Het verlagen van de energiekosten (en de CO2-uitstoot) bij het gebruik van chipfabricageapparatuur
Laten we eerlijk zijn: semi-conductorfabrieken zijn enorme energieverbruikers. Als je wilt dat je carbonvoetafdruk kleiner wordt, moet je kijken naar de manier waarop je de chips verwarmt.
Lang hebben we gebruikgemaakt van resistieve verwarmers. Het probleem is dat deze verwarmers probeerden de hele ruimte te verwarmen, zodat de chip op temperatuur komt. Dat is verspilling. Daarom gaan we nu over op IR-verwarmingslampen. In plaats van de hele kamer te verwarmen, richten de IR-lampen de energie rechtstreeks op het oppervlak van de chip. Dit is sneller en efficiënter. Bovendien voorkomt dit dat er energie wordt verspild aan dingen die niet per se op temperatuur hoeven te worden gebracht.
De truc om dit te laten werken
Je kunt niet zomaar een schakelaar inschakelen en weglopen. Je hebt een goed functionerend feedbackmechanisme nodig; anders loopt alles mis.
We gebruiken meestal deze lampen in combinatie met contactloze pyrometeren. Deze sensoren houden continu de emissiviteit van de chip in de gaten. Als de sensor ook maar één seconde uit de rails gaat, loop je het risico dat de chip te heet wordt of dat de chip ongelijkmatig wordt verwarmd. Het is een kwestie van balans. We bouwen deze systemen zodat ze snel kunnen reageren op temperatureveranderingen, maar het doel is om de gloeidraden niet te verbranden.
De compromissen die je moet kennen
Iedereen wil graag een “groene fabriek”, maar dat betekent vaak dat er meer vermogen wordt gebruikt om de productietijd te verkorten.
Ik geef de voorkeur aan kortegolf-IR-lampen. Ze dringen beter door in de chip dan middenliggende golflengten. Hierdoor kan de temperatuur in de kamer lager blijven, terwijl de chip op de juiste plek blijft.
Maar er is een nadeel: wanneer je de warmtestraling verhoogt, krijgen de voedingsbronnen en koelsystemen te maken met extra belasting. Als je maximaal rendement wilt bereiken, moet je ervoor zorgen dat je koelsysteem sterk genoeg is om de hitte rondom de lamp te verwerken. Anders vervang je alleen het ene probleem door een ander.
Waarom het belangrijk is
Uiteindelijk zorgt het gebruik van IR-verwarmingslampen ervoor dat er minder energie wordt verbruikt. In plaats van de structuur van het apparaat te verwarmen, wordt de energie precies daar gebruikt waar het nodig is. Hierdoor neemt het totale aantal kilowatt-uur per chip aanzienlijk af. Combineer dit met een gekalibreerde IR-sensor en een precisie-PID-controller, zodat je geen energie verspilt. Dan heb je een veel efficiënter verwarmingssysteem.