• Ionisation

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Anwendung von Ionisationssystemen

Luftströmung

Ionisatoren benötigen für die ordnungsgemäße Funktion (im Normalfall) eine Luftströmung. Andernfalls droht die Gefahr von Ladungsrekombination, bevor es überhaupt zu einer Neutralisierung von kritischen Oberflächen kommt. Entweder nutzen Ionisatoren die vorhandene Luftströmung des Reinraumes (der Laminarflow-Kabine, des Prozesstools) oder sie werden mit einem eigenen Gebläse ausgestattet (Ventilator oder Druckluft). Bei Einsatz von Ionisatoren mit eigenem Gebläse ist zu prüfen, inwieweit die vorhandene Reinraumklasse den Einsatz des Gebläseionisators mit motorgetriebenem Ventilator erlaubt.

Stromverteilung und Kontrolle

Ionisiergeräte benötigen die Einspeisung von 220 Volt oder 24 Volt Wechselspannung. Für jeden Ionisator muss diese Versorgung sichergestellt werden. Hochspannungen für die Emitterspitzen werden dann intern erzeugt – eine externe Einspeisung von Hochspannung ist nicht länger zeitgemäß und sollte vermieden werden. Komplexere Ionisationsanlagen realisieren die Versorgung über einen zentralen Controller – im Idealfall auch mittels Niederspannungsverdrahtung. Standardanwendungen können mit der ab-Werk-Einstellung für die Emitterspannungen gefahren werden. In kritischen Arbeitsbereichen oder in Bereichen mit stark schwankenden Störionisationen wird durch Feineinstellungen jeder Emitterstelle eine exakte Regelung des Ionengleichgewichtes erreicht. 

Materialien für Emitterspitzen

Die Koronarentladung ist ein hochenergetischer Prozess zur Plasmabildung. Daher ist es nur eine Frage der Zeit, bis herkömmliche metallische Emitterspitzen erodieren. In diesem Fall entsteht eine partikelgetragene Kontamination mit Fragmentgrößen im Mikrometerbereich. Solche Metallpartikel können – in hochreinen Reinraumumgebungen – die Produktqualität stören. Emitter-Stellen aus kristallinem Silizium erzeugen weniger Partikel. Speziell im Umfeld eines siliziumbasierten Produktionsprozesses erweisen sich diese Emissionen als unkritisch. Die Anforderungen des Produktionsumfeldes sollten auf jeden Fall immer in die Auswahl des Emittermaterials eingehen. 

Zuverlässigkeit und Wartung

Ionisatoren müssen regelmäßig gewartet werden. Der Anwender hat festzulegen (mit empfehlender Unterstützung des Lieferanten), wie oft diese Wartung durchzuführen ist. Ferner ist zu regeln, ob dieser Service vom Lieferanten oder dem Personal des Anwenders durchgeführt wird. PMT Partikel-Messtechnik bietet seinen Kunden einen umfassenden Beratungs- und Wartungsservice für die PMT Ionisationsanlagen an. Dienstleistungen können einzeln beauftragt oder über maßgeschneiderte Wartungsverträge abgerufen werden. 

Prüfung und Bewertung

Definierte Bewertungssysteme und rückführbare Prüfmittel sind die einzige Möglichkeit, Vorgaben für die gewünschte Effizienz von Ionisationssystemen festzuschreiben und nach der Installation zu verifizieren.

PMT Partikel-Messtechnik bietet Unterstützung bei der Spezifizierung von Luftionisatoren und bei der Definition eines kundenspezifischen Bewertungssystems. Mit rückführbar kalibrierten Prüfmitteln werden die Leistungsdaten eines installierten Ionisationssystems Punkt für Punkt verifiziert und in einem Leistungszertifikat zusammengefasst. Das wichtigste Prüfmittel ist als „Charged Plate Monitor“ (CPM) bekannt. Der CPM besitzt eine isolierte, leitfähige Platte, die mit einer bekannten Spannung aufgeladen wird. Die Elektronik des CPM misst fortwährend die Ladespannung und (ab einem Starttrigger) die Zeit, die das Ionisiergerät benötigt, um die Ladung auf 10 % des ursprünglichen Wertes zu verringern.

Im Allgemeinen wird die CPM-Platte auf 1.000 Volt aufgeladen und die Entladezeit bis zum Erreichen der 100-Volt-Marke gemessen. Bei normaler Luft (60 % relative Feuchte) liegt die Abfallgeschwindigkeit bei ca. 12 Stunden. Eine Ionisieranlage erreicht das gleiche Ergebnis (Laminarströmung zum Ionentransport vorausgesetzt) in 10 bis 60 Sekunden. In einem strömungslosen Reinraum erfolgt der Spannungsabbau in einem Intervall zwischen 50 und 500 Sekunden. Bei einer präzise dosierten Luftionisation können Gebläse dasselbe Ergebnis in 5 bis 20 Sekunden, Druckluftionisiervorsätze sogar in 1 bis 2 Sekunden erzielen. 

Regelwerk und Richtlinien zur Ionisation

Ein wesentliches Regelwerk zum Thema Prüfverfahren für Materialien in ESD-Bereichen ist die europäische Normenreihe EN 61340. Die verschiedenen Normteile unterstützen Anwender bei der Auswahl geeigneter Schutzmaßnahmen. Insbesondere nehmen IEC 61340-5-1 und IEC 61340-5-2 verbesserte Messmethoden auf, die bisher noch nicht berücksichtigt wurden. Weiterentwickelte Ansätze gibt es auch bei der Ableitung elektrostatischer Aufladungen über den Fußboden. ANSI/ESD S 20.20 ist ein Standard, der die administrativen und technischen Ansprüche an ESD-Kontrollprogramme beschreibt. Die beschriebenen Kontrollprogramme erstrecken sich auf die Aktivitäten Produktion, Montage, Verpackung, Beschriftung, Service und Prüfung.

Der Leitfaden SEMI E –0998 zur Kontrolle elektrostatischer Aufladungen in (Halbleiter-)Produktionsequipment empfiehlt elektrostatische Grenzwerte. Dies erfolgt mit besonderem Augenmerk auf die Verfügbarkeit von Fertigungsanlagen. Er gibt Anlagenbauern Hinweise zum Design elektrostatischer Kontrollmechanismen in ihren Tools.

TUEV Zertifikat ISO 9001

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