Die Anforderungen im Umfeld der Reinigungsanwendungen nehmen zu. Der allgemeine Trend in vielen Industriebereichen führt zu ständig kleineren Bauteilen, deren Leistungsfähigkeit hingegen zunimmt und die Fertigungstoleranzen sich minimieren. Die ersten Festplattenlaufwerke des ursprünglichen IBM PCs konnten Daten von 10 Mbyte speichern. Mittlerweile sind bereits Terabyte-Laufwerke günstig verfügbar. Und jeder in der Festplattenindustrie Beschäftigte weiß, dass die heute nötigen Reinigungsprozeduren stets kritischer und anspruchsvoller werden.

Prozesse ständig verbessern

Anwender von Reinigungssystemen müssen ihre Prozesse ständig verbessern, wobei sie Produkt-Upgrades und Kostenminimierungen im Auge behalten müssen. Dazu kommen noch Umweltschutzauflagen und weitere gesetzgeberische Maßnahmen für die unmittelbare Sicherheit am Arbeitsplatz. Diese miteinander kollidierenden Trends gestalten jede Entscheidung über den Reinigungsprozess schwierig.

In dieser Situation steht der Anwender somit vor der entscheidenden Frage: Wie können kritische Reinigungsprozesse angepasst werden, wenn unterschiedliche Anforderungen von außen einen Wechsel des aktuellen Verfahrens erzwingen?

Umweltverträglich

Die MicroCare Corporation ist ein Anbieter von kosteneffizienten und umweltverträglichen chemischen Produkten für Reinigung, Beschichtung und Schmierprozesse. Das Unternehmen ist mit seinen Problemlösungen präsent in einem weiten Bereich der Industrie, wie Elektronik, Metallbearbeitung, Transportmittel, Photonik, Medizintechnik sowie Luft- und Raumfahrt.

Ähnlich wie Operationen am offenen Herzen sind auch Änderungen in einer laufenden hochvolumigen Fertigung niemals leicht. Heute verwenden die meisten Unternehmen für den größten Teil ihrer Reinigungsaufgaben noch Prozesse auf Wasserbasis. Doch es gibt wichtige Faktoren, die diese Methode als ein zunehmend fragwürdiges Vorhaben erscheinen lassen. Die Reinigung auf der Basis von Lösungsmitteln ist eine zukunftssichere, vorwärts gerichtete Alternative. Warum ist das so? Die Entfettung mit Lösungsmitteldampf ist eine flexible und bewegliche Reinigungsalternative für kritische Aufgaben. Denn in der Elektronikfertigung wird es immer schwieriger, dicht gepackte Baugruppen optimal zu reinigen. In der Pharmazie und Arzneimittelherstellung müssen mikrobiologische Belastungen bestmöglich vermieden werden. Und in der Fertigung von Disklaufwerken müssen Verunreinigungen durch Kohlenwasserstoffe auf so geringe Werte reduziert werden, die noch vor einem Jahrzehnt als unmöglich erschienen.

Die Reinigung mit wässriger Lösung ist begrenzt durch die den Wassermolekülen immanente Einschränkungen.

Die Reinigung mit wässriger Lösung ist begrenzt durch die den Wassermolekülen immanente Einschränkungen. Microcare

Ein einfacher Reinigungsprozess

Die Entfettung mit Lösungsmitteldampf ist im Grunde ein einfacher Reinigungsprozess, der auf der Anwendung von speziell formulierten Lösungsmischungen beruht, die bei niedrigen Temperaturen verdampfen. Es handelt sich um ein System mit einem geschlossenen Kreislauf, in dem Recycling grundsätzlich bereits eingeschlossen ist. Die Entfettungssysteme sind klein, sehr kosteneffizient und ausgesprochen flexibel einsetzbar. Das Verfahren ist im Prinzip ziemlich einfach: Im System wird ein Reinigungsmittel bei niedrigen Temperaturen für die Applikation an den Teilen verdampft, der Dampf wird dann zurückgekühlt, wird wieder verflüssigt und die anschließend gereinigte Flüssigkeit wird weiterverwendet. Nachdem der Prozess bei Temperaturen nur leicht über den Umgebungsbedingungen stattfindet, ist der Energieverbrauch relativ gering.

Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt weisen verschiedene chemische Eigenschaften auf, die vorteilhaft in kritischen Applikationen sind. Beispielsweise haben sie eine sehr niedrige Oberflächenspannung und Viskosität, deswegen kriechen sie in kleinste Spalten, Aussparungen und Abstände unter Miniaturbauteile und reinigen hier komplikationslos. Die meisten Lösungsmittel sind zudem relativ schwer und weisen eine hohe Dichte auf, typisch 20 bis 40 % höher als Wasser, deswegen werden Partikel von Komponenten wirkungsvoller entfernt. Weil die Lösungsmittel speziell für diesen Anwendungsbereich entwickelt worden sind, werden empfindliche Teile sehr gut gereinigt und trocknen anschließend auch bestens. Man kann all die relevanten Faktoren in einem Benetzungsindex (Wetting Index) zusammenführen und dann diverse Lösungsmittel direkt vergleichen.

Entfettungsmaschinen funktionieren in vertikaler Anordnung, wobei Spülen und Trocknen über den untenliegenden Reinigungsbehälter erfolgt. Darum ist die benötigte Stellfläche gering und auch der Energieverbrauch minimiert. Solche Reinigungssysteme verursachen zudem geringe Betriebskosten, weil das Lösungsmittel ja nach seiner Reinigung ständig wiederverwendet wird. Man kann sagen, jede dieser Anlagen ist im Prinzip auch ein Recyclingsystem. Die permanente Wiederverwendung des Reinigungsmittels ist im Arbeitsprinzip verankert und steht im starken Kontrast zu dem sonst aufwändigen Entsorgungsverfahren wässriger Lösungen mit Partikelfracht aus den anderen Reinigungsanlagen.

Weltweit gibt es mehr als ein Dutzend Hersteller von Lösungsmittelreinigern. Mit diversen Optionen können die Reinigungsanlagen vielseitig auf die unterschiedlichen Anforderungen der Anwender angepasst werden. Beispielsweise lassen sich die nötigen Filter zum Zurückhalten der festen, nicht-löslichen Partikel in den Lösungsmitteltank integrieren oder aber man verstärkt die Reinigungswirkung mit Ultraschallanregung. Automatisierte Hebevorrichtungen entlasten die Mitarbeiter vom ermüdenden Einlegen und Herausnehmen der bearbeiteten Teile. Super-Heat und externe Destillation sind weitere Möglichkeiten der Kostensenkung und Performance-Steigerung im Prozess.

Dampfphasen-Entfetter sind schnell, gleichmäßig und sanft.

Dampfphasen-Entfetter sind schnell, gleichmäßig und sanft. Microcare

Anziehungskraft des Wassers

Die übliche Alternative zur Reinigung mit Lösungsmitteln ist der Einsatz von Wasser. Reinigen mit Wasser ist auf den ersten Blick keine schlechte Idee. Und in unkritischen Anwendungen lassen sich damit auch ansprechende Ergebnisse erzielen. Man nutzt dabei die kinetische Energie von Pumpendruck und Wasserstrahl, um mit kraftvollen Waschvorgängen die Verunreinigungen von Oberflächen zu entfernen. Intuitiv betrachtet erscheint Wasser somit als ein sehr umweltfreundliches Reinigungsmittel. Es gibt jedoch eine Reihe von Gründen, warum sich die offensichtlichen Vorteile oft nicht umsetzen lassen.

In jedem wässrigen Reinigungssystem muss die Flüssigkeit stark erhitzt werden. Benötigt man 2,44 kWh, um eine Gallone Wasser (3,78 l) bzw. 0,65 kWh je Liter zum Siedepunkt zu bringen, so sind es nur 0,3 kWh je Gallone oder 80 Wh/l für die gleiche Menge Lösungsmittel. Generell lässt sich also feststellen, dass eine Anlage für wässrige Lösungen circa 8mal mehr Energie benötigt als ein Lösungsmittelsystem.

Ein anderes Problem sind Miniatur-Bauteile. Kleine, sehr empfindliche Teile stellen eine große Herausforderung in den grob arbeitenden wässrigen Systemen dar. Hinzu kommt, dass Wassermoleküle wegen ihrer Größe und Oberflächenspannung nicht genügend in kleinste Abstände und Aussparungen gelangen können. Somit werden solche Bereiche der Teile ungenügend benetzt und gereinigt. In Diagramm 1 sind die unterschiedlichen Benetzungsfaktoren über den Index von Wasser und diversen Lösungsmitteln gegenübergestellt. Auch die Filtration der wässrigen Lösung ist problematisch, weil Wassermoleküle nicht einfach Filtermaschen von 2 bis 3 Mikron passieren können. Nur mit dem Druck von kraftvollen Pumpen, die wiederum Energie benötigen, lassen sich die Moleküle durchpressen.

Auch trocknen muss sein

Kommen wir zum abschließenden Trocknungsprozess. Nach der Reinigung in wässriger Lösung sind zusätzliche Schritte und Geräte zum Trocknen nötig, wie Heizung, Lüfter und sogenannte Air-Knifes (Luftklinge). Sollte außerdem bakterielles Wachstum ein Problem sein, dann fügen die nötigen Prozesskontrollen zur Eliminierung der mikrobiologischen Belastung zusätzlich zu den Komplikationen und Kosten des Vorgangs weitere signifikante Schwierigkeiten hinzu.

Für den Betrieb der Systeme mit wässrigen Lösungen muss in der Regel das Wasser vorbehandelt werden, wofür auf jeden Fall elektrische Energie nötig ist. Bei der späteren Behandlung des Abwassers dann, das in das öffentliche Abwassersystem zurückfließt, benötigt man ebenfalls eine Vorbehandlung, die wiederum den Energieverbrauch erhöht. Mit anderen Worten: der Energiebedarf ist ziemlich hoch. Letztlich fügen solchen Reinigungsanlagen den Räumen, in denen sie installiert sind, höhere Luftfeuchte und Hitze hinzu, die wiederum das Klimatisierungssystem stark belasten und zu weiter höherem Energieverbrauch in der Fertigung führen. Weil die Reinigungsanlagen mit wässriger Lösung üblicherweise in horizontaler Anordnung arbeiten, benötigen sie eine verhältnismäßig große Stellfläche. Dies erhöht sowohl den Platzbedarf in der Fertigung als auch die Leistungsaufnahme des Systems.

Komplexe Formen stellen für wässrige Reinigung eine Herausforderung dar. Der Dampfphasen-Entfetter reinigt ohne Probleme komplexe Formen sowie Elektronikbaugruppen, auch solche mit blinden Vias. Das Lösungsmittel trocknet von den Teilen bereits in der Maschine ab, noch bevor sie aus dem Reinigungssystem entfernt wurden.

Komplexe Formen stellen für wässrige Reinigung eine Herausforderung dar. Der Dampfphasen-Entfetter reinigt ohne Probleme komplexe Formen sowie Elektronikbaugruppen, auch solche mit blinden Vias. Das Lösungsmittel trocknet von den Teilen bereits in der Maschine ab, noch bevor sie aus dem Reinigungssystem entfernt wurden. Microcare

Richtlinien für die Auswahl

Firmen wie Chemours (Spin-off von Dupont), 3M, Honeywell, Microcare, Solvay und andere stellen unter Berücksichtigung der Umweltgesichtspunkte innovative Reinigungsflüssigkeiten vor. Tatsächlich stellen nun viele Anwender fest, dass ein passend konfigurierter Dampfphasenreiniger, in dem diese neuen Formulierungen verwendet werden, äußerst umweltfreundlich ist. Dabei liefern sie durchgängig gute und zuverlässige Reinigungsergebnisse, oft zu den derzeit niedrigsten Gesamtkosten.

Der erste und wichtigste Punkt für die Entscheidung ist es zu wissen, welcher Art die Verunreinigungen sind. Zuerst sollte man sich unbedingt einen vollständigen Überblick verschaffen, woher die Verunreinigungen stammen sowie welche Merkmale und welches Verhalten sie aufweisen. Zum Beispiel braucht man für das Entfernen der traditionellen Harz-haltigen Flussmittel für das bleihaltige Reflowlöten von Elektronikbaugruppen grundsätzlich andere Reiniger als für die heute verwendeten Fluxer und Pasten im Bleifreiprozess.

In der Regel machen es die Anbieter von Lösungsmittelreinigern ihren Kunden leicht, neue Formulierungen praxisnah auszuprobieren. Dafür kann der Anwender einige standardisierte Teilemuster mit den typischen Verunreinigungen aus seiner Fertigung an das Labor des Lösungsmittelherstellers senden. Daraufhin werden fundierte Vorschläge zum optimalen Reinigungsprozess gegeben. Deutlich wird auch, dass alle Entscheidungen betreffend Lösungsmittel, Equipment und Prozess gleichzeitig erfolgen müssen. Es ist nicht möglich, diese Bereiche separat nacheinander aufzulösen. Sollte beispielsweise ein ausgewählter, doch ungenügender Reinigungsprozess nachträglich noch einmal angepasst werden müssen, erfordert dies viel Zeit und wird teuer. Lösungsmittelchemie, Gerät und Prozess müssen von Beginn an voll aufeinander abgestimmt sein – wie die Instrumente in einem Orchester.

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