UV-Technik für Optik und Präzisionsbauteile – Reinigung, Aktivierung, Fügen und Prüfung

Bei optischen Präzisionsbauteilen ist die Oberfläche die Funktion. Ultraviolette Strahlung wird in der Optikfertigung an drei Stellen eingesetzt: zur photochemischen Entfernung organischer Filme, zur Aktivierung von Glas- und Polymeroberflächen vor dem Beschichten oder Kleben und zur Aushärtung transparenter Klebstoffe beim Fügen von Linsen, Prismen, Filtern und Lichtleitern. Technisches Ziel ist in allen drei Fällen eine reproduzierbare, dokumentierte Strahlungsdosis am Wirkort. Die zentrale Herausforderung liegt darin, dass das Werkstück selbst ein optisches Element mit definierter, häufig absichtlich begrenzter Transmission ist: Es verändert die Strahlung, die es aushärten oder reinigen soll. Entscheidende Größen sind die spektrale Bestrahlungsstärke am Bauteil, die daraus integrierte Dosis, die Photonenenergie der eingesetzten Wellenlänge und die lokale Sauerstoffkonzentration.

Die deutsche Photonik erwirtschaftete 2024 rund 50 Mrd. Euro Umsatz bei einer Exportquote von 76,3 Prozent und etwa 188.000 Beschäftigten in rund 1.000 Betrieben (SPECTARIS, Eckdaten 2025). Innerhalb dieser Branche ist das Segment „Komponenten und Materialien“ mit 27 Prozent des Produktionswerts das größte Einzelsegment – optische Bauteile sind also nicht ein Randmarkt der Photonik, sondern deren mengenmäßiger Kern. Weltweit erreichte das Teilsegment photonische Komponenten und Materialien 122,9 Mrd. US-Dollar mit einem mittleren Wachstum von 7,4 Prozent pro Jahr zwischen 2019 und 2022 (Photonics21/TEMATYS, Market Research Study Photonics 2024); passive optische Komponenten einschließlich Beschichtungen machten davon 38 Mrd. US-Dollar aus, wovon über 80 Prozent auf den sichtbaren Spektralbereich und rund 4 Prozent auf UV-Komponenten entfallen.

Die Wertschöpfungsstruktur erklärt die Toleranzanforderungen: Systeme und Subsysteme stellten 2022 rund 86 Prozent des Photonikmarkts, Komponenten 14 Prozent. Ein einzelnes Bauteil trägt damit einen kleinen Wertanteil, entscheidet aber über die Funktion einer sechs- bis siebenstelligen Baugruppe – eine fehlerhafte Klebung an einer Linse für 40 Euro kann ein Objektiv oder ein Lithografiemodul unbrauchbar machen. Diese Asymmetrie ist der wirtschaftliche Grund dafür, dass Prozessüberwachung in der Optikfertigung ein günstiger Hebel ist.

Vier Teilmärkte treiben die Anforderungen derzeit besonders:

• Halbleiterlithografie. SEMI prognostizierte für 2026 Fab-Equipment-Ausgaben von 124 Mrd. US-Dollar. Hier gelten die engsten Reinheitsbudgets der gesamten Optikfertigung.
• Automotive-LiDAR und Kameramodule. Der Markt für Automotive-LiDAR wuchs 2024 auf 859 Mio. US-Dollar und soll bis 2030 auf 3,56 Mrd. US-Dollar zulegen (Yole Group, 2025). Hohe Stückzahlen verlagern das Problem von der Einzelbaugruppe zur Prozessfähigkeit.
• AR-Optik. Bei AR-Brillen stieg der Anteil waveguide-basierter Geräte innerhalb eines Jahres von 13 Prozent (2. Halbjahr 2024) auf 38 Prozent (2. Halbjahr 2025) (Counterpoint Research, 2026). Diffraktive Wellenleiter werden waferbasiert gefertigt, was flächige Prozesshomogenität statt Punktbestrahlung erfordert.
• Laseroptik. Der Weltmarkt für Laserstrahlquellen lag 2022 bei 19,3 Mrd. US-Dollar, davon 1,4 Mrd. US-Dollar Excimerlaser. UV-Laseroptiken sind besonders empfindlich gegenüber Restkontamination, weil diese die Zerstörschwelle senkt.

Die technische Kette hinter diesen Zahlen ist durchgängig: steigende Stückzahlen und kleinere Bauteile führen zu waferbasierten und automatisierten Fertigungsketten, diese verbieten mechanische und nasschemische Reinigung, verschieben das Fügen auf schnell härtende UV-Klebstoffe und verlangen im Gegenzug messbare, geloggte Strahlungsgrößen anstelle von Erfahrungswerten.

Fünf Entwicklungen verschieben die Randbedingungen der Optikfertigung:

• Regulatorischer Übergang zu quecksilberfreien Quellen. Für quecksilberhaltige UV-Lampen enden die befristeten RoHS-Ausnahmen am 24. Februar 2027; über eine mögliche Verlängerung war 2026 noch nicht entschieden (Details unter RoHS und UV-Lampen – aktuelle Regelungen und Entwicklungen). Wer von Mitteldruck- oder Niederdruckstrahlern auf UV-LED wechselt, wechselt zugleich das Spektrum – Prozessfenster, Klebstofffreigaben und Sensorkalibrierungen sind neu zu belegen. Für Forschung, Instrumentenkalibrierung und Referenzstandards sind quecksilberhaltige Quellen unter der Minamata-Konvention ausgenommen, weshalb sie in der Metrologie voraussichtlich länger verfügbar bleiben als in der Produktion.
• Neue Wellenlängen. Verfügbare Leistung bei 265 nm und 222 nm erweitert die Verfahrensauswahl in Richtung UVC ohne Quecksilber. Konsequenz für die Messtechnik: Sensoren und Kalibrierungen müssen diese Wellenlängen abdecken, und eine bei 254 nm kalibrierte Kette ist nicht übertragbar.
• Waferbasierte Optikfertigung. Präzisionsblankpressen auf Waferebene, Nanoimprint für diffraktive Strukturen und Metaoberflächen verlagern Optikfertigung in Halbleiterprozessketten. Technische Folge: Prozesse müssen flächig homogen und trocken sein, die Kenngröße wechselt von der Bestrahlungsstärke im Punkt zur Verteilung über die Waferfläche.
• Additive Optikfertigung. Beim Inkjetdruck optischer Elemente aus Hybridpolymeren wird zwischen den Druckschichten UV-gehärtet. Die Dosis pro Schicht bestimmt Formtreue, Schichthaftung und Restmonomergehalt und damit unmittelbar die optische Qualität – eine schichtweise Dosiskontrolle wird zum Bestandteil der Fertigungsdatei.
• Normenaktualisierung. Mehrere für die Optik zentrale Normen wurden neu aufgelegt: ISO 9211-1 bis -3 im Februar 2024, ISO 10110-6 und -11 im Jahr 2025, ISO 13696 zur Gesamtstreuung 2022, und ISO 11551 zur Absorption optischer Laserkomponenten befindet sich in Neuausgabe. Ein Überblick über diese und weitere Normen steht unter Richtlinien, Normen und Standards im UV. Spezifikationen sollten dabei immer den Teil und das Ausgabejahr nennen.

Photochemische Reinigung und Aktivierung nutzen aus, dass UV-Photonen kurzer Wellenlänge energiereicher sind als typische Bindungen organischer Moleküle. Die Photonenenergie beträgt rund 7,2 eV bei 172 nm, 6,7 eV bei 185 nm und 4,9 eV bei 254 nm. Zum Vergleich liegen C–C-Bindungen bei etwa 3,6 eV und C–H-Bindungen bei etwa 4,3 eV. Strahlung unterhalb von 200 nm bricht organische Bindungen daher direkt auf.

Parallel läuft ein oxidativer Pfad. Sauerstoff dissoziiert erst bei Wellenlängen unter etwa 242 nm; die 185-nm-Linie einer Niederdruck-Quecksilberdampflampe erzeugt aus O₂ atomaren Sauerstoff und daraus Ozon. Die 254-nm-Linie derselben Lampe spaltet Ozon im Maximum seiner Hartley-Bande wieder auf und setzt dabei angeregten atomaren Sauerstoff frei. Dieses stark oxidierende Zwischenprodukt mineralisiert die zuvor aufgebrochenen Kohlenwasserstofffragmente zu CO₂ und H₂O, die als Gase abgeführt werden. Der Prozess arbeitet berührungslos, ohne Lösemittel und ohne Partikeleintrag – deshalb ist er für vergütete Oberflächen attraktiv, die keine mechanische Reinigung zulassen. Verfahren, Grenzen und typische Bauteile sind unter Oberflächenreinigung und Oberflächenaktivierung mit UVC und Ozon beschrieben, als Gerät für die geschlossene Kammer steht die BS-OX dafür.

Bei 172 nm (Xe₂-Excimer) dominiert der direkte photolytische Pfad, weil die Absorption von Sauerstoff bei dieser Wellenlänge so hoch ist, dass die Strahlung nur wenige Millimeter in Luft eindringt. Der Arbeitsabstand wird damit selbst zur Prozessgröße. Die Einschränkung gehört immer dazu: Was organische Verbindungen oxidiert, greift auch organische Bestandteile eines Bauteils an. Kunststoffoptiken, Kittschichten, Lackmarkierungen und manche Weichbeschichtungen sind deshalb vor der Prozessfreigabe einzeln zu prüfen – die Verträglichkeit ist eine Materialfrage, keine Verfahrensfrage.

Die spektrale Verteilung der gängigen UV-Strahlerarten – einschließlich der beiden Quecksilberdampflampen-Linien und der Excimerlampen – ist in der Spektraldatenbank für UV-Lampen hinterlegt und damit ein guter Ausgangspunkt für die Technologieauswahl.

Spektrale Bestrahlungsstärke am Wirkort (mW/cm²·nm). Sie bestimmt, wie viele Photonen pro Zeit welcher Energie tatsächlich am Bauteil ankommen. Nur die spektral aufgelöste Größe erlaubt den Abgleich mit der Absorption des Photoinitiators und mit der Transmissionskurve des Bauteils. Die zugrundeliegenden radiometrischen Größen – Bestrahlungsstärke und Dosis – sind unter Radiometrische Größen: Bestrahlungsstärke und Dosis definiert.

Bestrahlung, also Dosis (mJ/cm²). Das Zeitintegral der Bestrahlungsstärke steuert Umsatzgrad beim Kleben und Restkontamination beim Reinigen. Die Dosis ist die abnahmerelevante Größe, weil sie sich als einzelner Wert dokumentieren lässt – sie ersetzt aber nicht die Angabe der Bestrahlungsstärke, unter der sie erreicht wurde.

Photonenflussdichte. Aus der Bestrahlungsstärke folgt mit der Photonenenergie die Zahl der Photonen pro Fläche und Zeit. Bei 365 nm entspricht 1 mW/cm² etwa 1,8 · 10¹⁵ Photonen pro cm² und Sekunde, bei 265 nm nur etwa 1,3 · 10¹⁵. Gleiche Bestrahlungsstärke bedeutet bei kürzerer Wellenlänge also weniger, aber energiereichere Photonen.

Sauerstoffpartialdruck und Atmosphäre. Bei der photochemischen Reinigung ist Sauerstoff Reaktionspartner, bei der radikalischen Photopolymerisation ein Inhibitor. Dieselbe Größe wirkt in zwei Prozessen mit umgekehrtem Vorzeichen.

Arbeitsabstand und Geometrie. Bei 172 nm begrenzt die Sauerstoffabsorption die Reichweite auf wenige Millimeter, bei 185 nm liegt sie im Zentimeterbereich. Zusätzlich fällt die Bestrahlungsstärke bei Punktquellen näherungsweise quadratisch mit dem Abstand.

Temperatur. Sie beeinflusst die Emission von Amalgam- und Mitteldrucklampen, die Effizienz und Wellenlänge von UV-LEDs, die Reaktionskinetik nach Arrhenius und über die Wärmedehnung die Justage der Baugruppe.

Schichtdicke und Fugengeometrie. In absorbierenden Klebstoffen nimmt die Bestrahlungsstärke exponentiell mit der Tiefe ab. Fugentiefe und Klebstoffabsorption entscheiden daher darüber, ob eine Verklebung durchgehärtet oder nur oberflächlich vernetzt ist.

Homogenität und Einfallswinkel. Bei Flächen- und Waferprozessen bestimmt die Ungleichverteilung der Bestrahlungsstärke die Prozessgrenzen, weil das schwächste Feldgebiet die Mindestdosis und das stärkste die Materialbelastung festlegt.

Elektrische Lampenleistung ist keine optische Dosis. Der Zusammenhang zwischen Anschlussleistung und nutzbarer Bestrahlungsstärke am Bauteil hängt von Strahlerwirkungsgrad, Reflektorzustand, Kolbentrübung, Abstand und Alterung ab. Bei quecksilberbasierten Strahlern sinkt insbesondere der kurzwellige Anteil deutlich schneller als die Gesamtleistung; ein Strahler kann nominell noch „hell“ sein und den 185-nm-Anteil bereits weitgehend verloren haben.

Die Reihenfolge Zeit statt Dosis. Zeitgesteuerte Prozesse setzen implizit voraus, dass die Bestrahlungsstärke konstant bleibt. Sie ist es nicht: Lampen altern, LED-Sperrschichttemperaturen wandern, Fenster verschmutzen und solarisieren. Eine Zeitvorgabe ist nur zulässig, wenn die Bestrahlungsstärke regelmäßig gemessen und die Zeit nachgeführt wird.

Grenzen des Reziprozitätsgesetzes. Die Annahme, halbe Bestrahlungsstärke und doppelte Zeit ergäben dasselbe Ergebnis, gilt bei Photopolymeren nur in begrenzten Bereichen. Die Terminierungskinetik radikalischer Polymerisation hängt nichtlinear von der Bestrahlungsstärke ab, und die Gültigkeit des Bunsen-Roscoe-Gesetzes variiert mit der Harzviskosität. Prozessfenster sind deshalb je Formulierung experimentell abzusichern.

Sauerstoffinhibition an offenen Fugen. An freiliegenden Klebstoffoberflächen konkurriert Sauerstoff mit dem Monomer um Radikale. Die Folge sind klebrige Oberflächen, unvollständiger Umsatz und Ausgasung im späteren Betrieb – bei gleichzeitig korrekt gemessener Dosis. Gegenmaßnahmen sind höhere Bestrahlungsstärke, Inertisierung oder eine angepasste Formulierung.

Überbehandlung bei der Aktivierung. Photochemische Aktivierung erhöht die Oberflächenenergie, oxidiert bei zu hoher Dosis aber auch das Substrat: Kunststoffoptiken vergilben oder verspröden oberflächlich, Metall- und Fluoridschichten oxidieren, Kittschichten und Lackmarkierungen werden angegriffen. Der Prozess hat ein oberes Dosislimit, kein „mehr ist besser“.

Hydrophobe Rückbildung. Die durch Aktivierung erzeugte Benetzbarkeit ist zeitlich begrenzt. Polymerketten reorientieren sich, und die Oberfläche wird über Stunden bis Tage wieder unpolarer. Das Zeitfenster zwischen Aktivierung und Fügen ist eine Prozessgröße, die häufig nicht spezifiziert wird.

Das Bauteil als Filter. Ein UV-Sperrfilter lässt die Härtungsstrahlung bestimmungsgemäß nicht durch, ein Bandpassfilter nur in einem schmalen Fenster. Quarzglas ist bis unter 200 nm transparent, Borosilikatglas wie N-BK7 wird unterhalb von etwa 320 nm praktisch opak, Kunststoffoptiken aus PMMA oder Cyclo-Olefin haben ihre eigene Kante. Eine Dosisangabe, die vor dem Bauteil gemessen wurde, beschreibt nicht die Dosis im Fügespalt.

Messung am falschen Ort. Eine Messung am Lampenausgang oder außerhalb der Kammer erfasst weder die Absorption durch Bauteile und Fenster noch Reflexions- und Abschattungseffekte in der Baugruppe. Bei 172 nm kommt hinzu, dass die Luftstrecke zwischen Messkopf und Referenzebene das Ergebnis dominiert.

Spektrale Fehlanpassung von Breitbandsensoren. Ein filterbasiertes Radiometer bewertet das Spektrum mit seiner eigenen spektralen Empfindlichkeit. Wechselt die Quelle – etwa von einer Mitteldrucklampe zu einer 385-nm-LED – ändert sich der Messwert auch dann, wenn die physikalische Bestrahlungsstärke gleich bleibt. Vergleiche zwischen Quellentypen setzen eine spektrale Messung oder eine dokumentierte Fehlanpassungskorrektur voraus.

Positionsdrift nach dem Fügen. Klebstoffe schwinden bei der Vernetzung. Bei aktiver Justage im Submikrometerbereich verschiebt der Schrumpf die Bauteillage während und nach der Härtung; Nachhärtung und Feuchteaufnahme führen zu einem verzögerten Post-Cure-Shift. Auch die Restspannung im Bauteil ist keine Nebensache: Mehrpunktverklebungen erzeugen Spannungsdoppelbrechung und Flächenformfehler, die als Wellenfrontfehler messbar werden.

Transmissionskanten der Substrate. Die nutzbare Wellenlänge wird vom Substrat vorgegeben, nicht vom Klebstoff: synthetisches Quarzglas ist bis etwa 185 nm einsetzbar, Kalziumfluorid bis in den Bereich um 130 nm, klassische Krongläser nur bis in das lange UV-A. Bei Bestrahlung durch das Bauteil hindurch entscheidet diese Kante darüber, ob überhaupt Photonen den Klebstoff erreichen.

Solarisation und Punktdefekte. UV-Bestrahlung erzeugt in Quarzglas Punktdefekte wie E'-Zentren, nichtbrückenbindende Sauerstoffzentren und Sauerstoffmangelzentren. Ihre Bildung und Ausheilung hängt vom OH-Gehalt, von Chlor- und Fluorgehalt sowie von einer Wasserstoffbeladung ab. Praktische Folge: Eintrittsoptiken, Lichtleiter und Diffusoren in UV-Messgeräten driften über die Betriebsdauer – ein physikalischer Grund für definierte Rekalibrierintervalle, nicht nur eine formale QM-Anforderung.

Winkelverschiebung von Interferenzfiltern. Die Durchlasswellenlänge eines Interferenzfilters verschiebt sich bei schrägem Einfall zu kürzeren Wellenlängen. Mit einem effektiven Index von 1,7 ergibt ein Einfallswinkel von 20 Grad eine Verschiebung von rund 2 Prozent, aus 365 nm werden also etwa 358 nm. Eine bei senkrechtem Einfall aufgenommene Kurve beschreibt den Einsatz im konvergenten Strahlengang deshalb nicht mehr korrekt. Derselbe Effekt begrenzt die Genauigkeit filterbasierter Radiometer.

Gerichtete gegen gesamte Transmission. An streuenden, mattierten oder strukturierten Flächen sind der reguläre und der gesamte Transmissionsgrad zwei verschiedene Zahlen. Welche die richtige ist, folgt aus der Anwendung: Für die Abbildungsqualität zählt der gerichtete Anteil, für die Energiebilanz eines Härtungsprozesses die Gesamttransmission. Ohne Angabe der Messgeometrie ist ein Transmissionswert nicht interpretierbar.

Streulicht wächst überproportional im UV. Oberflächenstreuung skaliert bei gleicher Rauheit näherungsweise mit λ⁻⁴. Eine Politur, die im Sichtbaren unauffällig ist, kann im DUV Streulichtgrenzwerte verletzen. Rauheits- und Streulichtangaben sind zudem nur vergleichbar, wenn das erfasste Ortsfrequenz- beziehungsweise Winkelband mitgenannt wird.

Molekulare Kontamination. Bei kurzwelliger Strahlung genügen atomare Schichtdicken: Nach Modellrechnungen zur EUV-Lithografie entspricht ein Reflexionsverlust von einem Prozent pro Spiegel etwa fünf Atomlagen Kohlenstoff, und bei rund zehn Spiegeln in einem Werkzeug summiert sich das zu etwa zehn Prozent Durchsatzverlust; die zulässigen Kohlenwasserstoff-Partialdrücke liegen im Bereich von 10⁻¹² mbar (ASML Research, 2016). Deshalb sind ausgasungsarme Klebstoffe – üblich ist ein Screening nach ASTM E595 mit Massenverlust unter 1 Prozent und kondensierbaren Anteilen unter 0,1 Prozent – und kontaminationsarme, oxidationsschonende Reinigungsprozesse Voraussetzung und nicht Zugabe.

Die Bestrahlung, im industriellen Sprachgebrauch Dosis, ist das Zeitintegral der Bestrahlungsstärke: H = ∫ E_e(t) dt, beziehungsweise H = E_e · t bei konstanter Bestrahlungsstärke. Dabei ist H die Bestrahlung in mJ/cm², E_e die Bestrahlungsstärke in mW/cm² und t die Bestrahlungsdauer in Sekunden. Voraussetzung der einfachen Produktform ist eine zeitlich konstante Quelle; bei gepulsten oder getakteten Systemen und bei bewegten Bauteilen ist zwingend zu integrieren.

Innerhalb absorbierender Medien – Klebstoff, gefärbtes Glas, Photoresist – fällt die Bestrahlungsstärke nach dem Lambert-Beer-Gesetz ab: E_e(z) = E_e(0) · e^(–αz), mit α = ε · c. z ist die Tiefe, α der Absorptionskoeffizient, ε der molare Extinktionskoeffizient des Photoinitiators und c seine Konzentration. Daraus folgt die für die Praxis wichtigste Konsequenz: Die Dosis ist keine Bauteileigenschaft, sondern eine Ortsfunktion. Die Werkstoffkennwerte dieses Zusammenhangs – kritische Energiedichte und Eindringtiefe – lassen sich radiometrisch bestimmen und beschreiben, ab welcher Dosis in welcher Tiefe Gelierung eintritt.

Grenzen des Modells. Lambert-Beer setzt eine ortsfeste, nicht verbrauchte Absorberkonzentration voraus. Bei der Photopolymerisation wird der Initiator jedoch verbraucht, das Medium bleicht mit fortschreitender Belichtung aus, und die Absorption verschiebt sich zeitlich. Streuung im Klebstoff, Reflexionen an Fügeflächen und Sauerstoffdiffusion aus der Umgebung sind ebenfalls nicht enthalten. Das Gesetz liefert daher eine untere Abschätzung der Durchhärtetiefe und eine Erklärung für Tiefengradienten – keine exakte Prozessvorhersage.

Annahmen. Ein Sensorfenster mit einem Transmissionsgrad von 12 Prozent bei 365 nm wird auf eine Fassung geklebt. Die Klebstoffspezifikation fordert eine Dosis von 3.000 mJ/cm² bei 365 nm im Fügespalt. Der UV-LED-Spot liefert an der Bauteiloberseite 200 mW/cm² bei 365 nm. Die Klebstoffschicht ist 100 µm dünn, ihre Eigenabsorption wird für den ersten Ansatz vernachlässigt.

Modell. E_Spalt = τ · E_Oberseite und t = H / E_Spalt.

Rechnung. E_Spalt = 0,12 · 200 mW/cm² = 24 mW/cm²; t = 3000 / 24 = 125 s.

Ergebnis. Statt der aus der Bestrahlungsstärke an der Oberseite abgeleiteten 15 Sekunden sind rechnerisch 125 Sekunden erforderlich – Faktor 8,3.

Technische Interpretation. Die Rechnung ist eine untere Schranke. Bei nur 24 mW/cm² läuft die Polymerisation langsamer ab, wodurch Sauerstoff aus der Umgebung während der verlängerten Bestrahlung stärker in die Fuge diffundieren kann; die Reziprozitätsannahme, dass die gleiche Dosis bei geringerer Bestrahlungsstärke denselben Umsatz liefert, ist in diesem Bereich nicht gesichert. Die tatsächlich erforderliche Dosis kann daher höher liegen. Praktisch bestehen drei Auswege: eine Wellenlänge wählen, bei der das Bauteil höhere Transmission zeigt; von der Fugenseite mit einem UV-LED-Spot bestrahlen; oder auf einen Klebstoff mit passender Initiatorabsorption wechseln. In allen drei Fällen ist die Bestrahlungsstärke in der Ebene des Fügespalts messtechnisch zu belegen, nicht zu berechnen.

Halbleiter- und Lithografieoptik. Eingesetzt wird UV zur trockenen Endreinigung von Substraten, Masken und Fassungsteilen, weil bereits monomolekulare Kohlenwasserstofffilme unter kurzwelliger Bestrahlung zu Kohlenstoffabscheidungen führen. Kritische Prozessgröße ist die Restkontamination nach der Behandlung, indirekt kontrolliert über die applizierte Dosis und die Ozonkonzentration – wie sie auch in der Elektronik- und Halbleiterfertigung eine zentrale Rolle spielt.

Automotive-Sensorik. Kameramodule und LiDAR-Baugruppen werden in hohen Stückzahlen mit UV-Klebstoffen gefügt, weil sich Fixierung und Justage in einem Takt verbinden lassen. Kritisch ist die Reproduzierbarkeit der Bestrahlungsstärke über alle Nester einer Anlage, da sonst die Prozessfähigkeit statt der Einzelverbindung versagt – die Einbindung solcher Messtechnik in getaktete Anlagen behandelt die Marktseite Automatisierung und Prozessintegration ausführlich.

AR- und Mikrooptik. Wafer-Level-Optiken, geprägte Wellenleiter und Metaoberflächen erfordern flächige Aktivierung und Aushärtung mit definierter Homogenität. Kritische Größe ist die Ungleichverteilung der Bestrahlungsstärke über die Waferfläche.

Medizintechnik und Endoskopie. Distale Optiken, Faserbündel und Fenster werden mit biokompatiblen, sterilisierbaren Klebstoffen gefügt. Kritisch ist der vollständige Umsatz, weil unvernetzte Restmonomere extrahierbar sind und die Biokompatibilitätsprüfung gefährden; die Dosisdokumentation ist Teil der Prozessvalidierung.

Laseroptik. Vor der Beschichtung entscheidet die Oberflächenreinheit über die laserinduzierte Zerstörschwelle. Kritisch ist hier, dass die Reinigungsdosis hoch genug für die organische Restschicht und niedrig genug für die Beschichtungsverträglichkeit ist.

Datacom und integrierte Photonik. Beim Ankoppeln von Fasern an photonische Chips wird nach aktiver Justage im Submikrometerbereich UV-fixiert. Kritisch ist der Härtungsschrumpf, weil er die Koppeleffizienz direkt verschlechtert.

Raumfahrt- und Vakuumoptik. Hier verbindet sich die Anforderung an vollständige Aushärtung mit der Ausgasungsqualifikation der Klebstoffe. Kritisch sind Umsatzgrad und Nachhärtung, weil unvollständig vernetzte Anteile später auf kalten optischen Flächen kondensieren und dort unter UV-Bestrahlung photofixiert werden.

Forschung und Metrologie. In Kalibrier- und Prüflaboren dient definierte UV-Bestrahlung der Charakterisierung von Materialien, Sensoren und Quellen. Kritisch ist die Rückführbarkeit der Bestrahlungsstärke auf nationale Normale.

Bei VUV-Prozessen um 172 nm begrenzt die Sauerstoffabsorption die nutzbare Strecke. Technische Antworten sind inertisierte Kammern mit Stickstoffspülung, minimierte Arbeitsabstände im Millimeterbereich und Messtechnik, die bei genau dieser Wellenlänge kalibriert ist – ein bei 254 nm kalibrierter Sensor ist bei 172 nm nicht aussagefähig.

Bei Baugruppen, deren Fügestelle nicht direkt zugänglich ist, wird die Strahlung entweder über Lichtleiter oder über Reflexionen im Bauteil geführt. Wie das Feld an einer verwinkelten Baugruppe tatsächlich verteilt ist, lässt sich vor dem Bau der Vorrichtung durch eine Optiksimulation abschätzen; die Simulation ersetzt jedoch nicht die abschließende Messung im Fügespalt, weil Streuung an technischen Oberflächen und Toleranzen der Justage nur begrenzt modellierbar sind.

Bei temperaturempfindlichen Baugruppen ersetzen schmalbandige UV-LEDs breitbandige Strahler, weil der IR-Anteil und damit die thermisch bedingte Dejustage entfallen – aufbaufertig etwa als UV-LED Spot mit LEDControl Touch als regelbarer Steuerung. Bei sehr dicken oder stark absorbierenden Klebstoffschichten kann umgekehrt eine breitbandige Quelle nötig sein, weil dort langwellige Anteile die Tiefenwirkung tragen.

Wo Ozon prozessseitig unerwünscht ist, aber Aktivierung nötig bleibt, kommen ozonarme Wellenlängen wie 222 nm oder oberflächennahe VUV-Verfahren in Frage; wo Ozon der eigentliche Wirkstoff ist, muss die Kammer die Ozonkonzentration und die Verweilzeit reproduzierbar führen.

Aus der Anwendung folgt die Messgröße, nicht umgekehrt. Zu klären ist zuerst, welche physikalische Größe den Prozess bestimmt: Bei der photochemischen Reinigung ist es die Bestrahlung im kurzwelligen UVC in Verbindung mit der Ozonkonzentration, beim Kleben die Bestrahlungsstärke im Absorptionsbereich des Photoinitiators und die daraus resultierende Dosis, bei der Aktivierung die Dosis im Bereich der zu brechenden Bindungen. Anschließend ist der Messort festzulegen: die Bauteiloberfläche bei der Reinigung, der Fügespalt beim Kleben. Messungen außerhalb dieser Ebene sind Hilfsgrößen und nur nach dokumentierter Korrelation zulässig.

Breitbandmessung mit filterbasiertem Radiometer genügt, solange Quelle und Spektrum unverändert bleiben und ausschließlich Änderungen über der Zeit überwacht werden. Sie ist robust, schnell und für die laufende Produktionsüberwachung geeignet.

Spektrale Messung mit Spektralradiometer wie dem SR900 oder dem UVpad ist erforderlich, wenn Quellentypen verglichen, Wellenlängen gewechselt, Klebstoffe qualifiziert oder Transmissionskurven von Bauteilen berücksichtigt werden. Bei Prozessen um 172 nm ist spezielle VUV-Messtechnik wie das tinyTracker 172 nm nötig, weil handelsübliche Sensoren dort nicht kalibriert sind.

Dosismessung an flachen oder engen Fügestellen leisten flache Datenlogger wie das curelog oder Bestrahlungskammern mit definierter Geometrie wie die UV-MAT; für reproduzierbare Materialqualifikation im Labor stehen Bestrahlungskammern allgemein zur Verfügung.

Gesamttransmission streuender oder strukturierter Bauteile erfassen Ulbrichtkugeln beziehungsweise die Cary-60-Ulbrichtkugel, weil sie auch den gestreuten Anteil einsammeln. Für die Transmission bei fester Prozesswellenlänge im Wareneingang und in der Chargenprüfung eignen sich Prozessphotometer.

In automatisierten Fertigungslinien wandert die Messung von der Stichprobe in den Prozess. Inline-Sensoren in der Bestrahlungsebene liefern kontinuierlich die Bestrahlungsstärke, aus der die Anlagensteuerung die Dosis pro Werkstück integriert – digital angebunden über PLC.D oder PLC.net. Die technische Bedeutung liegt nicht in der Schnittstelle, sondern in der Regelgröße: Wird die Dosis geregelt statt die Zeit, kompensiert die Anlage automatisch die Alterung der Quelle, die Verschmutzung von Fenstern und die Temperaturabhängigkeit von UV-LEDs. Ohne diese Rückführung wandert das Prozessergebnis mit der Standzeit der Lampe.

Digitale Sensoren mit direkter Anbindung an Steuerungen erlauben Grenzwertüberwachung mit Vorwarnschwelle: Eine erste Schwelle löst Wartung aus, bevor eine zweite Schwelle Bauteile sperrt. Ergänzt um eine Datenaufzeichnung je Werkstück entsteht die Nachweiskette, die in regulierten Branchen ohnehin gefordert wird und die im Fehlerfall die Abgrenzung betroffener Chargen ermöglicht.

Für die statistische Bewertung ist zu beachten, dass ein Inline-Sensor eine Position repräsentiert, nicht das Feld. Der Fähigkeitsnachweis eines UV-Messsystems verlangt daher eine Korrelation zwischen der Sensorposition und der Bauteilebene sowie eine regelmäßige Referenzmessung mit einem rückgeführten Messgerät. Nur so ist die laufende Überwachung metrologisch an die Prozessfreigabe angebunden.

Zur Messunsicherheit gehören mindestens die Kalibrierunsicherheit, die spektrale Fehlanpassung, der Cosinus-Fehler bei nicht senkrechtem Einfall, die Linearität über den Messbereich, die Temperaturabhängigkeit des Sensors und dessen Langzeitstabilität. Die maßgebliche Referenz für Aufbau, Charakterisierung und Kalibrierung von UV-Radiometern ist die CIE-Publikation 220:2016. Erst die Rückführung auf nationale Normale macht Dosisangaben zwischen Lieferant und Kunde überhaupt vergleichbar – dafür steht das nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Kalibrierlabor.

1. Grundlagen der UV/Ozon-Reinigung. Vig beschrieb 1985 systematisch das Zusammenspiel von 185-nm-Ozonbildung, 254-nm-Ozon-Photolyse und atomarem Sauerstoff und begründet, dass die am Bauteil ankommende Bestrahlungsstärke – nicht die Lampenleistung – die Reinigungswirkung bestimmt. – Vig, J. R.: UV/ozone cleaning of surfaces, Journal of Vacuum Science & Technology A 3(3), 1027–1034, 1985.
2. Auswahl von Wellenlänge und Entladungstyp bei Excimerquellen. Kogelschatz, Esrom, Zhang und Boyd fassten 2000 die Grundlagen inkohärenter UV- und VUV-Excimerstrahlung für Niedertemperatur-Materialprozesse zusammen. – Kogelschatz, U. et al.: High-intensity sources of incoherent UV and VUV excimer radiation for low-temperature materials processing, Applied Surface Science 168, 29–36, 2000.
3. VUV-Aktivierung quantitativ. Hozumi und Mitarbeiter zeigten, wie der Wasserkontaktwinkel von Polymeroberflächen mit der 172-nm-Dosis abnimmt, und dass Arbeitsabstand und Restsauerstoff im Spalt die effektive Dosis dominieren. – Hozumi, A.; Inagaki, H.; Kameyama, T.: The hydrophilization of polystyrene substrates by 172-nm vacuum ultraviolet light, Journal of Colloid and Interface Science 278(2), 383–392, 2004.
4. Grenzen des Reziprozitätsgesetzes. Wydra und Mitarbeiter prüften 2014 das Reziprozitätsgesetz an Dimethacrylat-Systemen theoretisch und experimentell und zeigten, dass es nur in begrenzten Bereichen gilt. – Wydra, J. W. et al.: The reciprocity law concerning light dose relationships applied to BisGMA/TEGDMA photopolymers, Dental Materials 30(6), 605–612, 2014.
5. Sauerstoffinhibition. Ligon und Mitarbeiter fassten 2014 den Stand zur Sauerstoffinhibition in der Photopolymerisation zusammen und erklären damit die typische Restklebrigkeit offener Fugen sowie die Wirksamkeit von Inertisierung und erhöhter Bestrahlungsstärke. – Ligon, S. C. et al.: Strategies to Reduce Oxygen Inhibition in Photoinduced Polymerization, Chemical Reviews 114(1), 557–589, 2014.
6. Molekulare Kontamination optischer Oberflächen. Hollenshead und Klebanoff modellierten 2006 das strahlungsinduzierte Kohlenstoffwachstum auf EUV-Optiken in Abhängigkeit von Kohlenwasserstoff-Partialdruck und Photonenfluss; daraus werden bis heute zulässige Restkonzentrationen in Fertigungs- und Messumgebungen abgeleitet. – Hollenshead, J. T.; Klebanoff, L. E.: Modeling radiation-induced carbon contamination of extreme ultraviolet optics, Journal of Vacuum Science & Technology B 24(1), 64–82, 2006.
7. Streulichtkennwerte im Methodenvergleich. Duparré und Mitarbeiter zeigten 2002, dass Rauheits- und Streulichtkennwerte optischer Oberflächen nur bei Angabe des erfassten Ortsfrequenzbands vergleichbar sind – eine Einschränkung, die in Abnahmespezifikationen häufig fehlt. – Duparré, A. et al.: Surface characterization techniques for determining the root-mean-square roughness and power spectral densities of optical components, Applied Optics 41(1), 154–171, 2002.

Brechzahl von UV-gehärtetem Photoresist für die Zwei-Photonen-Lithografie mikrooptischer Strukturen – dieselbe Fragestellung wie beim Fügen durch ein optisches Bauteil hindurch: Wie verändert UV-Belichtung die optischen Eigenschaften des gehärteten Materials selbst?
Exposure-dependent refractive index of Nanoscribe IP-Dip photoresist layers
Dottermusch, Stephan, et al. "Exposure-dependent refractive index of Nanoscribe IP-Dip photoresist layers." Optics Letters 44.1 (2018): 29–32.

Mikrostrukturierte Polymer-Probenhalter für die serielle Kristallographie an Synchrotronen und Freie-Elektronen-Lasern – UV-strukturierte Präzisionsbauteile mit denselben Anforderungen an Formtreue und Reinheit wie an einer Röntgenoptik-Beamline.
Micro-structured polymer fixed targets for serial crystallography at synchrotrons and XFELs
Carrillo, Melissa, et al. "Micro-structured polymer fixed targets for serial crystallography at synchrotrons and XFELs." IUCrJ 10.6 (2023).

Ausgasungsmonitoring eines Silikonklebstoffs für Raumfahrt-Baugruppen unter Vakuum-UV-Exposition – die Ausgasungsproblematik, die oben unter Raumfahrt- und Vakuumoptik als kritisch benannt wird, direkt am Klebstoff gemessen.
Multiparameter Single Sensor for Space Silicone Adhesive Monitoring Under High-Vacuum Ultraviolet Exposure
Fazzi, Luigi, et al. "Multiparameter Single Sensor for Space Silicone Adhesive Monitoring Under High-Vacuum Ultraviolet Exposure." Journal of Spacecraft and Rockets 60.3 (2023): 740–752.

Normative Bezugsdokumente: ISO 10110 (Zeichnungsangaben für optische Elemente, Teile 6 und 11 in Ausgabe 2025), ISO 9211-1 bis -3:2024 (optische Schichten), ISO 13696:2022 (Gesamtstreuung), ISO 11551 (Absorption optischer Laserkomponenten), ISO 14644-1:2015 und ISO 14644-8:2022 (Reinraum, chemische Luftreinheit), ASTM E595 (Ausgasung), DIN 5031-10:2018 (photobiologisch wirksame Strahlung), DIN EN ISO/IEC 17025:2018-03 (Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien) sowie CIE 220:2016 (Charakterisierung und Kalibrierung von UV-Radiometern) – ein Überblick über die einschlägigen Normen und Richtlinien steht auch unter Richtlinien, Normen und Standards im UV.

Marktangaben: SPECTARIS Eckdaten 2025 und Trend Report Photonics 2025/2026; Photonics21/TEMATYS Market Research Study Photonics 2024 (Datenbasis 2022); SEMI World Fab Forecast (Juni 2025); Yole Group und Counterpoint Research (kommerzielle Marktstudien, 2025/2026).

Wie wird eine optische Oberfläche mit UV-Strahlung gereinigt?
Kurzwellige UV-Strahlung bricht organische Bindungen direkt auf, während die 185-nm-Linie aus Luftsauerstoff Ozon bildet und die 254-nm-Linie dieses Ozon zu atomarem Sauerstoff aufspaltet. Der atomare Sauerstoff oxidiert die Molekülfragmente zu CO₂ und Wasser, die als Gase abgeführt werden. Das Verfahren arbeitet berührungslos und ohne Lösemittel, entfernt aber nur organische Filme – keine Partikel und keine Salze.

Welche Wellenlänge eignet sich zum Kleben optischer Bauteile?
Maßgeblich sind zwei Kurven: die Absorption des Photoinitiators und die Transmission des Bauteils, durch das bestrahlt wird. Quarzglas ist bis unter 200 nm durchlässig, Borosilikatglas praktisch nur oberhalb von etwa 320 nm, und UV-Sperrfilter blockieren bestimmungsgemäß. In der Praxis werden 365 nm, 385 nm und 405 nm eingesetzt; bei stark dämpfenden Bauteilen wird stattdessen von der Fugenseite bestrahlt.

Welche Dosis ist erforderlich?
Die Dosis gibt der Klebstoff- oder Prozesslieferant vor, typischerweise in mJ/cm² bei einer definierten Wellenlänge. Sie ist nur zusammen mit der Bestrahlungsstärke und dem Messort aussagefähig, weil derselbe Dosiswert bei stark unterschiedlicher Bestrahlungsstärke nicht zwangsläufig denselben Umsatz ergibt. Maßgeblich ist die Dosis im Fügespalt, nicht an der Bauteiloberseite.

Wodurch unterscheiden sich Bestrahlungsstärke und Dosis?
Die Bestrahlungsstärke ist eine Leistungsdichte in mW/cm² und beschreibt den momentanen Zustand. Die Dosis, physikalisch die Bestrahlung, ist deren Zeitintegral in mJ/cm² und beschreibt die insgesamt eingebrachte Energie pro Fläche. Zwei Prozesse mit gleicher Dosis können unterschiedliche Ergebnisse liefern, wenn sich ihre Bestrahlungsstärke unterscheidet. Wie sich Bestrahlungsstärke, Dosis und Fluenz formal unterscheiden, führt die Übersicht der radiometrischen Größen aus.

Der UV-Prozess wirkt nicht, obwohl die Lampenleistung ausreicht – woran liegt das?
Die häufigsten Ursachen sind Alterung der Quelle mit überproportionalem Verlust kurzer Wellenlängen, Absorption durch das Bauteil oder ein Kammerfenster, ein zu großer Arbeitsabstand, Sauerstoffinhibition an offenen Fugen und eine Messung außerhalb der Wirkebene. Elektrische Anschlussleistung ist keine optische Dosis; ohne Messung am Wirkort bleibt die Ursache unbestimmbar. Die dahinterliegenden Definitionen und Einheiten führt die Übersicht der radiometrischen Größen.

Wie wird die UV-Dosis in einem Fügespalt gemessen?
Praktikabel sind flache Messköpfe oder Datenlogger, die in der Ebene des Fügespalts positioniert werden, sowie Messungen an einem repräsentativen Vorrichtungsdummy mit identischer Geometrie. Wenn eine direkte Messung geometrisch unmöglich ist, wird an einer zugänglichen Position gemessen und der Zusammenhang zur Fugenebene einmalig quantifiziert und dokumentiert.

Reicht ein Breitbandradiometer, oder braucht es eine spektral auflösende Messung?
Ein Breitbandradiometer genügt, solange dieselbe Quelle über die Zeit überwacht wird. Sobald Quellentypen verglichen, Wellenlängen gewechselt oder Bauteiltransmissionen berücksichtigt werden, ist eine spektrale Messung erforderlich, weil filterbasierte Sensoren das Spektrum mit ihrer eigenen Empfindlichkeit bewerten und dabei systematisch abweichen.

Warum verschiebt sich die Wirkung eines Interferenzfilters mit dem Einfallswinkel?
Ein Interferenzfilter wirkt über die optische Weglänge in seinen Schichten. Bei schrägem Einfall verkürzt sich diese effektiv, und die Durchlasswellenlänge verschiebt sich zu kürzeren Werten – bei 20 Grad um rund zwei Prozent. Eine bei senkrechtem Einfall gemessene Kurve beschreibt den Einsatz im konvergenten Strahlengang daher nicht korrekt.

Optische Bauteile berühren mehrere Nachbarfelder: Die Elektronik- und Halbleiterfertigung teilt Reinigung, VUV-Aktivierung und Prozessketten auf Waferebene, in der Luft- und Raumfahrt werden dieselben Oberflächen zusätzlich auf Strahlungsalterung geprüft, und die Transmissionsprüfung für Laserprozesse misst die Durchlässigkeit, die hier als Bauteileigenschaft vorausgesetzt wird.

Unklar, welche Dosis den Klebstoff im tatsächlichen Fügespalt erreicht, wenn das optische Bauteil selbst die Härtungsstrahlung dämpft? Wir bestimmen die spektrale Bestrahlungsstärke und Dosis am realen Wirkort, bewerten Transmission und Messgeometrie Ihres Bauteils und leiten daraus ein belastbares Prozessfenster ab – rückgeführt über unser akkreditiertes Kalibrierlabor. Schreiben Sie uns Ihre Fragestellung.