Puolijohdelaitteet

Diffuusiouuneilla on tärkeä rooli puolijohteiden valmistuksessa, sillä niissä käytetään tarkkoja lämmitysprosesseja, joihin kuuluu säteily- ja konvektiolämmitys. Eri vyöhykkeiden lämpötilaa on säädeltävä tarkasti, ja lämpötilagradientteja on säädeltävä tarkasti, jotta varmistetaan epäpuhtauksien tasainen diffuusio piikiekkoihin. Näissä uuneissa hallitaan myös huolellisesti lämpötilan nousu- ja laskunopeuksia, jotta kiekkoihin ei kohdistuisi lämpörasitusta. Nykyaikaisissa diffuusiouuneissa on nykyään kehittyneitä valvontalaitteita, joiden avulla kriittisiä prosessiparametreja voidaan valvoa reaaliaikaisesti, jolloin vältetään prosessivirheet puolijohteiden valmistusprosessin tässä kriittisessä vaiheessa.

Toinen kriittinen prosessi piikiekkojen valmistuksessa on höyrystys. Tähän prosessiin liittyy lämpöprosesseja, joissa lähtöaineet (esiasteet) kuumennetaan höyrystymään ja annetaan niiden sitten tiivistyä kiekkosubstraatille. Tämä menetelmä mahdollistaa tarkat ja hallitut ohutkalvopinnoitteet sekä piikiekkojen että optisten pinnoitteiden, kuten näyttöjen ja aurinkosähköpaneelien, valmistuksessa. Höyrystysjärjestelmiin kuuluu useita eri vaiheita, joista jokainen edellyttää tarkkaa lämpötilan säätöä tasaisen ja korkealaatuisen pinnoituksen varmistamiseksi.

Piikiekot ovat hyvin herkkiä, ja kiekkojen sijainnin ja läsnäolon havaitseminen kiekkojen siirron aikana sekä automaattisten lastaus- ja purkutoimintojen aikana edellyttää tarkkaa tunnistusta. Useimmissa tapauksissa asennustila on hyvin rajallinen, ja havaitsemisantureiden on oltava joustavasti kiinnitettävissä ja helposti viritettävissä. Toinen kriittinen ominaisuus on hyvä häiriönsieto ulkoisia häiriöitä vastaan, sillä jälkimmäiset voivat johtaa virheelliseen havaitsemiseen ja korkeisiin romukustannuksiin.

Piikiekkojen puhdistuslaitteet ovat välttämättömiä puolijohdeteollisuudessa kiekkojen puhtauden ja eheyden säilyttämiseksi. Näissä laitteissa käytetään kemiallisten, mekaanisten ja ultrapuhtaaseen veteen perustuvien prosessien yhdistelmää epäpuhtauksien, hiukkasten ja orgaanisten jäämien poistamiseksi kiekon pinnalta. Laitteisiin kuuluu tyypillisesti ultraäänikylpyjä, kemikaalisäiliöitä, pyöröhuuhtelukuivaimia ja pesureita, jotka kaikki on suunniteltu korkean puhtaustason saavuttamiseksi. Tarkkuus on ensiarvoisen tärkeää, sillä pienimmätkin epäpuhtaudet voivat vaikuttaa puolijohteiden suorituskykyyn. Puhtaat kiekot parantavat tuottoa ja laatua, joten nämä puhdistusjärjestelmät ovat välttämättömiä puolijohteiden valmistuksessa.

Puolijohdetestauslaitteilla on ratkaiseva rooli integroitujen piirien ja puolijohdekomponenttien toimivuuden ja suorituskyvyn arvioinnissa. Lämmityskomponentit integroidaan usein testijärjestelmiin eri tarkoituksia varten. Yksi tärkeimmistä tehtävistä on lämpötilatestaus, jossa puolijohdekomponentti altistetaan eri lämpötila-alueille sen suorituskyvyn arvioimiseksi eri käyttöolosuhteissa.
Lämmityselementtejä, kuten resistiivisiä lämmittimiä tai Peltier-laitteita, käytetään testattavan laitteen lämpötilan tarkkaan hallintaan. Tämä on ratkaisevan tärkeää, koska monet puolijohdekomponentit käyttäytyvät eri lämpötiloissa eri tavoin, ja perusteellinen testaus äärimmäisillä lämpötila-alueilla on välttämätöntä luotettavuuden varmistamiseksi.

Reflow-uuneja käytetään yleisesti pinta-asennustekniikan (SMT) komponenttien valmistukseen. Näissä uuneissa käytetään kuljetinjärjestelmää, jonka avulla piirilevyt ohjataan huolellisesti valvotun lämpöprofiilin läpi. Uunin tarkat lämpötilavyöhykkeet sulattavat juotospastan, jolloin komponenttien ja piirilevyjen välille syntyy vahva sähköinen yhteys. Tämä prosessi takaa luotettavuuden ja johdonmukaisuuden, joten se soveltuu tiheään ja pienikokoiseen elektroniikkaan. Aaltojuottamista taas käytetään ensisijaisesti läpireikäisiin komponentteihin. Siinä käytetään sulaa juosaaltoa, jonka yli piirilevyt ohjataan.

Ilmastokammioita käytetään laajalti puolijohteiden testauksessa ja luotettavuuden arvioinnissa. Nämä kammiot tarjoavat valvotut ympäristöt, joissa puolijohdekomponentit altistetaan erilaisille lämpötila- ja kosteustasoille suunnitteluvirheiden tai käyttöikään liittyvien ongelmien paljastamiseksi. Ilmastointikammioita voidaan käyttää myös osana burn-in-järjestelmää, jossa testattaviin laitteisiin kohdistuu myös sekä lämpötilaa että sähköistä rasitusta todellisen käytön simuloimiseksi. Nopeuttamalla tiettyjä vikaantumisen fysikaalisia tekijöitä valmistajat voivat varmistaa, että lopputuote täyttää asiakkaan vaatimukset eri käyttöolosuhteissa.