Perché abbandoniamo i forni a convezione per utilizzare il riscaldamento a raggi infrarossi
Se avete trascorso del tempo in una sala pulita per semiconduttori, conoscete sicuramente i problemi legati all’uso dei forni a convezione. Sono ingombranti, lenti, e servono per riscaldare l’intera stanza soltanto per asciugare poche wafer. È uno spreco di risorse.
Ecco perché abbiamo optato per il riscaldamento a raggi infrarossi. Invece di riscaldare l’aria, i raggi infrarossi agiscono direttamente sul substrato. Il risultato è un processo più rapido e efficiente; è anche il motivo per cui oggi funzionano così bene i sistemi “ecologici” privi di piombo.
La fisica alla base del funzionamento
Pensate a come funziona un forno a convezione: spinge l’aria calda intorno al substrato. Ma l’aria contiene particelle, e mantenere quell’aria calda richiede molta energia. I raggi infrarossi, invece, utilizzano radiazioni elettromagnetiche per trasferire energia direttamente sul fotoresist o sull’adesivo. Il risultato? Il tempo necessario per completare il processo di cottura diminuisce notevolmente. Abbiamo visto cicli di cottura che prima richiedevano ore, ora richiedono soltanto pochi minuti. Il conto dell’elettricità diminuisce, e le wafer vengono pronte molto più velocemente.
Gestione degli standard senza piombo
Ecco la parte complicata: i materiali senza piombo richiedono temperature molto più alte rispetto a quelli contenenti piombo. Se si cerca di raggiungere tali temperature con aria calda, bisogna aspettare per ore. Peggio ancora, c’è il rischio che il circuito venga distrutto. Con i raggi infrarossi, invece, possiamo scegliere lunghezze d’onda specifiche – solitamente brevi o medie – che permettono di riscaldare esattamente la zona desiderata, senza danneggiare i componenti circostanti.
Utilizzo nei laboratori di pulizia
Un altro vantaggio è l’imensione ridotta dei dispositivi a riscaldamento a raggi infrarossi. Non è necessario utilizzare tubazioni enormi o sistemi di filtraggio complessi per mantenere gli standard ISO. Tuttavia, bisogna fare attenzione: i raggi infrarossi sono molto potenti. Se il nastro trasportatore funziona male o i sensori non funzionano correttamente, il substrato può essere distrutto in pochi secondi. È quindi necessario disporre di un sistema di raffreddamento in grado di eliminare rapidamente il calore appena la wafer esce dalla zona di cottura. Altrimenti, il substrato potrebbe deformarsi. Per evitare problemi, di solito si utilizzano controller PID a ciclo chiuso: questi permettono di mantenere la temperatura superficiale entro una gamma di ±2°C, evitando errori.