Megfelelő vízminőség alkatrész tisztításhoz

Dr. Steffen Orben - ügyvezető tulajdonos

Ioncserélő berendezés a tisztatéri vízellátáshoz a Kaiserslautern-i FH-nál / Zweibrücken helyszín (Fotó: W. Pfeifer)

Ioncserérek (Kép: Orben)

Ioncsereszterpatronok (Kép: Orben)

Harzregeneráció (Kép: Orben)

A komponensek előkészítése a következő feldolgozási lépésekhez és a termékek tisztasága minden gyártóüzem érdeke. A gondos tisztítás egy termékgyártó számára zsírtalan felületet jelent. Egy másik nem akar a tisztítás után nyomokat találni ásványi anyagokról a részegységen, mert még a legkisebb lerakódások is használhatatlanná tehetik a termékeket. Minden alkalmazás esetében érvényes: a tisztítás eredményessége csak olyan jó lehet, mint az utolsó öblítés.

Tiszta víz nem egyenlő tiszta vízzel

Az ivóvíz gyakran nem elegendő a részegységek tisztításához. Ehelyett desztillált vízre van szükség. Jobban oldja a szennyeződéseket, mint az ivóvíz, amelyben sók és más anyagok oldódnak. A sók koncentrációját a víz elektromos vezetőképességének mérésével határozzák meg. Ez mikro-Siemens per centiméterben [μS/cm] van megadva. Átlagos vezetékes víz körülbelül 700 μS/cm értékkel rendelkezik. A vízkezelő rendszerek képesek eltávolítani a sókat a vízből és csökkenteni a vezetőképességet. A felhasználó különböző eljárások közül választhat, amelyek különböző vízminőséget biztosítanak számára.

Különböző utak egy cél felé

A fordított ozmózis során a vizet finom szűréssel deszalinizálják. A vezetékes vizet nyomással egy félszigetáteresztő membránon keresztül vezetik, amely visszatartja a sókat. A tiszta víz átfolyik rajta. Olyan víz keletkezik, amely körülbelül 30 μS/cm vezetőképességgel rendelkezik, ami töredéke a kiindulási víz vezetőképességének, de még nem felel meg sok technikai tisztasági követelménynek. Ezért a fordított ozmózist általában előkezelésként alkalmazzák ioncserélővel, amikor nagy mennyiségű teljesen deszalicizált vízre van szükség, és az ioncserélő patronok élettartamát meg akarják hosszabbítani.

A teljes deszalkizálás (deionizálás) ioncserélő patronok segítségével eltávolítja a vízben oldott sók ionjait. Kation- és anioncserélő gyantákon keresztül folyik a víz, amelyek kötődnek az oldott elektromosan töltött vízalkotóelemekhez. Az eredmény körülbelül 0,1 μS/cm vezetőképességgel sokkal kevesebb sót tartalmaz, mint a fordított ozmózis. Egy 40 literes patron átlagosan 5000 liter teljesen deszalicizált vizet állít elő vezetékes vízből. A gyanták újra regenerálhatók. A beruházási költségek és az üzemeltetési igények viszonylag alacsonyak. Feltétele egy szolgáltató, helyszíni szervizzel és megbízható tételnyilvántartással. Az üzemeltetési költségek csak a patronok cseréjéből adódnak.

A minőségnek ára van. Ez különösen igaz a tisztítórendszerek beszerzési és működtetési költségeire. Akik a teljes deszalicizálásban spórolnak, később minőségromlásról és nagyobb utólagos költségekről panaszkodhatnak.

Kinek van szüksége teljesen deszalicizált vízre?

A szükséges vízminőségek eltérnek a különböző gyártóvállalatok termékspecifikációitól. Az elkészített termékek darabszáma is jelentősen befolyásolja a napi folyadékigényt.

Egy egyetem tisztatereiben mikrorendszerek prototípusait gyártják. Itt finom szerkezetek és elektronikus áramkörök készülnek mikrométeres skálán. A gyártás és a végső tisztítás során magasak a tisztasági követelmények. A mikroműszaki vagy mikroelektronikus alkatrészekhez, elemzésekhez és kísérletekhez teljesen deszalicizált víz szükséges. Még a legkisebb ásványi lerakódások a vezetékek között meghibásodáshoz és az alkatrészek károsodásához vezethetnek. Az ioncserélő patronok olyan folyadékot szolgáltatnak, amelynek vezetőképessége 0,1 μS/cm alatt van. Az ioncserélő patronok deszalkizálási képessége idővel csökken. A nullszériás működés során reprodukálható eredményekre van szükség. Ezt két azonos patron alkalmazásával érik el, amelyek biztosítják a víz állandó minőségét. Egyre több ion kötődik az első patron gyantáihoz. Amikor egy meghatározott küszöbértéket elér a vezetőképesség, átkapcsolnak a második patronra. A használt patron gyorsan cserélhető. A prototípus tisztatérben a vízfogyasztás viszonylag alacsony. További vízkezelési lépések nem érik meg itt.

Magas vízigényű laboratóriumok számára kombinált vízkezelő rendszer ajánlott. A fordított ozmózis jelentősen javítja a vezetékes víz vezetőképességét. A mögöttes ioncserélő a víz folyamatminőségét biztosítja, és így hosszabb az élettartama.

A tisztaterekben, amelyek különleges higiéniai követelményeknek kell megfelelniük, gyakran még UV-C sugárzással történő vízfertőtlenítés is alkalmazott. A vízen keresztül terjedő kórokozók, mint baktériumok, vírusok vagy algák, problémát jelenthetnek sok folyamatban. Az UV-technológia kiküszöböli ezeket a szennyeződéseket, amelyek még a tiszta vízben is jelen lehetnek, vegyszerek hozzáadása nélkül.

Legmagasabb tisztaság, akár sorozatgyártásban is

A félvezetőgyártásban tisztatéri környezet szükséges a rendkívül összetett alkatrészek szennyeződések elleni védelméhez és működőképességük megőrzéséhez. A tisztatéri környezet ellenére még mindig számos szennyező forrás létezik. Ezek fő okai a gyártósoron dolgozó személyzet, a környezeti levegő és a folyamat során keletkező vegyszerek. Gyakran mikroszkopikus szennyeződések, mint részecskék, molekuláris szennyeződések szénhidrogénekből a szivattyúkból vagy ionos szennyeződések, például kézi hegesztés során. Ezek a szilíciumlapokra rakódnak, és számos negatív hatással lehetnek a termékekre. Például árnyékolási hatásokat okozhatnak a fotóreszelék expozíciójánál a szilíciumlapokon. Emellett gyorsított ionok távol tarthatók a lap felületétől az implantációs folyamatok során. A beékelődött részecskék felpattanhatnak a felvitt rétegeken. Molekuláris szennyeződések diffundálhatnak a rétegekbe. A következő rétegek tapadása romolhat, ugyanúgy, mint elektromos tulajdonságaik.

Jellemző tisztítási sorrend lehet például a következő. A lapokat először ultrahangos fürdőben, víz és ultrahangos tisztítószerek oldatában tisztítják, így eltávolítva a részecskéket a felületről. A fém- és molekuláris szennyeződéseket részben kötődnek a tisztítószerek. Ezután az oldószerek, például aceton vagy etanol, eltávolítják a zsírt vagy olajat. Ekkor maradnak szénhidrátrészecskék a felületen. Végül teljesen deszalicizált vízzel öblítik le az ionos szennyeződéseket, majd nitrogéngáz atmoszférában szárítják egy szárazsütőben. A lapokat minden feldolgozási lépés után tiszta vízzel öblítik. Ezért a félvezetőgyártásnak nagyon nagy mennyiségű tiszta vízre van szüksége, amelynek szinte semmilyen szennyeződést nem szabad tartalmaznia. A teljesen deszalicizált víz, terméktől és felhasználási területtől függően UV-fertőtlenítéssel is ellátható, elengedhetetlen ezekben a folyamatokban.

Sok jó, ha sok?

A tisztítási minőség és a szükséges vízmennyiség erősen változik a termék és az iparág szerint. Minden esetben azonban érdemes megfontolni a vízkezelésbe történő beruházást. A tisztítószerek karbantartási időszakai megnövelhetők, a tisztítószerek felhasználása csökkenthető. A jobb tisztítási eredmények magasabb termékminőséget eredményeznek. A megelőzés kevesebb utómunkát igényel.