Warum wir bei der Herstellung von Biosensoren auf Infrarotstrahlung umsteigen
Bei der Herstellung von Biosensoren ist es entscheidend, dass das Aushärten sowie die Entwässerung des Materials richtig erfolgen. Über Jahre hinweg haben die meisten von uns einfach nur die Methode mit heißer Luft verwendet – das ist schließlich die herkömmliche Methode. Doch das Problem ist, dass man dabei im Grunde genommen eine ganze Menge Luft erhitzen muss, nur damit das kleine Substrat auf die richtige Temperatur kommt. Das ist langsam und mühsam – und ehrlich gesagt, eine Zeitverschwendung.
Das Warten ist das Schlimmste.
Deshalb kommen Infrarotlampen ins Spiel. Anstatt die Luft um das Teil zu erwärmen, senden Infrarotlampen elektromagnetische Strahlung direkt in das Substrat hinein. Das ist wie der Unterschied zwischen dem Warten darauf, dass ein Raum warm wird, und dem Eintreten in einen Sonnenstrahl. Die Zeit bis zur Erreichen der Zieltemperatur wird dadurch fast verschwindend klein. Im Bereich der Halbleiterfertigung ist das Warten auf Stabilisierung des Ofens eine echte Produktivitätsbremse. Mit Infrarotlampen erreicht man die Zieltemperatur fast sofort – ohne Verzögerungen.
Präzise Kontrolle auf der Baustelle
Dafür verwenden wir Hochleistungsenergielampen. Doch es gibt da einen Trick: Man muss die Wellenlänge so einstellen, dass sie zu den Materialien im Biosensor passt. So kann die aktive Schicht ausgehärtet werden, ohne dass die Trägerplatte beschädigt wird. Doch man muss vorsichtig sein – wenn man zu viel Energie in einen kleinen Bereich leitet, entstehen „Hotspots“. Ein falscher Schritt kann dazu führen, dass die empfindlichen Beschichtungen beschädigt werden. Um das zu vermeiden, nutzen wir Infrarotpyrometer sowie PID-Controller. Dadurch bleibt die Oberflächentemperatur innerhalb von ±1°C konstant. Es ist beruhigend zu wissen, dass die Maschine die Temperatur kontrolliert – man muss sich keine Sorgen machen.
Kompromisse (denn es gibt immer einen Haken)
Infrarotstrahlung ist zwar unglaublich schnell, doch sie ist gerichtet. Heiße Luft umhüllt das Teil wie eine Decke, während Infrarotstrahlung eine klare Sichtlinie benötigt. Wenn das Sensor eine ungewöhnliche Form hat oder tiefe Furchen aufweist, entstehen „Schattenzonen“ – kühle Bereiche, in die die Hitze nicht dringen kann. Wir beheben das normalerweise, indem wir Reflektoren verwenden, um die Strahlung zurückzuwerfen, oder indem wir mehrere Lampen anordnen, die das Teil von verschiedenen Seiten beleuchten.
Noch eines: Das Kühlsystem muss mitkommen. Da das Substrat so schnell heiß wird, muss die Wärme genauso schnell abgeführt werden. Andernfalls kommt es zu thermischer Verformung – und das ist etwas, was niemand haben möchte.