Tại sao chúng ta sử dụng tia hồng ngoại cho các linh kiện bán dẫn không chứa chì?
Ngành công nghiệp bán dẫn đang nỗ lực hướng tới các tiêu chuẩn “xanh” và không chứa chì. Trong thời gian dài, phương pháp được sử dụng là việc sử dụng lò nung thông thường – những chiếc lò lớn có khả năng làm nóng luồng không khí để sấy khô các tấm wafer hoặc làm khô chất kết dính. Nhưng thực ra, đó là một cách lãng phí nguồn năng lượng.
Đó là lý do tại sao chúng ta sử dụng tia hồng ngoại tần số cao. Thay vì sử dụng luồng không khí nóng, chúng ta sử dụng bức xạ điện từ. Nghe có vẻ phức tạp, nhưng thực tế thì rất đơn giản. Hãy ngừng việc làm nóng toàn bộ căn phòng, mà hãy chỉ làm nóng chính bộ phận cần xử lý thôi.
Hãy tưởng tượng về một chiếc lò nung thông thường: bạn phải làm nóng các bức tường, luồng không khí, và các giá đỡ trước khi bộ phận cần xử lý nhận được nhiệt độ cần thiết. Quá trình này diễn ra chậm và tốn kém.
Còn với tia hồng ngoại, bạn không cần phải làm nóng toàn bộ căn phòng. Các photon tác động trực tiếp lên bề mặt vật liệu, khiến các phân tử rung động và tạo ra nhiệt ngay lập tức. Điều này giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng, vì bạn không cần phải trả tiền để làm nóng cả chiếc lò lớn; bạn chỉ cần trả tiền cho lượng nhiệt cần thiết để xử lý bộ phận đó thôi.
Những thách thức khi sử dụng vật liệu không chứa chì
Vấn đề là: các chất kết dính và chất hàn không chứa chì đòi hỏi nhiệt độ cao hơn, và thời gian làm nóng cũng cần được kiểm soát chặt chẽ hơn so với các vật liệu chứa chì. Đó là một sự cân bằng khó khăn. Nếu nhiệt độ quá cao, bề mặt vật liệu sẽ bị biến dạng; còn nếu nhiệt độ quá thấp, các mối nối sẽ không được ép chặt. Cả hai trường hợp đều không tốt.
Chúng ta giải quyết vấn đề này bằng cách điều chỉnh bước sóng của tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại tần số cao có khả năng xâm nhập sâu vào bên trong vật liệu. Điều này giúp cho phần dưới của bộ phận được xử lý cũng đạt được nhiệt độ cần thiết cùng lúc với phần trên. Bạn sẽ không gặp phải hiện tượng “hiệu ứng bề mặt”, tức là bề mặt trông khô ráo nhưng bên trong vẫn còn ướt.
Nhược điểm (vì luôn có nhược điểm)
Tia hồng ngoại có cường độ cao có thể làm nóng bộ phận trong vài giây. Nhưng mức độ nhiệt độ cao như vậy sẽ gây áp lực lớn lên các bộ phận máy móc. Nếu vỏ máy không được thiết kế để chịu được mức nhiệt đó, các cảm biến có thể bị hỏng hoặc khung máy bị biến dạng. Bạn không thể đơn giản cắm máy vào và quên mất nó. Bạn cần có hệ thống chống nhiệt và hệ thống làm mát để đảm bảo mọi thứ hoạt động ổn định.
Cuối cùng, việc chuyển sang sử dụng tia hồng ngoại không chỉ nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn “xanh” mà còn giúp rút ngắn thời gian xử lý và đáp ứng được những yêu cầu về nhiệt độ khắt khe của các vật liệu không chứa chì.