3 Wege zur Kalibrierung von Temperatursensoren in Dresden und Sachsen

Das Wichtigste auf einen Blick

• Temperaturmessung Halbleiter Sachsen erfordert Kalibrierung mit Rückführung zur PTB.
• Drei Verfahren: Fixpunktkalibrierung, Vergleichskalibrierung, In-situ-Kalibrierung.
• DAkkS-Stellen in Sachsen bieten akkreditierte Kalibrierungen nach ISO 17025.
• Auswahl nach Messbereich, Toleranz und Stillstandszeit.
• Dokumentation sichert Nachweis in der Halbleiterfertigung Dresden.

Warum Temperaturmessung Halbleiter Sachsen besonders hohe Genauigkeit verlangt

In Dresden und Sachsen konzentriert sich eine der größten Halbleiter- und Mikrosensorik-Regionen Europas. Firmen wie Infineon, Globalfoundries und viele Zulieferer fertigen hier Chips und Sensoren. Jeder Prozessschritt, von der Lithografie über Ätzen bis zur Passivierung, hängt von exakter Temperaturführung ab. Schon Abweichungen von einem Kelvin können die Ausbeute senken.

Die Temperaturmessung in der Halbleiterfertigung muss daher rückführbar und dokumentiert sein. Kunden fordern Nachweise, Behörden prüfen, und die interne Qualitätssicherung verlangt lückenlose Ketten. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ist die nationale Metrologieinstitution und stellt die Rückführung sicher. Ohne sie ist keine belastbare Kalibrierung möglich.

Normen und Richtlinien geben den Rahmen vor. Der Normenausschuss NMP beim DIN Deutsches Institut für Normung erarbeitet Normen zu Kalibrierung und Prüfmitteln, die in der Industrie verbindlich sind.

Die VDI/VDE-GMA Richtlinien zur Temperaturmessung bilden den Stand der Technik ab. Beide Gremien haben Arbeitskreise, die sich mit Halbleiter- und Sensortechnik befassen.

Rechtlich relevant ist das Mess- und Eichgesetz (MessEG). Es regelt unter anderem, wann Messgeräte geeicht sein müssen. In der Halbleiterfertigung geht es meist nicht um eichpflichtigen Verkehr, sondern um industrielle Qualitätssicherung. Dennoch gelten die Grundsätze der Rückführbarkeit.

Die Bundesnetzagentur ist für eichrechtliche Belange zuständig, falls Geräte im geschäftlichen Verkehr eingesetzt werden. Die einschlägigen Kalibrier- und Konformitätsvorschriften führt die Gesetze im Internet Teilliste auf.

Für Prozessingenieure in Dresden bedeutet das: Sie müssen ihr Temperaturmesssystem regelmäßig kalibrieren lassen. Die drei folgenden Verfahren decken unterschiedliche Anforderungen ab.

Verfahren 1: Kalibrierung im Festkörper-Fixpunktbad

Die Fixpunktkalibrierung nutzt definierte Phasenübergänge reiner Stoffe. Dazu gehören der Schmelzpunkt von Gallium (29,7646 °C), der Erstarrungspunkt von Zinn (231,928 °C) oder der von Aluminium (660,323 °C). Diese Temperaturen sind international festgelegt und ändern sich nicht.

Ein Sensor wird in eine Fixpunktzelle eingeführt, die den reinen Stoff enthält. Während des Phasenübergangs bleibt die Temperatur konstant. Das Messsignal wird mit dem bekannten Fixpunkt verglichen. So lässt sich die Abweichung des Sensors direkt bestimmen.

Vorteile: sehr hohe Genauigkeit, direkte Rückführung zur PTB, keine Referenzthermometer nötig. Nachteile: nur diskrete Temperaturpunkte, aufwändige Apparatur, meist nur im Labor möglich. Für Halbleiterprozesse mit engen Toleranzen ist das oft die erste Wahl.

In Sachsen bieten spezialisierte Kalibrierlaboratorien Fixpunktkalibrierungen an. Die Zellen werden regelmäßig von der PTB zertifiziert. Die Normen des DIN legen Anforderungen an Bau und Betrieb solcher Zellen fest.

Verfahren 2: Vergleichskalibrierung gegen ein Referenzthermometer

Bei der Vergleichskalibrierung wird der zu kalibrierende Sensor zusammen mit einem Referenzthermometer in ein Temperierbad oder einen Blockkalibrator gebracht. Beide werden auf dieselbe Temperatur erwärmt oder gekühlt. Die Anzeige des Prüflings wird mit der des Referenzthermometers verglichen.

Das Referenzthermometer ist selbst rückführbar kalibriert, oft durch die PTB oder eine DAkkS-Stelle. So entsteht eine Kalibrierkette. Die Unsicherheit des Referenzthermometers geht in die Unsicherheit des Prüflings ein.

Dieses Verfahren eignet sich für einen breiten Temperaturbereich, typischerweise von -80 °C bis 300 °C mit Bädern, mit Blockkalibratoren bis 700 °C. Es ist schneller und flexibler als die Fixpunktkalibrierung. Die Genauigkeit hängt von der Stabilität des Bades und der Qualität des Referenzthermometers ab.

Für die Halbleiterfertigung in Dresden ist die Vergleichskalibrierung oft der Standard. Sie deckt viele Prozesstemperaturen ab und lässt sich in den Wartungsplan integrieren. Wichtig ist die Auswahl eines akkreditierten Labors, das nach ISO/IEC 17025 arbeitet. Die DAkkS akkreditiert solche Labore in Sachsen.

Verfahren 3: In-situ-Kalibrierung mit Werksnormal und Rückführung

Die In-situ-Kalibrierung findet direkt am Einsatzort statt, also in der Anlage. Der Sensor wird nicht ausgebaut. Stattdessen wird ein Werksnormal oder ein mobiles Referenzthermometer an den Messpunkt gebracht. Die Anlage wird auf definierte Temperaturen gefahren, und die Sensoren werden verglichen.

Das spart Stillstandszeit und vermeidet Einbaufehler. Allerdings ist die Unsicherheit meist größer als im Labor, weil Umgebungsbedingungen wie Strömung, Strahlung oder Wärmeleitung stören. Zudem muss das Werksnormal selbst rückführbar sein, idealerweise über eine DAkkS-Kalibrierung.

In der Halbleiterfertigung Dresden wird die In-situ-Kalibrierung oft für Temperatursensoren in Reaktoren, Öfen und Kühlkreisläufen genutzt. Sie ergänzt die Laborverfahren, ersetzt sie aber nicht. Ein Wechsel zwischen den Verfahren ist üblich, um Kosten und Genauigkeit zu optimieren.

Die VDI/VDE-GMA-Richtlinien geben Hinweise zur Durchführung und zur Bewertung der Unsicherheit. Sie sind ein anerkannter Stand der Technik.

Rückführung zur PTB und die Rolle der DAkkS-Stellen in Sachsen

Die Rückführung zur PTB ist das Fundament jeder Kalibrierung. Die PTB realisiert die gesetzlichen Einheiten, also auch das Kelvin. Sie gibt Normale an akkreditierte Labore weiter. Diese Labore kalibrieren dann industrielle Referenzthermometer. So entsteht eine ununterbrochene Kette bis zum Sensor im Werk.

Die Deutsche Akkreditierungsstelle (DAkkS) akkreditiert Kalibrierlaboratorien nach ISO/IEC 17025. In Sachsen gibt es mehrere DAkkS-Stellen, die Temperaturkalibrierungen anbieten. Dazu zählen Labore in Dresden, Leipzig und Chemnitz. Sie sind für die Halbleiterindustrie in der Region gut erreichbar.

Eine DAkkS-Akkreditierung bescheinigt Kompetenz und Rückführbarkeit. Kunden können sich auf die ausgestellten Kalibrierscheine verlassen. Die Scheine enthalten Messunsicherheiten und die Angabe der Rückführung. Für Audits und Kundenanforderungen ist das entscheidend.

Rechtliche Grundlagen für Kalibrier- und Konformitätsbewertungsrecht sowie die Normbezüge für Kalibrierlaboratorien finden sich in der Teilliste zu Normbezügen. Ein Blick in die Gesetzestexte lohnt, wenn es um Haftungsfragen geht.

Auswahl des Verfahrens nach Messbereich, Toleranz und Stillstandszeit

Die Wahl des Verfahrens hängt von drei Hauptkriterien ab: Messbereich, Toleranz und Stillstandszeit. Ein Fixpunktbad eignet sich für enge Toleranzen und diskrete Temperaturen. Die Vergleichskalibrierung deckt breite Bereiche ab und ist flexibel. Die In-situ-Kalibrierung minimiert Stillstand, hat aber größere Unsicherheiten.

Tabelle: Vergleich der drei Kalibrierverfahren

Kriterium	Fixpunktbad	Vergleichskalibrierung	In-situ
Messbereich	diskrete Fixpunkte	-80 °C bis 700 °C	anlagenspezifisch
Typische Unsicherheit	0,01 K bis 0,05 K	0,05 K bis 0,5 K	0,5 K bis 2 K
Stillstandszeit	hoch	mittel	gering
Rückführung	direkt zur PTB	über Referenzthermometer	über Werksnormal
Einsatzort	Labor	Labor	Anlage

Für Halbleiterprozesse mit kritischen Temperaturen, etwa bei der Epitaxie oder Diffusion, ist die Fixpunktkalibrierung oft unverzichtbar. Für weniger kritische Messstellen reicht die Vergleichskalibrierung. In-situ kommt dann zum Einsatz, wenn ein Ausbau zu teuer oder zu riskant wäre.

Ein weiteres Kriterium ist die geforderte Messunsicherheit. Je kleiner sie sein muss, desto aufwändiger das Verfahren. Auch die Anzahl der Sensoren spielt eine Rolle: Viele Sensoren sprechen für rationelle Verfahren wie die Vergleichskalibrierung.

Dokumentation und Nachweis in der Halbleiterfertigung Dresden

Die Dokumentation ist Pflicht. Jede Kalibrierung muss nachvollziehbar sein. Dazu gehören Kalibrierschein, Messunsicherheit, Rückführung und Datum. In der Halbleiterfertigung Dresden werden diese Nachweise oft digital archiviert und in das Qualitätsmanagementsystem eingebunden.

Ein typischer Ablauf für die Kalibrierung eines Temperatursensors in der Halbleiterfertigung:

1. Sensor identifizieren und ausbauen oder für In-situ vorbereiten.
2. Kalibrierverfahren nach Messbereich und Toleranz auswählen.
3. Kalibrierung bei einer DAkkS-Stelle oder im eigenen Labor durchführen.
4. Kalibrierschein mit Unsicherheit und Rückführung prüfen.
5. Sensor wieder einbauen und Funktion testen.
6. Ergebnisse dokumentieren und Freigabe erteilen.

Die Dokumentation sollte auch die verwendeten Normen und Richtlinien nennen. Das DIN und die VDI/VDE-GMA bieten die Grundlagen. Bei Audits sind diese Angaben oft entscheidend.

Für die Rückführung zur PTB muss die Kette lückenlos sein. Jedes Referenzthermometer muss seinerseits kalibriert sein. Die DAkkS-Stellen in Sachsen stellen sicher, dass die Kette bis zur PTB reicht.

Häufige Fragen

Wie oft müssen Temperatursensoren in der Halbleiterfertigung kalibriert werden?

Das hängt von der Kritikalität und den Kundenanforderungen ab. Üblich sind jährliche Kalibrierungen, bei kritischen Prozessen auch halbjährlich. Die VDI/VDE-GMA-Richtlinien geben Empfehlungen.

Was kostet eine DAkkS-Kalibrierung in Sachsen?

Die Kosten variieren je nach Verfahren und Anzahl der Punkte. Eine Vergleichskalibrierung ist günstiger als eine Fixpunktkalibrierung. Genaue Preise erfragen Sie bei den Laboren.

Kann ich meine Sensoren selbst kalibrieren?

Ja, wenn Sie über rückführbare Normale und ein geeignetes Qualitätsmanagementsystem verfügen. Für Akkreditierungen ist jedoch eine DAkkS-Kalibrierung oft erforderlich.

Was bedeutet Rückführung zur PTB?

Die PTB realisiert die Einheiten. Rückführung bedeutet, dass Ihr Messergebnis über eine ununterbrochene Kette mit den nationalen Normalen verbunden ist.

Welche Normen gelten für die Kalibrierung von Temperatursensoren?

Die DIN-Normen und VDI/VDE-GMA-Richtlinien sind maßgeblich. Für Laboratorien ist ISO/IEC 17025 relevant.

Bietet die PTB selbst Kalibrierungen für die Industrie an?

Die PTB kalibriert vor allem Normale für akkreditierte Labore. Industrielle Sensoren werden in der Regel bei DAkkS-Stellen kalibriert.