Verfahren zur Steuerung der Prozessgaskonzentration Method for controlling the process gas concentration
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Prozessgaskonzentration für die Behandlung von Substraten in einem Prozessraum, bei dem eine Flüssigkeit mittels hindurchgeleite- ter Bläschen eines Trägergases in einem Bubbler verdampft wird.The invention relates to a method for controlling the process gas concentration for the treatment of substrates in a process space, in which a liquid is vaporized by means of hindurchgeleite- ter bubbles of a carrier gas in a bubbler.
Für die Erzeugung von dampfförmigen Prozessgasen werden so genannte Bubbler eingesetzt, die hauptsächlich aus einem geschlossenen Behälter bestehen, in den die zu verdampfende Flüssigkeit eingebracht worden ist. Die zu verdampfenden Flüssig- keiten können beliebiger Art sein, wie z.B. eine Säure mit einer vorgegebenen Konzentration. So kann die Flüssigkeit beispielsweise Ameisensäure (HCOOH) in unterschiedlicher Konzentration sein. Für den eigentlichen Verdampfungsprozess wird über einen Düsenstab mit einer Vielzahl von Öffnungen ein Trä- gergas im untersten Bereich des Behälters eingebracht. Als Trägergase kommen beispielsweise N2, N2H2, H2 usw., oder auch Inertgase in Betracht. Das Trägergas steigt darauf hin im Bubbler durch die Flüssigkeit blasenförmig auf und nimmt Teile der Flüssigkeit in Dampfform mit. Dieses dabei entstandene Trägergas-/Dampfgemisch wird dann aus dem Behälter dem Prozessraum zugeführt.For the production of vaporized process gases so-called bubblers are used, which mainly consist of a closed container into which the liquid to be evaporated has been introduced. The liquids to be evaporated may be of any type, e.g. an acid with a given concentration. For example, the liquid may be formic acid (HCOOH) in different concentrations. For the actual evaporation process, a carrier gas is introduced into the lowermost region of the container via a nozzle rod having a multiplicity of openings. Suitable carrier gases are, for example, N2, N2H2, H2, etc., or else inert gases. The carrier gas then rises bubble-shaped in the bubbler through the liquid and takes parts of the liquid in vapor form. This resulting carrier gas / vapor mixture is then supplied from the container to the process room.
Bei diesem Vorgang nehmen die Gasblasen das verdampfte Medium so weit auf, bis eine relative Feuchtigkeit von 100 % erreicht ist. Die Konzentration ist hierbei vom Druck im Bubbler sowie der Temperatur abhängig, die auch bei Raumtemperatur liegen kann. Die Druckregelung erfolgt dabei über einen Druckminderer.In this process, the gas bubbles absorb the vaporized medium until a relative humidity of 100% is reached. The concentration here depends on the pressure in the bubbler and the temperature, which may also be at room temperature. The pressure is controlled by a pressure reducer.
Bei der Behandlung von Substraten in einem Prozessraum kann die Einhaltung einer vorgegebenen Konzentration eines Mediums in einem Trägergas von entscheidender Bedeutung für die Qualität
des Prozesses sein. Von Nachteil ist hier, dass bei einer Abkühlung eines Gasgemisches mit einer relativen Feuchte von 100 % eine Kondensation nicht verhindert werden kann. Im Ergebnis verringert sich die Konzentration des Mediums im Trägergas, was gleichzeitig zu ungewollten Effekten im Prozess führen kann .When treating substrates in a process space, maintaining a given concentration of a medium in a carrier gas can be critical to quality be the process. The disadvantage here is that with a cooling of a gas mixture with a relative humidity of 100% condensation can not be prevented. As a result, the concentration of the medium in the carrier gas decreases, which at the same time can lead to unwanted effects in the process.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu realisierendes Verfahren zur Steuerung der Prozessgaskonzentration zu schaffen.The invention is based on the object of providing an easy-to-implement method for controlling the process gas concentration.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch das Herstellen eines vorgegebenen konstanten Innendruckes im Bubbler und nachfolgendes Einleiten des Trägergases in den Bubbler bei gleichzeitiger Temperaturregelung des zu verdampfenden Mediums innerhalb des Bubblers zur Einstellung eines vorgegebenen Dampfdrucks .The object underlying the invention is achieved in a method of the type mentioned by establishing a predetermined constant internal pressure in the bubbler and subsequent introduction of the carrier gas in the bubbler with simultaneous temperature control of the medium to be evaporated within the bubbler for setting a predetermined vapor pressure.
Dieses überraschend einfach zu realisierende Verfahren erlaubt eine präzise Steuerung der Konzentration des verdampften Mediums im Trägergas .This surprisingly easy to implement method allows precise control of the concentration of the vaporized medium in the carrier gas.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatur im Bubbler zur Anpassung der Konzentration des Mediums im Trägergas an unterschiedliche Prozessbedingungen ohne Unterbrechung der Zuführung des Trägergases in den Bubbler kontinuierlich geändert .In one embodiment of the invention, the temperature in the bubbler for adjusting the concentration of the medium in the carrier gas to different process conditions without interrupting the supply of the carrier gas in the bubbler is changed continuously.
In einer Fortführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verrohrung vom Bubbler zum Prozessraum in die Temperaturregelung einbezogen wird, wobei die Verrohrung bevorzugt auf die gleiche Temperatur wie im Bubbler geregelt wird.In a continuation of the invention, provision is made for the piping from the bubbler to the process space to be included in the temperature control, wherein the piping is preferably regulated to the same temperature as in the bubbler.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.
Die zugehörige Zeichnungsfigur zeigt eine schematische Darstellung eines Bubblers zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens .The associated drawing figure shows a schematic representation of a bubbler for carrying out the inventive Procedure.
Der Bubbler 1 besteht aus einem verschließbaren Behälter, der mit einem Kühl-/Heizmantel 2 umgeben ist. Für die Erzeugung des Verdampfungsprozesses ist der Bubbler 1 mit einer Zuführung 3 für ein Trägergas verbunden, die innen im Bubbler 1 im Bodenbereich in einem Düsenstab 4 endet, der mit einer Vielzahl von Düsen zur Erzeugung von Gasblasen versehen ist. In der Zeichnungsfigur sind die aufsteigenden Gasblasen schematisch als Pfeile 5 dargestellt. Diese Gasblasen steigen durch das in den Bubbler 1 eingebrachte flüssige Medium 6 auf und werden dann über eine Verrohrung 7 in einen nicht dargestellten Prozessraum geleitet .The bubbler 1 consists of a closable container which is surrounded by a cooling / heating jacket 2. For the generation of the evaporation process, the bubbler 1 is connected to a supply 3 for a carrier gas, which ends inside the bubbler 1 in the bottom area in a nozzle bar 4 which is provided with a plurality of nozzles for generating gas bubbles. In the drawing figure, the rising gas bubbles are shown schematically as arrows 5. These gas bubbles rise through the introduced into the bubbler 1 liquid medium 6 and are then passed through a piping 7 in a process space, not shown.
Der Kühl-/Heizmantel 2 ist mit einer Kühl-/Heizeinrichtung 8 zur Temperaturregelung des flüssigen Mediums 6 im Bubbler 1 verbunden.The cooling / heating jacket 2 is connected to a cooling / heating device 8 for temperature control of the liquid medium 6 in the bubbler 1.
Weiterhin befindet sich in der Zuführung 3 für das Trägergas ein Druckminderer 9, mit dem der Druck im Bubbler 1 auf einem vorgegebenen Wert konstant gehalten werden kann.Further, in the feed 3 for the carrier gas, a pressure reducer 9, with which the pressure in the bubbler 1 can be kept constant at a predetermined value.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Trägergas N2, N2H2, H2 eingesetzt. Selbstverständlich ist die Erfindung auch mit anderen Trägergasen gleichermaßen realisierbar. Als flüssiges Medium wird hier Ameisensäure (HCOOH) als Reduktionsmedium für Oxidschichten z.B. auf miteinander zu verlötenden Oberflächen verwendet.In the present embodiment, N2, N2H2, H2 is used as the carrier gas. Of course, the invention is equally feasible with other carrier gases. As the liquid medium, formic acid (HCOOH) is used as a reducing medium for oxide layers, e.g. used on surfaces to be soldered together.
Die Steuerung der Konzentration des verdampften Mediums 6 im Trägergas erfolgt durch Einstellung einer vorgegebenen/vor berechneten Temperatur mittels der Kühl-/Heizeinrichtung 8 bei konstantem Druck im Bubbler. Durch Änderung der Temperatur im Bubbler 1 lässt sich bei konstantem Druck im Bubbler 1 der Dampfdruck des Mediums kontinuierlich verändern. Damit lässt sich die Konzentration des verdampften Mediums im Trägergas in einem weiten Bereich auf besonders einfache Weise steuern, wodurch gleichzeitig eine einfache Prozessoptimierung bei der
Behandlung von Substraten ermöglicht wird. Unter den Begriff Substrat sollen beispielsweise auch miteinander zu verlötende Gegenstände oder Oberflächen verstanden werden.The control of the concentration of the evaporated medium 6 in the carrier gas by adjusting a predetermined / pre-calculated temperature by means of the cooling / heating device 8 at a constant pressure in the bubbler. By changing the temperature in the bubbler 1 can be at constant pressure in the bubbler 1, the vapor pressure of the medium change continuously. Thus, the concentration of the vaporized medium in the carrier gas in a wide range can be controlled in a particularly simple manner, thereby simultaneously a simple process optimization in the Treatment of substrates is made possible. For example, the term substrate should also be understood to mean objects or surfaces to be soldered together.
Um sicher zu stellen, dass sich die Konzentration nicht verän- dert, kann die Verrohrung 7 zusätzlich mit einer Rohrbegleitheizung 10 bis zum Einspeisepunkt in den Prozessraum versehen werden. Diese Rohrbegleitheizung 10 ist mit der Kühl/- Heizeinrichtung 8 verbunden, so dass die Temperatur der Verrohrung auf die gleiche Temperatur wie im Bubbler 1 eingestellt werden kann.In order to ensure that the concentration does not change, the piping 7 can additionally be provided with a pipe tracing heater 10 up to the feed point into the process space. This pipe trace heating 10 is connected to the cooling / heating device 8, so that the temperature of the piping can be set to the same temperature as in the bubbler 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft für Reflow- lötprozesse in einem nicht dargestellten Reflowlötofen eingesetzt werden, indem Ameisensäure in einer vorgegebenen Konzentration in den Prozessraum eingeleitet wird. Die Ameisensäure dient hierbei als Reduktionsmedium für Oxidschichten auf den miteinander zu verlötenden Partnern.
The method according to the invention can advantageously be used for reflow soldering processes in a reflow soldering furnace, not shown, in which formic acid is introduced into the process space at a predetermined concentration. The formic acid serves as a reducing medium for oxide layers on the partners to be soldered together.
Verfahren zur Steuerung der ProzessgaskonzentrationMethod for controlling the process gas concentration
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Bubbler1 bubbler
2 Kühl-/Heizmantel2 cooling / heating jacket
3 Zuführung3 feeder
4 Düsenstab4 nozzle rod
5 Pfeil5 arrow
6 flüssiges Medium6 liquid medium
7 Verrohrung7 piping
8 Kühl-/Heizeinrichtung8 cooling / heating device
9 Druckminderer9 pressure reducer
10 Rohrbegleitheizung
10 pipe trace heating