Herstellung von Wasserstoffsensoren mit Infrarot-Härtung
Bei der Herstellung von Wasserstoffsensoren ist Wärme von entscheidender Bedeutung. Wenn die Wärmebedingungen nicht richtig gesteuert werden, versagt die Membran oder der Katalysator funktioniert nicht ordnungsgemäß. Um das zu vermeiden – und gleichzeitig um ökologische Aspekte sowie das Fehlen von Blei zu gewährleisten – nutzen wir dabei die Infrarot-Härtung.
Im Gegensatz zu den alten Konvektionsöfen, die einfach nur heiße Luft verwenden, sendet Infrarotenergie direkt auf das Substrat. Das ist eine völlig andere Methode.
Wie es funktioniert
Stellen Sie sich das wie einen Mikrowellenherd im Vergleich zu einem herkömmlichen Ofen vor. Infrarot zielt auf die spezifischen Absorptionsbänder der Härtungsmittel ab. Dadurch können wir die Sensorschichten trocknen, ohne den gesamten Raum oder die Maschine erwärmen zu müssen. Da die Energie genau dorthin geleitet wird, geht keine Energie an unerwünschte Stellen verloren. Zudem können wir auf katalysatoren basierende Lösungsmittel verzichten – schließlich setzen diese VOCs frei. Es handelt sich dabei also um eine sauberere Arbeitsmethode.
Geschwindigkeit und Präzision
Einer der Vorteile ist, dass es keinen „Aufwärmvorgang“ gibt. Man muss nicht warten, bis die Maschine vollständig erhitzt ist. Die Wärme ist einfach sofort vorhanden. Diese Geschwindigkeit ist besonders wichtig für empfindliche Wasserstoffsensormaterialien. Wenn man sie zu lange trocknet, besteht das Risiko, dass der Katalysator geschädigt wird oder die Empfindlichkeit des Sensors sinkt. Mit Infrarot kann man schnell arbeiten. Zudem nimmt die Ausrüstung weniger Platz in dem Reinraum ein, da der Prozess so schnell abläuft.
Die Herausforderungen
Es ist jedoch nicht alles so einfach. Hochintensive Infrarotstrahlung erzeugt viel Wärme in einem sehr kleinen Bereich. Wenn die Geschwindigkeit des Transportsystems nicht stimmt oder die Entfernung nicht richtig eingestellt ist, entstehen „heiße Punkte“, die das Substrat verformen können. Wenn die Geschwindigkeit des Transportsystems auch nur geringfügig schwankt, ändert sich die Wärmemenge. Um das zu verhindern, verwenden wir in der Regel Pyrometer mit Schleifensteuerung. Sie überwachen die Temperatur in Echtzeit und passen die Leistung automatisch an – so muss man nicht raten.
Warum sollte man wechseln?
Die traditionelle Trocknung mit heißer Luft ist langsam und unpräzise. Zudem wird viel Strom verschwendet, da die Luft erst erwärmt werden muss, bevor sie das Teil erwärmen kann. Infrarot umgeht diesen Zwischenschritt. Man erhält somit einen Prozess, bei dem kein Blei und keine Lösungsmittel verwendet werden – außerdem sinken die Energiekosten um 30 % bis 50 %. Wenn man weiterhin diese alten, umweltschädlichen Methoden verwendet, ist dies der richtige Weg.