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Reinraum



   

In einem Reinraum hält man die Partikel-Kontamination unter bestimmten Werten. Rein- und Reinsträume werden für spezielle Fertigungsverfahren, vor allem in der Halbleiterfertigung benötigt, um die Strukturierung integrierter Schaltkreise im Bereich von Bruchteilen eines Mikrometers nicht zu stören. In Reinräumen für die Fotolithografie wird oft auch gelbe Beleuchtung eingesetzt, um eine unbeabsichtigte Belichtung der Fotoresist-Schichten zu vermeiden. Solche Zimmer heißen daher auch Gelbraum. Auch in der Optik- und Lasertechnologie, den Biowissenschaften und der medizinischen Forschung und Behandlung (Life Sciences); ebenso bei der Fertigung von Lebensmitteln und Raumfahrzeugen müssen hohe Reinheitsanforderungen eingehalten werden, die Reinräume erfordern.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Vermutlich hatte die Medizin zuerst die Notwendigkeit einer kontrollierten Umgebung erkannt und den klassischen Operationssaal in Krankenhäusern entwickelt.

Früher gab es branchentypisch angepasste und regional unterschiedliche Forderungen und Standards für Reinräume, die mittlerweile der einheitliche Standard ISO 14644 ablöste.

Funktionsweise

 

In Reinräumen werden spezielle Prinzipien der Reinraumtechnik angewandt. Die verwendeten Verfahren und Anlagenarten der Klimatechnik sollen sicherstellen, dass Verunreinigungen sofort aus der Luft entfernt werden. Dazu wird eine turbulenzarme Verdrängungsströmung (Laminarströmung, engl. laminar flow) genutzt. Zusammen mit einer (in der Regel mehrstufigen) Filterung und großem Luftdurchsatz soll die Reinheit der Luft sichergestellt werden.

Da in der Regel der Mensch die größte Quelle für Partikel und andere Verschmutzungen ist, helfen eine angepasste Arbeitskleidung, spezielle Arbeitsmittel und Werkzeuge, sowie die entsprechende Arbeitstechnik, die spezifizierte Reinraumklasse einzuhalten. So gibt es z. B. spezielles fusselfreies Reinraumpapier, Arbeitskleidung, Kopfhauben und Überzieher für die Schuhe.

Für Reinsträume, wie sie in der Mikroelektronik Verwendung finden, gibt es mehrere hierarchische Bereiche mit entsprechender Reinraumklasse. So umgibt den Reinstraum (Klasse 10 und besser), in dem mit Substraten gearbeitet wird, ein abgetrennter Bereich mit den benötigten Anlagen zur Beschichtung und Strukturierung. Benötigte Pumpen für die Vakuumtechnik befinden sich meist in einem darunterliegenden Stockwerk.

Der Reinsträumenzugang erfolgt meist über eine Folge verschiedener Reinraumbereiche mit fallender Reinraumklasse. Zwischen diesen Bereichen erfolgt in der Regel ein Kleidungswechsel. Um Verschmutzungen von Gegenständen, die mit dem Fußboden in Berührung kommen (z. B. Schuhsohlen), zu minimieren, befinden sich an den jeweiligen Zugängen spezielle klebrige Fußmatten. Der Zugang zum Reinstraum selbst folgt zusätzlich über Personal- und Materialschleusen, in denen wiederum starke Luftströmungen und Filtersyteme vorhandene Partikel aufwirbeln und absaugen, so dass keine zusätzliche Verunreinigung von außerhalb eingetragen wird.

In einigen Reinräumen wie Operationssäalen müssen sich die Mitarbeiter und Besucher vorher einer Reinigung unterziehen oder zumindest Schutzkleidung anlegen.

Materialien, die in Reinräumen eingesetzten werden, müssen über abriebfeste Oberflächen verfügen. Aufgestellte Anlagen und Geräte dürfen die laminaren Luftströmung nur minimal stören. Teile und Maschinen, die in den Reinraum gebracht werden sollen, müssen vorher gereinigt werden. Ein Reinraum wird im Regelfall mit Überdruck (Überdruckbelüftung) beaufschlagt. In Sonderfällen werden Reinräume auch mit Unterdruck betrieben, was verhindert, dass z. B. gefährliche Substanzen oder Krankheitserreger nach außen dringen können.

Auch sogenannte Laminar-Flow-Einheiten können bedingt staub- und partikelarme Arbeitsplätze schaffen, in denen ein gereinigter, vertikaler oder horizontaler Luftstrom sowie Vorhänge dafür sorgen, dass die Partikelkonzentrationen in der Luft und damit die Partikelablagerungen auf dem Produkt reduziert werden.

Strömungsprinzipien für Reinräume

Es wird grundsätzlich zwischen einer turbulenten Verdünnungsströmung und einer turbulenzarmen Verdrängungsströmung unterschieden:

  • Bei der turbulenten Verdünnungs- oder Mischströmung wird die gefilterte Reinluft turbulent (verwirbelnd) in den Reinraum eingeführt und erzeugt eine stetige Verdünnung der Partikelkonzentration. Die geforderte Reinraumklasse wird dann bei Reinraum gerechtem Verhalten des Personals aufrechterhalten. Hier ist besonders darauf zu achten, dass Partikel erzeugende Objekte und Vorgänge im Reinraum minimiert werden.
  • Bei der turbulenzarmen Verdrängungsströmung, die auch „laminar flow“ genannt wird, strömt die Reinluft turbulenzarm und in der Regel vertikal in den Reinraum und bewirkt, dass die sensiblen Arbeitsbereiche und Maschinen möglichst gering kontaminiert werden. Die Luft entweicht dann auf der gegenüberliegenden Fläche, in der Regel durch den perforierten Doppelboden, aus dem Raum und wird zur wiederholten Filterung zum Umluftgerät zurück geführt.
   

Reinraumklassen

  Ein Reinraum ist ein Raum, in dem die Konzentration luftgetragener Teilchen geregelt wird, der so konstruiert ist und verwendet wird, dass die Anzahl der in den Raum eingeschleppten bzw. im Raum entstehenden und abgelagerten Partikel kleinstmöglich ist und andere Parameter wie Temperatur, Feuchte, Druck nach Bedarf geregelt werden.

Um einen Reinraum betreiben zu können müssen nach dem Bau und während des Betriebs Partikelmessungen durchgeführt werden. Aufgrund dieser Messungen kann eine Klassifizierung der Reinheit des Raumes nach einer Norm vollzogen werden. Beispielsweise dürfen bei Klasse 100 (ISO 5) max. 100 Partikel von max. 0,5 µm Durchmesser pro Kubikfuß (3,5 Partikel pro Liter) enthalten sein.

Branchenabhängige Reinraumdefinitionen
Branche Hauptkontamination Hauptnorm
Halbleitertechnik Partikel US Federal Standard 209E, abgelöst durch ISO 14644-1 und ISO 14644-2[1]
Raumfahrttechnik Partikel ECSS-Q-70-01
Lebensmitteltechnik Mikroorganismen VDI 2083
Pharmazie Keimzahl (KB) EG-GMP Annex 1
Reinraumklassen nach ISO 14644-1
  Partikel je m³
Klasse 0,1 µm 0,2 µm 0,3 µm 0,5 µm 1,0 µm 5,0 µm
ISO 1 10 2        
ISO 2 100 24 10 4    
ISO 3 1.000 237 102 35 8  
ISO 4 10.000 2.370 1.020 352 83  
ISO 5 100.000 23.700 10.200 3.520 832 29
ISO 6 1.000.000 237.000 102.000 35.200 8.320 293
ISO 7       352.000 83.200 2.930
ISO 8       3.520.000 832.000 29.300
ISO 9       35.200.000 8.320.000 293.000
Reinraumklassen nach US FED STD 209E
  Partikel je ft³
Klasse 0,1 µm 0,2 µm 0,3 µm 0,5 µm 5,0 µm
1 35 7 3 1  
10 350 75 30 10  
100   750 300 100  
1.000       1.000 7
10.000       10.000 70
100.000       100.000 700
Hinweis:
US FED STD 209E ist seit dem 29. November 2001 nicht mehr gültig.[2]

Siehe auch

  • Gasreinigungssystem
  • GIT ReinRaumTechnik und GIT SterilTechnik

Einzelnachweise

  1. Notice of Cancellation der GSA vom 29. November 2001, wiedergegeben auf der IEST-Website
  2. http://www.iest.org/publctns/fedstd209.htm
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Reinraum aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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