Was ist ein Reinraum?

Übersicht über Reinräume

Reinräume kommen praktisch in allen Branchen zum Einsatz, in denen kleine Partikel den Herstellungsprozess negativ beeinflussen können. Sie variieren in Größe und Komplexität und werden in großem Umfang in Branchen wie der Halbleiterfertigung, der Pharmaindustrie, der Biotechnologie, der Medizintechnik und den Biowissenschaften sowie in der Fertigung kritischer Prozesse in der Luft- und Raumfahrt, der Optik, dem Militär und dem Energieministerium eingesetzt.

Ein Reinraum ist ein geschlossener Raum, in dem Vorkehrungen zur Reduzierung der Partikelkontamination und zur Kontrolle anderer Umgebungsparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck getroffen werden. Die Schlüsselkomponente ist der High Efficiency Particulate Air (HEPA)-Filter, der zum Auffangen von Partikeln mit einer Größe von 0,3 Mikrometern und mehr dient. Die gesamte einem Reinraum zugeführte Luft strömt durch HEPA-Filter, und in einigen Fällen, in denen eine strenge Reinheitsleistung erforderlich ist, werden ULPA-Filter (Ultra Low Particulate Air) verwendet.
Das Personal, das für die Arbeit in Reinräumen ausgewählt wird, wird umfassend in der Theorie der Kontaminationskontrolle geschult. Sie betreten und verlassen den Reinraum durch Luftschleusen, Luftduschen und/oder Umkleideräume und müssen spezielle Kleidung tragen, die dazu dient, Verunreinigungen aufzufangen, die auf natürliche Weise von der Haut und dem Körper erzeugt werden.
Abhängig von der Raumklassifizierung oder Funktion kann die Kleidung des Personals so begrenzt sein, wie Laborkittel und Haarnetze, oder so umfassend, dass sie vollständig in mehrschichtige Häschenanzüge mit umluftunabhängigem Atemschutzgerät gehüllt sind.
Reinraumkleidung dient dazu, zu verhindern, dass Stoffe aus dem Körper des Trägers austreten und die Umwelt kontaminieren. Die Reinraumkleidung selbst darf keine Partikel oder Fasern abgeben, um eine Kontamination der Umgebung durch das Personal zu verhindern. Diese Art der Personalkontamination kann die Produktleistung in der Halbleiter- und Pharmaindustrie beeinträchtigen und beispielsweise im Gesundheitswesen zu Kreuzinfektionen zwischen medizinischem Personal und Patienten führen.
Zur Reinraumbekleidung gehören Stiefel, Schuhe, Schürzen, Bartbedeckungen, Bouffant-Kappen, Overalls, Gesichtsmasken, Kittel/Laborkittel, Kittel, Handschuhe und Fingerlinge, Haarnetze, Hauben, Ärmel und Schuhüberzüge. Die Art der verwendeten Reinraumkleidung sollte den Reinraum- und Produktspezifikationen entsprechen. Für Reinräume auf niedriger Ebene sind möglicherweise nur spezielle Schuhe mit völlig glatten Sohlen erforderlich, die weder Staub noch Schmutz hinterlassen. Allerdings dürfen Schuhböden keine Rutschgefahr darstellen, denn Sicherheit geht immer vor. Für das Betreten eines Reinraums ist in der Regel ein Reinraumanzug erforderlich. In Reinräumen der Klasse 10.000 dürfen einfache Kittel, Kopfbedeckungen und Füßlinge verwendet werden. Für Reinräume der Klasse 10 ist das sorgfältige Tragen eines Kittels mit Reißverschlussüberzug, Stiefeln, Handschuhen und einer vollständigen Umhüllung der Atemschutzmaske erforderlich.

Prinzipien der Reinraumluftströmung

Reinräume sorgen durch den Einsatz von HEPA- oder ULPA-Filtern, die laminare oder turbulente Luftströmungsprinzipien nutzen, für partikelfreie Luft. Laminare oder unidirektionale Luftströmungssysteme leiten gefilterte Luft in einem konstanten Strom nach unten. Laminare Luftströmungssysteme werden typischerweise über 100 % der Decke eingesetzt, um eine konstante unidirektionale Strömung aufrechtzuerhalten. Die Laminarströmungskriterien werden im Allgemeinen in tragbaren Arbeitsstationen (LF-Hauben) angegeben und sind in Reinräumen der Klassifizierung ISO-1 bis ISO-4 vorgeschrieben.
Die ordnungsgemäße Gestaltung von Reinräumen umfasst das gesamte Luftverteilungssystem, einschließlich der Vorkehrungen für eine angemessene nachgeschaltete Luftrückführung. In Räumen mit vertikaler Strömung bedeutet dies die Verwendung von Luftrückführungen mit geringer Wandstärke entlang des Zonenumfangs. Bei horizontalen Strömungsanwendungen ist die Verwendung von Luftrückführungen an der stromabwärtigen Grenze des Prozesses erforderlich. Die Verwendung von an der Decke montierten Luftrückführungen steht im Widerspruch zur ordnungsgemäßen Gestaltung von Reinraumsystemen.

Reinraumklassifizierungen

Reinräume werden danach klassifiziert, wie sauber die Luft ist. Im Federal Standard 209 (A bis D) der USA wird die Anzahl der Partikel gleich und größer als 0,5 µm in einem Kubikfuß Luft gemessen und diese Zahl wird zur Klassifizierung des Reinraums verwendet. Diese metrische Nomenklatur wird auch in der neuesten 209E-Version des Standards akzeptiert. Im Inland wird der Federal Standard 209E verwendet. Der neuere Standard ist TC 209 der International Standards Organization. Beide Standards klassifizieren einen Reinraum anhand der Anzahl der in der Laborluft gefundenen Partikel. Die Reinraumklassifizierungsnormen FS 209E und ISO 14644-1 erfordern spezifische Messungen und Berechnungen der Partikelanzahl, um den Reinheitsgrad eines Reinraums oder Reinbereichs zu klassifizieren. Im Vereinigten Königreich wird der britische Standard 5295 zur Klassifizierung von Reinräumen verwendet. Diese Norm wird bald durch BS EN ISO 14644-1 ersetzt.
Reinräume werden nach der Anzahl und Größe der pro Luftvolumen zulässigen Partikel klassifiziert. Große Zahlen wie „Klasse 100“ oder „Klasse 1000“ beziehen sich auf FED_STD-209E und geben die Anzahl der Partikel mit einer Größe von 0,5 µm oder mehr an, die pro Kubikfuß Luft zulässig sind. Der Standard erlaubt auch Interpolation, so dass z. B. die Bezeichnung „Klasse 2000“ möglich ist.
Kleine Zahlen beziehen sich auf die ISO 14644-1-Normen, die den dezimalen Logarithmus der Anzahl der pro Kubikmeter Luft zulässigen Partikel von 0,1 µm oder mehr angeben. So hat beispielsweise ein Reinraum der ISO-Klasse 5 höchstens 105 = 100.000 Partikel pro m³.
Sowohl FS 209E als auch ISO 14644-1 gehen von Log-Log-Beziehungen zwischen Partikelgröße und Partikelkonzentration aus. Aus diesem Grund gibt es keine Partikelkonzentration von Null. Normale Raumluft hat etwa die Klasse 1.000.000 oder ISO 9.

ISO 14644-1 Reinraumstandards