acp systems: Sauberkeit im Nanometer-Bereich

Bei Highend-Komponenten sind aufgrund teils extrem hohen Anforderungen High-Purity-Reinigungsanwendungen heute an der Tagesordnung – bisher vor allem nasschemische. Bei manchen Bauteilen stoßen diese aber auf Grenzen, etwa aufgrund von Abmessungen, Vormontage oder weil nur partiell gereinigt werden soll.

Hochsaubere Oberflächen sind heute in zahlreichen Branchen wie beispielsweise der Halbleiter-Zulieferindustrie, Medizintechnik, Photonik, Sensor- und Lasertechnik, Mikrosystemtechnik, Mess- und Analysetechnik, Luft- und Raumfahrt sowie dem Fahrzeugbau Voraussetzung, damit Produkte den steigenden Anforderungen an Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit gerecht werden. Für die Reinigung der Bauteile während der Herstellung und bei der Montage ergeben sich dadurch zwar individuelle, aber durchweg sehr anspruchsvolle Aufgabenstellungen. Dabei sind teilweise extreme Grenzwerte hinsichtlich partikulärer, filmisch-organischer und anorganischer Restkontaminationen sowie dem Ausgasverhalten im Vakuum zu erfüllen. Der auf High-Purity-Reinigungsanwendungen spezialisierte Reinigungsdienstleister Vacom hat zusammen mit der acp systems AG umfangreiche Untersuchungen und Sauberkeitsanalysen durchgeführt – und ließ sich überzeugen von der Leistungsfähigkeit der trockenen quattroClean-Schneestrahltechnologie für anspruchsvollste partikuläre und filmische Reinheiten.

Alternative Reinigungstechnologien

Bei sogenannten High Purity-Reinigungsanwendungen kommen bisher vor allem nasschemische Reinigungsverfahren in speziell dafür ausgestatteten Kammer- und Ultraschall-Mehrbadanlagen sowie Plasma- und Vakuum-Ausheizsysteme zum Einsatz. An Grenzen stoßen diese Verfahren jedoch bei Bauteilen, die aufgrund ihrer Abmessungen oder durch einen vormontierten Zustand beziehungsweise während/nach der Montage nicht nasschemisch gereinigt werden können. Ebenso bei Komponenten, die eine partielle Reinigung erfordern. Eine Lösung kann bei solchen Aufgabenstellungen die quattroClean-Schneestrahltechnologie der acp systems sein. Es handelt sich dabei um ein trockenes Reinigungsverfahren für ganzflächige und lokale Anwendungen, das flüssiges, klimaneutrales Kohlendioxid als Reinigungsmedium nutzt. Es wird durch eine verschleißfreie Zweistoff- Ringdüse geleitet und entspannt beim Austritt zu feinen Schneekristallen. Diese werden von einem separaten, ringförmigen Druckluft-Mantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen des gut fokussierbaren Schnee-Druckluftstrahl auf die zu reinigende Oberfläche kommt es zu einer Kombination aus thermischem, mechanischem, Lösemittel- und Sublimationseffekt, auf der die Reinigungswirkung basiert. Entfernte partikuläre und filmische Kontaminationen werden abgesaugt, eine Rückverschmutzung der Teile sowie Verunreinigung der Umgebung wird damit verhindert. Da das kristalline Kohlendioxid während des Prozesses vollständig sublimiert, sind die rückstandsfrei gereinigten Flächen trocken – aufwendige sowie energieintensive Spül- und Trocknungsprozesse entfallen.

Umfangreiche Untersuchungen

Um zu ermitteln, ob die quattroClean- Schneestrahltechnologie das bestehende Portfolio der auf High Purity-Reinigungsanwendungen spezialisierten Vacom Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbH sinnvoll ergänzt, führte der Reinigungsdienstleister umfangreiche Versuchsreihen durch. Das Unternehmen ist international für Hersteller und Zulieferer aus verschiedenen Hightech-Branchen, beispielsweise Halbleiter-Produktionsequipment, Medizintechnik, Photonik, Lasersysteme, Fahrzeugbau sowie Mess- und Analysetechnik tätig. Dafür kombiniert der Reinigungsdienstleister in der cleanFab auf über 4.000 Quadratmetern Reinraumfläche der ISO-Klassen 8 bis 5 verschiedene Reinigungstechnologien und -prozesse. Diese ermöglichen es, mit unterschiedlichsten Verunreinigungen kontaminierte Bauteile aus einer Vielzahl von Werkstoffen und Geometrien entsprechend anspruchsvollster Spezifikationen, beispielsweise Grade 1, zu reinigen und reinraumgerecht zu verpacken. Der Nachweis der erzeugten Sauberkeit erfolgt je nach Spezifikation unter anderem durch Restgasanalysegeräte (RGA), optische Partikelzähler, Schwarz- und Weißlichtsysteme sowie Particle Measurement Cards (PMC) mit Fastmicro Sample Scanner. Realisiert wurden die Untersuchungen mit speziell von Vacom angefertigten und mit verschiedenen Testverschmutzungen verunreinigten Bauteilen sowie einem für High Purity-Anwendungen ausgestatteten quattroClean-Reinigungssystem von acp durchgeführt.

Sehr hohe Reinheitslevels erreicht

In den ersten Testreihen sollte zunächst im Vergleich mit anderen Reinigungsverfahren festgestellt werden, ob sich mit der quattro Clean-Technologie hohe Sauberkeiten erreichen und nachweisen lassen. Dabei zeigte sich, dass hinsichtlich partikulärer Restkontaminationen Oberflächenreinheitsklasse (ORK) 1 reproduzierbar erreicht wird. Darüber hinaus konnte bei bereits nasschemisch feinstgereinigten Bauteilen ein weiteres Level an partikulärer Sauberkeit, ORK 0,1, wiederholgenau erzielt werden. Dies ist unter anderem für Bauteile und Flächen interessant, die eine noch höhere Reinheit aufweisen müssen. Eine weitere Untersuchung beschäftigte sich mit der Entfernung von Partikeln aus Sackgewinden. Bei allen Versuchen wurden bei Gewinden bis 20 mm Tiefe und bis Durchmesser M6 sehr gute partikuläre Sauberkeiten erreicht, die mit nasschemischen Reinigungsprozessen vergleichbar beziehungsweise besser sind. Hinsichtlich filmischer Restverschmutzungen ergaben sich beim Reinigungsergebnis keine Unterschiede zu den von Vacom eingesetzten anderen Feinstreinigungsverfahren wie nasschemische und Plasmareinigung sowie Vakuum-Ausheizen. Wichtig, um höchste Sauberkeiten zu erzielen, ist wie bei allen Feinstreinigungsprozessen, dass die Teile vorgereinigt sind. Insgesamt lassen sich mit der quattroClean-Schneestrahlreinigung höchste Sauberkeitslevels, beispielsweise Grade 1, erzielen und nachweisen. Belegt haben die Versuche auch, dass es durch das Reinigungsverfahren zu keinen Re- und Kreuzkontaminationen kommt. Darüber hinaus erfolgt die Reinigung materialschonend, so dass auch empfindliche, filigrane und fein strukturierte Oberflächen sowie empfindliche Werkstoffe, beispielsweise Kupfer- und NiP-Beschichtungen, behandelt werden können.

acp systems AG
www.acp-systems.com

Vacom Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbH
www.vacom.net