Warum wir Infrarot-Härtung verwenden, um auf Blei zu verzichten
Die Herstellung von Biosensoren erfordert ein gutes Gleichgewicht – man braucht genug Wärme, um die Klebstoffe und Schichten zu härten. Doch wenn man zu viel Wärme verwendet, kann das empfindliche Substrat beschädigt werden. Deshalb nutzen wir Infrarotlampen. Anstelle von heißer Luft werden dabei Strahlungen eingesetzt, um die Härtung zu bewirken. Dadurch können wir auf Systeme mit Gebläsen sowie auf schädliche chemische Lösungsmittel verzichten – diese stehen im Widerspruch zu den Vorschriften der „grünen“ oder bleifreien Industrie.
Wie es eigentlich funktioniert
Stellen Sie sich einen herkömmlichen Konvektionsofen vor: Er erhitzt die Luft, und diese wiederum heizt das Werkstück auf. Das ist langsam und unpraktisch. Bei Infrarotlicht hingegen werden Photonen direkt in das Material geleitet. In unseren Biosensoranlagen nutzen wir spezifische Absorptionsbänder, um die Polymerisierung in Gang zu setzen. Der Vorteil: Man verschwendet keine Energie darauf, den gesamten Metallrahmen einer riesigen Maschine zu erhitzen – man heizt nur das Wafer auf.
Die schwierigen Punkte
Um die erforderliche Geschwindigkeit zu erreichen, verwenden wir meist Kurzwellen-Infrarotlicht. Dadurch bleiben die Geräte klein und die Bearbeitungszeiten kurz. Es handelt sich dabei im Grunde um eine „instant-on“-Heizquelle. Doch es gibt ein Problem: Wenn die Geschwindigkeit des Transportbands auch nur leicht abweicht, kann die Oberflächentemperatur stark ansteigen. Dadurch kann das Substrat beschädigt werden. Um das zu verhindern, reicht es nicht aus, alles einfach einzustellen und dann zu vergessen. Man benötigt PID-Controller sowie Pyrometer, um alles unter Kontrolle zu halten.
Sauber arbeiten
Bei herkömmlichen Härtungsmethoden werden oft bleihaltige Mittel oder Lösungsmittel mit hohem VOC-Gehalt verwendet, um die Schmelzpunkte zu senken. Mit Infrarotlicht ändert sich das: Da wir die Energie genau dort einsetzen können, wo die Verbindung stattfindet, können wir Materialien mit höheren Temperaturen verwenden – ohne Probleme. Zudem sinken die Energiekosten, denn man muss keinen riesigen Ofen die ganze Zeit bei 200°C laufen lassen. Es handelt sich dabei also um eine saubere Methode zur Herstellung von Halbleitern – ohne Dämpfe, ohne Blei – nur Photonen.