Reinigungsherausforderungen in der Elektronik- und Halbleiterfertigung nachhaltig und effizient lösen

Die kundenindividuelle Planung, Dokumentation und Inbetriebnahme der von Automatisierungslösung für das Reinigungssystem sowie dessen Einbindung in bestehende Fertigungslinien runden das Angebotsspektrum ab. (Foto: acp systems AG) / Customized planning, documentation, and commissioning of the automation solution for the cleaning system, as well as its integration into existing production lines, round off the company's range of services. (Photo: acp systems AG)

Zum Einsatz kommt das skalierbare quattroClean-Schneestrahlverfahren auch für die Reinigung von Front-Opening Unified Pods (FOUP), um die Sauberkeit von Wafern in der Halbleiterherstellung bei deren Aufbewahrung und Transport sicherzustellen. (Foto: acp systems AG) / The scalable quattroClean snow jet process is also used for cleaning Front-Opening Unified Pods (FOUP) to ensure the cleanliness of wafers in semiconductor manufacturing during storage and transport. (Photo: acp systems AG)

Für die Prozessauslegung und Ermittlung der anwendungsspezifisch optimalen Reinigungsparameter verfügt der Hersteller über ein eigenes Reinraum-Technikum. (Foto: acp systems AG) / The manufacturer has its very own cleanroom technical center for designing processes and determining the optimal cleaning parameters for specific applications. (Photo: acp systems AG)

Die trockene, ressourcenschonende quattroClean-Schneestrahltechnologie erfüllt die hohen Reinheitsanforderungen in der Elektronikfertigung stabil und reproduzierbar. Hier eine Anwendung aus der Medizintechnik, bei der neben einem Chip auch dessen Verpackung gereinigt wird. (Foto: acp systems AG) / The dry, resource-saving quattroClean snow jet technology meets the high cleanliness requirements in electronics manufacturing in a robust and reproducible manner. Here is an application from medical technology in which both a chip and its packaging are cleaned. (Photo: acp systems AG)

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.

Von Smartphones und Haushaltgeräten über Automobile und Medizinprodukte bis zur Luft- und Raumfahrt – Halbleiter, integrierte Schaltkreise und Mikrochips sind die Basis moderner 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 unterschiedlichsten ganzflächigen oder partiellen Anwendungen wie beispielsweise 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.

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 Schnee-Druckluftstrahls 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 Verunreinigung der Umgebung wird 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 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 Halbleiter-Produktion zu erfüllen, kann in die Reinstmedienversorgung für die Druckluft (XCDA) auch ein Gaswäscher integriert werden, der Spuren organischer Stoffe 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 Reinraum-Technikum

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. 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.

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.