Page 182 - Zur Reinheit funktionaler Oberflächen

Um Daten erster Näherung darüber zu erhalten, welche
Prüfmethode „liegender Tropfen“ Randwinkel-Veränderungen bei der Kontamination reiner
Gleichung nach Young Objekt-Oberflächen speziell mit Silikonöl-Spuren auftreten, ist
es sinnvoll, eine zuvor hochgradig gereinigte Glas-Oberfläche
cos θ = δ S - δLS leicht mit einem Silikon-haltigen Aerosol zu besprühen, diese
δL mit einem Wischmittel zu reinigen und erneut zu vermessen.
δL = Oberflächenspannung der Flüssigkeit Wie aus Tab. 1 ersichtlich ist eine im Sauerstoff-Plasma hoch-
δS = Oberflächenenergie des Festkörpers gradig gereinigte Glas-Platte vollständig mit Wasser benetzbar.
δLS = Grenzflächenenergie zwischen Wird die Glas-Platte hingegen mittels Lösungsmitteln und Ein-
Flüssigkeit und Festkörper
θ = Kontaktwinkel wirkung von Ultraschall gereinigt, ergibt sich ein Tropfen-Rand-
winkel von 59,3°. Die gezielte Verunreinigung der Glas-Platte
Abb. 11 Prüfmethode „liegender Tropfen“, Gleichung nach mit einem Silikonöl bewirkt einen Randwinkel von 68,4°.
Young
Wird die verunreinigte Oberfläche wischend gereinigt, kann
ein akzeptabler Reinheits-Zustand mit einem Randwinkel von
weniger als 60° nur mit einem Lösungsmittel-befeuchteten
Spezial-Tuch (Prüflings Nr. 2-1) erreicht werden, obwohl alle
geprüften Oberflächen keine visuell sichtbaren Schlieren mehr
aufweisen.

Die visuelle Beurteilung einer gereinigten Oberfläche ist also
unzureichend, um den tatsächlichen Oberflächen-Reinheits-
Zustand zu bestimmen. Hier kommt es auf eine zielführende
analytische Strategie an, zumal Silikonöle optisch transparent
sind. Zu diesem Zweck wird oftmals ein zweistufiger Prozess
genutzt: Zunächst wird der Reinheits-Zustand direkt in der
Fertigungs-Linie durch die zerstörungsfreie Randwinkel-
Methode geprüft. Wird dabei ein bestimmter Grenzwert nicht
erreicht, muss der Prüfling aussortiert und der weiterführen-
den Analytik zur Identifizierung der Verunreinigungs-Quelle
(FTIR, ToF-SIMS) zugeführt werden.

9.9 Fazit Silikonöle weisen im reinen Fertigungs-Umfeld für eine Reihe
von Oberflächen neben ihrem technisch nützlichen Eigen-

Zustand der Kollektor-Platte: Tropfen-Rand- Differenz
winkel zur kon-
taminier-
ten Ofl.
Unbenutzt 81,8 ° ± 2,9 % + 13,4 °
Gereinigt durch O -Niederdruckplasma < 5 °
2
Gereinigt mittels Ultraschalls in Aceton 59,3 ° ± 8,4 % - 9,1 °
Kontaminiert mit Silikonöl-Aerosol (Referenz) 68,4 ° ± 4,6 % ± 0,0 °
Erneut gereinigt mit Prüfling Code 2-5, trocken 68,3 ° ± 2,6 % - 0,1 °
Erneut gereinigt mit Prüfling Code 2-5 und 63,0 ° ± 9,6 % - 5,4 °
Aceton
Erneut gereinigt mit Prüfling Code 2-1, trocken 71,0 ° ± 4,2 % + 2,7 °
Erneut gereinigt mit Prüfling Code 2-1 und 50,9 ° ± 7,1 % - 17,4 °
Tab. 1 Tropfen-Randwinkel infolge wischender Reinigungs- Aceton
Prozeduren mit HiTech-Reinigungs-Tüchern auf Silikonöl-
kontaminierten Glas-Platten (geringer Tropfenrandwinkel korreliert mit hoher Reinheit)

182