Wie man die Temperatursteuerung in einer smarten Fertigungsanlage richtig handhabt
Wenn Sie eine Fertigungsanlage im Stil von Industry 4.0 bauen, haben Sie sicherlich bereits erkannt, dass die alten Methoden zur Erwärmung von Werkstücken nicht mehr ausreichen. Wir bewegen uns weg von der Methode „Einstellen und vergessen“ hin zu einer Methode, bei der tatsächliche Daten genutzt werden. Bei der Erwärmung von Wafern bedeutet das, auf hocheffiziente Infrarotsysteme zurückzugreifen. Diese bieten genau die Präzision sowie die Möglichkeit zur Echtzeit-Überwachung, die man für eine digitalisierte Produktionslinie benötigt.
Der „ideale“ Punkt für Sicherheit
Es reicht nicht aus, einfach einen Infrarotstrahler neben die Wafer zu platzieren. Wenn der Strahler zu nah ist, entsteht im Zentrum der Wafer eine starke Hitze – ein sogenannter Gaußscher Peak. Dadurch kann die Wafer beschädigt werden. Um dieses Problem zu lösen, muss man den Strahler weiter entfernen. Dadurch wird die Hitze gleichmäßiger verteilt. Doch es gibt auch einen Nachteil: Je größer der Abstand ist, desto geringer ist die Intensität des Strahlers. Das bedeutet, man muss die Leistung erhöhen oder längere Zeit mit dem Strahler arbeiten, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Es handelt sich dabei um ein Gleichgewichtsspiel.
Hitze in Daten umwandeln
Die wahre Magie passiert, wenn man den Rückkopplungskreis schließt. Man verbindet die Infrarotsysteme mit Pyrometer und PLC-Steuerungen. Anstatt nur zu hoffen, dass alles funktioniert, erhält man eine Echtzeit-Datenübertragung. So kann man die thermische Belastung jeder einzelnen Wafer verfolgen. Dadurch wird der gesamte Prozess reproduzierbar – was die einzige Möglichkeit ist, in der Produktion Ordnung zu halten. Zudem ermöglicht dies Vorhersagen: Das System ermittelt die tatsächliche Masse der Wafer sowie die Raumtemperatur und passt die Leistung entsprechend an.
Kompromisse – und wie man einem Ausfall vorbeugen kann
Hochintensive Infrarotstrahler sind großartig, weil sie sehr schnell auf hohe Temperaturen bringen können. Doch all diese Energie muss irgendwohin fließen. Wenn man nicht vorsichtig ist, kann das umliegende Gehäuse beschädigt werden. Man muss daher auf effektive Kühlmethoden zurückgreifen, um die reflektierte Energie zu bewältigen. Wenn man bei der Kühlung spart, können die elektronischen Komponenten im Steuergerät versagen. Ich empfehle immer, eine separate Wärmedämmung einzubauen. Dadurch bleibt die Infrarotstrahlung von den empfindlichen Sensoren fern und alles bleibt kühl.