Badüberwachung in der Elektronikreinigung – entscheidender Teil der Qualitätssicherung

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Manuelle und automatische Methoden der Konzentrationsüberwachung

Der Anwender hat bei der Konzentrationsbestimmung die Auswahl zwischen manuellen und automatischen Messverfahren.

Für manuelle Konzentrationsbestimmungen sind chemische Schnelltests erhältlich, die zum einen auf einer klassischen Säure-Base-Titration basieren. Hiermit wird die Konzentration von alkalischen oder sauren Medien stellvertretend über diese Komponente ermittelt. Bei diesem Verfahren wird zu einem definierten Volumen der Badprobe Säure oder Lauge aus einer Messbürette bis zum Farbumschlag eines Testindikators zugegeben.

Aus dem verbrauchten Titriermedium wird die Konzentration des Reinigungsmediums berechnet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass durch Schmutzeintrag in das Reinigungsbad das Messergebnis beeinflusst wird und es bei pH neutralen Reinigungsmedien nicht anwendbar ist.

Ein weiteres manuelles Messsystem, das sich zuverlässig zur Konzentrationsbestimmung eignet, basiert auf dem Phasentrennungsverfahren (Bild 4). Die zu einer Badprobe zugegebenen Reaktionslösungen separieren die aktiven Bestandteile des Reinigungsmediums. Da die Reaktion in einem skalierten Messzylinder stattfindet, kann die Konzentration volumetrisch durch Ablesen der vorliegenden Volumina mit einer Genauigkeit von etwa ±2% bestimmt werden. Die Methode bietet den Vorteil sowohl alkalische als auch pH-neutrale Reiniger analysieren zu können und ist außerdem weitestgehend unempfindlich gegenüber dem Schmutzanteil im Reinigungsbad.

Eine weitere manuelle Messmethode ist der Brechungsindex. Dieser Parameter ändert sich hauptsächlich durch den im Medium enthaltenen Organikanteil bzw. durch die Organikzusammensetzung des Reinigungsmediums. Durch die Brechungsindexmessung lässt sich prinzipiell bei vielen Reinigungsmedien die Konzentration ermitteln. Dies ist allerdings nur bei einem frischen Badansatz empfohlen, da die Badbeladung, etwa durch Flussmittel, die Messgenauigkeit und -stabilität stark beeinflussen kann (Bild 5).

Somit ist der Brechungsindex als Parameter die Summe aus Konzentration und Verunreinigungen, und dadurch kann je nach Schmutzanteil eine falsche Aussage über die Konzentration des Reinigungsbades getroffen werden. Ob diese Messung automatisch oder manuell erfolgt, spielt hierbei keine Rolle.

Bei den oben beschriebenen manuellen Methoden geht grundsätzlich immer eine Probenentnahme voraus, die - um ein genaues Ergebnis zu erhalten - sehr gewissenhaft erfolgen muss, da sonst die Messgenauigkeit des Tests maßgeblich beeinflusst werden kann. Die vorliegende Felderfahrung mit allen manuellen Verfahren zeigt, dass die Ursache eines Messfehlers zu einem großen Teil in der Badprobenentnahme liegt.

Grundsätzlich dienen die manuellen Testmethoden vornehmlich dazu, den Zustand des Reinigungsbades stichprobenartig zu bestimmen. Die Vorteile bestehen darin, dass die manuellen Tests meist sehr kostengünstig, einfach und mobil an der Produktionslinie durchgeführt werden können und somit relativ schnell eine Entscheidung möglich ist, ob der Zustand des Reinigungsbades noch in Ordnung ist oder ob eine Nachdosierung bzw. ein Badwechsel vorgenommen werden muss.

Moderne Methoden zur automatischen Konzentrationsmessung

Deutlich mehr Prozesskontrolle und -sicherheit eröffnet die moderne automatische Konzentrationsüberwachung. Hauptvorteile im Vergleich zu den bereits beschriebenen manuellen Verfahren sind die deutlich höhere Messgenauigkeit und –stabilität, die kontinuierliche Konzentrationsüberwachung sowie eine lückenlose Dokumentation. Diese Faktoren werden immer wichtiger, da diese Nachweise von vielen Kunden bzw. deren QM-Systemen gefordert werden.

Die verschiedenen auf dem Markt erhältlichen Systeme arbeiten nach unterschiedlichen Messprinzipien wie Ultraschalllaufzeit, Farbabsorption oder Schwingungsdämpfung.

Der Hauptunterschied zwischen den einzelnen automatischen Verfahren liegt vor allem im Bereich der Messgenauigkeit und Messstabilität gegenüber äußeren Einflüssen wie der Badbeladung oder Temperaturveränderung. So verwendet das neueste akustische Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Ultraschall- oder optischen Verfahren drei statt einem Messparameter, um die Konzentration des Reingungsmedium zu charakterisieren (Bild 6). Dadurch kann eine sehr hohe Messgenauigkeit und –stabilität auch bei hoher Badbeladung gewährleistet werden.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Dimensionierung der Hardware. Hier ist speziell bei den neuesten Systemen ein deutlicher Trend zur Miniaturisierung erkennbar, so dass sie dank ihrer kompakten Abmessungen leicht in die Reinigungsmaschine integrierbar sind.

Grundsätzlich wird die Mess-Hardware als Inline-System direkt in das Reinigungsbad, die Rohrleitung des Reinigerkreislaufes oder in einem Bypass eingebaut.

Vollintegriert in die Reinigungsanlage bietet ein solches System dem Anwender eine dauerhafte und automatische Echtzeit-Konzentrationsmessung des Reinigungsprozesses.

Außerdem besteht bei der aktuellen Produktgeneration die Möglichkeit, das Messsignal mit der SPS der Reinigungsanlage zu verbinden und so durch Ansteuerung einer automatischen Dosiereinheit ein vollautomatisches Konzentrationsmanagement zu ermöglichen (Bild 7). Einsparungen ergeben sich hier beim Operatoraufwand, da die manuelle Konzentrationsüberwachung als auch die händische Nachdosierung entfallen. Außerdem können dank der schnellen und direkten Reaktion eines vollautomatischen Systems häufig die Medienkosten durch längere Badstandszeiten und eine gezielte Nachdosierung reduziert werden.

Werden die Messdaten im System selbst abgespeichert oder auf einen PC transferiert, dann ist eine lückenlose Dokumentation möglich, die vor allem bei der Prozessauditierung immer wichtiger wird.

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