Het verminderen van koolstofuitstoot bij de productie van chips: waarom vacuüm-IR de oplossing is
De productie van halfgeleiders vereist precisiewerk. Er zijn nauwkeurige temperaturen nodig, en er mag absoluut geen lucht of stof in de buurt van de chips komen. Lang hebben we gebruik gemaakt van grote resistieve ovens, maar dat zijn eigenlijk enorme fornuizen die alles in de ruimte opwarmen, alleen om één chip op temperatuur te brengen. Dat is een verspilling van energie.
Daarom worden vacuümbestendige infraroodverwarmers gebruikt. In plaats van de lucht op te warmen (wat in een vacuüm sowieso niet mogelijk is), stralen deze systemen energie rechtstreeks op het doelwit. Dit is een veel efficiëntere manier van werken.
Hoe het precies werkt in een vacuüm
In een vacuüm kan je de warmte niet met lucht verspreiden. Er is geen convectie mogelijk. Je moet volledig vertrouwen op straling.
We zorgen ervoor dat de lampen een hoge vermogensdichtheid hebben, zodat de chip snel op de gewenste temperatuur komt. Dat betekent dat de machine minder tijd hoeft te besteden aan het wachten tot de chip op temperatuur is. Dat leidt tot lagere elektriciteitskosten en een kleinere koolstofvoetafdruk.
Bovendien hoef je geen zware isolatielaag meer te gebruiken, omdat de warmte rechtstreeks op het substraat wordt gestraald. Hierdoor wordt de totale omvang van de apparatuur kleiner.
De “vuile” details: materialen en uitstoot
Je kunt hier niet zomaar gewone onderdelen gebruiken. Als je standaard plastic of goedkope lijm gebruikt, zal dit in een vacuüm chemische stoffen vrijgeven. Dat kan de chips beschadigen. Dat is natuurlijk niet gewenst.
Wij gebruiken hoogzuiver kwarts en gespecialiseerde filamenten. We maken ook gebruik van keramiek-metalen combinaties en vacuümvriendelijke sluitingen, zodat alles goed afgesloten blijft.
Dan is er nog het licht zelf. We bedekken het kwarts soms met een laagje, zodat het emissiespectrum kan worden aangepast. Kortegolf-infrarood dringt diep in het materiaal door, terwijl langegolf-infrarood alleen de oppervlakte raakt. Als de golflengte niet overeenkomt met wat de chip echt absorbeert, gaat de warmte gewoon weer terug naar de wanden van de kamer.
Het probleem: het koelen van de apparatuur
Hoge warmtedichtheid heeft echter ook nadelen. Hoewel de chip snel op temperatuur komt, worden de lampen en de elektronica zwaar belast. Als het koelsysteem niet goed werkt, kunnen de lampen uitbranden. Dat is zeker geen prettige situatie.
Mijn advies? Houd goed in de gaten hoeveel stroom er wordt verbruikt. Als dit stijgt, is dat meestal een teken dat het filament dunner wordt of dat de vacuümsluiting beginnen te verslechten. Ontdek dit op tijd, dan hoef je niet te lang te wachten tot de apparatuur weer werkt.