왜 무연 반도체에는 적외선을 사용하는가?
반도체 산업은 “친환경적이고 무연인” 기준을 향해 나아가고 있습니다. 오랫동안 사용되어 온 방법은 대형 오븐을 이용하는 것이었습니다. 이 오븐들은 엄청난 양의 공기를 가열하여 웨이퍼를 건조시키거나 접착제를 경화시키는 역할을 합니다.
하지만 솔직히 말해서, 이 방식은 낭비일 뿐입니다.
그래서 우리는 단파 적외선을 사용합니다. 뜨거운 공기 대신 전자기파를 이용하는 것입니다. 듣기에는 복잡해 보이지만, 실제로는 훨씬 간단합니다.
방 전체를 가열하는 대신, 부품 자체만을 가열하면 됩니다.
일반적인 오븐의 경우, 부품이 따뜻해지기 전에 먼저 벽과 공기, 그리고 랙까지 가열해야 합니다. 이 방식은 비효율적이고 비용도 많이 듭니다.
적외선의 경우에는 그런 과정이 필요 없습니다. 광자가 직접 부품에 부딪혀 분자들이 진동하면서 즉시 열이 발생합니다. 이렇게 하면 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다. 왜냐하면 거대한 금속 상자를 가열하는 데 드는 비용이 아니라, 부품이 실제로 필요로 하는 열만 지불하면 되기 때문입니다.
무연 재료의 문제점
문제는 무연 솔더와 접착제가 조금 더 까다롭다는 점입니다. 이러한 재료들은 기존의 유연 재료들보다 더 높은 온도와 더 빠른 가열 속도가 필요합니다.
너무 높은 온도에서 가열하면 부품이 변형될 수 있고, 너무 낮은 온도에서는 접합부가 제대로 형성되지 않습니다. 어느 쪽도 좋은 결과가 아닙니다.
우리는 파장을 조절함으로써 이 문제를 해결합니다. 단파 적외선은 재료의 깊은 곳까지 도달하기 때문에, 부품의 바닥 부분도 위쪽과同じ 속도로 경화됩니다. 그래서 표면은 마르는 것처럼 보이지만 내부는 여전히 축축한 상태가 됩니다.
단점도 있습니다
물론, 고강도 적외선 램프는 엄청난 열을 발생시킵니다. 몇 초 만에 부품을 원하는 온도까지 데울 수 있습니다. 하지만 이러한 열은 장비에 큰 부담을 줍니다.
만약 장비가 이러한 열을 견딜 수 없다면, 센서가 손상되거나 기계의 프레임이 변형될 수 있습니다. 그러므로 단순히 램프를 연결해두고 방치할 수는 없습니다. 램프 주변에 효과적인 열 차단 장치와 강제 공기 냉각 시스템이 필요합니다.
결국, 적외선을 사용하는 것은 단순히 “친환경적인” 기준을 충족시키기 위한 것이 아니라, 처리 시간을 단축하고 무연 재료가 요구하는 엄격한 온도 조건을 충족시키기 위한 것입니다.