Rein- bzw. Sauberräume als Garant der technischen Sauberkeit

Rein- bzw. Sauberräume als Garant der technischen Sauberkeit

Technische Sauberkeit 

Der Begriff „Technische Sauberkeit“ hat seinen Ursprung in den ständig wachsenden Anforderungen an die Herstellungsbedingungen in der Automobilindustrie. Die zumeist mittelständischen Zuliefererbetriebe können sich beim Thema Partikelreinheit heute nicht mehr nur auf hauseigene Prüf- und Kontrollverfahren verlassen. Es gelten die Richtlinien VDA19 und deren internationales Pedant, die Richtlinie ISO 16232.

Definition: Technische Sauberkeit/Bauteilsauberkeit

Ein Bauteil gilt als technisch sauber, wenn die sich darauf befindlichen Restpartikel die korrekte Funktionsweise des Bauteils bzw. der Baugruppe nicht beeinträchtigen oder sogar verhindern.

Zur Bestimmung des Grads der technischen Sauberkeit existieren je nach Anwendungsfeld, je nach Bauteil, fixe Richtwerte, die nicht oder nur in bestimmten prozentualen Grenzen überschritten werden dürfen.

Ab wann ein Bauteil als zu verschmutzt eingestuft wird, hängt dabei nicht nur von der Partikeldichte ab, sondern beispielsweise auch von deren elektrischer Leitfähigkeit. Metallische Partikel können in der Elektronikfertigung zu Kurzschlüssen führen und das korrekte Bestücken von Leiterplatinen verhindern.

Eine Methode, dieses Risiko bereits im Vorfeld deutlich zu minimieren ist die Fertigung im Reinraum.

Problemstellungen bei der Einhaltung der technischen Sauberkeit

Die Einhaltung der technischen Sauberkeit ist ein Fachgebiet, das noch keinen expliziten Lehrinhalt darstellt. Sie werden also nur sehr schwer einen Experten zu diesem Thema finden, der nicht direkt aus der Anwendungspraxis kommt. Trotz bereits bestehender Richtlinien ist also zurzeit vor allem individuelles Fachwissen vorhanden, das stark an den jeweiligen Anwendungsfall gebunden ist.

Die grundsätzlichen Fragestellungen bei der Festlegung des Grads der technischen Sauberkeit sind zunächst aber immer dieselben:

  • Ist die entstehende Partikeldichte tolerierbar?
  • Muss der Fertigungsprozess in Bezug auf die technische Sauberkeit optimiert werden?
  • Sollen/müssen die entstehenden Partikel direkt am Entstehungsort beseitigt werden?
  • Soll die Entfernung der unerwünschten Partikel am Ende des Fertigungsprozesses erfolgen?

Unabhängig davon, welche Methode gewählt wird, bleibt ein gewisses Kontaminationsrisiko immer bestehen, sei es bei der Zusammenführung von Baugruppen oder durch einen unsachgemäßen Transport, falsche Lagerung oder Verpackung. Die Risiken sind vielfältig und lassen sich oft nur durch eine konsequente Verwendung von Reinräumen vermeiden.

Kontaminationsrisiken durch Partikel und Fasern

Laut VDA19 sind Partikel Festkörper, beispielsweise:

  • Metalle
  • Mineralien
  • Kunststoffe
  • Salze
  • usw.

Nicht zu den Partikeln gezählt werden pastöse Stoffe.

Vor allem in der Elektronikfertigung muss zudem zwischen metallischen und nicht-metallischen Partikeln unterschieden werden. Für beide Arten gelten aufgrund des unterschiedlichen Risikos auch verschiedene Richtwerte.

Eine eigne Kategorie bilden Fasern. Sie zeichnen sich durch einen zumeist organischen Ursprung aus und durch eine längliche Struktur.

Risikofaktor Mensch

Zu den typischen Kontaminationsrisiken durch das Personal zählen:

  • Organische Fasern (Wolle, Baumwolle)
  • Synthetisch organische Fasern (Polyester, Polyamid)
  • Mikroorganismen in Form von Pilzen und Bakterien
  • Hautschuppen bis zu mehreren Millimetern Größe

Darüber hinaus besteht immer die Gefahr einer Kontamination durch unsachgemäße Handhabung der Schutzkleidung oder durch das unbedachte Ablegen von Bauteilen auf kontaminierte Flächen usw.

Bei der Fertigung und Zusammenstellung besonders sensibler Baugruppen ist daher eine konsequente Verwendung von Reinräumen sehr empfehlenswert.

Auf welche Weise können Partikel die Funktion eines Bauteils beeinträchtigen?
Die Art des Risikos einer Kontamination hängt vor allem vom Zweck und von Beschaffenheit des jeweiligen Bauteils ab. Bei mechanischen Bauteilen, wie Ventilen, Leitungen usw. kann es beispielsweise zu den folgenden Beeinträchtigungen kommen:

  • Eine Veränderung der Reibung
  • Mechanische Blockaden
  • Eine Veränderung der wirkenden Kräfte
  • Eine Verkürzung von Luft- oder Kriechstrecken
  • Lecks und andere Undichtigkeiten
  • Die Störung optischer Systeme (Lichtleiter, Opto-Technik usw.)

Bei elektronischen Bauteilen sind die möglichen Risiken etwas anders gelagert. Vor allem metallische Partikel können hier zu Funktionsstörungen führen, wie beispielsweise:

  • Elektrische Kurzschlüsse
  • Eine Beeinträchtigung der Leitfähigkeit
  • Eine elektrische Isolation der Kontakte
  • Eine verminderte Benetzbarkeit
  • Ablauf der Sauberkeitsprüfung

Zur Überprüfung der Bauteilsauberkeit werden verschiedene Verfahren angewandt. Dabei können beispielsweise metallische Partikel bereits über eine mikroskopische Sichtprüfung erkannt werden. Deutlich aufwendiger sind die Verfahren, die im Zuge einer sogenannten Extraktion durchgeführt werden.

Unter „Extraktion“ versteht man ein Verfahren, bei dem mittels Prüfflüssigkeiten Proben von einem Bauteil gewonnen und im Anschluss analysiert werden. Diese Proben werden maßgeblich über mechanische Prozesse gewonnen, also durch:

  • Schütteln
  • Spülen
  • Spritzen
  • Ultraschallbäder

Die auf diese Art gewonnenen Proben werden zunächst getrocknet und im Anschluss mit Referenz-Materialien verglichen. So lässt sich beispielsweise die reine Partikelmasse durch präzises Auswiegen ermitteln.

Bauteile, deren Fertigung der ISO 16323 oder der VDA19 unterliegen werden in der Regel zu verschiedenen relevanten Zeitpunkten hinsichtlich ihrer technischen Sauberkeit überprüft. Dazu zählen:

  • Routineprüfungen
  • Prüfungen bei Änderung der Fertigungsprozesse
  • Prüfungen am Ende der Fertigung

Rein- bzw. Sauberräume minimieren das Kontaminationsrisiko

Damit Sie als Zulieferer-Unternehmen bei der Fertigung sensibler Komponenten immer auf der sicheren Seite bleiben und die notwendigen und geforderten Prüfprozesse auf ein Minimum reduzieren können, empfehlen wir Ihnen die konsequente Nutzung von Rein- bzw. Sauberräumen.

COLANDIS ist auf die Anforderungen mittelständischer Unternehmen spezialisiert und berät Sie in allen Angelegenheiten zum Thema Partikelfreiheit sehr gerne. Ein effektiver Rein- bzw. Sauberraum muss nicht teuer sein und bedarf bei sachgemäßer Handhabung keiner technischen Aufrüstung.

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Topics: Reinraumtechnik