High Purity-Reinigung – was steckt dahinter?

Die High Purity-Reinigung stellt auch an Reinigungsmedien besondere Anforderungen. Dazu zählt, dass sie keine HIO (Hydrogen Induced Outgassing)-Elemente enthalten, die eine Kreuzkontamination verursachen können. (Bildquelle: SurTec) / High-purity cleaning also places special demands on cleaning media. This includes the absence of HIO (hydrogen-induced outgassing) elements that can cause cross-contamination. (Image source: SurTec)

Neben der eigentlichen Reinigung spielen in der High Purity-, Feinst- und Präzisionsreinigung Faktoren wie eine optimal auf Reinheit ausgelegte Fertigungsabläufe sowie eine an die Sauberkeitsanforderungen angepasste Umgebung eine entscheidende Rolle. (Bildquelle: LPW Reinigungssysteme) / In addition to the actual cleaning, factors such as production processes optimally designed for cleanliness and an environment adapted to the cleanliness requirements play a decisive role in high-purity, ultra-fine and precision cleaning. (Image source: LPW Reinigungssysteme)

Mehrbad-Ultraschallreinigungsanlagen sind bei einer großen Materialvielfalt, hohen Durchsatzanforderungen und Sauberkeitsspezifikationen durch beliebig kombinierbare Reinigungs- und Spülstationen – auch mit unterschiedlichen Reinigungsmedien und Spülwasserqualitäten – eine optimale Lösung. (Bildquelle: UCM) / Multi-bath ultrasonic cleaning machines are an optimal solution for a wide variety of materials, high throughput requirements and cleanliness specifications thanks to cleaning and rinsing stations that can be combined in any way – including with different cleaning media and rinsing water qualities. (Image source: UCM)

Mit den reinraumgerecht ausgelegten und ausgestatteten Stationen für die trockene CO2-Schneestrahlreinigung lassen sich höchste Anforderungen an die Sauberkeit, beispielsweise ORK 1, erfüllen. (Bildquelle: acp systems) / The stations for dry CO2 snow jet cleaning, which are designed and equipped for clean-room applications, can be used to satisfy the most stringent cleanliness requirements, for example surface cleanliness class 1. (Image source: acp systems)

Die Konstruktion und spezielle High Purity-Ausstattung der Doppelkammeranlage für wasserbasierte Medien ermöglicht die effiziente Reinigung auch großer Bauteile, bei der sehr hohe Sauberkeitsvorgaben stabil erreicht werden. (Bildquelle: Ecoclean) / The design and special high-purity equipment of the double chamber machine for water-based media enable efficient cleaning of even large components, with very demanding cleanliness specifications being achieved in a stable process. (Image source: Ecoclean)

Da die Werksstandards für filmische Verunreinigungen üblicherweise nicht allgemein zugänglich sind, hat ein Dienstleister für High Purity Reinigungsanwendungen eigene „Purity Classes“ definiert. Sie basieren auf ISO-Normen und kann mit bekannten High-Purity-Werknormen einiger OEM assoziiert werden. (Bildquelle: VACOM Vakuum Komponenten & Messtechnik) / Since company-specific specifications for filmic cleanliness are usually not generally available, a service provider for high-purity cleaning applications has developed so-called "Purity Classes". They are based on ISO standards and can be associated with the high purity factory standards of some OEMs. (Image source: VACOM Vakuum Komponenten & Messtechnik)

High Purity – ein Begriff, der immer häufiger in der Bauteilreinigung verwendet wird. Da keine allgemeingültige Definition existiert, welche Voraussetzungen und Anforderungen dabei zu erfüllen sind, unterscheiden sich die Spezifikationen von Branche zu Branche. Grundsätzlich geht es darum, eine sehr hohe Bauteilreinheit zu erzeugen, wobei neben der eigentlichen Reinigungslösung die gesamte Prozesskette sowie die Umgebungsbedingungen im Fokus stehen.

Die in vielen Branchen enorm gestiegenen und weiter steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Komponenten und Bauteilen wirken sich auch auf die Teilereinigung aus. So wird in Industriebereichen wie der Halbleiter-Zulieferindustrie, Elektronikfertigung, E-Mobility, optischen und optoelektronischen Industrie, Sensortechnik, Photonik, Dünnschichttechnologie, Vakuum-, Laser- und Analysetechnik, Luft- und Raumfahrt sowie Medizin- und Pharmatechnik immer öfter der Begriff High Purity-Reinigung verwendet – häufig als Synonym für Feinst- und Präzisionsreinigung.

Unterschiedliche Bauteile, Branchen und Anforderungen

Die Termini sind eng miteinander verwandt. Denn bei allen sind sehr hohe Level an partikulärer Sauberkeit, zum Teil bis in den Nanometer-Bereich, und extrem strenge Vorgaben hinsichtlich filmischer Restkontaminationen zu erfüllen. Und doch gibt es Unterschiede. So wird High Purity häufig im Zusammenhang mit der Halbleiter-Zulieferindustrie, unter anderem der Herstellung von Komponenten für die EUV-Lithographie, sowie in der Hochvakuumtechnik (XHV, UHV und UCV) verwendet. Neben partikulären und filmisch-organischen sowie anorganischen Verunreinigungen, sind hier Hydrogen Induced Outgassing (HIO)-Stoffe beziehungsweise Elemente zu berücksichtigen. Das heißt, diese Stoffe dürfen weder im Bauteilwerkstoff noch in den Bearbeitungs- und Reinigungsmedien enthalten beziehungsweise auf der Oberfläche gereinigter Bauteile vorhanden sein. Denn selbst kleinste Mengen können im Vakuum ausgasen und zu Kreuzkontaminationen führen beziehungsweise den Vakuumdruck begrenzen. Dadurch wären die Voraussetzungen für eine einwandfreie Herstellung von beispielsweise Halbleitern und Mikrochips sowie Hightech-Sensor- und Analysesystemen nicht mehr gegeben. In der Präzisions- und Feinstreinigung gibt es diese Anforderung üblicherweise nicht.

Die bei der Reinigung zu erfüllenden Vorgaben zur partikulären Sauberkeit erfolgt durch Angabe der entsprechenden Oberflächenreinheitsklasse (ORK). Die filmisch-chemische, organische und anorganische Oberflächenreinheit wird meist durch individuelle Spezifikationen beziehungsweise Werksnormen definiert. Hinzu kommen gegebenenfalls Ausgasungsraten, die über Massenspektrometer ausgewertet werden. Diese Vorgaben sind üblicherweise nicht allgemein zugänglich.

Den gesamten Fertigungsprozess im Blick

Diese anspruchsvollen Sauberkeitsvorgaben lassen sich nicht nur durch eine Reinigungsanlage allein erfüllen, hier liegt der Fokus noch deutlich stärker als bei klassischen Reinigungsaufgaben auf der gesamten Fertigungskette, einem sauberkeitsgerechten Teilehandling und den Umgebungsbedingungen. Ein Aspekt sind dabei die vorgelagerten Bearbeitungsprozesse. Sie müssen das Sauberkeitsziel der High Purity-, Präzisions- oder Feinstreinigung unterstützen. Nicht gegeben ist dies bei einer Bearbeitung, bei der beispielsweise Bestandteile des Bearbeitungsmediums so in die Oberfläche eingearbeitet werden, dass sie nicht oder nicht ausreichend abgereinigt werden können.

Entsprechend ausgelegte Anlagentechnik

Zum Einsatz kommen sowohl mit flüssigen Medien betriebene Kammer- und Ultraschall-Mehrbadtauchanlagen mit angepasster Verfahrenstechnik und Trocknung als auch trockene Reinigungsverfahren wie die CO2-Schneestrahltechnologie, Plasmareinigungs- und Vakuum-Ausheizsysteme. Wesentliche Kriterien bei der Auswahl der geeigneten Reinigungstechnik sind die zu erzielende Sauberkeit, die zu entfernende Verunreinigung sowie Material und Geometrie des Bauteils. Auf dieser Basis lässt sich festlegen, welche und wie viele Prozessschritte mit welcher Technik erforderlich sind. Die optimale Lösung kann auch aus einer Kombination verschiedener Verfahren bestehen. Für die häufig geforderte Überwachung und Kontrolle der Prozessparameter stehen entsprechende Lösungen zur Verfügung.

Unabhängig davon, welche Reinigungstechnik eingesetzt wird, die Anlagen müssen darauf ausgelegt sein, die hohe Sauberkeit zu erzielen sowie Re- und Kreuzkontaminationen zu vermeiden. Dies beinhaltet beispielsweise die Auswahl der Werkstoffe und Anlagenkomponenten ebenso wie die Verarbeitung. Schweißungen, Ecken und Kanten, an denen sich selbst minimale Schmutzmengen sammeln können, sind dabei kontraproduktiv.

Aufs Medium achten

Im Vergleich zur klassischen Reinigung, bei der häufig viel Öl, Emulsion und Späne entfernt werden müssen, sind es in der Feinst-, Präzisions- und High Purity-Reinigung oft nur minimale Restmengen. Je nach Verunreinigung und Sauberkeitsanforderung kann dies ein Lösemittel sein, wobei es dann meist ein konventioneller modifizierter Alkohol ist. Anders sieht es bei wässrigen Reinigern aus. Diese Medien werden speziell dafür formuliert, die letzten verbliebenen Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen und dabei keine neuen aufzubringen. Dafür muss der Reiniger deutlich besser abspülbar sein. Insgesamt hat das Spülen hier einen deutlich höheren Stellenwert als in der herkömmlichen Reinigung mit wasserbasierten Medien. Entsprechend verfügen die Anlagen über mehr Spülstufen, darüber hinaus wird deutlich mehr darauf geachtet, kein Spülmedium von einem ins nächste Becken zu verschleppen.
Die verwendete Wasserqualität unterscheidet sich ebenfalls. Angepasst an die Aufgabenstellung wird entsprechend aufbereitetes Wasser verwendet. Es kommen Osmose (RO)-, vollentsalztes (VE) und Reinstwasser (UPW) zum Einsatz.

Keine Rückverschmutzung durch die Umgebung

Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist die Umgebung, in der hochrein gereinigte Bauteile gehandelt werden. Abgestimmt auf die Sauberkeitsspezifikation erfolgt die Reinigung beziehungsweise Ausgabe der Teile in einen Sauber- oder Reinraum. Ist ein Reinraum erforderlich, richtet sich die Reinraumklasse nach der zu erzielenden Oberflächenreinheitsklasse. Um dabei kostspielige Reinraumfläche zu sparen, kann die mit entsprechenden Luftfiltersystemen ausgestattete Reinigungsanlage in einem sauberen Bereich platziert und die Teileausgabe durch eine Schleuse in den Reinraum realisiert werden. Selbstverständlich braucht es hier auch entsprechend geschultes und ausgestattetes Personal.

Insbesondere beim Einstieg in die Fertigung von Teilen mit sehr hohen Ansprüchen an die Sauberkeit kann es sinnvoll sein, die Reinigung an einen erfahrenen und entsprechend ausgestatteten Dienstleister zu übertragen.

parts2clean – internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung

Welche Faktoren spielen bei der High Purity-, Präzisions- und Feinstreinigung eine Rolle? Was ist bei Anlagen und Medien für diese Arten der Reinigung zu beachten? In welchen Hightech-Branchen sind welche Anforderungen zu berücksichtigen? Antworten auf diese und viele weitere Fragen rund um die industrielle Teilereinigung bietet die parts2clean. Die internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung wird vom 26. bis 28 September 2023 auf dem Stuttgarter Messegelände (Germany) durchgeführt. Sie ermöglicht umfassende Informationen über Reinigungssysteme, alternative Reinigungstechniken, Reinigungsmedien, Reinraumtechnik, Qualitätssicherungs- und Prüfverfahren, Reinigungs- und Transportbehältnisse, Entsorgung und Wiederaufbereitung von Prozessmedien, Handling und Automation, Dienstleistung, Beratung, Forschung und Fachliteratur. Viel Know-how über unterschiedliche Themen zur Reinigung vermittelt auch das dreitägige Fachforum. www.parts2clean.de.