DE19926119C2 - Strahlwerkzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Strahlwerkzeug, insbesondere zur Abreinigung von Oberflächen mittels eines CO2-Schnee-Strahles. Derar­ tige Strahlwerkzeuge werden in der optischen Indu­ strie, der Medizintechnik, der pharmazeutischen Indu­ strie, der Lackiertechnik, der Mikro- und Feinwerk­ technik zur Behandlung von Oberflächen, u. a. zur Be­ handlung weicher Oberflächenbeschichtungen, Gele und dergleichen verwendet. Die Basis dieses Behandlungs- bzw. Reinigungsverfahrens ist die Reinigung mittels CO₂-Eiskristallen. Das Verfahren wird auch zur troc­ kenen lokalen Abreinigung teilchenförmiger und filmi­ scher Verunreigigung von strukturierten sowie aus Elementen unterschiedlicher Materialien zusammenge­ setzten Oberflächen bis in den Submikrometerbereich eingesetzt.

Die fortschreitendene Miniaturisierung bei gleich­ zeitiger Hybridisierung von Baugruppen verlangt nach einem Reinigungsverfahren, welches ein lokales Reinigen von Funktionsflächen erlaubt, ohne dabei angrenzende Bereiche durch Querkontamination zu verunreinigen. Der Einsatz herkömmlicher Reinigungs­ verfahren, wie z. B. Ultraschall oder der Einsatz agressiver Chemikalien ist aufgrund von Materialun­ verträglichkeiten nur noch selten möglich. Das Strahlen mit CO₂-Partikeln stellt hier eine interessante Alternative dar.

Die CO₂-Eisreinigung ist ein trockenes, tiefkaltes, rückstandsfreies Strahlverfahren mit breitem Anwen­ dungsgebiet. Prinzipiell läßt sich das Trockeneis­ strahlen in zwei verschiedene Verfahren einteilen - dem Reinigen mit luftgetragenen Trockeneispellets und der Reinigung mittels CO₂-Schnee.

Das Strahlen mit Trockeneispellets wird seit 1987 zum Entlacken und Reinigen von Flugzeugkomponenten und Flugzeugen verwendet. Vor allem aufgrund der Eigen­ schaft von Trockeneis, während des Reinigungspro­ zesses zu sublimieren und somit kein kontaminiertes Reinigungsmittel zu hinterlassen, konnten Teile in eingebautem Zustand gereinigt und die Reinigungs­ kosten an Flugzeugen bis zu 50% gesenkt werden.

Heute hat sich das Strahlen mit Trockeneispellets bereits in vielen Bereichen wie z. B. der Entlackung von Flugzeugen, der Fassadenreinigung oder dem Beseitigen grober Verschmutzungen an Maschinen durchgesetzt. Seine Stärke der rückstandsfreien Reinigung spielt es besonders in der Baugruppen­ reinigung bereits installierter Anlagen aus.

Die Reinigungswirkung stützt sich dabei grundsätzlich auf drei Mechanismen. Zum einen werden beim Auftref­ fen der CO₂-Kristalle auf die Oberfläche die Verun­ reinigung bzw. die Beschichtung auf der Oberfläche stark unterkühlt, wodurch diese schrumpfen und verspröden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärme­ ausdehnung von Grundmaterial und Verschmutzung bzw. Beschichtung entstehen Spannungen so daß die Ver­ bindung zwischen der Verschmutzung und dem Grundma­ terial gelockert bzw. gelöst wird. Weiterhin wird durch den von den CO₂-Pellets übertragenen Impuls die versprödeten Verunreinigung weiter gelöst und mecha­ nisch abgetragen. Zuletzt wird das durch die Trocken­ eispellets abgelöste Material durch das sublimierte CO₂ und ggf. weiteres Stützgas in der Schwebe gehal­ ten und von der Reinigungszone abtransportiert.

Nachteilig an der Strahltechnik unter Verwendung von Trockeneispellets ist, daß die Abkühlung während und nach der erfolgten Reinigung eine Rekontamination der Oberfläche durch Abscheidung vormals in der Luft ent­ haltener und während der Abtrocknung des CO₂-Eis- Films zurückbleibender Stoffe bewirkt. Insbesondere schlägt sich auf der abgekühltem Oberfläche im Anschluß an die Abstrahlung die Umgebungsfeuchtigkeit nieder, so daß der zu reinigende Gegenstand feucht wird.

Alternativ können als Strahlmittel statt Trocken­ eispellets auch Trockeneiskristalle verwendet werden. In diesem Falle wird ein Strahl aus CO₂-Schnee erzeugt, der unter hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Oberfläche gestrahlt wird.

Zur Verhinderung der durch Resublimieren der Luft­ feuchtigkeit während der Reinigung stattfindenden Vereisung der Oberfläche, durch die ein weiteres reinigendes Einwirken der CO₂-Schnee-Kristalle erschwert bis verhindert wird, sind nach dem Stand der Technik zwei Methoden bekannt. Zum einen wird eine beheizte Platte als Unterlage des Reinigungs­ gutes verwendet, um das Reinigungsgut möglichst rasch nach dem Überstreichen des Trockeneisstrahles wieder zu erwärmen. Die Wirksamkeit dieses Verfahrens als Einzelmaßnahme ist durch das Material, die Geometrie und die Baugröße des Reinigungsgutes teilweise stark beeinträchtigt oder gar nicht gegeben. Alternativ kann der CO₂-Schnee-Strahl von einem Hüllstrahl umgeben werden, der beheizt wird. Damit wird beim Überstreichen einer Oberfläche durch den CO₂-Strahl unmittelbar anschließend die Oberfläche wieder durch den Stützstrahl aufgewärmt, so daß die Kondensation der Luftfeuchtigkeit verringert bzw. verhindert wird. Dieses Verfahren bewirkt jedoch eine unerwünschte Aufheizung des CO₂-Eis-Strahles durch den warmen Stützstrahl, so daß die Wirksamkeit des Strahlver­ fahrens beeinträchtigt wird. Ein derartiges Verfahren ist in der US 5,725,154 A beschrieben.

Nachteilig am Strahlverfahren unter Verwendung von CO₂-Schneekristallen ist, daß diese einen erheblich geringeren Impuls als die Trockeneispellets mit einem Durchmesser von mehreren Millimetern besitzen, so daß die Reinigungswirkung verglichen mit Trockeneispellets erheblich geringer ist.

In der US 5 725 154 A wird vorgeschlagen, ein indukti­ ves Magnetfeld zu erzeugen, um die Aufladung des her­ anfließenden flüssigen CO₂ zu kompensieren. Die durch Ladungstrennung bei der Expansion des CO₂ und der Auskristallisierung des CO₂-Schnees erfolgende Ioni­ sierung wird nicht kompensiert.

Problematisch bei all diesen Verfahren nach dem Stand der Technik ist die Querkontamination von Oberflä­ chenbereichen durch den Abtrag, der an anderer Stelle durch den CO₂-Eisstrahl erzeugt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strahlwerkzeug und zur Verfügung zu stellen, mit der Oberflächen einfach und zuverlässig ohne Rekondensa­ tion von Wasser oder Querkontamination behandelt, insbesondere abgestrahlt werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Strahlwerkzeug nach An­ spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des er­ findungsgemäßen Strahlwerkzeuges werden in den abhän­ gigen Ansprüchen gegeben. Erfindungsgemäß können das erfindungsgemäße Strahlwerkzeug wie in den Ansprü­ chen 18 bis 20 angegeben, verwendet werden.

Durch das erfindungsgemäße Strahlwerkzeug wurden fol­ gende Verbesserungen erzielt:

Zum einen wird eine sehr hohe Strahlgeschwindigkeit durch Verwendung einer Lavaldüse erzielt, so daß die sehr kleinen Eiskristalle durch das sich auf der zu reinigenden Oberfläche bildende Gaspolster geschossen werden können. Weiterhin wird die statische Aufladung des festen Kohlendioxid-Schnees, die ein Problem bei der Reinigung elektronischer Bauteile darstellt, mit­ tels der Ionisierungsvorrichtung aufgehoben. Weiter­ hin wird durch die Düse und durch die erfindungsgemä­ ße Einrichtung der Reinigungsvorrichtung eine Lminar­ strömung in der Reinigungskammer erzeugt, so daß kei­ ne Schmutznester innerhalb der Reinigungsanlage ge­ bildet werden. Insbesondere ist der Strahldurchmesser äußerst gering, so daß er sich für Anwendung in der Mikrosystem- bzw. Feinwerktechnik eignet und die An­ lage flexibel in der Produktion von Mikrosystemen eingesetzt werden kann. Das Strahlwerkzeug ist voll beweglich und der Reinigungsablauf ist ohne weiteres automatisierbar. Insgesamt ergibt sich ein hoher Wir­ kungsgrad bei einer kurzen Reinigungszeit.

Wird die erfindungsgemäße Strahlvorrichtung in einer Absaugvorrichtung eingesetzt, kann das aufgestrahlte, sublimierte CO₂ und der volumenstarke Stütz- bzw. Druckstrahl, der ohne weitere Umlenkung vom Proben­ tisch abströmt, aufgefangen und anschließend von dort abgesaugt, wodurch eine Querkontamination anderer Oberflächenbereiche zuverlässig minimiert wird. Die Absaugvorrichtung erzeugt auch keinerlei Wirbel oder dergleichen außerhalb der Absaugvorrichtung selbst, so daß die Laminarströmung der anfließenden Luft nicht gestört wird und deren Reinheit zuverlässig er­ halten bleibt.

Insgesamt ergibt sich ein sehr hoher Wirkungsgrad bei kurzer Behandlungsdauer unter Verwendung des erfin­ dungsgemäßen Strahlwerkzeuges. Weitere vorteilhafte Eigenschaften sind ein einfacher, kompakter Geräteaufbau, eine hohe Gerätesicherheit, geringe Anlagen,- Betriebs- und Wartungskosten, ein hoher Automatisierungsgrad, gute Reproduzierbarkeit des Reinigungsergebnisses sowie eine einfache Handhabung des Strahlwerkzeuges.

Insgesamt ist eine schnelle und vereisungsfreie Rei­ nigung von Bauteilen während der Produktion möglich unter Wegfall komplizierter und aufwendiger Reini­ gungsvorbereitungen. Mit dem Trockeneisstrahlverfah­ ren kann eine Vielzahl von Materialien gereinigt wer­ den, sofern sie dem kurzzeitig auftretenden Tempera­ turschock widerstehen. Bei den auftretenden Struktu­ ren gibt es nur geringfügige Einschränkungen, da es sich beim Trockeneisstrahlen wie bei allen Strahlver­ fahren um ein Sichtlinienverfahren handelt. Daher können nur Oberflächen abgereinigt werden, die in Strahlrichtung liegen. Das Reinigen von uneinsehbaren Hinterschneidungen ist somit nicht oder nur sehr ein­ geschränkt möglich. Gleiches gilt für Vertiefungen mit relativ großem Aspektverhältnis, die sich relativ rasch mit sublimiertem CO₂ füllen und so das weitere Eindringen der Eiskristalle behindern oder gar ver­ hindern.

Im folgenden wird ein Beispiel eines erfindungsgemä­ ßen Strahlwerkzeuges und einer Vorrichtung unter Ein­ satz des Strahlwerkzeuges beschrieben. Dabei werden in sämtlichen Figuren gleiche Teile mit denselben Be­ zugszeichen bezeichnet.

Es zeigen

Fig. 1 ein Strahlverfahren;

Fig. 2 eine Vorrichtung;

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Strahlwerkzeug;

Fig. 4 eine Absaugvorrichtung;

Fig. 5 einen Schnitt durch die Absaugvorrichtung nach Fig. 4;

Fig. 6 ein Reinigungsergebnis nach dem Verfahren; und

Fig. 7 ein weiteres Reinigungsergebnis nach dem Ver­ fahren.

Fig. 1 zeigt schematisch das Strahl-Verfahren. Eine Oberfläche eines Objektes 1, beispielsweise eines Probentisches wird mit CO₂-Eiskristallen (CO₂-Schnee) 3 aus einer Sprühdüse 2 bestrahlt. Der CO₂-Schnee bildet dabei einen CO₂-Strahl 5, der eine Verunreini­ gung 4 von der Oberfläche des Objektes 1 abstrahlt. Dabei treten zwei Wirkmechanismen auf. Mit a ist ein Wirkmechanismus beschrieben, bei dem ein CO₂-Kristall 3 auf die Oberfläche des Objektes 1 auftrifft und da­ bei die Verunreinigung 4 absprengt. Mit b ist ein an­ derer Mechanismus beschrieben, bei dem der CO₂- Schneekristall auf die Oberfläche des Objektes 1 auf­ trifft und dort sublimiert. Bei dieser Sublimation wird durch den Gasdruck die Verunreinigung 4 von der Oberfläche des Objektes 1 gelöst und wird von dem ab­ fließenden CO₂ mitgenommen.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zum Behandeln, insbe­ sondere zum Abstrahlen von Oberflächen.

Diese Vorrichtung weist eine Reinigungskammer 36 auf, in der ein Probentisch 1 und ein Strahlwerkzeug 2 zur Erzeugung eines CO₂-Schnee-Strahles 5 angeordnet sind und von laminar anfließender Luft umströmt sind. Der gewöhnlich senkrecht zum Probenträger 1 ausgerichtete Gasstrahl 5 aus dem Strahlwerkzeug 2 wird an den meist flachen Reinigungsobjekten bzw. am Probentisch 1 selbst um 90° umgelenkt und strömt radial vom Auf­ treffpunkt und parallel zum Probentisch 1 ab. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit und das entstehende Gasvolumen ist es nicht möglich, das abgelöste Mate­ rial lokal an der Wirkungsstelle abzusaugen. Die Ab­ saugung der Prozeßgase erfolgt daher außerhalb des Probentisches 1 mittels der Strömungsfalle 21, die seitlich zu dem Probentisch 1 in der Ebene seiner Oberfläche und den Probentisch vollständig umgebend angeordnet ist. Diese Strömungsfalle 21 fängt das als Oberflächenströmung 35 abströmende CO₂, das von dem CO₂-Schnee-Strahl 5 auf der Oberfläche des Probenti­ sches 1 erzeugt wird, seitlich auf.

Der Probentisch 1 ist in allen drei Dimensionen be­ weglich, über eine Heizung 22 beheizbar und ist von unterhalb über ein Ventil 24 und einen Vakuumanschluß 23 an einer Vakuumleitung angeschlossen. Der Proben­ tisch 1 besteht aus einer metallischen Lochplatte, so daß mittels dieses Unterdruckes abzustrahlende Objek­ te auf der Oberfläche des Probentisches 1 fixiert werden können. Weiterhin ist ein Regler 25 für die Heizung 22 des Probentisches 1 vorgesehen, um diesen auf eine konstante Temperatur zu bringen.

In der Probenkammer wird eine Laminarströmung 6 erzeugt, die längs der Wände 36 der Reinigungskammer und in Richtung des CO₂-Schnee-Strahles 5 fließt.

Dem Strahlwerkzeug 2 wird über einen Kühler 26, einen Filter 27 und ein Hochdruckventil 28 flüssiges CO₂ aus einem CO₂-Behälter 34 zugeführt. In gleicher Wei­ se wird der Strahlvorrichtung 2 über eine Armatur mit Druckminderer 32, ein Hochdruckventil 30 und ein wei­ teres Ventil 31 gasförmiges N₂ aus einem N₂-Behälter 33 zugeführt. Die beiden Hochdruckventile 28 und 30 sind an eine Steuerung 29 angeschlossen.

Damit besteht die beschriebene Vorrichtung im Kern aus folgenden Komponenten:

• 1. Eine mit Reinstluft durchströmte Reinigungs­ kammer 36 (z. B. Reinheitsklasse 1 gemäß VDI 2083 Blatt 1, Strömungsgeschwindigkeit 0,4 m/s),
• 2. ein Strahlwerkzeug 2 mit einer Beschleunigungs- und Mischdüse sowie einer Ionisierungseinheit (nicht gezeigt),
• 3. der Absaugvorrichtung 21,
• 4. einer Aufbereitungsanlage (nicht gezeigt) für das von der Absaugvorrichtung 21 abgesogene Gas, und
• 5. einem beheizten Probentisch 1.

Diese Vorrichtung erzeugt eine turbulenzarme Reinst­ luftströmung in der Reinigungskammer 36, die so ge­ richtet ist, daß das Strahlwerkzeug 2 vor dem Proben­ tisch 1 liegt und der Probentisch 1 senkrecht pral­ lend angeströmt wird. In Kombination mit der Absaugvorrichtung 21 wird daher eine durch die Injektionswirkung des Reinigungs­ strahles erfolgende unkontrollierbare Verunreinigung aus der Luft vermieden. Zugleich wird verhindert, daß sich mit der Zeit Schmutznester im Bereich der gesam­ ten Anlage bilden.

Das Strahlwerkzeug 2 setzt sich im wesentlichen aus zwei ineinander integrierten Düsen zusammen: Zum einen als erste Düse eine Kapillare, durch die das unter hohem Druck verflüssigte Kohlendioxid geleitet wird. Am konisch erweiterten Ende der Kapillare tritt das flüssige Kohlendioxid aus, wobei etwa 55% der Masse durch Expansion verdampft und etwa 45% sich durch Resublimation zu kleinen Kristallen, zu dem CO₂-Eisschnee, verfestigt. Die Menge des ausströ­ menden CO₂ kann durch Variation und des Kapillar­ durchmessers eingestellt werden.

Zum anderen weist das Strahlwerkzeug 2 eine zweite Düse auf, die konzentrisch die erste Düse und die Kapillare umschließt. Diese zweite Düse ist eine Lavaldüse, die bei Raumtemperatur überschall­ schnelles, trockenes Druckgas (N₂) ausstößt. Durch dieses Druckgas wird zum einen der Trockeneisschnee- Strahl gestützt und weiterhin zu einem parallelen Strahl gebündelt und beschleunigt.

Dieser Druck- bzw. Stützstrahl kann zeitversetzt zu dem CO₂-Schnee-Strahl gestartet bzw. beendet werden, so daß bei einem Zuschalten des CO₂-Schnee-Strahls nach dem Start des Druckgasstrahles die Umgebungsluft vom Reinigungspunkt ferngehalten wird. Damit wird die Kondensation von Luftfeuchtigkeit an dem durch den Reinigungsstrahl gekühlten Reinigungspunkt erfolg­ reich unterbunden. Zum selben Zweck kann der Stützstrahl erst nach dem CO₂-Schnee-Strahl abgeschaltet werden.

Der Stützstrahl aus trockenem Druckgas führt weiter­ hin dazu, daß die Substratoberfläche nach erfolgter Reinigung am Reinigungspunkt rasch wieder erwärmt wird.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungs­ gemäßes Strahlwerkzeug, das nunmehr genauer beschrie­ ben werden soll.

Das Strahlwerkzeug setzt sich im wesentlichen aus zwei ineinander integrierte Düsen zusammen: Eine Kapillare 42, durch die das unter hohem Druck verflüssigte CO₂ geleitet wird und an deren konisch erweitertem Ende 49 das CO₂ expandiert. Hierbei entsteht ein Gemisch aus Gas- und Trockeneisschnee. Der Schneeanteil beträgt ungefähr 45% der ausströ­ menden Gesamtmasse. Die Menge des ausströmenden CO₂ kann durch Variation des Durchmessers der Kapillare 42 eingestellt werden.

Weiterhin wird die Kapillare 42 konzentrisch von einer speziellen Lavaldüse 51 umschlossen, aus der über eine Leitung 56 zugeführtes, trockenes Druckgas (Reinstluft oder Reinststickstoff) überschallschnell ausströmt. Dieser Druckgasstrahl bündelt den Stahl aus Trockeneisschnee zu einem Parallelstrahl und beschleunigt diesen. Zusätzlich wird durch diesen Druckgas-Stützstrahl die Umgebungsluft vom Reini­ gungspunkt ferngehalten und die Substratoberfläche nach erfolgter Reinigung recht schnell wieder erwärmt. Die Kondensation von Luftfeuchtigkeit wird somit erfolgreich unterbunden.

Die Lavaldüse 51 wird durch die Außenkontur einer Düsennadel 45, die die Kapillare 42 enthält und durch die Innenkontur eines Düsenkopfes 46 gebildet. Die Lavaldüse 51 kann durch Veränderung des minimalen Querschnitts mittels Verschiebens der Düsennadel 45 relativ zum Düsenkopf 46 feinjustiert und optimal eingestellt werden. Die Fixierung erfolgt dann durch Unterlegen von geeigneten Distanzscheiben zwischen einem an der Düsennadel 45 angeordneten Flansch 43 und dem Düsenkopf 46.

Sowohl das flüssige CO₂ als auch das Druckgas wird über die Düsennadel 45 zugeführt. Das Druckgas strömt dann zur Beruhigung über vier einlaßseitig an der Lavaldüse 51 angeordnete sternförmigen Bohrungen in die Vorkammer der Lavaldüse 51. Aus der Lavaldüse strömt das Druckgas mit Überschall, drallfrei und symmetrisch aus.

Das CO₂ wird über die Kapillare 42 zugeführt, die im Kanal der Düsennadel 45 geführt wird. Ein Stopfen 48 am unteren Ende der Düsennadel 45 zentriert die Kapillare 42 und dichtet zugleich den Druckgaskanal nach unten ab. Am oberen Ende wird der Druckgaskanal durch die CO₂-Leitung 40 und deren Verschraubung 41 verschlossen.

Da das CO₂ aufgrund von Druckänderung innerhalb der Geometrie der Lavaldüse 51 den Aggregatzustand wechsen würde, sind die beiden Düsen, die Lavaldüse 41 und die am Ende der Kapillare 42 ausgebildete Schnee-Düse 49 so angeordnet, daß das Stützgas erst dem fertigen Trockeneisschnee-Strahl zugemischt wird. Ansonsten wäre die Funktion des Strahlwerkzeugs nicht gewährleistet.

Abgedichtet wird das ganze System durch zwei Dich­ tungen, nämlich einer Packung 44 mit Flansch 43 sowie einer dünnen Metallfolie zwischen Düsenkopf 46 und einer Anschlußplatte 55.

Am Düsenende ist ein Metallring 50 mit drei Ionisa­ tionsspitzen durch einen Isolator 47 isoliert ange­ bracht, der über ein Hochspannungkabel 53 mit einem rgelbaren Ionisator verbunden ist. Über die Ionisa­ tionsspitzen des Metallrings 50 wird die stark nega­ tive Aufladung des CO₂-Strahles beim Kristallisieren des CO₂ am Ausgang der Kapillare 42 durch kontinuier­ liches Deionisieren kompensiert.

Weiterhin ist die Kapillare 42 mittels eines Masse­ kabels geerdet, so daß die Ladungstrennung in der Randschicht des durch die Kapillare strömenden flüs­ sigen CO₂ hineichend aufgehoben wird.

Die Absaugung des vom Trockeneisstrahl abgelösten Ma­ terials direkt an der Wirkungsstelle, ist aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit und des entstehen­ den Gasvolumens mit einer herkömmlichen Absaugvor­ richtung nicht möglich. Daher wurde eine Absaugvor­ richtung 21 eingesetzt.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Ebene des Probentisches 1. Der Probentisch 1 ist vollständig von einem Absaugrohr 65 der Absaugvorrichtung 21 in der Ebene des Probentisches 1 umgeben. Der gewöhnlich senkrecht zum Probenträger ausgerichtete Gasstrahl 5 wird an den meist flachen Reinigungsobjekten bzw. am Probentisch selbst um 900 umgelenkt und strömt radial vom Auftreffpunkt auf der Oberfläche des Objektes oder des Probentisches als laminare Strömung 35 ab. Die Absaugung der Prozeßgase erfolgt bei der Absaugvorrichtung 21 daher nur außerhalb des Proben­ tisches. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, weist das Ab­ saugrohr 65 einen nierenförmigen Querschnitt mit Ein­ buchtungen in der Ebene des Probentisches 1 auf. Auf der Seite des Probentisches 1 ist diese Einbuchtung als Gaseinlaßöffnung geöffnet. Das vom Probentisch 1 abströmende Gas 35 trifft folglich auf die Innenwand des Absaugringes 65 und wird, unterstützt durch den Mittenknick 66 aufgrund der nierenförmigen Einschnü­ rung in der Ebene des Probentisches 1, nach oben bzw. nach unten umgelenkt. Durch die Geometrie dieser Strömungsfalle 21 wird das mit hoher Geschwindigkeit vom Probentisch 1 abströmende Prozeßgas 35 (Druckgas, CO₂-Gas, abgetragene Partikel 4) in eine zu den Ecken des Absaugringes 65 fließende Drallströmung 63 über­ führt. In den Ecken des Absaugringes 65 befinden sich Ventilatoren 61, die mit dem Absaugring 65 über Ab­ saugöffnungen 64 in Verbindung stehen. Diese Ventila­ toren erzeugen einen Absaugvolumenstrom über einen Absaugkanal 60, der den Fluß dieser Strahlströmung unterstützt und ein Rückfließen zum Probenträger ver­ hindert.

Die Öffnungen 64 zwischen dem Absaugring 65 und dem Absaugkanal 60 befinden sich dabei ober- und unter­ halb des Mittenknicks 66, so daß die gebildeten Wir­ bel 63 abgesaugt werden.

Das Absaugvolumen der Ventilatoren 61 wird über eine Drehzahlsteuerung ständig der Summe von laminarem Zu­ luft-Gasstrom 6 (siehe Fig. 2) und Reinigungsgasstrom 5 angepaßt. Der Zuluftstrom ermittelt sich über die freie Querschnittsfläche des Absaugringes 65 und die Zuluftgeschwindigkeit (Geschwindigkeit des Reinstgasstromes 6). Die Berechnung des Reinigungsgasstromes 5 erfolgt im wesentlichen anhand des Durchmesseres der Kapillare 42 der CO₂-Zuführung, der Geometrie der Lavaldüse 51 sowie des Vordruckes des Druck/Stützgases in herkömmlicher Weise.

Das abgesaugte Gas wird anschließend von den Ventila­ toren 61 zu einer Prozeßabluftanlage 62 geblasen, wo die abgesaugte Luft gereinigt, aufbereitet und/oder weiterverwertet werden kann.

Mit diesem System wurden bereits verschiedene Teile aus der Mikrosystem- bzw. Feinwerktechnik erfolgreich gereinigt. Dazu gehören beispielsweise Kontaktflächen von Mikroschaltern, Düsenelemente aus der Druck­ technik, auf einem Keramikträger aufgebaute Mikro­ chips und Stanzteile für den Bau von Schaltelementen. Dabei wurden sowohl partikuläre Ablagerungen als auch biotische und/oder ablotische Beschichtung wie bei­ spielsweise Fingerabdrücke oder dünne Lackschichten entfernt.

Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung, ist die CO₂- Zuführung so ausgebildet, daß kurze CO₂-Strahlstöße erzeugt werden können. Diese sind verglichen mit einem kontinuierlichen CO₂-Strahl wesentlich effek­ tiver, da hier im Vergleich zu der längeren Einwirk­ zeit des Trockeneisstrahles höhere Thermospannungen erzeugt werden.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine Reinigung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Oben sind verkrustetet Düsen eines Tintenstrahldruckkopfes dargestellt, die erfindungsgemäß gereinigt wurden. Im unteren Teil der Abbildung ist ein Mikrochip auf einem Keramikträger dargestellt, dessen Verzunderung auf der rechten Seite zu sehen ist. Linksseitig ist in diesem Bild der gereinigte Bereich zu erkennen.

Fig. 7 zeigt eine Lackschicht, die mit der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung behandelt wurde. Die Dar­ stellung in Fig. 7 ist 50fach vergößert. Wie zu erkennen ist, ist die Lackschicht teilweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abgetragen worden. Deut­ lich ist die Rißbildung und die Absprengung vom Grundmaterial zu erkennen.

Claims (20)

1. Strahlwerkzeug (2) zur Erzeugung eines Strahles aus CO₂-Schnee mit einer ersten Düse (49) zur Er­ zeugung eines CO₂-Schnee-Strahles und einer zwei­ ten Düse (51) zur Erzeugung eines Stützstrahles, wobei die zweite Düse (51) die erste Düse (49) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Düse (51) eine Düse zur Erzeugung ei­ nes Überschall-Strahles ist.

2. Strahlwerkzeug (2) nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Düse (51) eine Laval-Düse ist.

3. Strahlwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Düse (49) mit einer Kapillare (42) als Zuleitung verbunden ist.

4. Strahlwerkzeug (2) nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (42) elektrisch geerdet ist.

5. Strahlwerkzeug (2) nach einem der beiden vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Düse (49) als konische Erweiterung der Kapillare (42) ausgebildet ist.

6. Strahlwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Düse (51) die erste Düse (49) konzentrisch um­ schließt.

7. Strahlwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlwerkzeug (2) eine Düsennadel (45) und einen diese umgebenden Düsenkopf (46) aufweist, wobei die erste Düse (49) in der Düsennadel (45) ange­ ordnet ist.

8. Strahlwerkzeug (2) nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Düse (51) als Zwischenraum zwischen Düsennadel (45) und Düsenkopf (46) ausgebildet ist.

9. Strahlwerkzeug (2) nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der zweiten Düse (51) durch die Außenkontur der Düsennadel (45) und/oder durch die Innenkontur des Düsenkopfes (46) ausgebildet ist.

10. Strahlwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (45) längs des Düsenkopfes (46) verschiebbar ist.

11. Strahlwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende der Düsennadel (45) eine Vorrichtung zur Lagerung und Zentrierung der Düsennadel (45) in dem Düsen­ kopf (46) angeordnet ist.

12. Strahlwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Düse (51) an ihrem Einlaß mehrere sternförmige Bohrungen zur Gaszufuhr aufweist.

13. Strahlwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahl­ richtung hinter der ersten Düse (49) eine Vor­ richtung (50) zur Deionisation des CO₂-Schnee- Strahles angeordnet ist.

14. Strahlwerkzeug (2) nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung (50) zur Deionisation einen zur ersten Düse (49) konzentrischen Metallring aufweist.

15. Strahlwerkzeug (2) nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall­ ring mindestens eine in den Strahlbereich ragende Ionisationsspitze aufweist.

16. Strahlwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung (50) zur Deionisation über ein Hochspan­ nungskabel (53) mit einem Ionisator verbunden ist.

17. Strahlwerkzeug (2) nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionisator regelbar ist.

18. Verwendung eines Strahlwerkzeugs (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Reinigen von Oberflächen und/oder der Entfernung von Beschich­ tungen im Bereich der optischen Industrie, der Medizintechnik, der pharmazeutischen Industrie, der Lackiertechnik, der Mikrotechnik und/oder der Feinwerktechnik und anderen.

19. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch zur Behandlung weicher Oberflächen, zur Entfernung partikulärer, biotischer und/oder ablotischer Be­ schichtungen und/oder Ablagerungen und/oder zur Entfernung von Lackschichten.

20. Verwendung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche zur Behandlung von Oberflächen im sub- µm-Bereich.