Tempern

Das Bauteil wird auf eine Temperatur knapp oberhalb der unteren Entspannungsgrenze gebracht und dort ausreichend lange gehalten, bis sich das gesamte Bauteil gleichmäßig auf diese Temperatur erwärmt hat. Dabei darf die Temperatur nicht den oberen Kühlpunkt überschreiten, um unkontrollierte Formänderungen zu vermeiden.

Der anschließende Abkühlprozess erfolgt bis zur unteren Entspannungsgrenze langsam und stetig. Unterhalb dieser kritischen Temperatur führen vorübergehende Temperaturgradienten nicht mehr zu eingefrorenen Verformungen und permanenten Spannungen und die weitere Abkühlgeschwindigkeit ist nun nur noch durch die Zugfestigkeit des Glases begrenzt. Vor allem bei optischen Komponenten ist die Freiheit von eingefrorenen inneren Spannungen ein entscheidendes Qualitätsmerkmal, da solche Spannungen bei Gläsern zu einer – meist ungewollten – Doppelbrechung führen.

Thermisch vorgespanntes Glas wie Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) wird gelegentlich als „Temperglas“ bezeichnet, insbesondere bei Haushaltswaren und Behälterglas (z. B. aus Duralex oder Pyrex). Dieses Verfahren entspricht jedoch nicht dem Tempern im Sinne dieses Artikels. Thermisch vorgespanntes Glas wird beim Herstellungsprozess abgeschreckt, wodurch zunächst die Glasoberfläche erstarrt, während das langsamer abkühlende Innere des Werkstücks sich noch weiter zusammenzieht und so Druckspannungen in der bereits nicht mehr verformbaren Oberfläche hervorruft, die das Glas unempfindlicher gegen mechanische und thermische Belastungen machen.

Beim Gusseisen versteht man unter Tempern langzeitiges Glühen bei Temperaturen zwischen 700 °C und 1050 °C zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, Zähigkeit). Das Ergebnis ist Temperguss.

Werden Verbindungselemente aus hochfestem Stahl (Rm > 1000 N/mm²) aus Gründen des Korrosionsschutzes einer galvanischen Nachbehandlung unterzogen, muss zur Vermeidung der Wasserstoffversprödung während oder unmittelbar nach der Galvanisierung diese Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200 bis 230 °C durchgeführt werden.

In der Elektronikfertigung wird das Temper-Verfahren zur Vorbereitung von Bauteilen sowie von unbestückten Leiterplatten benutzt. Ziel ist es, unerwünschte Feuchtigkeit, welche im Laufe der Zeit in die Bauteile bzw. die Leiterplatte hineinkriecht, wieder zu entfernen. Andernfalls kann es durch die schnelle Aufheizung beim Löten (auf über 200 °C) zu Verpuffungen kommen, welche möglicherweise das Bauteil zerstört. Eine unbestückte Leiterplatte, die aus mehreren verklebten Lagen besteht, kann möglicherweise delaminieren, das heißt, die Lagen trennen sich voneinander.

In der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik finden Temperverfahren vielfältige Anwendung. In der Regel handelt es sich dabei um Prozessschritte bei denen die Eigenschaften von dünnen Schichten oder dem Halbleitersubstrat (ein Wafer) verändert werden. Dazu zählen unter anderem:[1]

1. die Beseitigung von Kristallschäden, beispielsweise nach einem Ionenimplantationsschritt, oft als „Ausheilen“ bezeichnet.
2. die Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit für
   • die Eindiffusion von Dotierstoffen
   • die Beschleunigung von chemischen Reaktionen, beispielsweise einer Silizidbildung bei den Source-Drain-Gebieten.
3. die Erhöhung der Flussgeschwindigkeit von bestimmten Schichten, beispielsweise von Borphosphorsilicatglas (BPSG) zur Glättung der Wafertopografie

Die Temperschritte werden meist unter Formiergas oder einer anderen inerten Atmosphäre durchgeführt. Die dabei eingesetzten Temperaturen betragen je nach Anwendung und Material von wenigen hundert bis knapp zweitausend Grad Celsius. Im erweiterten Sinn werden manchmal auch Oberflächenreaktionen, bei denen Material aus dem Gasraum in die Schicht bzw. das Substrat eingebaut wird, beispielsweise die thermische Oxidation von Silizium, als Temperschritt bezeichnet.[1]

Die Temperschritte erfolgen häufig in Rohröfen, wie sie auch bei der thermischen Oxidation von Silizium angewendet werden. Diese Öfen weisen relativ lange Aufheiz- und Abkühlzeiten auf, da sie den gesamten Wafer möglichst gleichmäßig auf die gewünschte Temperatur bringen müssen. Für bestimmte Anwendungen sind sie daher entweder zu langsam oder lassen sich nicht ausreichend gut kontrollieren. Aus diesem Grund wurden sogenannte Kurzzeittemperverfahren (englisch rapid thermal processing) entwickelt, bei denen meist nur ein Teil des Wafers bzw. der Schicht aufgeheizt wird. Da hierbei weniger Material erwärmt werden muss, lassen sich deutlich geringere Prozesszeiten erzielen. Allerdings handelt es sich hierbei meist um eine Einzelwaferprozessierung und nicht wie beim Ofenprozess um eine Prozessierung von 100 oder mehr Wafern gleichzeitig.

An Kunststoffteilen haften Rückstände von Trennmitteln, die beim Spritzgießen oder Reaktionsspritzgießen eingesetzt werden, um eine einwandfreie Entnahme der Teile zu ermöglichen. Vor dem Lackieren müssen diese Rückstände vollständig entfernt werden, damit sie nicht mit dem späteren Lackaufbau reagieren. Dazu werden die Kunststoffteile für ca. 1 Stunde auf 60 °C erwärmt bzw. getempert.[2][3]