Analytik in der Reinigungstechnik

In den meisten Produktionsketten schaffen Reinigungs- und Vorbehandlungsprozesse die Voraussetzung für Fertigungsschritte, die nicht nur das finale Design, die Montage und Fügestellen betreffen, sondern auch funktionskritische Bereiche. Eine Kontrolle des Reinigungs- bzw. Vorbehandlungsergebnisses ist deshalb für eine „Null‑Fehler-Produktion“ unerlässlich. Das Reinigungsergebnis wird mit verschiedenen Begriffen wie Restverschmutzung, Reinheitsgrad, Reinigungseffizienz oder Sauberkeit beschrieben. Im Weiteren wird der Begriff Restverschmutzung verwendet, da sich aus Sicht der Analytik nur der Rest einer Verschmutzung ermitteln lässt. Problem bei der Messung der Restverschmutzung ist, dass die Verschmutzung sowohl in der stofflichen Zusammensetzung als auch in der örtlichen Verteilung auf den Bauteilen und zwischen verschiedenen Bauteilen nicht als konstant angesehen werden kann. Die Restverschmutzung müsste daher auf einer breiten stofflichen Bandbreite nicht stichprobenartig, sondern zu 100 % und direkt am gesamten Bauteil integral bzw. ortsaufgelöst kontrolliert werden. Da dies in der Regel nicht möglich ist, sind verschiedene direkte, d.h. auf dem Bauteil, und indirekte, d.h. über ein berührendes Hilfsmedium (z.B. ein Reinigungsbad) messende Verfahren für die Bestimmung der Restverschmutzung entwickelt worden.

In der Oberflächenanalytik wird zwischen Prozess- und Schadensanalytik unterschieden. Während in der Prozessanalytik genau bekannt ist, wonach gesucht wird, muss in der Schadensanalytik die stoffliche Zusammensetzung erst aufwendig ermittelt werden, um hierdurch Rückschlüsse auf das Bauteilversagen oder die Schadensursache ziehen zu können.

Bei der Prozessanalytik ist wichtig, dass zerstörungsfrei arbeitende Analysemethoden mit konstantem Nachweisvermögen zum Einsatz kommen. Hauptsächlich wird geprüft, ob die Restverschmutzung unter einem vorher definierten Grenzwert liegt. Dabei müssen die Messmethoden schnell und zuverlässig, idealerweise im Fertigungstakt arbeiten, damit sie in die Fertigungskette integriert werden können. Die zur Verfügung stehenden Verfahren sind vielfältig und basieren auf verschiedenen Messgrößen und ‑prinzipien. Im Allgemeinen wird bei den Verfahren zwischen der Erkennung von filmischen und partikulären Verunreinigungen unterschieden.

Die Schadensanalytik greift demgegenüber auf komplexere Analyseverfahren zurück. Es handelt sich um hochauflösende Laborverfahren zur quantitativen Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und Mikrostruktur der Oberfläche bzw. der Restverschmutzung. In der Tabelle unten sind gängige Analyseverfahren aufgelistet. Rückschlüsse von den Messergebnissen auf die Herkunft, Vermeidungs- und Reinigungsmöglichkeit gefundener Restverschmutzungen gelingen nur mit umfangreicher Erfahrung und Prozesskenntnis des Analytikers.

Gängige Analyseverfahren für die Laboranalytik

 

FT-IR

Raman

XPS / ESCA

TOF-SIMS

REM / EDX

Mikro-CT

Infor-
mation

chemisch/

molekular

 

chemisch/

molekular

 

chemisch / molekular

 

Molekül-
gruppen

topographisch/ chemisch

 

3D-geometrisch/ physikalisch

 

Quanti-fizierung

 

halb-
quantitativ

halb-quantitativ

 

quantitativ

 

halb-
quantitativ

halb-
quantitativ

halb-
quantitativ

Tiefen-auflösung

 

500 nm – 1 μm

 

500 nm

2-29 nm

1 nm

< 10 nm

300 mm

laterale

Auflösung

10 μm

500 nm

10 μm

< 100 nm

0,2 nm

500 nm

Nachweis-grenze

1 %

1 %

0,1 %

ppm

0,1 %

 

Umgebung

 

Atmosphäre

Atmosphäre

 

Ultra-hochvakuum

 

Ultra-hochvakuum

Hochvakuum

Atmosphäre

 

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