Sistema ultrasónico altamente flexible para la limpieza final segura de microestructuras

Ninguna partícula mayor de 1 μm

El progreso tecnológico en el campo de las microestructuras y el procesamiento de sustratos más grandes, ha hecho necesario contar con un nuevo sistema de limpieza final en la POG Präzisionsoptik Gera GmbH. El concepto de sistema de UCM AG fue convincente. Permite la limpieza tanto de obleas sin procesar como de sustratos estructurados y recubiertos. El requisito de limpieza "No hay partículas mayores de 1 μm" se cumple sin falta.

En 1991, las instalaciones de Zeiss en Gera, Alemania se cerraron. Los ex directivos decidieron mantener y desarrollar aún más la tradición de la producción óptica, en Gera, a través de un Management-Buyout (proceso por el cual los directivos que gestionan una compañía se hacen con su propiedad) –  nacimiento de POG Präzisionsoptik Gera GmbH. Hoy en día, la empresa cuenta con 140 empleados. Por un lado desarrollan y produce, a medida, piezas individuales de precisión óptica, componentes y dispositivos para todo el rango espectral óptico. Estos productos son utilizados en todo el mundo por clientes en ingeniería mecánica; metrología; procesamiento industrial de imágenes; tecnología médica y láser; industria del semiconductor y aeroespacial. Por otro lado, la compañía se ha hecho un nombre internacional como fabricante de microestructuras ópticas estandarizadas y personalizadas, como retículas, discos graduados, test de objetivo USAF, micro diafragmas y patrones de calibrado. En esta área, POG también puede llevar a cabo todo el proceso de desarrollo y producción internamente. "Recientemente ampliamos la producción de las microestructuras con respecto a las posibilidades tecnológicas y el tamaño de los sustratos viables. Esto también requería un nuevo sistema para la limpieza final", informa Jan Schubach, director gerente de POG.

Máxima limpieza requerida

Las microestructuras ópticas son predominantemente de vidrio B 270 y vidrio de cuarzo, así como a partir de sustratos de cerámica y vitrocerámica. Una limpieza final a través de la cual se debe eliminar el polvo; los restos más finos de los medios de limpieza y las huellas dactilares, se lleva a cabo tanto en los sustratos sin tratar como después de la estructuración y el recubrimiento. Dado que las estructuras aplicadas a los sustratos miden solo 2 µm en algunos casos, la especificación de limpieza requiere que ninguna partícula sea mayor de 1 µm. POG desarrolló una solución para estos trabajos de limpieza muy exigentes junto con un consultor externo mientras discutía su tecnología con varios fabricantes de equipos.

Un sistema de limpieza flexible en lugar de varias sistemas especializados

"Estos fueron conceptos de limpieza diferentes para aplicaciones específicas, como la limpieza con máscara o la limpieza de una configuración de sustrato específica en la industria de los semiconductores. In all likelihood, we would have needed three different systems to meet our needs. This prompted us to get in touch with UCM. We already possessed one cleaning system from this equipment maker, and our consultant, too, had gathered good experience with the company in another project", Jan Schubach explains. Swiss UCM AG, a member of the Ecoclean Group, revised and adapted the equipment concept together with POG and the consultant. "UCM addressed our proposals very flexibly, drawing on their own extensive experience in the manufacture of cleaning systems for optical products", the managing director remembers.

The new ultrasonic cleaning line comprises a total of eleven stations, including seven immersion tanks. These are designed for the following process steps: wet loading, cleaning with multi-frequency ultrasound (40 and 80 kHz), megasonic cleaning, rinsing, fine-rinsing, infrared drying over an indexing belt conveyor, and unloading.

The wet loading operation and all cleaning and rinsing processes are performed with demin. (fully demineralized) water. Depending on the cleaning program, the rinse water is used in a cascade loop, discarded, or passed to a separate drain. This method contributes to the high cleaning quality, as does the four-sided overflow feature developed by UCM which is used on all tanks. The cleaning or rinsing fluid enters the tanks from below, moves upwards and then exits by overflow on all sides. As a result, foreign matter removed from the product will be discharged from the tanks straight away. This avoids re-contamination during unloading of parts while also preventing the formation of dirt pockets in the tanks. In addition, the substrates are treated very thoroughly and uniformly.

The rinse tanks come with another special design feature. Water is pumped into these tanks at high pressure so as to cause turbulence. This suffices, in conjunction with the product movement, to rinse the substrates without ultrasonic assistance at present. However, the mechanical equipment and control system are both prepared to support a future integration of ultrasound so that the user will be able to respond quickly and flexibly should more exacting demands arise.

Procesos de limpieza totalmente automáticos en sala estéril

El sistema de limpieza está integrado en una sala estéril. Los sustratos a limpiar, de hasta diez pulgadas de tamaño, se insertan manualmente en las bases del sistema en casetes especiales. El operador selecciona el programa de limpieza apropiado para cada pieza.  Esto se almacena en el control del sistema y determina qué estaciones se utilizarán en cada caso y qué parámetros de tratamiento deben configurarse para cada tanque, como la potencia y la frecuencia del ultrasonido, y el tiempo de permanencia. Con el fin de garantizar que la duración definida del tratamiento se mantenga exactamente en la estación respectiva, el control flexible permite la solicitud de "tiempos con prioridad". "Actualmente estamos trabajando con diez programas para los diferentes sustratos y, desde el principio, hemos logrado excelentes resultados en todas los trabajos de limpieza. El sistema de limpieza ha estado funcionando sin problemas desde su entrega en marzo de 2015. No se han presentado casos de enfermedades infantiles, que son comunes en sistemas tan complejos", dice Jan Schubach con satisfacción.

Autora: Doris Schulz