Kohlenstoffreduktion bei der Herstellung von Biosensoren mit Infrarotbeheizung
Bei der Herstellung von Biosensoren muss man in der Regel lange warten, bis die Materialien getrocknet oder ausgehärtet sind. Die meisten Labore verwenden dazu große Konvektionsöfen – doch das Problem ist: Dadurch wird eine Menge Energie verschwendet, nur um die Luft im Raum zu erhitzen.
Wir haben beschlossen, auf die Erwärmung der Luft zu verzichten und stattdessen direkt das jeweilige Bauteil zu erwärmen. Durch den Einsatz gezielter Infrarotlampen können wir das Substrat direkt erwärmen. Es handelt sich dabei um eine einfache Änderung – doch sie führt zu erheblichen Einsparungen bei den Energiekosten.
Die richtige Temperatur einstellen
Wir verwenden keine beliebigen Lampen – sondern solche mit bestimmten Wellenlängen, die die Schichten – egal ob organisch oder anorganisch – tatsächlich absorbieren wollen. Da die Leistungsdichte sehr hoch ist, erfolgt die Erwärmung fast sofort – in Sekunden statt in Minuten. Das bedeutet, dass die Maschinen nicht stundenlang arbeiten müssen, um die tägliche Produktionsmenge zu erreichen.
Ausrüstung und Wissenschaft
Wir nutzen Halogenfäden in Quarzkapseln, damit das Licht konstant bleibt. Einige dieser Lampen sind außerdem so beschichtet, dass das Licht im Kurzwellenbereich abgestrahlt wird. Warum ist das wichtig? Weil kurzwelliges Licht tiefer in die Schichten des Biosensors eindringt. Dadurch wird verhindert, dass die oberste Schicht zu schnell trocknet – was wiederum dazu führen kann, dass Lösungsmittel in den darunterliegenden Schichten zurückbleiben und die Qualität des Produkts beeinträchtigt wird.
Außerdem haben wir darauf geachtet, dass die Hardware kompakt ist. Dadurch können die Lampen direkt neben dem Wafer platziert werden. Weniger Platzbedarf bedeutet weniger Wärmeabgabe in den Raum.
Realitätscheck
Infrarotlicht ist zwar mächtig – doch es handelt sich dabei nicht um einen „Zauberstab“. Wenn die Lampen nicht perfekt kalibriert sind, entstehen Hotspots. Man muss also einen Ausgleich zwischen Entfernung und Leistung finden. Wenn man versucht, durch höhere Leistung ein paar Sekunden zu sparen, besteht die Gefahr, dass die bioaktiven Schichten beschädigt werden. Zudem müssen die Kühlsysteme stark genug sein, um die zusätzliche Wärme zu bewältigen.
Wenn man möchte, dass jedes Mal ein gleichmäßig erhitzter 300-mm-Wafer entsteht, muss man die Einstellungen genau richtig machen. Es gibt hier keinen Weg der Abkürzung.