ANALYSE DER REINRAUMTECHNIK

1. Staubpartikelentfernung im staubfreien Reinraum

Die Hauptfunktion eines Reinraums besteht darin, Sauberkeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre zu kontrollieren, der Produkte (wie Siliziumchips usw.) ausgesetzt sind, damit die Produkte in einem guten Umgebungsklima hergestellt und produziert werden können. Wir nennen diesen Raum Reinraum. Gemäß internationaler Praxis wird der Sauberkeitsgrad hauptsächlich durch die Anzahl der Partikel pro Kubikmeter Luft bestimmt, deren Durchmesser den Klassifizierungsstandard überschreitet. Mit anderen Worten: „Staubfreiheit“ bedeutet nicht 100 % Staubfreiheit, sondern wird auf eine sehr kleine Einheit kontrolliert. Natürlich sind die Partikel, die den Staubstandard dieser Norm erfüllen, im Vergleich zu normalem Staub, den wir sehen, bereits sehr klein, aber für optische Strukturen hat selbst wenig Staub sehr große negative Auswirkungen. Daher ist Staubfreiheit eine unabdingbare Voraussetzung bei der Herstellung optischer Strukturprodukte.

Durch die Begrenzung der Staubpartikelanzahl mit einer Partikelgröße von 0,5 Mikrometern oder mehr pro Kubikmeter auf unter 3520/Kubikmeter wird Klasse A des internationalen Staubfreiheitsstandards erreicht. Der in der Chipproduktion und -verarbeitung verwendete Staubfreiheitsstandard stellt höhere Anforderungen an die Staubbelastung als Klasse A und wird hauptsächlich bei der Herstellung einiger höherwertiger Chips verwendet. Die Anzahl der Staubpartikel wird streng auf 35.200 pro Kubikmeter begrenzt, was in der Reinraumindustrie allgemein als Klasse B bezeichnet wird.

2. Drei Arten von Reinraumzuständen

Leerer Reinraum: Eine Reinraumanlage, die bereits gebaut und betriebsbereit ist. Sie verfügt über alle relevanten Dienste und Funktionen. Es gibt jedoch keine von Bedienern bedienten Geräte in der Anlage.

Statischer Reinraum: Eine Reinraumanlage mit allen Funktionen, ordnungsgemäßen Einstellungen und Installationen, die gemäß den Einstellungen verwendet werden kann oder in Gebrauch ist, in der sich jedoch keine Bediener befinden.

Dynamischer Reinraum: Ein Reinraum im Normalbetrieb mit allen Servicefunktionen, Geräten und Personal; bei Bedarf können normale Arbeiten durchgeführt werden.

3. Kontrollelemente

(1). Kann in der Luft schwebende Staubpartikel entfernen.

(2). Kann die Entstehung von Staubpartikeln verhindern.

(3) Kontrolle von Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

(4). Druckregulierung.

(5) Beseitigung schädlicher Gase.

(6) Luftdichtheit der Gebäude und Gebäudeteile.

(7) Vermeidung statischer Elektrizität.

(8) Vermeidung elektromagnetischer Störungen.

(9) Berücksichtigung von Sicherheitsfaktoren.

(10) Überlegungen zur Energieeinsparung.

4. Klassifizierung

Turbulenter Strömungstyp

Die Luft gelangt vom Klimakasten durch den Luftkanal und den Luftfilter (HEPA) in den Reinraum und wird von den Trennwänden oder Doppelböden auf beiden Seiten des Reinraums zurückgeführt. Der Luftstrom bewegt sich nicht linear, sondern weist einen unregelmäßigen turbulenten oder wirbelnden Zustand auf. Dieser Typ ist für Reinräume der Klassen 1.000–100.000 geeignet.

Definition: Ein Reinraum, in dem der Luftstrom mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit und nicht parallel fließt und Rückströmungen oder Wirbelströme auftreten.

Prinzip: Turbulente Reinräume sind auf den Zuluftstrom angewiesen, um die Raumluft kontinuierlich zu verdünnen und die verschmutzte Luft schrittweise zu verdünnen, um Sauberkeit zu erreichen (turbulente Reinräume werden im Allgemeinen für Sauberkeitsgrade über 1.000 bis 300.000 ausgelegt).

Merkmale: Turbulente Reinräume sind auf mehrfache Belüftung angewiesen, um Sauberkeit und Sauberkeitsniveaus zu erreichen. Die Anzahl der Belüftungswechsel bestimmt den Reinigungsgrad in der Definition (je mehr Belüftungswechsel, desto höher der Sauberkeitsgrad)

(1) Selbstreinigungszeit: bezeichnet die Zeit, in der der Reinraum entsprechend der vorgesehenen Belüftungszahl mit Luft versorgt wird und die Staubkonzentration im Raum den vorgesehenen Reinheitsgrad erreicht. Bei Klasse 1.000 werden voraussichtlich nicht mehr als 20 Minuten benötigt (für die Berechnung können 15 Minuten verwendet werden). Bei Klasse 10.000 werden voraussichtlich nicht mehr als 30 Minuten benötigt (für die Berechnung können 25 Minuten verwendet werden). Bei Klasse 100.000 werden voraussichtlich nicht mehr als 40 Minuten benötigt (für die Berechnung können 30 Minuten verwendet werden).

(2) Lüftungsfrequenz (ausgelegt gemäß den oben genannten Anforderungen an die Selbstreinigungszeit) Klasse 1.000: 43,5-55,3 Mal/Stunde (Standard: 50 Mal/Stunde) Klasse 10.000: 23,8-28,6 Mal/Stunde (Standard: 25 Mal/Stunde) Klasse 100.000: 14,4-19,2 Mal/Stunde (Standard: 15 Mal/Stunde)

Vorteile: einfache Struktur, niedrige Systembaukosten, einfacher Ausbau des Reinraums, an einigen Spezialstandorten kann eine staubfreie Reinbank zur Verbesserung der Reinraumqualität eingesetzt werden.

Nachteile: Durch Turbulenzen verursachte Staubpartikel schweben im Innenraum und lassen sich nur schwer abführen, wodurch Prozessprodukte leicht verunreinigt werden können. Darüber hinaus dauert es oft lange, bis die erforderliche Sauberkeit erreicht ist, wenn das System gestoppt und dann wieder aktiviert wird.

Laminare Strömung

Laminarströmungsluft bewegt sich in einer gleichmäßigen, geraden Linie. Die Luft gelangt durch einen Filter mit 100 % Abdeckung in den Raum und wird durch den Doppelboden oder die Trennwände auf beiden Seiten wieder zurückgeführt. Dieser Typ eignet sich für den Einsatz in Reinraumumgebungen mit höheren Reinraumklassen, in der Regel Klasse 1–100. Es gibt zwei Typen:

(1) Horizontale Laminarströmung: Horizontale Luft wird in eine Richtung aus dem Filter geblasen und durch das Rückluftsystem an der gegenüberliegenden Wand zurückgeführt. Staub wird mit der Luftrichtung nach außen abgeleitet. Im Allgemeinen ist die Verschmutzung auf der stromabwärtigen Seite stärker.

Vorteile: Einfache Struktur, kann nach dem Betrieb innerhalb kurzer Zeit stabil werden.

Nachteile: Die Baukosten sind höher als bei turbulenter Strömung und der Innenraum lässt sich nicht so einfach erweitern.

(2) Vertikale Laminarströmung: Die Raumdecke ist vollständig mit ULPA-Filtern bedeckt, und die Luft wird von oben nach unten geblasen, wodurch eine höhere Sauberkeit erreicht werden kann. Während des Prozesses oder durch das Personal entstehender Staub kann schnell ins Freie abgeleitet werden, ohne andere Arbeitsbereiche zu beeinträchtigen.

Vorteile: Einfach zu verwalten, ein stabiler Zustand kann innerhalb kurzer Zeit nach Betriebsbeginn erreicht werden und wird nicht leicht durch den Betriebszustand oder die Bediener beeinflusst.

Nachteile: Hohe Baukosten, schwierige flexible Raumnutzung, Deckenaufhänger nehmen viel Platz ein und die Reparatur und der Austausch von Filtern sind mühsam.

Verbundtyp

Der Verbundtyp kombiniert bzw. verwendet den turbulenten Strömungstyp und den laminaren Strömungstyp zusammen, wodurch lokal ultrareine Luft bereitgestellt werden kann.

(1) Sauberer Tunnel: Verwenden Sie HEPA- oder ULPA-Filter, um 100 % des Prozess- oder Arbeitsbereichs abzudecken und den Sauberkeitsgrad auf über Klasse 10 zu erhöhen, wodurch Installations- und Betriebskosten gespart werden können.

Bei diesem Typ muss der Arbeitsbereich des Bedieners von der Produkt- und Maschinenwartung getrennt sein, um eine Beeinträchtigung der Arbeit und der Qualität während der Maschinenwartung zu vermeiden.

Saubere Tunnel haben zwei weitere Vorteile: A. Sie lassen sich leicht und flexibel erweitern; B. Die Wartung der Geräte kann problemlos im Wartungsbereich durchgeführt werden.

(2) Clean Tube: Umgibt und reinigt die automatische Produktionslinie, durch die der Produktfluss fließt, und erhöht den Reinheitsgrad auf über Klasse 100. Da Produkt, Bediener und stauberzeugende Umgebung voneinander isoliert sind, kann mit einer geringen Luftzufuhr eine gute Sauberkeit erreicht werden, was Energie spart und sich am besten für automatisierte Produktionslinien eignet, die keine manuelle Arbeit erfordern. Es ist in der Pharma-, Lebensmittel- und Halbleiterindustrie anwendbar.

(3) Reinraum: Der Reinheitsgrad des Produktprozessbereichs im turbulenten Reinraum mit einem Reinraumniveau von 10.000 bis 100.000 wird für Produktionszwecke auf 10 bis 1.000 oder mehr erhöht; saubere Werkbänke, saubere Schuppen, vorgefertigte Reinräume und saubere Kleiderschränke gehören zu dieser Kategorie.

Reinraumbank: Klasse 1~100.

Reinraumkabine: Ein kleiner Raum, umgeben von antistatischem, transparentem Kunststofftuch in einem turbulenten Reinraum. Durch die Verwendung unabhängiger HEPA- oder ULPA- und Klimaanlagen entsteht ein Reinraum höherer Stufe mit einer Stufe von 10 bis 1000, einer Höhe von etwa 2,5 Metern und einer Abdeckungsfläche von etwa 10 m² oder weniger. Die Kabine verfügt über vier Säulen und ist für eine flexible Nutzung mit beweglichen Rädern ausgestattet.

5. Luftstrom

Bedeutung des Luftstroms

Die Sauberkeit eines Reinraums wird häufig durch den Luftstrom beeinflusst. Mit anderen Worten: Die Bewegung und Verbreitung von Staub, der von Menschen, Maschinenräumen, Gebäudestrukturen usw. erzeugt wird, wird durch den Luftstrom gesteuert.

Der Reinraum verwendet HEPA- und ULPA-Filter zur Luftfilterung. Die Staubabscheiderate liegt bei 99,97 bis 99,99995 %, sodass die von diesem Filter gefilterte Luft als sehr sauber gilt. Neben Menschen befinden sich im Reinraum jedoch auch Staubquellen wie Maschinen. Sobald sich der entstehende Staub verteilt, ist es unmöglich, den Raum sauber zu halten. Daher muss der entstehende Staub mithilfe eines Luftstroms schnell nach draußen abgeleitet werden.

Einflussfaktoren

Es gibt viele Faktoren, die den Luftstrom eines Reinraums beeinflussen, wie z. B. Prozessausrüstung, Personal, Reinraummontagematerialien, Beleuchtungskörper usw. Gleichzeitig sollte auch der Umleitungspunkt des Luftstroms über der Produktionsausrüstung berücksichtigt werden.

Der Luftumleitungspunkt auf der Oberfläche eines Operationstisches oder einer Produktionsanlage sollte auf zwei Drittel des Abstands zwischen Reinraum und Trennwand liegen. Auf diese Weise kann der Luftstrom während der Arbeit des Bedieners vom Inneren des Prozessbereichs in den Operationsbereich strömen und den Staub abtransportieren. Wird der Umleitungspunkt vor dem Prozessbereich angeordnet, führt dies zu einer ungeeigneten Luftumleitung. Der größte Teil des Luftstroms strömt dann in den hinteren Bereich des Prozessbereichs, und der durch die Arbeit des Bedieners verursachte Staub wird zur Rückseite des Geräts befördert, wodurch die Werkbank verunreinigt wird und die Ausbeute unweigerlich sinkt.

Hindernisse wie Arbeitstische in Reinräumen verursachen an den Verbindungsstellen Wirbelströme, und die Sauberkeit in der Nähe dieser Stellen ist relativ schlecht. Das Bohren einer Rückluftöffnung in den Arbeitstisch minimiert das Wirbelstromphänomen. Auch die Auswahl geeigneter Montagematerialien und die perfekte Anordnung der Geräte sind wichtige Faktoren dafür, ob der Luftstrom zu einem Wirbelstromphänomen wird.

6. Zusammensetzung des Reinraums

Die Zusammensetzung des Reinraums besteht aus den folgenden Systemen (von denen keines in den Systemmolekülen unverzichtbar ist), da es sonst nicht möglich ist, einen vollständigen und qualitativ hochwertigen Reinraum zu bilden:

(1) Deckensystem: einschließlich Deckenstange, I-Träger oder U-Träger, Deckenraster oder Deckenrahmen.

(2) Klimaanlage: einschließlich Luftkabine, Filtersystem, Windmühle usw.

(3) Trennwand: einschließlich Fenster und Türen.

(4) Boden: einschließlich Doppelboden oder antistatischer Boden.

(5) Beleuchtungskörper: LED-Reinigungsflachlampe.

Die Hauptstruktur des Reinraums besteht im Allgemeinen aus Stahlstangen oder Knochenzement. Unabhängig von der Art der Struktur muss sie jedoch die folgenden Bedingungen erfüllen:

A. Es entstehen keine Risse aufgrund von Temperaturschwankungen und Vibrationen.

B. Es ist nicht einfach, Staubpartikel zu erzeugen, und es ist schwierig, dass Partikel daran haften bleiben.

C. Geringe Hygroskopizität;

D. Um die Feuchtigkeitsbedingungen im Reinraum aufrechtzuerhalten, muss die Wärmedämmung hoch sein.

7. Klassifizierung nach Verwendung

Industrieller Reinraum

Das Ziel ist die Kontrolle unbelebter Partikel. Es kontrolliert hauptsächlich die Verschmutzung des Arbeitsobjekts durch Luftstaubpartikel, und im Inneren wird im Allgemeinen ein Überdruck aufrechterhalten. Es eignet sich für die Präzisionsmaschinenindustrie, die Elektronikindustrie (Halbleiter, integrierte Schaltkreise usw.), die Luft- und Raumfahrtindustrie, die hochreine chemische Industrie, die Atomenergieindustrie, die optische und magnetische Produktindustrie (CD-, Film- und Bandproduktion), LCD (Flüssigkristallglas), Computerfestplatten, Computerkopfproduktion und andere Branchen.

Biologischer Reinraum

Kontrolliert hauptsächlich die Verschmutzung des Arbeitsobjekts durch lebende Partikel (Bakterien) und unbelebte Partikel (Staub). Es kann unterteilt werden in:

A. Allgemeiner biologischer Reinraum: Kontrolliert hauptsächlich die Kontamination durch mikrobielle (bakterielle) Objekte. Gleichzeitig müssen die inneren Materialien der Erosion durch verschiedene Sterilisationsmittel standhalten, und der Innenraum muss in der Regel einen Überdruck gewährleisten. Grundsätzlich müssen die inneren Materialien den verschiedenen Sterilisationsverfahren eines industriellen Reinraums standhalten. Beispiele: Pharmaindustrie, Krankenhäuser (Operationssäle, Sterilstationen), Lebensmittel-, Kosmetik- und Getränkeproduktion, Tierlabore, physikalische und chemische Testlabore, Blutspendestationen usw.

B. Biologischer Sicherheitsreinraum: Kontrolliert hauptsächlich die Verschmutzung der Außenwelt und des Menschen durch lebende Partikel des Arbeitsobjekts. Der Innendruck muss im Vergleich zur Atmosphäre negativ gehalten werden. Beispiele: Bakteriologie, Biologie, Reinraumlabore, physikalische Technik (rekombinante Gene, Impfstoffherstellung)