Lograr la distancia adecuada en el calentamiento de las obleas por infrarrojos
Si realmente queremos reducir la huella de carbono de las fábricas de semiconductores, debemos dejar de depender tanto del calentamiento resistivo. La luz infrarroja de onda corta es la solución ideal. Pero aquí está el problema: todo depende de la “distancia de seguridad”, ese pequeño espacio entre la lámpara y la oblea.
Si esa distancia es demasiado grande, en realidad estás gastando energía en calentar las paredes de la cámara. Si es demasiado pequeña, corres el riesgo de dañar la oblea o de que el calor no se distribuya uniformemente. Es un equilibrio delicado.
El equilibrio entre velocidad y precisión
No se trata solo de evitar que la lámpara choque contra la oblea. Se trata también de cómo llega el calor a la superficie de la oblea. Dado que la energía de la luz infrarroja de onda corta se transmite directamente, la distancia entre la lámpara y la oblea determina la velocidad de calentamiento.
Una distancia más pequeña significa mayor intensidad de calor. Eso es bueno, ya que reduce el tiempo necesario para calentar la oblea y disminuye la cantidad de kilovatios-hora necesarios para ello.
Pero hay un problema: hay que tener cuidado con los puntos donde el calor es excesivo. Cuando la lámpara está demasiado cerca, el centro de la oblea alcanza la temperatura deseada mucho antes que sus bordes. Se necesita un sistema PID eficaz para controlar la potencia, de lo contrario, se superará la temperatura deseada y se causarán daños en la oblea.
Reducción de desperdicios y costos eléctricos
Hoy en día, todos buscan fábricas “verdes”. La buena noticia es que las lámparas de infrarrojos son mucho más rápidas que esos viejos hornos de convección.
Cuando se logra mantener la distancia de seguridad adecuada, se evita el desperdicio de calor. Más fotones llegan al silicio, y menos se desperdician en el revestimiento de cuarzo o en la estructura de la máquina.
Además, los sistemas de refrigeración también se beneficiarán. Cuando las lámparas no están en su lugar correcto, el sistema de refrigeración debe trabajar más duro para eliminar todo ese calor sobrante de la cámara. Allí es donde ocurren la mayoría de las pérdidas de energía.
Los problemas relacionados con el hardware
Aquí está lo que hace que los ingenieros pasen noches sin dormir: la presión térmica. Al reducir esa distancia, se genera mucha presión térmica sobre la carcasa y los conectores de la lámpara. Estas lámparas generan mucho calor. Siempre recomiendo usar cables resistentes al calor y asegurarse de que los soportes no se deformen.
Si un soporte se desplaza aunque sea un milímetro, la uniformidad de temperatura se pierde. Así de simple.