Die wichtigste Norm zur Klassifizierung von Reinräumen ist die DIN/ISO 14644.
Die Norm behandelt als Thema Reinräume für den Halbleiterbereich (Schutz des Produktes vor dem Menschen und Umweltbedingungen), sowie für Biologische Gefahrenstoffe (Schutz des Menschen und der Umwelt vor dem Produkt), ist aber auch für die Medizinische-Industrie und die Pharmaindustrie verbindlich, da z.B. Parenteralia (Injektions-Arzneimittel) ebenso unter strengen Reinraumbedingungen produziert werden müssen.
Reinräume werden nach dem Reinheitsgrad der Luft innerhalb der kontrollierten Umgebung klassifiziert. Die Reinraumklasse ist der Reinheitsgrad, den der Raum entsprechend der Menge und Größe der Partikel pro Kubikmeter Luft erfüllt.
Zu den Parametern einer hohen Luft-Reinheit in einem Reinraum gehören die Art und Menge von speziellen Luftfiltern im Raum, so wie der Luftwechsel (Austausch von Raum-Luftvolumen pro Stunde). Vereinfacht gesprochen: Umso höher die Luftwechselrate über Luftfilter ist, umso höher die Reinheit der Raumluft.
Die DIN/ISO-Norm 14644 umfasst folgende Reinraumklassen: (ISO 1, ISO 2, ISO 3), ISO 4, ISO 5, ISO 6, ISO 7, ISO 8 und ISO 9.
Hierbei handelt es sich bei der Klasse ISO 1 um die "reinste" Klasse und ISO 9 ist die "unreinste" Klasse. Typischerweise sind die meisten Reinräumen im Bereich der Klassen ISO 8 oder ISO 7 zu finden, bis hin zur Klasse ISO 5. Reinräume der Klassen ISO 4 oder höher sind eher selten oder nicht anzutreffen.
ISO 9 Bereiche werden oft als „Sauberräume“ bezeichnet. Diese Räume sind aber per Definition immer noch reiner als „normale“ Räume ohne spezielle Luft-Partikel-Filtration der Luft.
Die gängigen ISO-Reinraumklassen sind ISO 7 und ISO 8 entsprechen der alten US Bundesnorm (Federal Standard) 209E (FS 209E) Klasse 10.000 und Klasse 100.000.
Der alte Federal Standard 209E hat seit 1999 keine Gültigkeit und wurde durch die DIN/ISO-14644-1 ersetzt. Häufig finden sich heute noch im Internet Referenzen zu. Fed. Standard 209E.
Übersicht der Anzahl der gemessenen Partikel einer bestimmten Größe in der Raumluft nach Volumeneinheit (m³ / ft³)
Kommentare:
Die Anforderungen der Prozesse in der Halbleiterindustrie sind hoch und werden auch in Zukunft weiter steigen. Das wird mit den Roadmaps der ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) bereits klar. Gleiches gilt für die bevorstehende Revision der ISO 14644, sowie anverwandter Normen.
AMC (airborne molecular contamination) und ACC (airborne chemical contamination) haben eine immer größer werdende Bedeutung in der Fertigung von Halbleiterelementen.
Damit werden hohe Anforderungen an Materialien der Prozess-Maschinen gestellt, wie z.B. Komponenten, Verbindungen und deren Beeinflussung an das Produkt.
Für die Reinraumhülle (Wände und Decken) und den dazugehörigen Geräten zur Luftfilterung, Raumluftkonditionierung und weiterer (Medien) Installationen bedeutet das in gleichem Maße Anforderungen an Qualität und Güte.
Reinräume müssen auch branchenspezifischen und internationalen Normen entsprechen. So gilt
beispielsweise die EU-GMP (A-B-C-D) für pharmazeutische Produkte und die USP (795, 797 und 800)
für Apotheken, sowie die VDI 2083 (Reinraumtechnik), die DIN 1946 (Raumlufttechnik), die DIN
12980 (Sicherheitswerkbänke für Zytostatika), die VDI 6022 (Raumluftqualität), sowie weitere
spezifische Normen,- je nach Branche und Anwendung.
Risiken bei der Halbleiter-Produktion
Eine Nullfehlerproduktion ist die Voraussetzung, um Halbleiter und Microchips gewinnbringend herzustellen. Deshalb ist die Geschichte der Halbleiterherstellung eine Geschichte der steigenden Produktivität und zunehmender Automatisierung. Um eine fachgerechte Automatisierung aller Einzelprozesse zu ermöglichen, sollte die Prozesskette als Ganzes betrachtet und eingehalten werden. Deshalb können Geräte für Hochtechnologie-Komponenten auch nicht unter nicht-Reinraumbedingungen hergestellt werden. Eine Endmontage im Reinraum ist nicht ausreichend, wenn kontaminierte Teile die spätere Produktion schädigen können. Glatte Oberflächen ohne Risse und Lücken vermindern außerdem die Entstehung von Kontaminationsherden. Es sollte außerdem auf eine geringe tribologische Partikelfreisetzung (Abrieb) und geringes elektrostatisches Verhalten geachtet werden. Um die Luftreinheit zu gewährleisten muss außerdem bei der Materialauswahl darauf geachtet werden, dass das Material glatt, leicht zu reinigen, lösungsmittelstabil und ausgasungsarm ist. Deshalb finden Aluminium, Glas und Edelstahl in Reinräumen gerne ihre Anwendung.
Die Quellen für potentielle Kontaminationen können vielfältig sein. Häufige Quellen sind:
Elektrostatische Entladung (ESD)
Schutz vor ESD ist ebenfalls zu berücksichtigen, da unkontrollierte elektrostatische Entladungen die Halbleiterteile massiv beschädigen können. Die höchste Gefahr geht dabei vom Menschen aus, der sich in Folge von Reibung elektrostatisch aufgeladen hat. Es sollte daher auf ESD-Schutzkleidung und ESD-Schutzzonen geachtet werden. Das schließt ESD-gerechte Regale und Böden sowie ableitende Verpackungen ein, um die elektrostatische Aufladung zu verhindern.
Laminarstrom bzw. Turbulenzarmeverdrängungsströmung
Jeder Reinraum sollte eine präzise Raumspülung beinhalten und dementsprechend strömungsgerecht gestaltet werden. In der Halbleiterherstellung wird Luft durch Feinstfilter (Typ HEPA H14 oder ULPA U15) in den Reinraum eingeleitet. Rückluft wird über perforierte Bodenplatten oder über eine bodennahe Absaugung in Rückluftschächten re-zirkuliert bzw. der Luftaufbereitung (Klimaanlage) zugeführt.
In der Regel wird die Luft mit niedriger Luftgeschwindigkeit am Luftaustritt des Filters („laminar“) also turbulenzarm ausgeblasen. Hier gilt es Luftverwirbelungen zu vermeiden, da kleinste luftgetragene Partikel die Tendenz haben können lange in der (turbulenten) Luft zu verweilen und sich dann irgendwo abzusetzen ohne über die Rückluft abgeführt zu werden.
Raumluft-Überdruck
Um das Eindringen von Verunreinigungen durch Wandöffnungen aus dem Bereich der Reinraumumgebung zu verhindern, herrscht ein leichter Überdruck im Reinraum.
Man beachtet hier eine sog. „Druck-Kaskade“. D.h. der Raum mit der höchsten Güte hat den höchsten Überdruck gegenüber den Räumen niedriger Reinraumklasse.
Reinraum-Test / Qualifizierung
Messungen und Qualifizierungen in Reinräumen und reinen Umgebungen dienen dem Nachweis der Partikelreinheitsklasse der Luft nach DIN/ISO 14644. Dieser Nachweis wird beispielsweise nach der Installation, Wartung, aber auch in regelmäßigen Abständen beim Betrieb eines Reinraumes durchgeführt.
Hiermit lassen sich Änderungen der Reinraumgüte nachweisen, Qualitätsprobleme durch Partikelkontaminationen vermeiden,
sowie Veränderungen des Produktionsablaufes oder Fehlverhalten von Mitarbeitern im Reinraum aufspüren.
Die Reinraummessungen umfassen dabei die nachfolgenden Punkte:
- Sichtprüfung des Raumes
- die optische Prüfung der Filter und Vorfilter
- die Überprüfung des Luftvolumenstromes am Luftfilter, Luftgeschwindigkeit am Luftfilter
- die Bestimmung der Luftwechselzahl
- die Differenzdruckprüfung sowie den Dichtsitz der Filter.
- die Raumluft-Temperatur und die Luftfeuchte
- die Zählung luftgetragener Partikel (Partikelmessung)
Anhand der statistischen Auswertung und Protokollierung dieser Messungen wird die erreichte Partikelreinheitsklasse der Luft nach DIN EN ISO 14644-1 bestimmt. Die Ergebnisse werden in einem Prüfbericht zusammengestellt.
Zusätzlich kann eine Schalldruckpegelmessung durchgeführt werden, ein sog. Filter-Integritätstest, die Anzahl von Keimen in der Luft und auf Oberflächen bestimmt werden, sowie weitere Sicherheitsqualifizierungen, wie beispielsweise eine ESD-Messung im Raum und an den verschiedensten Bauteilen und Tests nach VDA 19 Richtlinien sind außerdem möglich.
Eine kostengünstige Alternative zu einem kompletten ISO 1 oder ISO 2 Reinraum sind Transportboxen und Minienvironments, in denen die Reinraumklasse ISO 1 - ISO 2 erfüllt sind. In den Transportboxen, den sogenannten FOUPs (Front Opening Unified Pod) werden die Wafer von Reinraum zu Reinraum transportiert. Die FOUPs docken direkt an die Ladestationen der Maschinen an. So werden sie nicht der Reinraumluft einer höheren ISO-Klasse (z.B. ISO 5 bis ISO 7) ausgesetzt.
Vor allem die folgenden Bereiche werden immer wieder bei uns angefragt:
Sich für Solutions & Handling zu entscheiden bedeutet sich für exzellente Reinraumherstellung zu entscheiden. Angefangen mit Ihren Anforderungen entwickeln wir maßgeschneiderte Lösungen. Am Ende des Prozesses, haben Sie einen schlüsselfertigen, validierten und betriebsbereiten Reinraum, um Ihre Halbleiter-Produktion zu starten. Und das alles komplett aus einer Hand, damit Sie sich wieder auf Ihr Tagesgeschäft konzentrieren können. Dabei können Sie sich jederzeit auf höchste Qualitätsstandards verlassen. Denken Sie langfristig, mit einem modularen System, dass jederzeit Erweiterungs- und Rückbaumaßnahmen zulässt. Lassen Sie uns noch heute Ihre Anforderungen besprechen.
"Die Anforderungen der Halbleiterbranche sind oft sehr vielfältig. Hier gilt es den Kunden und seine Wünsche zu verstehen. Über viele Jahre hinweg haben wir so erfolgreich alle Reinraumklassen bedienen können."
Bau eines Reinraumes der ISO-Klasse 5 im iMac Produktionsbereich in Cork.
Beleuchtungsstärke 1.000 Lux, gewünschter Luftwechsel > 250/h inklusive einer Klimaanlage im Bereich 22°C +/- 1° und einer Luftfeuchte von 40-60%.
Ausführung als Raum-in-Raum-Lösung mit der Lieferung und Montage der kompletten Anlage.
Referenz: RUB, Ruhr Uni Bochum, Neubau ID:
Umbau und Erneuerung einer bestehenden Reinraumanlage.
Größe ca. 725m². ISO Klassen 8 bis 5. Erneuerung bestehender Raumwände, der Deckenbereiche, der Beleuchtung, Luft-Filtergeräte (FFU’s), Steuerung sowie Modernisierung der Klimaanlage, inklusive der Lieferung und Montage von Maschinen-Einhausungen, Werkbänken, LF- und Gelblichtbereichen.
Referenz: Philips, Aachen, Halbleiterforschung:
Bau eines zusätzlichen Reinraumes in einen bestehenden Reinraum. Größe ca. 40m², ISO Klasse 5, komplett als Raum-in-Raum-Lösung mit der Lieferung und dem Einbau von FFU’s, Beleuchtung, sowie der gesamten Raumstruktur.
Sie wollen den Preis Ihres maßgeschneiderten Reinraums wissen, haben Fragen bezüglich der Anforderungen oder der Reinraumkassen? Schreiben Sie gerne unserem Team oder rufen Sie uns an!
+49 (0) 21 52 55 38 00
