Kontaminationsmesstechnik

Die analytische Erfassung von Kontaminationen auf Oberflächen und in Medien ist mit einer Vielzahl von Methoden und Geräten möglich. Sind Fragestellungen und Messaufgaben sehr individuell oder neu, erfordert es häufig Anpassungen oder Neuentwicklungen, wie beispielsweise bei der Integration von Messtechnik in die Fertigung oder der Anpassung an bestimmte Bauteile.

Als Referenz oder zur Auswahl geeigneter Messprinzipien stehen uns umfangreiche laboranalytische Verfahren zur Erfassung und Analyse verschiedenster Verunreinigungen in Gasen, Flüssigkeiten oder auf Oberflächen zur Verfügung. Ein aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Bewertung von Materialpaarungen für Vakuumanwendungen hinsichtlich Partikelerzeugung und Ausbreitung – eine Frage mit hoher Industrierelevanz, da viele kontaminationskritische Prozesse wie Beschichtungen (PVD, CVD) oder Plasmaaktivierungen unter Vakuumbedingungen stattfinden.

Einige Entwicklungsbeispiele der letzten Jahre sind:

• Ein Messsystem zur Erfassung von CNTs im produktionstechnischen Umfeld der Nanotechnologie
• Portable Oberflächenpartikelzähler zur einfachen und schnellen Messung von Partikelgrößenverteilungen auf Bauteilen und Produktionsmitteln. Die Basis dafür bietet ein patentiertes Streiflichtverfahren, das sich auch schon in automatisierten Inspektionssystemen bewährt hat.
• Kamerabasierte Flüssigkeitspartikelzähler für die Überwachung von industriellen Teilereinigungsanlagen z. B. in der Automobilindustrie. Dieses System kann ebenfalls in Sauberkeitslaboren für eine schnelle Restschmutzanalyse nach VDA 19 eingesetzt werden.
• Sogenannte Partikelfallen, die zur Überwachung der Fertigungsumgebung beispielsweise in Sauberräumen Einsatz finden oder der Bewertung von Prozessen in der Montage von Automobilkomponenten dienen. Zur Auswertung können dieselben automatisierten Mikroskope verwendet werden, wie sie zur Bauteilsauberkeitsanalyse in großem Umfang im Einsatz sind.
• Für die Europäische Weltraumorganisation ESA wurden Methoden entwickelt, welche die sogenannten Contact Transfer Contamination messbar machen – also den Übergang von Partikeln von einer Oberfläche durch Kontakt auf eine andere Oberfläche. Diese Fragestellung ist z. B. bei der Entnahme von Gesteinsproben bei Mars-Missionen relevant.
• Aufgrund der Reibung beim Kontakt von Werkstoffen entstandene Partikel werden durch hochempfindliche Tribologie-Prüfstände gemessen. Auf dieser Basis können Werkstoffe für den Einsatz in reinen Fertigungsbereichen bewertet werden. Diese Analysen werden unter dem Prüfzeichen »Cleanroom Suitabe Materials®« als Dienstleistung für Industriekunden angeboten.
• Durch die Kopplung von Thermoextraktion und Analyse mittels Gaschromatographen und Massenspektrometern konnte eine Methode, wie sie z. B. in der Automobilindustrie zur Bewertung von ausgasenden Werkstoffen eingesetzt werden, zur Reinigungsvalidierung bezüglich organischer Rückstände in Form von filmischen Kontaminationen auf Medizinprodukten genutzt werden.
• Verschiedene Branchen interessieren sich für filmisch chemische Verunreinigungen auf Bauteilen. Dafür wurden hochempfindliche, aber dennoch robuste Methoden entwickelt, diese Kontaminationen qualitativ/quantitativ nachzuweisen. Gasförmige Kontaminationen, beispielsweise Ausgasungen aus Polymeren, können auf kritischen Produktflächen kondensieren. Um dieses Szenario messtechnisch zu kontrollieren, wurden sogenannte witness samples entwickelt, welche beim Kunden vor Ort ausgelegt werden und dann kontaminationsfrei zur Vermessung wieder an uns verschickt werden. Mit dieser Methode können wir selbst Sub-Monolagen an kondensierter Organik mittels FTIR oder ATD-GC/MS nachweisen.
• Ausgasungen aus Materialien können durch die Gasphase in Kontakt mit hochempfindlichen Bauteilen kommen. Hier gilt es idealerweise das Ausgasungspotential der eingesetzten Materialien durch Emissionsmessungen gering zu halten. Hierzu wurden mehrere Methoden am Fraunhofer IPA entwickelt. Die Erfolgskontrolle wird letztendlich durch Beprobungen der Prozessumgebung mittels Adsorber und ATD-GC/MS hochsensitiv durchgeführt. Je nach Anwendungsfall können wir molekulare Kontaminationen in der Luft bis in den einstelligen ppt-Bereich nachweisen. Das gesamte Probenahme-Equipment wurde für die Anwendung in Reinräumen inkl. Einschleusen adaptiert.