WAS IST EIN REINRAUM?

Reinraumübersicht

Reinräume werden in praktisch allen Branchen eingesetzt, in denen kleine Partikel den Fertigungsprozess beeinträchtigen können. Sie unterscheiden sich in Größe und Komplexität und finden breite Anwendung in Branchen wie der Halbleiterfertigung, der Pharmaindustrie, der Biotechnologie, der Medizintechnik und den Life Sciences sowie in der kritischen Prozessfertigung, die in der Luft- und Raumfahrt, der Optik, beim Militär und im Energiesektor üblich ist.

Ein Reinraum ist ein abgeschlossener Raum, in dem Maßnahmen zur Reduzierung von Partikelverunreinigungen und zur Kontrolle anderer Umweltparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck getroffen werden. Die wichtigste Komponente ist der HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Air), der Partikel ab einer Größe von 0,3 Mikrometern auffängt. Die gesamte in einen Reinraum einströmende Luft durchläuft HEPA-Filter. In Fällen, in denen besonders hohe Reinheitsanforderungen gestellt werden, kommen zusätzlich ULPA-Filter (Ultra Low Particulate Air) zum Einsatz.
Das für die Arbeit in Reinräumen ausgewählte Personal durchläuft eine umfassende Schulung in Kontaminationskontrolltheorie. Es betritt und verlässt den Reinraum durch Schleusen, Luftduschen und/oder Umkleideräume und muss spezielle Kleidung tragen, die darauf ausgelegt ist, Verunreinigungen aufzufangen, die auf natürliche Weise durch Haut und Körper entstehen.
Je nach Raumklassifizierung oder Funktion kann die Schutzkleidung des Personals so einfach sein wie Laborkittel und Haarnetze oder so umfangreich wie die vollständige Einhüllung in mehrlagige Schutzanzüge mit integriertem Atemschutzgerät.
Reinraumkleidung dient dazu, zu verhindern, dass Substanzen vom Körper des Trägers freigesetzt werden und die Umgebung kontaminieren. Die Reinraumkleidung selbst darf keine Partikel oder Fasern abgeben, um eine Kontamination der Umgebung durch das Personal zu vermeiden. Eine solche Kontamination kann die Produktleistung in der Halbleiter- und Pharmaindustrie beeinträchtigen und beispielsweise im Gesundheitswesen zu Kreuzinfektionen zwischen medizinischem Personal und Patienten führen.
Reinraumkleidung umfasst Stiefel, Schuhe, Schürzen, Bartschutz, Hauben, Overalls, Atemschutzmasken, Laborkittel, Schutzkittel, Hand- und Fingerlinge, Haarnetze, Hauben, Ärmel und Überschuhe. Die Art der verwendeten Reinraumkleidung muss den Reinraum- und Produktspezifikationen entsprechen. In Reinräumen der Klasse 10.000 sind unter Umständen nur spezielle Schuhe mit vollständig glatten Sohlen erforderlich, die keinen Staub oder Schmutz einschleppen. Die Schuhsohlen dürfen jedoch keine Rutschgefahr darstellen, da Sicherheit stets oberste Priorität hat. Für den Zutritt zu einem Reinraum ist in der Regel ein Reinraumanzug erforderlich. In Reinräumen der Klasse 10.000 können einfache Kittel, Kopfbedeckungen und Überschuhe verwendet werden. Für Reinräume der Klasse 10 sind sorgfältige Anlegeverfahren für Schutzkittel mit Reißverschluss, Stiefel, Handschuhe und vollständige Atemschutzmaske vorgeschrieben.

Prinzipien der Luftströmung in Reinräumen

Reinräume halten die Luft partikelfrei, indem sie HEPA- oder ULPA-Filter mit laminarer oder turbulenter Strömung nutzen. Laminare, oder unidirektionale, Strömungssysteme leiten die gefilterte Luft in einem konstanten Strom nach unten. Sie werden typischerweise über die gesamte Decke eingesetzt, um eine gleichmäßige, unidirektionale Strömung zu gewährleisten. Die Kriterien für laminare Strömung sind in der Regel bei mobilen Arbeitsstationen (LF-Hauben) festgelegt und in Reinräumen der Klassen ISO 1 bis ISO 4 vorgeschrieben.
Eine sachgemäße Reinraumplanung umfasst das gesamte Luftverteilungssystem inklusive ausreichender Rückluftführung. In vertikal durchströmten Reinräumen bedeutet dies die Verwendung von Wandrückluftführungen entlang des Raumumfangs. Bei horizontal durchströmten Reinräumen sind Rückluftführungen an der Prozessgrenze erforderlich. Deckenmontierte Rückluftführungen widersprechen einer sachgemäßen Reinraumplanung.

Reinraumklassifizierungen

Reinräume werden nach ihrer Luftreinheit klassifiziert. Gemäß dem US-amerikanischen Federal Standard 209 (A bis D) wird die Anzahl der Partikel mit einer Größe von 0,5 µm und größer in einem Kubikfuß Luft gemessen. Dieser Wert dient zur Reinraumklassifizierung. Diese metrische Nomenklatur wird auch in der aktuellen Version 209E des Standards akzeptiert. Der Federal Standard 209E wird in den USA verwendet. Der neuere Standard ist TC 209 der Internationalen Organisation für Normung (ISO). Beide Standards klassifizieren Reinräume anhand der Partikelanzahl in der Laborluft. Die Reinraumklassifizierungsnormen FS 209E und ISO 14644-1 erfordern spezifische Partikelzählungen und -berechnungen zur Bestimmung des Reinheitsgrades eines Reinraums oder Reinbereichs. In Großbritannien wird der British Standard 5295 zur Reinraumklassifizierung verwendet. Dieser Standard wird demnächst 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 bezeichnen die Anzahl der pro Kubikfuß Luft zulässigen Partikel mit einer Größe von 0,5 µm oder größer. Die Norm erlaubt auch Interpolation, sodass beispielsweise auch „Klasse 2000“ angegeben werden kann.
Die kleinen Zahlen beziehen sich auf die Norm ISO 14644-1, die den dekadischen Logarithmus der zulässigen Anzahl von Partikeln mit einer Größe von 0,1 µm oder größer pro Kubikmeter Luft angibt. So enthält beispielsweise ein Reinraum der ISO-Klasse 5 maximal 10⁵ = 100.000 Partikel pro m³.
Sowohl FS 209E als auch ISO 14644-1 gehen von einem logarithmischen Verhältnis zwischen Partikelgröße und Partikelkonzentration aus. Daher existiert keine Partikelkonzentration von null. Normale Raumluft entspricht etwa der Partikelklasse 1.000.000 bzw. ISO 9.

ISO 14644-1 Reinraumstandards