Cleanroom ESD vloeren

Ten eerste wordt het ESD-probleem steeds groter naarmate elektronische apparaten kleiner en krachtiger worden. Miniaturisatie, ook wel bekend als het schalen van apparaten, vermindert de ruimte voor bescherming op de chip, waardoor de kwetsbaarheid voor ESD toeneemt en de behoefte aan statisch gestuurde, fouttolerante vloeren wordt benadrukt.
Bovendien vergroten recente en voorgestelde wijzigingen in ESD-normen, waaronder ANSI (American National Standards Institute), de uitdagingen voor productiefaciliteiten die op zoek zijn naar ISO-certificering. Deze wijzigingen hebben betrekking op de noodzaak om te voldoen aan de herziene prestatieparameters voor statische preventie, waarbij bedrijven die dit niet doen worden blootgesteld aan potentiële zakelijke verliezen als gevolg van niet-naleving.
Vloeren die in cleanrooms worden geïnstalleerd, hebben enorme gevolgen voor het bedrijfsresultaat als u rekening houdt met de potentiële kosten van het installeren van een nieuwe, correct gespecificeerde vloer nadat uw faciliteit operationeel is.
Met andere woorden, het is van het grootste belang om uw ESD-vloerbedekking in één keer goed te hebben en er mag geen ruimte zijn voor compromissen binnen het kostbare onroerend goed van cleanrooms. Toch blijven er problemen bestaan. Waarom?

EERSTE OVERWEGINGEN
Het is begrijpelijk dat veel ingenieurs en facilitair managers gefrustreerd en verward zijn als het gaat om het selecteren van statische besturingsvloeren voor hun fabrieken. Ze hebben meestal noch de tijd noch de expertise die nodig is om zich bezig te houden met elektrische specificaties en normen. Het selecteren van een vloer omvat overwegingen zoals onderhoud, duurzaamheid, ergonomie, veiligheid, installatieprocedures en, het allerbelangrijkste, hoe de vloer statische ladingen op mensen regelt op basis van hun schoeisel.

In cleanroomomgevingen vereist het proces vaak de hulp van externe experts die gespecialiseerd zijn in ESD, verontreinigingscontrole, ionchromatografie, materiaaluitgassingstests en deeltjesanalyse.

In het algemeen kunnen ESD-vloeren, afhankelijk van de toepassing en de overwegingen ter plaatse, over oude vloeren, over kaal beton of bovenop verhoogde toegangsvloerpanelen worden geïnstalleerd. Vanwege vervuiling en deeltjesbeheersing worden slechts drie vormen van ESD-vloeren over het algemeen geschikt geacht voor cleanroomomgevingen: rubber, vinyl en epoxy.

Met dit als achtergrond wordt hieronder ingegaan op de belangrijkste factoren waarmee rekening moet worden gehouden in het evaluatie- en selectieproces, waaronder elektrische weerstand, schoeisel, reinheid, mechanische eigenschappen en ergonomie.

ELEKTRISCHE WEERSTAND
Rubber, vinyl en epoxyvloeren kunnen worden geproduceerd in het geleidende of het statisch dissipatieve ohms bereik. Volgens de ESD Association meet een geleidende vloer minder dan één miljoen ohm (1,0 x 10 E6) bij gebruik van testmethode ANSI/ESD S7.1-2005. Met dezelfde test wordt een vloer die tussen een miljoen ohm en een miljard ohm (1,0 x 10 E9) meet, gedefinieerd als statisch dissipatief. Als algemene regel geloven de meeste experts dat vloeren die minder dan 10 miljoen ohm (1,0 x 10 E7) meten, de beste prestaties bieden voor het beheersen van statische elektriciteit bij de productie en behandeling van elektronica. Vloeren die meer dan 10 miljoen ohm meten, voeren statische elektriciteit langzamer af dan vloeren die in het geleidende of lagere uiteinde van het statisch-dissipatieve bereik (< 1,0 X 10 E7) liggen.

Ook ESD-vloeren die te geleidend zijn, kunnen als onveilig worden beschouwd. De meeste veiligheidsingenieurs verwijzen naar NFPA 99 om de minimale weerstand van geleidende vloeren te definiëren. Volgens de 2005-versie van NFPA 99 mag een vloer niet kleiner zijn dan 25.000 ohm (2,5 x 10 E4). Er is echter een voorbehoud bij verwijzing naar NFPA 99. Deze test vereist het meten van de weerstand van een vloer: Voor deze test moet de weerstand van de vloer worden gemeten met een ohmmeter met een uitgang van 500 volt en de meeste meters die worden gebruikt voor het testen van geleidende vloeren werken op 10 volt. Helaas creëert dit een potentieel veiligheidsdilemma voor bestekschrijvers omdat een vloer die 25.000 ohm meet bij 10 volt, ver onder het NFPA-minimum van 25.000 ohm zal meten wanneer deze bij 500 volt wordt getest. Om deze reden raden we aan het weerstandsminimum boven 50.000 ohm te stellen om de discrepantie veroorzaakt door de twee verschillende testmethoden aan te pakken.

Upshot: Aanbevolen vloerbereik: groter dan 50.000 ohm en kleiner dan 10.000.000 ohm (5,0 x 10 E4 - 1,0 x 10 E7).

SCHOEISEL
ESD-vloeren mogen nooit alleen worden beoordeeld op elektrische weerstandsparameters, omdat dat slechts een deel van het verhaal is. ESD-normen zoals ANSI/ESD S20.20-2014 vereisen het testen van zowel de weerstand (ohm) als de lading (volt) van de vloer. De ESD Association vereist dat de prestaties van de vloer worden geëvalueerd in combinatie met statische schoenen. De eerste vereiste in S20.20 evalueert een eigenschap die "systeemweerstand" wordt genoemd en die wordt bepaald met behulp van de ANSI/ESD S97.1 testmethode. Bij deze test wordt de ohms-weerstand gemeten van de hand van een persoon naar de grond - via het lichaam, het schoeisel, de vloer zelf en de grond. Vanaf november 2011 is voor een acceptabele meting een systeemweerstand van minder dan 35 miljoen ohm (3,5 X 10 E7) nodig. (Merk op dat we, voordat we dit artikel schreven, verschillende leden van de ANSI/ESD S20.20 commissie hebben geïnterviewd over mogelijke veranderingen in de systeemweerstandseis. We kregen te horen dat de eis verhoogd zou kunnen worden tot een maximum van 1 miljard ohm (1,0 x 10 E9). Als deze systeemweerstand echter wordt verhoogd, zal het tegelijkertijd moeten testen van de lichaamsspanning dit waarschijnlijk compenseren).

Het genereren van lichaamsspanning wordt bepaald door het meten van statische ladingen volgens testmethode ANSI/ESD S97.2. Met deze methode lopen proefpersonen die speciaal statisch controleschoeisel dragen op een ESD-vloer terwijl ze aangesloten zijn op een instrument dat de hoeveelheid statische lading meet die de proefpersoon genereert door de interactie tussen het schoeisel en de geaarde vloer. Om aan ANSI/ESD S20.20 te voldoen, mag een persoon die goedgekeurd, geaard schoeisel draagt niet meer dan 100 volt genereren. Het bereiken van deze parameter kan echter moeilijk zijn in cleanrooms, afhankelijk van de vereisten voor schoeisel voor contaminatiebeheersing. Standaard schoenovertrekken voor cleanrooms genereren statische spanningen van meer dan 1.000 volt. Verschillende leveranciers bieden wegwerp- en permanente beschermhoezen tegen statische elektriciteit met geleidend of statisch dissipatief materiaal aan de onderkant.

Ongeacht de specificaties van de schoenovertrekken, ze moeten altijd getest worden met de geaarde vloer. Testen hebben aangetoond dat veel geleidende en statisch dissipatieve vinyl- en epoxyvloeren meer dan het maximum van 100 volt genereren bij proefpersonen die dit soort overschoenen en schoenovertrekken dragen. Dezelfde tests hebben aangetoond dat geleidende rubberen vloeren veel minder dan 100 volt genereren in combinatie met de meeste schoenen voor cleanrooms met statische controle. Dit komt omdat geleidende rubbervloeren aanzienlijk minder statische elektriciteit genereren dan vinyl- of epoxyvloeren, ongeacht het schoeisel.

Upshot: Huidige systeemweerstand vereist: < 35 miljoen ohm (3,5 x 10 E7). Voorgestelde vereisten: systeemweerstand < 25 miljoen ohm en lichaamsspanning < 100 volt.

SCHOONHEID
Bij het bepalen van de compatibiliteit tussen constructiematerialen zoals vloeren en cleanroomprocessen zijn er tal van overwegingen. Hier zullen we de belangrijkste factoren aanstippen: uitgassing en deeltjesoverdracht. Volgens consultant op het gebied van ESD en contaminatiebeheersing Carl Newburg, president van Microstat Laboratories en River's Edge Technical Services in Rochester, Minnesota, "is uitgassing een meting van de hoeveelheid vluchtige chemicaliën die vrijkomen uit een materiaal terwijl het wordt verhit. Condenseerbaar vluchtig residu (CVR), Statische Headspace en Dynamische Headspace zijn typische tests die worden gebruikt om uitgassende materialen te meten. De testresultaten geven een indicatie van de neiging van het materiaal om oppervlakken in een gecontroleerde omgeving te verontreinigen met moleculaire verbindingen in de lucht."

De meeste vinyl vloerbedekkingsmaterialen slagen niet voor strenge uitgassingstests bij verhoogde temperaturen omdat er weekmakers in het vloerbedekkingsmateriaal zitten. Weekmakers zijn problematisch omdat ze uit het vloermateriaal kunnen migreren en aanzienlijke vervuilingsproblemen kunnen veroorzaken in cleanroomtoepassingen zoals de productie van optieken en MR-koppen. We hebben allemaal wel eens te maken gehad met de migratie van weekmakers door wat we de "geur van een nieuwe auto" noemen. Deze geur is het resultaat van het uitwasemen van weekmakers in de lucht uit alle verschillende kunststoffen die gebruikt worden in het interieur van een auto. Zonder grondige tests zou deze migratie van weekmakers moeilijk te identificeren en te kwantificeren zijn. Veel vloerbedekkingsfabrikanten beweren dat hun vloerbedekkingen voldoen aan alle eisen voor uitgassing bij omgevingstemperatuur, maar de meeste experts op het gebied van verontreinigingscontrole geloven niet dat testen bij omgevingstemperatuur voldoende is.

Voordat u een vloer specificeert voor installatie, raden we u aan de toepassing te bespreken met een expert op het gebied van verontreinigingsbeheersing en ESD. Als vuistregel geldt dat geleidende rubbervloeren en geleidende epoxyvloeren het beste presteren in uitgassingstests bij verhoogde temperaturen. In tegenstelling tot vinyl worden rubber en epoxy gemaakt zonder weekmakers.

MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN
De meeste cleanroomvloeren worden geïnstalleerd met methoden die een naadloze vloer creëren, wat mogelijk is met epoxycoatings omdat het materiaal in vloeibare vorm op de vloer wordt aangebracht en over het oppervlak vloeit. Het nadeel van naadloze epoxycoatings is dat het moeilijk en tijdrovend is om reparaties uit te voeren in geval van schade door krassen of scheuren. Een typische uithardingstijd voor een ESD epoxyvloer is tussen de 24 en 72 uur, afhankelijk van het aantal lagen. Als een reparatie wordt uitgevoerd in een operationele cleanroom, kan de epoxy vervuiling of geurproblemen veroorzaken gedurende de tijd die het nodig heeft om uit te harden vanuit zijn vloeibare toestand. Bovendien vereisen epoxy reparaties meestal een vorm van schurende voorbereiding van de vloer om het oppervlak geschikt te maken voor het opnieuw coaten. Bij het schuren van de vloer kunnen deeltjes vrijkomen die armaturen en HEPA-filters verontreinigen.

Rubber en vinyl kunnen ook zonder naden worden geïnstalleerd met behulp van een techniek die naadlassen wordt genoemd. Hierbij worden gaten opgevuld en gedicht die het gevolg zijn van de wisselwerking tussen plaatvloeren of aangrenzende tegels. Zowel tegels als plaatvloeren kunnen naadloos worden gelast (vergelijkbaar met breeuwen), maar de meeste bestekschrijvers geven de voorkeur aan plaatvloeren omdat er minder naden te lassen zijn. De lasnaden in rubber plaatvloeren zijn minder zichtbaar dan lasnaden in vinyl omdat rubber, in tegenstelling tot vinyl, niet krimpt. Rubber- en vinylvloeren kunnen gemakkelijker worden gerepareerd dan epoxy met eenvoudige technieken die geen schurende vloervoorbereiding vereisen. Geleidende rubber plaatvloeren kunnen worden geïnstalleerd met sneldrogende, drukgevoelige lijmen die meestal kunnen worden aangebracht in een operationele cleanroom. Met drukgevoelige kleefmiddelen is loopverkeer mogelijk binnen een uur na de reparatie.

ERGONOMIE
Van de drie meest voorkomende opties voor cleanroomvloeren biedt rubber het meest slipvaste loopoppervlak, nat of droog. Rubber is ook zachter onder de voeten en absorbeert omgevingsgeluiden beter dan harde epoxy- en vinyloppervlakken. Hoewel het veel harder is dan algemeen rubber dat wordt gebruikt in vormen zoals antivermoeidheidsmatten, kan rubber beschadigd raken als er zware lasten overheen rollen. Vergeleken met epoxy is het ook moeilijker om zware rekken van duizenden kilo's over rubber te rollen. In sommige gevallen is epoxy de enige praktische vloermogelijkheid vanwege de taaiheid en het vermogen om rollende ladingen en gemorste chemicaliën te verwerken.

Upshot: Rubber biedt de meest ergonomische oplossing.

HET SELECTIEPROCES VEREENVOUDIGEN
Er is inderdaad een enorme hoeveelheid technische informatie waar rekening mee moet worden gehouden bij het selecteren van statischevrije vloeren in gecontroleerde omgevingen - en het zou kortzichtig zijn om te zoeken naar kortere wegen in het proces. Uiteindelijk gaat het om preventie en bescherming.

Om ESD-problemen te voorkomen, kiest u de vloerbedekking die het beste voldoet aan de huidige en verwachte industriële specificaties. Hoewel er verschillende variabelen zijn, is dit wat industriële bronnen aanbevelen voor cleanrooms en elektronische productiefaciliteiten:

• Conductive Rubber, de enige ESD-vloerbedekking die is gecertificeerd als klasse 0-gekwalificeerd, heeft een "ideale" classificatie en genereert een laag lichaamsspanning.
• Geleidende vinyltegels en geleidende epoxy kunnen ook geschikt zijn.
• Andere vloerbedekkingen worden niet aanbevolen.

Wat bescherming betreft, kun je later dure aansprakelijkheidskwesties voorkomen als je vanaf het begin een goede planning maakt. We moedigen vloerinspecties van de installatie aan om te bepalen of u veilig op de grond bent.

Kortom, als het gaat om ESD-vloeren in gecontroleerde omgevingen, is het zinvol om maximale controle uit te oefenen.