Cleanroom

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Een cleanroom van binnen. Geel licht wordt gebruikt tijdens productie van halfgeleiders.
Cleanroom voor fabricage van halfgeleiders (in aanbouw)
Typical cleanroom head garment
Iemand met de benodigde uitrusting gaat een cleanroom binnen.

Een cleanroom is een zeer zuivere werkomgeving: ontworpen om contaminatie aan het productproces of aan het onderzoek dat in die omgeving gebeurt te beperken, of indien mogelijk uit te sluiten.

Die contaminatie kan bestaan uit stof of vezels, in de lucht aanwezige micro-organismes, fijn stof of chemische dampen. De hoeveelheid vervuiling in een cleanroom wordt gespecificeerd door het aantal deeltjes per kubieke meter van een specifieke omvang. Bijvoorbeeld in een stedelijke omgeving bevat de lucht 35 miljoen deeltjes van 0,5 µm of groter per kubieke meter. In een ISO 5 cleanroom zijn er bijvoorbeeld maar 3520 deeltjes van die diameter per m3, dit is dus zo'n 10 000 keer zo "clean".

Overzicht[bewerken]

Cleanrooms bestaan in allerlei vormen en afmetingen. Hele fabricagefaciliteiten kunnen aanwezig zijn in een cleanroom met oppervlaktes van duizenden vierkante meters. Cleanrooms kunnen ook slechts enkele vierkante meter groot zijn, of slechts zo groot als een grote werktafel (flowbench). De meeste cleanrooms hebben een verticale luchtstroom, sommige zijn zeer hoog (bijvoorbeeld bij de bouw van satellieten) en hebben dan dikwijls een horizontale luchtstroom.

Cleanrooms worden vooral gebruikt bij de fabricage van halfgeleiders of geneesmiddelen. Maar ook in andere industrieën zoals de biotechnologie, de biologie, de optica, de productie van zonnecellen, de ruimtevaart, worden cleanrooms gebruikt om producten of processen te beschermen. Meer recent maakt ook de voedingsindustrie meer en meer gebruik van cleanroomtechnieken. Een betere controle van het productieproces kan de houdbaarheidsdatum van bereide gerechten of verse producten in belangrijke mate verlengen; ook de strengere controle op kwaliteit leidt tot strengere omgevingseisen tijdens de productie.

De lucht die van buiten de cleanroom inkomt wordt gefilterd van stofdeeltjes. De lucht in de cleanroom wordt permanent gewisseld en gefilterd door middel van HEPA- (tot 99,9995% efficiënt) en ULPA- (ultra low penetration air; 99,999% efficiënt) filters om interne vervuiling te verwijderen.

Medewerkers gaan een cleanroom binnen via een luchtsluis (waar soms ook een luchtdouche aanwezig is). Ze dragen kleding zoals speciale mutsen of een hoofdkap, een overall overschoentjes of overlaarzen en soms ook mondmaskers en handschoenen. Deze kleding dient om te voorkomen dat de persoon die in de cleanroom werkt, deze ruimte contamineert. Contaminatie kan bestaan uit haren, huidschilfers van de persoon zelf, maar ook vezels en stofdeeltjes van zijn of haar onderkleding. Voor ze de cleanroom binnen gaan lopen de cleanroomgebruikers of operators over een kleefmat, hierop blijven de deeltjes achter die zich nog aan hun zolen bevinden. Ook transportwagentjes rijden over dit soort mat om contaminatie te vermijden die via de wieltjes zou worden binnengebracht. De kleding die de gebruikers dragen wordt regelmatig gewisseld, afhankelijk van de cleanroomklasse kan dit enkele malen per dag zijn of enkele malen per week. Deze kleding kan wasbaar zijn of wegwerp. De wasbare kleding is gewoonlijk in 100% polyester weefsel en wordt gewassen in een speciale cleanroomwasserij.

Gereedschap en meubels in een cleanroom zijn speciaal ontworpen om zo min mogelijk vervuiling te produceren. Daarnaast zijn er ook speciale materialen zoals stofarm papier, speciale stofarme wipes, poedervrije handschoenen, alles om zo weinig mogelijk stofdeeltjes of vezeltjes te produceren. De concentratie van stofdeeltjes wordt gemeten met een deeltjesteller (particle counter). De stofdeeltjes die gemeten worden zijn tussen 0,1 en 5 micrometer groot en zijn met het blote oog niet zichtbaar. Het menselijk oog ziet deeltjes vanaf ongeveer 30 micrometer.

In cleanrooms is de luchtdruk hoger dan die van de omgeving daar buiten. Hierdoor kan er nooit vuile lucht naar binnen.

De HVAC (een luchtbehandelingssysteem) van een cleanroom zorgt er (soms ongewild) voor dat relatieve vochtigheid van de ruimte op een laag niveau blijft. Hierdoor zijn extra maatregelen nodig om elektrostatische ontladingen te voorkomen.

Luchtstroomprincipes[bewerken]

Luchtstroompatroon voor een turbulente stroom-cleanroom
Luchtstroompatroon voor een laminaire stroom-cleanroom"

Classificatie van cleanrooms[bewerken]

Cleanrooms zijn geclassificeerd volgens het aantal deeltjes van een maximale omvang per hoeveelheid lucht. De hoge nummers zoals "klasse 100" of "klasse 1000" zijn classificaties die door de Verenigde Staten (US FED STD 209E) vastgesteld zijn. Hierbij wordt het nummer bepaald door het maximaal toegestane aantal deeltjes met een diameter van 0,5 µm of groter per kubieke voet lucht.

De lage nummers verwijzen naar de ISO 14644-1-standaard, waarbij op een logaritmische schaal het maximaal toegestane aantal deeltjes van 0,1 µm of groter per kubieke meter lucht wordt weergegeven. Een voorbeeld, een ISO-klasse 5 cleanroom mag maximaal 105 = 100 000 deeltjes van 0,1 µm of 3520 deeltjes van 0,5 µm per m³ lucht bevatten.

cleanroomstandaard US FED STD 209E[bewerken]

deeltjes/ft³
Klasse 0,1 µm 0,2 µm 0,3 µm 0,5 µm 5 µm
1 35 7 3 1  
10 350 75 30 10  
100   750 300 100  
1000       1000 7
10 000       10 000 70
100 000       100 000 700

cleanroomstandaard ISO 14644-1[bewerken]

deeltjes/m³
Klasse 0,1 µm 0,2 µm 0,3 µm 0,5 µm 1 µm 5 µm
ISO 1 10 2        
ISO 2 100 24 10 4    
ISO 3 1000 237 102 35 8  
ISO 4 10 000 2370 1020 352 83  
ISO 5 100 000 23 700 10 200 3520 832 29
ISO 6 1 000 000 237 000 102 000 35 200 8320 293
ISO 7       352 000 83 200 2930
ISO 8       3 520 000 832 000 29 300
ISO 9       35 200 000 8 320 000 293 000

Klassevergelijking van cleanrooms[bewerken]

De volgende klassen zijn enigszins vergelijkbaar, maar de standaardmanier van testen kan verschillend zijn.

ISO 14644-1 FED STD 209E
ISO 3 1
ISO 4 10
ISO 5 100
ISO 6 1000
ISO 7 10 000
ISO 8 100 000

cleanroomstandaard BS 5295[bewerken]

deeltjes/m³
Klasse 0,5 µm 1 µm 5 µm 10 µm 25 µm
1 3000   0    
2 300 000   3000 30  
3   1 000 000 20 000 4000 300
4     200 000 40 000 400