Temperaturkontrolle und Homogenität bei Suszeptoren durch dauerhafte Modifikation
Gezielte Einstellung der Wärmeabstrahlung & dauerhafte Veränderung ohne Materialschädigung
Für anspruchsvolle Anwendungen in Halbleitertechnik, Leistungselektronik und Raumfahrt
Beeinflussung der Wärmeabstrahlung von Oberflächen
Für viele technische Anwendungen ist eine präzise Temperaturverteilung auf einem Bauteil oder Bauteilträger fundamental für die Funktion und Lebensdauer. Oftmals entsteht Wärme, die ohne eine gezielte Kühlung zu einer unerwünschten veränderten Temperaturverteilung führt. Um die optimale Funktionalität des Bauteils zu gewährleisten, muss die Temperatur innerhalb bestimmter Grenzen eingestellt werden. Während in vielen Fällen konventionelle Methoden wie Wärmeleitung oder Konvektion zur Wärmeabfuhr eingesetzt werden, ist dies in Situationen ohne atmosphärische Bedingungen nur eingeschränkt oder nicht möglich.
Davon betroffen sind unter anderem Anwendungsfälle in CVD- und PVD-Beschichtungsanlagen zur Herstellung von Komponenten wie Suszeptoren für die Halbleiterindustrie oder für elektronische Komponenten für Weltraumapplikationen. Hier wird die Wärme primär über Strahlung abgeführt. Auch bei Bauteilen für Hochleistungselektronik, die bei sehr hohen Betriebstemperaturen arbeiten, spielt die Wärmeabstrahlung eine bedeutende Rolle. Die gezielte Beeinflussung der Wärmeabstrahlung von Oberflächen und dem damit verbundenen kontrollierten Temperaturmanagement ist in solchen Fällen von großem Interesse.
Gezielte Veränderung der thermischen Emissivität durch Lasermikrobearbeitung
Die Lasermikrobearbeitung ist ein Verfahren, das es ermöglicht, die thermische Emissivität von Bauteiloberflächen gezielt zu verändern. Durch den Einsatz von Lasertechnologie, insbesondere mit Ultrakurzpulslasern, kann die Mikrostruktur der Oberfläche so modifiziert werden, dass sich bauteileigene Wärmeabstrahlung der Oberfläche signifikant vergrößert. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass die grundlegenden Materialeigenschaften dabei nicht verändert werden. Im Vergleich zu Beschichtungsverfahren ermöglicht die Laserbearbeitung eine dauerhafte Modifikation der Oberflächeneigenschaften. Zudem erlaubt die lokale Präzision der Laserbearbeitung die Anpassung der thermischen Emissivität in komplexen Geometrien und lokalen Bereichen des Bauteils mit einer räumlichen Auflösung bis in den Mikrometerbereich.
Anwendungsbeispiel: Ein typisches Anwendungsfeld ist die gezielte Modifikation von Suszeptoroberflächen aus Siliziumcarbid, die in der Waferproduktion eingesetzt werden. Durch die maßgeschneiderte thermische Emissivität kann räumlich hochaufgelöst die Temperaturverteilung auf der Suszeptoroberfläche eingestellt werden, was zu einer verbesserten Temperaturhomogenität und somit in besseren Beschichtungsergebnissen resultiert.
Der Nutzen: Die Möglichkeit, die thermische Emissivität von Oberflächen präzise einzustellen, eröffnet neue Wege für das Temperaturmanagement in technischen anspruchsvollen Anwendungsgebieten wie der Halbleitertechnik oder der Leistungselektronik, insbesondere dort, wo Wärmeabstrahlung als passiver Kühlmechanismus eingesetzt werden kann.
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Dennis Pechner
Technischer Vertrieb Laseranwendungszentrum