31.08.2011 07:35 | Kostenoptimiert zu bedarfsgerechter Sauberkeit

Reinigungsstrategien für die Elektronikfertigung

Fachartikel von Doris Schulz

Partikel, Flussmittelrückstände, Reste von Bearbeitungsmedien, Fingerabdrücke – kleine Ursachen, die bei elektronischen Produkten große Schäden verursachen können. Bedarfsgerechte Sauberkeit ist daher ein Muss. Diese lässt sich mit einem abgestimmten Reinigungskonzept effizient, reproduzierbar und umweltgerecht erzielen.

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 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.

Parts2clean 2011

Mit welchem Reinigungsverfahren lässt sich der für das jeweilige elektronische Produkt erforderliche Reinheitsgrad reproduzierbar und effizient erzielen? Welche Möglichkeiten bieten Sonderverfahren bei der Reinigung und Aktivierung? Antworten auf diese und viele weitere Fragen rund um die Bauteil- und Oberflächenreinigung bietet die Parts2clean vom 25. bis 27. Oktober 2011 auf dem Messegelände Stuttgart. Sie ermöglicht die umfassende Information über Reinigungssysteme, alternative Reinigungstechniken, Reinigungsmedien, Qualitätssicherungs- und Prüfverfahren, Reinigungs- und Transportbehältnisse, Entsorgung und Wiederaufbereitung von Prozessmedien, Handling und Automation, Dienstleistung, Beratung, Forschung und Fachliteratur. Darüber hinaus bietet das deutschsprachige Fachforum viel Wissen rund um die industrielle Teilereinigung.

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.

Eine Anwendung ist z. B. das Reinigen von elektronischen Baugruppen 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.

Die optimale „Zusammensetzung“ von Reiniger und Ultraschallfrequenz lassen sich durch Reinigungsversuche bei Anlagen- beziehungsweise Medienherstellern ermitteln.

Komprimiertes CO2 – trockene Alternative

Eine Ergänzung der nasschemischen Verfahren stellt die Reinigung mit komprimiertem Kohlendioxid dar. Dieses innovative Verfahren kommt gleichzeitig der Forderung nach umweltgerechten, trockenen und rückstandsfreien Verfahren nach. Unter komprimiertem Kohlendioxid ist die mittels Druck verflüssigte beziehungsweise überkritische Phase von CO2 zu verstehen, in denen das Medium sehr gute Lösemitteleigenschaften gegenüber einer Vielzahl von unpolaren Verunreinigungen wie Fetten und Ölen besitzt.

Überkritisches CO2 zeichnet sich durch eine niedrige Viskosität und geringe Grenzflächenspannung aus, woraus eine verbesserte Spaltgängigkeit resultiert. Dies ermöglicht die Reinigung von Bauteilen mit extrem komplexen Geometrien wie etwa feinsten Bohrungen und engsten Spalten.

In der Elektronikfertigung bietet diese Technologie Potenzial z. B. bei der Reinigung kompletter Leiterplatten und Baugruppen, der Entfernung von Flussmittelrückständen sowie der Abreinigung von Ölen und Fetten bei metallischen Bauteilen wie etwa Kontakten. Je nach Phase, in der das umweltneutrale Kohlendioxid eingesetzt wird, liegt die Prozesstemperatur zwischen 15 und 31 °C.

Das Verfahren eignet sich daher auch für die Reinigung temperatursensibler Materialien. Da CO2 bei Umgebungsdruck sofort sublimiert, sind die Bauteile nach der Reinigung vollständig trocken. Durch den direkten Übergang in die Gasphase verbleiben keinerlei Lösemittelrückstände auf den Bauteilen und es entstehen keine Sekundärabfälle.

CO2-Schneestrahl-Reinigung

Flüssiges Kohlendioxid kommt auch bei der CO2-Schneestrahl-Reinigung als Medium zum Einsatz – allerdings in Form feinster Schneekristalle. Durch das Zusammenwirken chemischer, thermischer und mechanischer Eigenschaften entfernt der ungiftige und nicht brennbare CO2-Schnee filmische und partikuläre Kontaminationen rückstandsfrei, auch selektiv auf Funktionsbereichen wie beispielsweise Kontaktstellen.

Da die Reinigung trocken erfolgt, entfallen auch hier energieintensive Trocknungsprozesse. Das Verfahren ermöglicht bei unterschiedlichsten Anwendungen in der Elektronikfertigung wie etwa vor Bondprozessen, dem Bestücken von Leiterplatten und Folienleiterplatten sowie bei der Herstellung von MID-Strukturen die bedarfsgerechte und zuverlässige manuelle oder voll automatisierte Reinigung.

Einen positiven Zusatzeffekt bietet das Verfahren bei der Herstellung von MIDs mit der LDS-Technologie (Laser-Direktstrukturierung), bei der dem auf die Anwendung abgestimmten, thermoplastischen Kunststoffmaterial ein spezielles Additiv zugesetzt wird. Um dieses zu aktivieren, induziert der Laserstrahl eine physikalisch-chemische Reaktion. Dabei wird das Additiv in der Polymermatrix aufgebrochen und wirkt als Katalysator bei der anschließenden reduktiven Verkupferung.

Nach der Laserstrukturierung bleiben auf der Oberfläche aktive Ablationsrückstände zurück, die ebenfalls metallisiert werden und dadurch Probleme verursachen können. Diese Rückstände lassen sich mit der CO2-Schneestrahltechnik abreinigen, wobei die feinen Schneekristalle die aufgerauten LDS-Strukturen zusätzlich einebnen. Dies führt zu einer vereinfachten Aufbau- und Verbindungstechnik bei LDS-MIDs wie beispielsweise dem Drahtboden, dem Bestücken mit ungehausten Chips oder in der Flip-Chip-Technologie. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich das Reinigungsmodul direkt in das Laserstrukturiersystem integrieren lässt.

Reinigung und Aktivierung mit Plasma

Plasma, ein gasförmiges Gemisch aus Atomen, Molekülen, Ionen und freien Elektronen, ermöglicht die effiziente Oberflächenbehandlung elektronischer Bauteile und Komponenten aus unterschiedlichen Materialien. Dabei erfolgt eine gleichzeitige Abreinigung organischer Verschmutzungen wie Öle und Fette sowie die Aktivierung der Oberfläche. Diese Doppelfunktion beruht auf einer physikalischen und chemischen Reaktion des Verfahrens.

Je nach Anwendungsfall kommen Niederdruckplasmen oder inline-fähige Atmosphärendruckplasmen zum Einsatz. Mit ersteren können sowohl oxidierende als auch reduzierende Prozesse durchgeführt werden. Im oxidierenden Plasma lassen sich organische Verschmutzungen wie Fette, Öle und Kleberrückstände vor dem Löten oder Bonden abreinigen. Reduzierende Plasmaprozesse kommen in erster Linie zur Optimierung von Bondverbindungen durch Reduktion galvanisch aufgebrachter Metallschichten zum Einsatz.

Oberflächenreinigung und -aktivierung durch Atmosphärendruckplasmen kommen z.B. vor dem Bedrucken, Verkleben oder Vergießen von Elektronikplatinen und Halbleitern, bei der Herstellung optoelektronischer Bauelemente sowie vor dem Drahtbonden zum Einsatz. Ein Verbundprojekt beschäftigt sich auch mit Barrierebeschichtungen durch inline-fähige Atmosphärendruck-Plasmaverfahren zum selektiven Alterungs- und Korrosionsschutz elektronischer Komponenten.

(hb)

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Doris Schulz : Schulz Presse Text.

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