Effektiv und reproduzierbar Reinigen in der Elektronikfertigung: Der Prozess macht den Unterschied

Immer kleinere und filigranere Komponenten und steigende Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Lebensdauer elektronischer Bauteile erfordern auch bei der Reinigung neue Wege. Die Reinigung muss nicht nur effektiv sein, sondern es sollte auch ein reproduzierbarer Prozess dahinter stehen.

Partikel, Flussmittelrückstände, Reste von Bearbeitungsmedien, Fingerabdrücke – kleine Ursachen, die bei elektronischen Produkten große Schäden verursachen können. Die »Sauberkeit« ist daher in der Elektronikfertigung ein Muss. Unabhängig davon, ob Wafer, Leiterplatten, Kontakte oder MIDs zu reinigen sind, die Industrie bietet dafür verschiedene Verfahren wie nasschemische Prozesse, die Reinigung mit Kohlendioxid sowie Plasmaverfahren, mit denen sich die erforderliche Sauberkeit kosteneffizient herstellen und kontrollieren lässt:

Ultraschall – vielseitig einsetzbar

Die nasschemische Ultraschallreinigung mit Lösemitteln, modifizierten Alkoholen oder wässrigen Medien bietet in der Elektronikfertigung ein breites Anwendungsfeld. So lassen sich damit Partikel, Flussmittelrückstände und andere filmische Verunreinigungen von metallischen Elektronikbauteilen über Leiterplatten bis zu Wafern entfernen. Maßgebend für die Reinigungswirkung ist neben dem Reinigungsmedium die Frequenz der vom Ultraschallgenerator erzeugten elektrischen Signale, die das Schwingsystem als Schallwellen in das Flüssigkeitsbad überträgt. Generell gilt dabei: Je niedriger die Frequenz der elektrischen Signale, desto höher ist die durch die Schallwellen freigesetzte Energie. Solche Anlagen für die Ultraschallreinigung bietet beispielsweise der Anlagenhersteller Weber Ultrasonics an.
Eine Anwendung, die prädestiniert ist für das Ultraschallreinigung ist zum Beispiel das Reinigen von Printplatten nach dem Löten, um bei der nachfolgenden Beschichtung mit Schutzlack eine gute Haftung zu erzielen. Dabei gilt es vor allem, Flussmittelrückstände und eventuell vorhandene Fingerabdrücke abzureinigen. Ein typischer Prozess dafür beinhaltet zwei Ultraschall-Tauchreinigungsschritte, während derer die Warenkörbe zusätzlich bewegt werden. Daran schließen sich zwei Tauchspülstufen mit VE-Wasser und die Trocknung an.
Je nach Aufgabenstellung können auch Reinigungsbäder mit unterschiedlichen Frequenzen erforderlich sein. Das ist beispielsweise bei der Reinigung von Glaswafern der Fall. Hier erfolgen die je nach Fertigungsschritt erforderlichen Reinigungsprozesse mit Ultraschallfrequenzen zwischen 40 kHz und 1 MHz. Die hohen Frequenzen kommen etwa bei der mehrstufigen, wässrigen Reinigung der polierten Substrate vor dem Aufdampfen der leitenden Schichten zum Einsatz. Dabei durchlaufen die in speziell gestalteten Warengestellen platzierten Wafer zunächst drei Ultraschall-Tauchreinigungsbäder mit hochalkalischem bis neutralem Reiniger und jeweils zwischengeschalteten Spülphasen, die ebenfalls mit Ultraschall durchgeführt werden.

Komprimiertes CO2 – trockene Alternative

Eine Ergänzung der nasschemischen Verfahren ist die Reinigung mit komprimiertem Kohlendioxid. Dieses neuartige Verfahren trägt gleichzeitig der Forderung nach umweltgerechten, trockenen und rückstandsfreien Verfahren Rechnung. Unter komprimiertem Kohlendioxid ist die mittels Druck verflüssigte beziehungsweise überkritische Phase von CO2 zu verstehen, in der das Medium sehr gute Lösemitteleigenschaften gegenüber einer Vielzahl von unpolaren Verunreinigungen wie Fetten und Ölen besitzt. Das überkritische CO2 zeichnet sich durch eine niedrige Viskosität und geringe Grenzflächenspannung aus, woraus sich eine verbesserte Spaltgängigkeit ergibt. Das ermöglicht die Reinigung von Bauteilen mit extrem komplexen Geometrien wie etwa feinsten Bohrungen und engsten Spalten.
In der Elektronikfertigung kommt diese Technologie beispielsweise bei der Reinigung kompletter Leiterplatten und Baugruppen, der Entfernung von Flussmittelrückständen sowie der Abreinigung von Ölen und Fetten bei metallischen Bauteilen wie etwa Kontakten zum Einsatz. Je nach der Phase, in der das umweltneutrale Kohlendioxid eingesetzt wird, liegt die Prozesstemperatur zwischen 15 und 31 Grad Celsius. Das Verfahren eignet sich daher auch für die Reinigung temperatursensibler Materialien. Weil CO2 bei Umgebungsdruck sofort sublimiert, sind die Bauteile nach der Reinigung vollständig trocken. Durch den direkten Übergang in die Gasphase bleiben keinerlei Lösemittelrückstände auf den Bauteilen, und es entstehen keine Sekundärabfälle. Zu den Anbietern dieser Reinigungstechnologie zählt acp - advanced clean production. Das Unternehmen entstand 1997 in Stuttgart als Spin-off aus dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung.