LPW Reinigungssysteme: Auf der Überholspur
Im High-Purity-Bereich ist das Maximum von heute das Minimum von morgen
Ein Entwickler, Hersteller und Lieferant von High-End- Vakuumventilen erteilte schon ein Jahr nach der Installation eines XXXL-High-Purity-Grade-1-Systems für Hochvakuumkomponenten im Halbleiterumfeld für die weitere Expansion Asien den Folgeauftrag – und legte prompt die Latte in Sachen Mindestanforderung höher.
Seit über fünfzehn Jahren arbeitet die VAT Vakuumventile AG mit Sitz im schweizerischen Haag mit LPW-Anlagen für Feinstund Ultrafeinstreinigungsaufgaben. Auch bei der Ausstattung des neuen Werks in Malaysia erhielt der Riedericher Anlagenbauer den Zuschlag für den Folgeauftrag. Denn nur ein Jahr zuvor war ein XXXL-High-Purity-Grade- 1-System für Hochvakuumkomponenten im Halbleiterumfeld ins alte Werk nach Asien geliefert worden. Es zeigte sich, dass bereits in dieser kurzen Zeit die Mindestanforderung weiter gestiegen war und entsprechend Entwicklungsarbeit geleistet werden musste. VAT arbeitet sowohl in der Schweiz, in Rumänien als auch in Malaysia mit den High Purity-Anlagen von LPW bei der finalen Reinigung von Aluminiumkomponenten vor dem Reinraum. Grundlage für die Systeme bildet der inzwischen modulare Standardbaukasten der Baureihe PowerJet Ultra in der Größe 800. Dieses Konzept wurde 2019 erstmalig für einen Kunden in der kalifornischen Hochvakuumbranche umgesetzt und anschließend zunehmend verfeinert. Intention bei der Entwicklung war, ein Ultra-Feinstreinigungssystem zu realisieren, dessen Reinigungs-, Spül- und Trocknungsabläufe für die Beseitigung von organischen und anorganischen Rückständen im molekularen oder atomaren Bereich prozesssicher geeignet sind. Und das mit einem möglichst geringen Maß an Re- und Crosskontamination. Beim Auftrag für das neue Werk in Malaysia fand eine intensive technische Abstimmung zwischen den Verantwortlichen in Asien, den High Purity-Spezialisten in der Schweiz und den LPW-Applikationsfachleuten statt, um alle kundenseitigen Spezifikationen auf der Grundlage der bisherigen Erfahrungen, auch mit der kürzlich neu installierten XXXL-Anlage, zu integrieren. Diese wurden schließlich in einem Pflichtenheft definiert, welches als Grundlage für alle Parteien diente.
Das Ursprungskonzept
Das ursprüngliche Anforderungsprofil sah vor, dass die zerspanend bearbeiteten und gefinishten Aluminiumbauteile im Graubereich zur Einbettung in ein bestehendes Warenträgersystem kommen und über das Quality Gate „Reinigungsanlage“ dem Reinraum zur finalen Montage zugeführt werden. Der Reinigungsprozess erfolgt mehrstufig – wie bisher – in einer Doppelkammeranlage mit direkter Reinraumanbindung, bei Chargen von circa zirka 800 x 500 x 650 Millimetern. In beiden Behandlungskammern kommt die LPW-Vakuum-Puls-Reinigung (CNp) zum Einsatz. Die Infrarot-Vakuum-Trocknung ist besonders kontaminationsarm. Die VE-Kreislaufanlage verfügt über eine Aufbereitungsleistung von drei Kubikmetern pro Stunde. Die Voll-Edelstahl-Automation wurde vom LPW-Team eigens konzipiert und fertigungstechnisch umgesetzt. In diesem Fall erlaubt die Ausführung den direkten Transfer der gereinigten, getrockneten und abgekühlten Ware in den nachfolgenden ISO- 5-Reinraum zu zwei Be-/Entladeplätzen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, gereinigte Bauteile wieder in den Grauraum zurückzuführen. Der gesamte Prozess ist RFID-gestützt und somit über das parallel erzeugte Chargenprotokoll einem unmittelbaren Monitoring unterzogen. In die Standardkonfiguration der High Purity-Baureihe PowerJet Ultra sind mehrere Neuentwicklungen integriert. Hinsichtlich des Aspekts der Querkontamination zählt hierzu die automatische Korbverdeckelung. In der Ultra-Behandlungskammer mit Bodenheizung werden die Reinstwasserspülen vorbereitet, während Sensoren die Prozessüberwachung sicherstellen. Die Kreislauf-Medienführung erfolgt mit Doppelfiltration und erhöhtem Niederdruck- Volumenstron. Ein teileschonendes und energieoptimiertes Injektionsflutsystem lässt sich bei gefüllter Behandlungskammer optional zuschalten. Alles in allem hat die Anlage mit ihren zwei Behandlungskammern und den drei zugeordneten Medientanks einen Footprint von zirka 24 m². Hinzu kommt die Automation vor und im Reinraum mit einem Gesamtflächenbedarf von weiteren 25 bis 27 m². Die Verschiffung nach Malaysia erfolgte in zwei Segmenten, was die Installations- und Inbetriebnahme-Zeit vor Ort Mitte/Ende September erheblich verkürzt.
Clean – Pure – High Purity
Die LPW-Anlagenkonzepte für Ultra-Feinstreinigungsaufgaben beinhalten häufig die aufeinander aufbauenden Schritte Grobreinigung und Spüle (Clean), die sauberen Feinst- und Ultra-Feinstspülen mit rekontaminationsarmer Trocknung (Pure) sowie den sicheren Transfer in die geschützte Reinraumumgebung (High Purity). Nur wenn diese Abläufe professionell abgestimmt sind, kann man wirklich von High-Purity-Prozessen sprechen – step by step mit einem höheren Level an Sauberkeit bezüglich der eingesetzten Medien sowie Umgebungsbedingungen und verbunden mit einem stetig geringer werdenden Grad an Re- und Querkontamination im System und im Prozess. Die Referenzgröße bei der Auslegung/Konfiguration der kundenspezifischen Lösung ist der jeweils geforderte Grad an Technischer Sauberkeit zur Übergabe im Reinraum (der auf den Reinigungsvorgang folgt) – unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen sowie der Eingangsqualität der zu reinigenden Teile. Summa summarum ein intensiver Abstimmungsprozess zwischen Kunde und Anlagenlieferant, der weit über die klassische Vertriebsarbeit hinausgeht und der bei LPW ein tiefgreifendes Verständnis aller an der Projektabwicklung beteiligten Bereiche und Personen beinhaltet.
Holistik der High-Purity-Branche
Die Ultra-Feinstreinigung an sich ist nicht wirklich neu. Die Riedericher Spezialisten beschäftigen sich seit Jahrzehnten damit und sind weltweit ein gefragter Partner – gerade, wenn es um komplexe Geometrien und dicht gepackte Chargen geht. Seit Anfang der 2000er Jahre steigen die Sauberkeitsanforderungen an komplexe Metall-, Kunststoff-, Keramik- und Glasbauteile sowie Baugruppen jedoch immens. Die klassischen Ultraschallmethoden reichen nicht mehr aus. Sie kommen an ihre verfahrenstechnischen Grenzen und erzielen häufig nicht die geforderten Spezifikationen. Auch können die Erfahrungen bei der Reinigung von „zweidimensionalen“ Bauteilen nicht auf die neuen Anforderungen übertragen werden. So hat sich ein Branchenfeld namens „High Purity“ herausgebildet, welches gleichwohl nicht wirklich branchenspezifisch zu betrachten ist. Es definiert vielmehr jene Produktions- und Fertigungsprozesse, deren Anforderungen an die Technische Sauberkeit am Quality Gate nicht allein durch die Bereitstellung einer spezifischen Reinigungstechnik gewährleistet werden kann. Die Qualität der Vorprozesse und der Umweltbedingungen, der eingesetzten Medien (flüssig oder gasförmig) und vor allem der Fokus auf die Reduzierung von Quer- und Re-Kontaminationsquellen, macht diesen Sektor speziell. Manche bezeichnen High Purity als den Mount Everest, den es zu bezwingen gilt. Dieser Vergleich hinkt. Denn bei High Purity gibt es aufgrund der Branchendynamik, der steigenden Anforderungen und des daraus resultierenden stetigen Optimierungsbedarfs schlicht keinen Gipfel.