komt infraroodlicht (IR) om de hoek kijken. In plaats van de hele kamer op te warmen, bereikt het IR-licht rechtstreeks het substraat. Dit is veel efficiënter.
Het juiste temperatuurniveau bereiken
Bij het werken met delicate siliciumchips mag je ze niet zomaar met hoge temperaturen behandelen. Je moet snel het gewenste temperatuurniveau bereiken om thermische spanning te voorkomen. Maar je moet ook precies weten wat de juiste temperatuur is.
We gebruiken kortegolflengte-IR-lampen om een hoge warmtestructuur te creëren. Dit gebeurt razendsnel: het duurt maar seconden, geen minuten.
Maar het echte geheim zit in de ‘slimme’ sensoren die zich in de lampen bevinden. Ze controleren de oppervlaktetemperatuur in real-time en passen de sterkte van het licht aan zodra de chip de gewenste temperatuur heeft bereikt. Op deze manier wordt er geen energie verspild aan een chip die al voldoende heet is.
De technische aspecten
Op technisch gebied gebruiken we kwartsomhullsels en halogeenfilamenten. Dit zorgt voor een stabiel en voorspelbaar lichtspectrum.
Het ‘slimme’ aspect zit vooral in de feedbackloop tussen de IR-emitter en de pyrometer. Hierdoor wordt het probleem van ‘overshooting’ vermeden – een probleem dat vaak voorkomt bij PID-gestuurde luchtovennen. Met deze opzet riskeer je geen beschadiging van de chips.
Eén ding om rekening mee te houden: deze hoge-intensiteitslampen genereren veel stralingswarmte. Als de koelventilatoren niet goed genoeg zijn, zal deze warmte zich verspreiden in het apparaat. Hierdoor kunnen de sensordata onnauwkeurig worden.
Wat dit eigenlijk voor de planeet betekent
‘Groener’ gaan betekent niet dat er één wonderoplossing is die alles oplost. Het gaat om de energieverbruik per chip. Oude ovenen hebben uren nodig om op temperatuur te komen, terwijl IR-lampen dat in minuten kunnen doen.
Als je kijkt naar het energieverbruik per eenheid, is het verschil enorm. Voor bedrijven die proberen koolstofneutraal te worden, is het vervangen van deze oude ovenen door slimme IR-lampen waarschijnlijk de snelste manier om het energieverbruik te verminderen, zonder de productie te vertragen.