{{{sourceTextContent.title}}}

CPD-Aufsteck-Durchflussmesser für Nassreinigungsanlagen

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Nichtinvasive Präzision für eine intelligentere Steuerung chemischer Prozesse

{{{sourceTextContent.description}}}

Hintergrund der Anwendung

In der Elektronikfertigung ist die Reinigung ein entscheidender Schritt. Bei fast jedem Arbeitsschritt (beispielsweise nach dem Ätzen oder Schneiden) müssen Siliziumstaub, organische Stoffe, Metallionen und Verunreinigungen gründlich von der Oberfläche entfernt werden, um die Leistungsfähigkeit der Bauelemente und die Stabilität der nachfolgenden Prozesse zu gewährleisten.

Derzeit entwickelt sich die Nassreinigungstechnologie in Richtung höherer Effizienz, Intelligenz und Umweltfreundlichkeit. Reinigungsanlagen arbeiten in der Regel mit Tank- oder Sprühsystemen, kombiniert mit Ultraschalltechnologie, sauren/alkalischen Reagenzien (wie Kaliumhydroxid, Wasserstoffperoxid) und Spülprozessen, um eine hocheffiziente Reinigung bei bestimmten Temperaturen zu erreichen. Typische Arbeitsabläufe umfassen Vorreinigung, chemische Reinigung, Spülen und Trocknen.

Der Reinigungsprozess wirkt sich nicht nur auf die Produktqualität aus, sondern ist auch mit hohen Betriebskosten verbunden – der Chemikalienverbrauch ist enorm, die Reinheit sinkt während des Einsatzes zwangsläufig, und die Aufbereitung der Abwässer stellt eine erhebliche Umweltbelastung dar. Herkömmliche Produktionslinien sind nach wie vor auf die manuelle Zugabe chemischer Flüssigkeiten angewiesen, wobei sich Menge und Zeitpunkt nur schwer präzise steuern lassen. Dies führt zu Schwankungen der Chemikalienkonzentration, instabilen Reinigungsergebnissen und potenziellen Sicherheitsrisiken.

Vor diesem Hintergrund ist ein automatisiertes, präzises Messsystem für den Chemikalienkreislauf zur idealen Wahl für die Modernisierung von Reinigungsanlagen geworden. Das Modul zur Durchflussmessung und -steuerung muss die Schlüsselparameter der Chemikalien in Echtzeit überwachen und die Nachfüllung sowie die Ableitung auf der Grundlage voreingestellter Logik automatisch steuern. Dies gewährleistet eine stabile Chemikalienqualität bei gleichzeitiger Maximierung der Ausnutzung sowie Reduzierung von Abfall und Emissionen. Als „Sinnesnerv“ dieses intelligenten Steuerungssystems beeinflussen die Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit des Ultraschall-Durchflussmessers direkt die Qualität und Stabilität des Reinigungsprozesses.

Der CPD-Ultraschall-Durchflusssensor / Durchflussmesser zum Aufstecken ist für die Chemikalienkreislauf- und Wasserversorgungssysteme von Nassreinigungsanlagen konzipiert. Er ermöglicht eine berührungslose Durchflussmessung und unterstützt Echtzeit-Rückmeldung sowie automatische Regelung. Mit seinem korrosionsbeständigen Gehäuse und seiner kompakten Bauweise ist der CPD-Ultraschall-Durchflusssensor / Durchflussmesser mit verschiedenen Arten von Reinigungsanlagen kompatibel.

Herausforderungen in der Industrie

Die Durchflussmessung in Nassreinigungsanlagen steht vor zahlreichen Herausforderungen, die sich aus den Prozessmerkmalen, den Eigenschaften der Medien und den besonderen Anforderungen der Produktionsumgebung ergeben.
1. Unzureichende Messgenauigkeit des Chemikaliendurchflusses: Die Zugabe von Reinigungschemikalien (z. B. starke Säuren, Laugen, Oxidationsmittel) erfordert eine präzise, segmentierte Steuerung. In automatischen Dosiersystemen muss die Zugabe von Chemikalien oft auf den Milliliter genau erfolgen. Die Erfassung solch winziger Durchflüsse stellt extrem hohe Anforderungen an die Empfindlichkeit, Auflösung und Stabilität des Durchflusssensors.
Herkömmliche Durchflussmesser weisen im Niedrigdurchflussbereich häufig Messabweichungen auf und erfüllen somit nicht die Anforderungen an präzises Mischungsverhältnis und Kostenkontrolle. Fehler bei der Messung des Chemikaliendurchflusses führen zu Konzentrationsschwankungen und ungleichmäßiger Reinigung, was Verunreinigungen auf der Waferoberfläche zur Folge hat und die Produktausbeute senkt.
2. Korrosions- und Kontaminationsrisiken: Bei der Reinigung verwendete Chemikalien wie Flusssäure (HF), Salpetersäure, Kaliumhydroxid (KOH) und Wasserstoffperoxid, sind stark korrosiv. Metallteile oder herkömmliche Kunststoffe in traditionellen Durchflussmessern neigen nach längerem Kontakt zu Korrosion, Alterung oder sogar zur Auflösung. Dies führt nicht nur zu Ungenauigkeiten bei der Durchflussmessung, sondern kann auch zu einer Verunreinigung der Reinigungsflüssigkeit durch Metallionen führen, was die Reinheit der Wafer erheblich beeinträchtigt. Dieses Problem der Materialverträglichkeit zwingt viele Anlagenhersteller dazu, Durchflussmesser häufig auszutauschen, was die Wartungskosten und Ausfallzeiten erhöht.
3. Störungen durch Blasen: Reinigungschemikalien können bestimmte Konzentrationen an Partikeln enthalten oder während der Verwendung Mikroblasen erzeugen. Diese Verunreinigungen und Blasen können den Betrieb mechanischer Durchflussmesser stören und zu erhöhten Fehlern bei den Durchflussmessergebnissen führen.
4. Ressourcenverbrauch und komplexe Rohrleitungen: Der Reinigungsprozess verbraucht enorme Mengen an Wasser (z. B. müssen Spülbecken kontinuierlich nachgefüllt werden), und die Rohrleitungsführung ist komplex. Ohne Durchflussrückmeldung in Echtzeit ist es unmöglich, die Wiederverwendung des Reinigungswassers zu optimieren, was zu erhöhtem Abwasseraufkommen und Energieverschwendung führt.
5. Wartung und Kalibrierung: Die Reinigung von Produktionslinien erfordert einen 24/7-Betrieb der Anlagen. Durchflussmesser müssen säurehaltigen Umgebungen standhalten und nur minimalen Wartungsaufwand erfordern. Herkömmliche Durchflussmesser müssen oft regelmäßig gewartet werden, was das Risiko von Ausfallzeiten erhöht.
6. Einbaubeschränkungen in beengten Räumen: Bei Reinigungsanlagen wird eine hohe Raumausnutzung angestrebt, was zu kompakten Rohrleitungsführungen mit sehr begrenztem Platz für den Einbau von Durchflussmessern führt. Herkömmliche Durchflussmesser erfordern lange gerade Rohrabschnitte für den Einbau, und ihre sperrigen Abmessungen können die Anordnung und Wartung anderer Komponenten beeinträchtigen.
7. Gemeinsames Management von Systemen mit mehreren Chemikalien: Reinigungsanlagen müssen mehrere Chemikalien gleichzeitig verarbeiten – saure Reinigungsmittel, Oxidationsmittel, Spülwasser usw. Da jedes Medium unterschiedliche Eigenschaften aufweist, müssen die Durchflussmesser in den Anlagen in der Lage sein, den Durchfluss verschiedener Medien genau zu messen, um die Komplexität und die Kosten der Anlagen zu reduzieren.

Einführung in die Anwendung des CPD-Clamp-on-Durchflusssensors

Um den Anforderungen an die Durchflussmessung in Nassreinigungsanlagen gerecht zu werden, liefern die CPD-Clamp-on-Ultraschall-Durchflusssensoren bzw. -Durchflussmesser genaue, wiederholbare Messergebnisse, ohne mit den Reinigungsmedien in Kontakt zu kommen, und stellen so präzise Durchflussdaten für intelligente Automatisierungssteuerungssysteme bereit.
1. Chemikalienumwälzung und präzise Nachfüllung: In Chemikalienzufuhr- und -umwälzsystemen wird der Durchflussmesser in die Dosierleitung integriert, um die Durchflussrate der in den Reinigungstank zugeführten Chemikalien in Echtzeit zu messen. Der CPD bietet eine Messauflösung von bis zu 0,1 ml. Die Echtzeit-Durchflussdaten werden an die SPS zurückgemeldet. Anhand einer voreingestellten Logik (z. B. Zugabe von 20 ml KOH pro 10.000 Wafer) passt die SPS die Pumpenfrequenz oder die Öffnung des Regelventils an und bildet so einen Regelkreis. Dadurch wird eine dynamische Dosierung erreicht, die die Chemikalienkonzentration innerhalb des optimalen Prozessfensters hält und für Stabilität sorgt.
2. Überwachung der Spülwasserversorgung: Der am Auslass des Spültanks und an den Zuleitungszweigen installierte Durchflussmesser überwacht den Durchfluss von Reinstwasser oder Spülflüssigkeit. Durch die präzise Messung von Zu- und Abfluss kann das Reinigungssystem die Spülwirkung und Veränderungen der Wasserqualität intelligent beurteilen. Dadurch werden der Wasserverbrauch und die Abwasserableitung minimiert, während gleichzeitig die Reinigungsqualität gewährleistet wird, was zu erheblichen Wassereinsparungen und Kostensenkungen führt.
3. Sicherheits- und Hilfsüberwachung: CPD-Clamp-On-Durchflusssensoren/-Durchflussmesser werden in Heiz-, Zirkulations- oder Filterleitungen eingesetzt. Voreingestellte Schwellenwerte lösen bei Durchflussanomalien automatische Alarme aus. Der CPD-Durchflussmesser verfügt über eine integrierte Luftblasenerkennungsfunktion, die Mikrobläschen (Durchmesser ≥ 1/3 des Rohrinnendurchmessers) in Echtzeit identifizieren kann und so die Rückverfolgbarkeit von Durchfluss- und Volumendaten unterstützt.
4. Korrosionsfrei und kontaminationsfrei: Der CPD-Clamp-On-Durchflusssensor bzw. -Durchflussmesser verfügt über ein korrosionsbeständiges Gehäuse und kann direkt an die Außenwand der Reinigungsflüssigkeitsleitung geklemmt werden. Ultraschallsignale durchdringen die Schlauchwand zur Messung, wodurch der Durchflusssensor vollständig von starken Säuren und Laugen isoliert bleibt. Diese Konstruktion bietet einen dreifachen Vorteil:
1. Der Durchflussmesskanal ist korrosionsbeständig und bietet eine längere Lebensdauer als Kontaktmessgeräte.
2. Das Risiko einer Verunreinigung der chemischen Flüssigkeit durch den Durchflussmesser wird ausgeschlossen, wodurch die Reinigungsqualität gewährleistet wird.
3. Für Wartungsarbeiten muss der Schlauch nicht entleert werden; der CPD-Durchflusssensor bzw. Durchflussmesser kann direkt entfernt werden, was den Vorgang erheblich vereinfacht.
5. Anpassungsfähigkeit und Intelligenz für komplexe Medien: Die fortschrittlichen Algorithmen zur Ultraschallsignalverarbeitung, die im CPD-Durchflusssensor/-messgerät zum Einsatz kommen, erkennen und kompensieren effektiv Störungen, die durch Mikroblasen und Feststoffpartikel in der Flüssigkeit verursacht werden. Es liefert stabile und zuverlässige Durchflussdaten für alle Arten von Reinigungsmedien.
6. Systemintegration und Automatisierung: Das CPD-Durchflussmessgerät bietet komfortable Schnittstellen und umfangreiche Funktionen. Er unterstützt gängige industrielle Kommunikationsprotokolle (wie Modbus, Profibus) für eine einfache Integration in die SPS oder das zentrale Steuerungssystem der Reinigungsanlage. Die Messdaten werden nicht nur für die Echtzeitsteuerung verwendet, sondern können auch aufgezeichnet, gespeichert und in das MES (Manufacturing Execution System) hochgeladen werden. Dies ermöglicht die Rückverfolgbarkeit des Chemikalienverbrauchs pro Charge bei der Reinigung von Siliziumkarbid, die Kostenabrechnung sowie die Prozessoptimierung und liefert wichtige Daten für ein verfeinertes Management und eine intelligente Fertigung.

Anwendungshighlights

Der Einsatz des CPD-Clamp-on-Ultraschall-Durchflusssensors bzw. -Durchflussmessers in Nassreinigungsanlagen schafft Mehrwert durch Prozessverbesserungen, Kosteneinsparungen und automatisierte Steuerungen.
1. Verbesserte Reinigungsstabilität und -effizienz: Hohe Wiederholgenauigkeit (±0,1 % FS) und eine Reaktionszeit im Millisekundenbereich gewährleisten eine präzise Nachfüllung von Chemikalien und reduzieren Konzentrationsschwankungen. Dies verbessert die Konsistenz der Reinigungsergebnisse, senkt die Waferbruchrate und den Gehalt an Restverunreinigungen und trägt dazu bei, die Zellausbeute um über 15 % zu steigern.
2. Kosteneinsparungen und Umweltoptimierung: Die berührungslose Bauweise maximiert die Ausnutzungsrate der Chemikalien und reduziert die Ableitung von Abfallflüssigkeiten. Sie vereinfacht die Schlauchführung und senkt die Wartungskosten. Der wartungsfreie Aufbau reduziert Ausfallzeiten und unterstützt den Übergang vom manuellen Betrieb zur automatischen Steuerung.
3. Korrosionsbeständigkeit und Sicherheitsgewährleistung: Das Gehäuse besteht aus säure- und alkalibeständigen Materialien und eignet sich somit für komplexe Betriebsumgebungen.
4. Hervorragende technische Anwendbarkeit: Der CPD-Durchflusssensor bzw. -Durchflussmesser ist kompakt, erfordert kein Zuschneiden der Schläuche und stellt nur sehr geringe Anforderungen an gerade Schlauchabschnitte. Er passt sich perfekt an die beengten und komplexen Rohrleitungsführungen in Reinigungsanlagen an und erleichtert so die Anlagenkonstruktion und -wartung.
5. Intelligente Aufrüstung: Die Medienkompatibilität und die IoT-Integration unterstützen die Rückverfolgbarkeit von Durchflussdaten und die vorausschauende Wartung. Dies verbessert die Reinigungsqualität und -konsistenz erheblich und treibt die intelligente Aufrüstung der Anlagen voran, um fortschrittlichen Prozessanforderungen gerecht zu werden.

Fazit

Die vom CPD-Clamp-on-Ultraschall-Durchflusssensor bzw. -Durchflussmesser gelieferten präzisen Durchflussdaten ermöglichen vorausschauende Instandhaltung, die Selbstoptimierung von Prozessparametern sowie eine schlanke Analyse des Energie- und Materialverbrauchs.
Er unterstützt Hersteller von Reinigungsanlagen dabei, intelligentere, transparentere und effizientere Reinigungsprozesse zu entwickeln, wodurch eine bessere Kostenkontrolle und eine stabilere Produktqualität erreicht werden, um einen dauerhaften Wettbewerbsvorteil zu erlangen.