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CASE STUDY
Precision cleaning - consistently meeting the highest requirements for cleanliness
Particulate cleanliness specifications in the single-digit micrometre range and below, as well as extremely high specifications with regard to residual film chemical contamination, are the order of the day in many industrial sectors today. These values can only be reliably met in series production when optimally matched cleaning solutions are used.
This involves such industries as the semiconductor supply industry, optics, medical and pharmaceutical technology, metrology, electronics, sensor and microtechnology, and aerospace that require ultra-clean surfaces and components. Sometimes extremely high specifications for the particulate and filmic-chemical cleanliness of the components is the result.
Lavaggio di precisione – soddisfare in modo costante i più elevati requisiti di pulizia
Le specifiche di pulizia dai residui particellari nella gamma del micrometro a singola cifra e inferiore, nonché le specifiche estremamente elevate relative ai residui di contaminazione pellicolare chimica, sono all’ordine del giorno in molti settori industriali. Nella produzione in serie questi valori si possono ottenere in modo affidabile solo utilizzando soluzioni di lavaggio adattate in modo ottimale ad essi.
La tematica coinvolge settori quali l’industria dei semiconduttori, l’ottica, la tecnologia medica e farmaceutica, la metrologia, l’elettronica, la microtecnologia e la tecnologia dei sensori e l’industria aerospaziale, che richiedono componenti e superfici ultrapuliti e che forniscono specifiche di pulizia dai residui particellari e pellicolari-chimici estremamente elevate.
Vacuum-based bake-out systems for the final cleaning step in precision components use high temperatures to remove residual contamination of atmospheric components from the surface.
I sistemi di riscaldamento sottovuoto per il lavaggio finale dei componenti di precisione utilizzano le alte temperature per rimuovere dalla superfice i residui di contaminanti atmosferici.
© VACOM Vacuum components & measuring technology 04 N. 22 - 2022 OCTOBER - ipcm® Industrial Cleaning Technologies
To ensure that the required cleanliness is achieved with high reliability, the plant and process technology, in this case a special spray rinsing system developed for ultra-fine cleaning, is tailored to the specific application.
Per garantire che il livello di pulizia richiesto sia ottenuto in modo affidabile, impianto e processo – in questo caso uno speciale sistema di risciacquo a spruzzo sviluppato per il lavaggio ultra-fine - devono essere adattati al tipo di applicazione.
©UCM
Depending on the industrial sector and component, cleanliness criteria such as outgassing rates for organic substances and residual moisture and, in the case of surface analyses for residues of inorganic substances, it is also necessary to comply with limit values down to the atomic percentage range. These requirements result in very demanding tasks for component cleaning that can affect the entire production chain.
Initial conditions and environment
During production, precision parts go through such manufacturing steps as machining, forming, and grinding, which are associated with the introduction of dirt. Very high cleanliness requirements can only be met if the components consistently meet a defined initial condition. Important aspects are, among others, the clean execution and quality of upstream processing steps, the avoidance of re- and crosscontamination by upstream or downstream processes as well as by the part handling, the quality of a deburring and/or the surface finish. The design of adequate part take-ups as well as adapted handling and environmental conditions are further issues that should be taken into consideration.
Chamber and inline immersion systems for ultra-fine cleaning
Wet chemical processes are widely used in ultra-fine cleaning and are considered as state of the art. The cleaning process is carried out using ultrasonic inline immersion systems, which, depending on the cleaning A seconda del settore industriale e del componente, per alcuni criteri di pulizia come il tasso di degasaggio delle sostanze organiche e l’umidità residua e, nel caso di analisi superficiali, i residui di sostanze inorganiche, è necessario conformarsi a valori limite che arrivano fino alla gamma atomica percentuale. Questi requisiti si traducono in attività di lavaggio molto impegnative, che si possono ripercuotere sull’intera catena produttiva.
Condizioni iniziali e ambiente
Durante la produzione i componenti di precisione sono sottoposti a fasi quali lavorazione, formatura e rettifica, associate all’introduzione di sporco. Requisiti di pulizia molto elevati si possono soddisfare solo se i manufatti mantengono una condizione iniziale definita. Aspetti importanti sono la pulizia e la qualità delle fasi produttive a monte, l’elusione della ricontaminazione e contaminazione incrociata tra processi a monte e a valle, nonché la movimentazione dei manufatti e la qualità della sbavatura e della finitura superficiale. La progettazione di adeguati sistemi di movimentazione dei componenti e l’adattamento delle condizioni ambientali sono ulteriori aspetti da prendere in considerazione.
Sistemi a camera e a immersione in linea per lavaggio ultra-fine
I processi chimici a umido sono ampiamente usati nel lavaggio ultrafine e sono considerati lo stato dell’arte. Il lavaggio avviene utilizzando sistemi in linea ad immersione con ultrasuoni che, a seconda del processo
task, are equipped with an appropriate number of treatment stations for cleaning, rinsing and drying. Alternatively, chamber systems with one or more work chambers are available. These systems can be operated using both aqueous media and solvents. Both system concepts can be connected directly to cleanrooms or integrated into them. Regardless of whether an inline immersion or chamber system is used, it must be ensured that the materials and manufacturing processes used to construct the cleaning system do not cause re- or cross-contamination. Using solutions for continuous control and recording of plant and process parameters is often already a standard in wet chemical plants for ultra-fine cleaning. Measuring systems for permanent inline monitoring and control of the cleaning baths not only enable the exact documentation of the conditions during cleaning, but also the automatic replenishment of the cleaning media as required. When providing and preparing the media, it must be ensured that it is of the appropriate quality for the purity requirement, through the use of an ultrapure water supply, for example.
Process engineering aspects
The starting point for the task-specific design of the system and cleaning processes are the materials and geometry of the parts to be cleaned, the degree and type of contamination, and the selection of the appropriate cleaning medium. previsto, sono dotati di un adeguato numero di stazioni di lavaggio, risciacquo e asciugatura. In alternativa, sono disponibili sistemi a una o più camere. Questi sistemi funzionano sia con prodotti a base acqua sia con solventi. Entrambi i concept di sistema possono essere collegati direttamente alle camere bianche o integrati in esse. Indipendentemente dal tipo di sistema, immersione in linea o camera, è necessario assicurarsi che i materiali e i processi utilizzati per costruire il sistema di lavaggio non causino ricontaminazione o contaminazione incrociata. L’utilizzo di sistemi di controllo continuo e di registrazione dei parametri di processo è già spesso uno standard negli impianti chimici a umido per il lavaggio ultrafine. I sistemi di misurazione per il monitoraggio in linea permanente dei bagni di lavaggio permettono non solo l’esatta documentazione delle condizioni durante il lavaggio, ma anche il reintegro automatico del prodotto di lavaggio quando necessario. Quando si fornisce e si prepara il prodotto di lavaggio è necessario assicurarsi che questo abbia una qualità adeguata ai requisiti di purezza, per esempio utilizzando una fornitura di acqua ultra pura.
Aspetti di ingegneria di processo
Il punto di partenza per la progettazione dell’impianto e del processo di lavaggio sono sempre il materiale e la geometria dei manufatti da lavare, il grado e il tipo di contaminazione e la selezione del prodotto di lavaggio appropriato.
© LPW Reinigungssysteme
Thanks to its wide range of features, including the CNp process, the chamber cleaning system is designed for cleaning precision components and is integrated into a clean room. Grazie alle sue numerose caratteristiche, incluso il processo CNp, il sistema di lavaggio a camera è progettato per il lavaggio di componenti di precisione e integrato in una camera bianca. Per lo sgrassaggio ultra-fine, che precede incollaggio e verniciatura, i sistemi a camera ad acqua o a solvente possono essere dotati di plasma a bassa pressione.
© Ecoclean
For ultra-fine degreasing, prior to bonding and coating processes for example, chamber systems operated with aqueous media or solvents can be equipped with low-pressure plasma.
When determining the process technology, ultrasound or megasonic, spraying, dipping, high pressure and plasma, for example, it must be taken into account that undercuts, blind holes, capillary, lumen or pore structures of components influence the cleaning effect. This is because cleaning media and process technology can sometimes only reach certain areas with difficulty or not at all. This can be remedied, for example, by ultrasonic cleaning solutions that work in combination with vacuum. Alternatives include new process technologies such as cyclic nucleation (CNp), Vacuum Activated Purification (VAP) and Pulse Pressure Cleaning (PPC).
Dry to maximum purity
Various dry processes, such as vacuum baking, plasma and CO2 snow jet cleaning, are also available for ultra-fine cleaning tasks. The components are baked under vacuum in specially developed vacuum furnaces. In this process, residues of filmic contaminants are removed from material surfaces at high temperatures (e.g. 180 °C). The adhering molecules then pass into the gas phase due to the vacuum environment and are pumped off. It is also possible to simultaneously determine the molecular components of the outgassing by means of mass spectrometry-based residual gas analysis (RGA) during the heating process, so that the cleanliness of the components can be generated, tested and confirmed in-situ.
Nel determinare la tecnologia di processo, a ultrasuoni o megasonica, a spruzzo, a immersione, ad alta pressione o al plasma, si deve tener conto che i sottosquadra, i fori ciechi, la struttura capillare, i pori e le cavità dei manufatti influenzano il risultato di lavaggio. Questo perché il prodotto e la tecnologia di lavaggio a volte raggiungono con difficoltà certe aree, o non le raggiungono affatto. A questo si può rimediare, per esempio, con soluzioni a ultrasuoni che funzionano in combinazione con il vuoto. Tra le alternative troviamo nuove tecnologie come la nucleazione ciclica, la purificazione attivata sottovuoto e il lavaggio a pressione pulsata.
Asciutto con il massimo della purezza
Per il lavaggio ultrafine sono disponibili anche diversi processi a secco, come il riscaldamento sottovuoto e il lavaggio al plasma o con getto di neve di CO2. I manufatti sono cotti sottovuoto in forni appositamente sviluppati. In questo processo i residui di contaminanti pellicolari vengono rimossi dalle superfici ad alte temperature (180°C). Le molecole che aderiscono alla superficie passano così alla fase gassosa grazie all’ambiente sottovuoto e sono pompate via. È anche possibile determinare simultaneamente i componenti molecolari del degassamento mediante analisi dei gas residui basata sulla spettrometria di massa durante il processo di riscaldamento, di modo che il livello di pulizia possa essere generato, testato e confermato in situ.
© Fraunhofer IPA
Defined ambient and handling conditions, as in this case a clean room, are indispensable for ultra-fine cleaning applications in order to meet high cleanliness specifications. Nel lavaggio ultra-fine condizioni ambientali e di movimentazione ben definite, come in questo caso una camera bianca, sono indispensabili per poter soddisfare le elevate specifiche di pulizia.
EFFICIENT CLEANING AND DEBURRING SYSTEMS FOR VARIOUS INDUSTRIAL PARTS AND COMPONENTS.
