Die Elektronik- und Halbleiterfertigung steht vor verschiedenen Herausforderungen: Zunehmend kleinere Strukturgrößen, steigende Ansprüche an die Leistungsdichte, Zuverlässigkeit und Sicherheit elektronischer Komponenten sowie neue Fertigungstechnologien erfordern eine höhere Präzision und technische Sauberkeit. Der fortschreitende Fachkräftemangel verstärkt den Trend, Arbeitsschritte inklusive der Reinigung zu automatisieren. Hinzu kommen strengere Vorgaben hinsichtlich Nachhaltigkeit und Ressourcenverbrauch. Die trockene und skalierbare quattroClean-Schneestrahltechnologie erfüllt diese unterschiedlichen Anforderungen. Das nachhaltige Reinigungsverfahren benötigt weder Wasser noch energieintensive Trocknung und lässt sich bedarfsgerecht automatisieren.
Das skalierbare quattroClean-Schneestrahlverfahren eignet sich auch für die Reinigung von Front-Opening Unified Pods (FOUP), um die Sauberkeit von Wafern in der Halbleiterherstellung bei Aufbewahrung und Transport sicherzustellen (Bild: acp systems AG)
Von Smartphones und Haushaltgeräten über Automobile und Medizinprodukte bis zur Luft- und Raumfahrt – Halbleiter, integrierte Schaltkreise und Mikrochips sind die Basis von modernen Anwendungen. Während ihrer Herstellung durchlaufen die Komponenten komplexe Prozesse, die durch steigende Ansprüche an die Leistungsfähigkeit, Produktqualität und Langlebigkeit sowie neue Fertigungstechnologien wie Advanced Packaging immer anspruchsvoller werden. Und das nicht nur unter dem Aspekt Präzision, sondern auch hinsichtlich der zu erzielenden technischen Sauberkeit.
Maßstab dabei ist die für Folgeprozesse beziehungsweise die Endanwendung als erforderlich definierte Reinheit. Die Grenzwerte hinsichtlich partikulärer Restkontaminationen liegen dabei nicht selten im Submikrometerbereich, bei filmisch-organischen und anorganischen sind es Nanolagen. Diese teils extremen Sauberkeitsanforderungen erfüllt die skalierbare quattroClean-Schneestrahltechnologie der acp systems AG in der Serienproduktion nachgewiesenermaßen stabil und reproduzierbar. Und das bei den unterschiedlichsten ganzflächigen oder partiellen Anwendungen, wie zum Beispiel der Entfernung von Flussmittelresten, Lötrückständen und kleinsten Partikeln, dem Wafer-Dicing, der Reinigung von PCBs, Masken, Imagern (z. B. CCD- oder CMOS-Sensoren) und Belichtungsoptiken sowie vor und nach dem Bonden.
Die kundenindividuelle Planung, Dokumentation und Inbetriebnahme der Automatisierungslösung für das Reinigungssystem sowie dessen Einbindung in bestehende Fertigungslinien runden das Angebotsspektrum ab (Bild: acp systems AG)
Trocken reinigen – ressourcenschonend und effizient
Im Gegensatz zur nach wie vor häufig durchgeführten nasschemischen Reinigung, die neben Wasser oder Lösemitteln auch eine energieintensive Trocknung benötigt, erfolgt der Prozess mit der quattroClean-Technologie trocken. Als Reinigungsmedium kommt flüssiges, aus chemischen Produktionsprozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse recyceltes, aufbereitetes Kohlendioxid zum Einsatz. Es wird durch eine flexibel anpassbare, 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 Schneedruckluftstrahls auf die zu reinigende Oberfläche kommt es zu einer Kombination aus thermischem, mechanischem, Lösemittel- und Sublimationseffekt, auf der die Reinigungswirkung basiert. Das kristalline Kohlendioxid sublimiert während des Prozesses vollständig, so dass die behandelten Flächen trocken sind. Entfernte Kontaminationen werden zusammen mit dem Prozessgas abgesaugt, eine Rückverschmutzung der Teile sowie eine Verunreinigung der Umgebung werden damit verhindert.
Um den Beitrag zur Nachhaltigkeit zu untermauern, wurde das quattroClean-Verfahren in Kombination mit Prozessgas von Linde Green Screen-zertifiziert. Das Zertifikat bestätigt Reinigungsprozessen, insbesondere in der Elektronikproduktion, dass im Reinigungsmedium keine chemischen Stoffe enthalten sind, die Mensch und Natur schädigen.
An reine Umgebungen anpassbar
Die Reinigungslösung wird von acp systems optimal auf die jeweilige Aufgabenstellung, unternehmensspezifische Anforderungen und die Produktionssituation abgestimmt. Dafür konzipiert das Unternehmen auf standardisierten Modulen bestehende Anlagen oder individuell geplante Systeme. Für den Einsatz in reinen Produktionen werden die komplett aus Edelstahl gefertigten Reinigungslösungen entsprechend der jeweiligen Reinraumklasse ausgeführt und ausgestattet. Bei der Medienaufbereitung für das flüssige Kohlendioxid lässt sich eine Reinheit des Prozessmediums von 99,995 Prozent und bei der Druckluftaufbereitung die Qualität 1.2.1. entsprechend ISO 8573-1:2010 gewährleisten. Um beispielsweise die Vorgaben in der Halbleiterproduktion zu erfüllen, kann in die Reinstmedienversorgung für die Druckluft (XCDA) auch ein Gaswäscher integriert werden, der Spuren von organischen Stoffen herausfiltert.
Platzsparend und bedarfsgerecht automatisierbar
Ein weiteres Plus der quattroClean-Technologie ist ihr geringer Platzbedarf und die flexible Automatisierbarkeit durch Roboterhandling oder Lineartechnik, wobei auch sehr kurze Taktzeiten eingehalten werden. Der Anlagenbauer übernimmt auf Wunsch die kundenindividuelle Planung, Dokumentation und Inbetriebnahme der Automatisierungslösung für das Reinigungssystem ebenso wie dessen Einbindung in bestehende Fertigungslinien – und das auch für sogenannte biegeschlaffe Materialen wie flexible Leiterplatten. Bildverarbeitungsgestützte Lösungen ermöglichen eine exakte automatische Positionierung und Kalibrierung der Teile in Produktionslinien sowie die präzise Prozessüberwachung und Dokumentation.
Prozessauslegung im Reinraumtechnikum
Die Prozessauslegung erfolgt bei acp systems im eigenen Technikum, das einen Reinraum der Klasse ISO 7 mit Zonen bis Klasse 5 nach ISO 14644-1 aufweist. Unter diesen produktionsnahen Bedingungen werden die Prozessparameter wie Volumenströme für Druckluft und Kohlendioxid, Anzahl der strahlenden Düsen, Strahlbereich und -zeit an die jeweilige Applikation, die Materialeigenschaften, die zu entfernenden Verunreinigungen und die geforderte Sauberkeit angepasst.
Für Prozessauslegung und Ermittlung der anwendungsspezifisch optimalen Reinigungsparameter steht ein Reinraumtechnikum zur Verfügung (Bild: acp systems AG)
Die trockene quattroClean-Schneestrahltechnologie ist eine Antwort auf die Herausforderungen bei verschiedenen Reinigungsaufgaben in der Elektronikfertigung. Einerseits ermöglicht das Verfahren, die erforderliche Sauberkeit bei elektronischen, mechanischen, optischen und sensorischen Komponenten stabil, energie- und ressourcensparend zu erzeugen. Andererseits wird die Lösung der Forderung nach einer durchgängigen Automatisierung der Fertigungsprozesse gerecht.
Über acp systems
Die acp systems AG zählt mit ihren Lösungen zu den globalen Technologieführern für advanced clean production inklusive Prozessautomation und Systemintegration. Kerntechnologien des 1997 gegründeten Unternehmens mit Hauptsitz in Deutschland sind die ressourcenschonende quattroClean-Schneestrahlreinigung, hochpräzise Mikrodosierung und intelligente Handhabungslösungen, zum Beispiel für flexible Materialien und Folien. acp unterstützt Unternehmen, unter anderem aus der Elektronik- und Automobilindustrie, Medizin- und Pharmatechnik, Halb-
leiter-Zulieferindustrie und Batterieindustrie, bei der Entwicklung, Planung, Konzeption und Integration von hochautomatisierten, nachhaltigen Fertigungsprozessen.
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