Korrekte Erwärmung von Biosensoren mithilfe von Infrarotstrahlung
Beim Bau von Biosensoren ist die Erwärmung von entscheidender Bedeutung. Wenn das Temperaturprofil auch nur geringfügig falsch ist, können die chemischen Bindungen zerstört werden oder das Substrat verformen sich. Das ist wirklich problematisch.
Deshalb verwenden wir keine alten Heizsysteme mehr – sie sind einfach zu langsam. Stattdessen nutzen wir Hochleistungs-Infrarotlampen. Sie ermöglichen eine präzise Steuerung und reagieren sofort. Es muss nicht gewartet werden, bis der ganze Ofen vorgewärmt ist.
Die Hardware muss miteinander kommunizieren
In einer modernen Fertigung darf das Heizensystem keine „Black Box“ sein. Es muss mit dem PLC kommunizieren können. Wir bauen unsere IR-Anlagen so, dass sie mit geschlossenen PID-Reglern zusammenarbeiten können. Dadurch kann man genau sehen, was auf der Waferoberfläche vor sich geht. Man erhält außerdem eine digitale Aufzeichnung darüber, wie viel Wärme auf das Material einwirkt. Ohne diese Informationen muss man nur raten – und Raten führt dazu, dass ganze Serien von Sensoren beschädigt werden.
Details zur Energieversorgung
Wir streben nach einem hohen Wert an Wattleistung pro Zentimeter. Warum? Weil wir möchten, dass die Heizzone so klein wie möglich ist. Durch den Einsatz von Kurzwellen-Infrarotstrahlung gelangt die Energie direkt ins Material. So wird keine Energie für die Erwärmung der Luft um das Teil herum verschwendet. Die Erwärmung erfolgt dabei extrem schnell – bereits nach wenigen Sekunden erreicht man die gewünschten Temperaturen.
Achtung: Das setzt jedoch eine hohe Belastung auf den Stromkreis voraus. Wenn pro Lampe 2 kW oder mehr benötigt werden, sollte man die Verkabelung sowie die Sicherungen gründlich überprüfen. Man möchte schließlich nicht, dass das System sofort abschaltet, sobald man den Schalter betätigt.
Praktische Umsetzung
In einer modernen Fertigung muss man auch an die möglichen Probleme denken. Was passiert zum Beispiel, wenn eine Lampe ausfällt? Wir verwenden standardisierte Anschlüsse – dadurch wird das Austauschen der Lampen auf etwa fünf Minuten beschränkt. Dadurch bleibt die Produktion ununterbrochen. Doch es gibt einen Haken: Diese Geschwindigkeit lässt nur sehr wenig Spielraum für Fehler. Wenn sich der Transportband in nur 1 % verschiebt, könnten die Sensoren beschädigt werden. Man muss daher sicherstellen, dass der Transportbandantrieb und das IR-Heizsystem perfekt synchronisiert sind, damit die richtige Menge an Wärme zugeführt wird.