Was ist ein Reinraum?

Bei einem Reinraum handelt es sich um eine kontrollierte Umgebung, die ein geringes Maß an Verunreinigungen wie Staub, Mikroben in der Luft, Aerosolpartikel und chemische Dämpfe aufweist und in der Regel in der Fertigung oder der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt wird. Um genau zu sein, hat ein Reinraum einen kontrollierten Verschmutzungsgrad, der durch die Anzahl der Partikel pro Kubikmeter bei einer bestimmten Partikelgröße angegeben wird. Die Umgebungsluft in einer typischen städtischen Umgebung enthält 35.000.000 Partikel pro Kubikmeter mit einem Durchmesser von 0,5 Mikron und mehr, was einem Reinraum nach ISO 9 entspricht, der niedrigsten Stufe der Reinraumnormen.

Reinraum Übersicht

Reinräume werden in praktisch jeder Branche eingesetzt, in der kleine Partikel den Herstellungsprozess beeinträchtigen können. Sie variieren in Größe und Komplexität und werden in großem Umfang in Branchen wie der Halbleiterherstellung, der Pharmaindustrie, der Biotechnologie, der Medizintechnik und den Biowissenschaften sowie bei kritischen Fertigungsprozessen in der Luft- und Raumfahrt, der Optik, dem Militär und dem Energieministerium eingesetzt.

Ein Reinraum ist ein abgeschlossener Raum, in dem Vorkehrungen getroffen werden, um die Kontamination durch Partikel zu verringern und andere Umgebungsparameter wie Temperatur, Feuchtigkeit und Druck zu kontrollieren. Die Schlüsselkomponente ist der HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Air), der zum Abfangen von Partikeln mit einer Größe von 0,3 Mikron und mehr verwendet wird. Die gesamte in einen Reinraum gelieferte Luft wird durch HEPA-Filter geleitet, und in einigen Fällen, in denen eine strenge Reinheitsleistung erforderlich ist, werden ULPA-Filter (Ultra Low Particulate Air) eingesetzt.

Das Personal, das für die Arbeit in Reinräumen ausgewählt wird, durchläuft eine umfassende Ausbildung in der Theorie der Kontaminationskontrolle. Sie betreten und verlassen den Reinraum durch Schleusen, Luftduschen und/oder Umkleideräume und müssen spezielle Kleidung tragen, die so konzipiert ist, dass sie Verunreinigungen abfängt, die auf natürliche Weise durch Haut und Körper entstehen.

Je nach Klassifizierung oder Funktion des Raums kann die Bekleidung des Personals auf Laborkittel und Haarnetz beschränkt sein, oder sie kann so umfangreich sein, dass das Personal vollständig in mehrlagige Schutzanzüge mit umluftunabhängigen Atemschutzgeräten gehüllt ist.

Reinraumkleidung wird verwendet, um zu verhindern, dass Stoffe vom Körper des Trägers freigesetzt werden und die Umgebung kontaminieren. Die Reinraumkleidung selbst darf keine Partikel oder Fasern abgeben, um eine Kontaminierung der Umgebung durch das Personal zu verhindern. Diese Art der Verunreinigung durch das Personal kann die Produktleistung in der Halbleiter- und Pharmaindustrie beeinträchtigen und zu Kreuzinfektionen zwischen medizinischem Personal und Patienten, z. B. im Gesundheitswesen, führen.

Zur Reinraumkleidung gehören Stiefel, Schuhe, Schürzen, Barthauben, Bommelmützen, Overalls, Gesichtsmasken, Kittel/Laborkittel, Kittel, Handschuh- und Fingerlinge, Haarnetze, Hauben, Ärmel und Schuhüberzüge. Die Art der verwendeten Reinraumkleidung sollte den Reinraum- und Produktspezifikationen entsprechen. Für Reinräume mit geringem Reinheitsgrad sind möglicherweise nur spezielle Schuhe mit völlig glatten Sohlen erforderlich, die keinen Staub oder Schmutz aufnehmen. Die Schuhsohlen dürfen jedoch keine Rutschgefahr darstellen, da die Sicherheit immer Vorrang hat. Für das Betreten eines Reinraums ist in der Regel ein Reinraumanzug erforderlich. In Reinräumen der Klasse 10.000 können einfache Kittel, Kopfbedeckungen und Füßlinge verwendet werden. Für Reinräume der Klasse 10 ist das sorgfältige Tragen eines Kittels mit Reißverschluss, Stiefeln, Handschuhen und einer vollständigen Atemschutzhaube erforderlich.

Reinraum-Luftströmungsprinzipien

In Reinräumen wird partikelfreie Luft durch den Einsatz von HEPA- oder ULPA-Filtern aufrechterhalten, die nach dem Prinzip der laminaren oder turbulenten Luftströmung arbeiten. Laminare oder unidirektionale Luftstromsysteme leiten die gefilterte Luft in einem konstanten Strom nach unten. Laminare Luftströmungssysteme werden in der Regel über 100% der Decke eingesetzt, um eine konstante, unidirektionale Strömung zu gewährleisten. Das Kriterium der laminaren Strömung wird im Allgemeinen bei tragbaren Arbeitsplätzen (NF-Hauben) angegeben und ist in ISO-1 bis ISO-4 klassifizierten Reinräumen vorgeschrieben.

Eine ordnungsgemäße Reinraumplanung umfasst das gesamte Luftverteilungssystem, einschließlich der Vorkehrungen für eine angemessene, nachgeschaltete Luftrückführung. In Räumen mit vertikaler Strömung bedeutet dies die Verwendung von Luftrückführungen mit niedriger Wandhöhe um den Umfang der Zone herum. Bei Anwendungen mit horizontaler Strömung sind Luftrückführungen an der stromabwärts gelegenen Begrenzung des Prozesses erforderlich. Die Verwendung von an der Decke montierten Luftrückführungen steht im Widerspruch zur ordnungsgemäßen Auslegung von Reinraumsystemen.

Reinraum-Klassifikationen

Reinräume werden danach klassifiziert, wie sauber die Luft ist. Im Federal Standard 209 (A bis D) der USA wird die Anzahl der Partikel von 0,5 µm und mehr in einem Kubikfuß Luft gemessen, und diese Zahl wird zur Klassifizierung des Reinraums verwendet. Diese metrische Nomenklatur wird auch in der neuesten Version der Norm 209E akzeptiert. Die Bundesnorm 209E wird im Inland verwendet. Die neuere Norm ist TC 209 von der International Standards Organization. Beide Normen klassifizieren einen Reinraum nach 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 British Standard 5295 zur Klassifizierung von Reinräumen verwendet. Diese Norm 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 von Partikeln der Größe 0,5 µm oder größer, die pro Kubikfuß Luft zulässig sind. Die Norm erlaubt auch eine Interpolation, so dass es möglich ist, z. B. "Klasse 2000" zu beschreiben.

Die kleinen Zahlen beziehen sich auf die ISO-Norm 14644-1, die den dezimalen Logarithmus der Anzahl der Partikel von 0,1 µm oder größer pro Kubikmeter Luft angibt. In einem Reinraum der ISO-Klasse 5 sind also beispielsweise höchstens 105 = 100.000 Partikel pro m³ zulässig.

Sowohl FS 209E als auch ISO 14644-1 gehen von einem logarithmischen Verhältnis zwischen Partikelgröße und Partikelkonzentration aus. Aus diesem Grund gibt es auch keine Partikelkonzentration von Null. Gewöhnliche Raumluft entspricht ungefähr der Klasse 1.000.000 oder ISO 9.

ISO 14644-1 Reinraum-Normen

BS 5295 Reinraum-Normen