Чистое помещение в промышленности
Корни технологии чистых помещений лежат в области ядерных технологий. Полупроводниковая промышленность также рано осознала необходимость производства в очень чистой среде. Но, прежде всего, растущая миниатюризация (толщина слоев, ширина структур, функциональные размеры) и постоянно растущие требования к точности являются причинами, побуждающими другие отрасли промышленности контролировать чистоту рабочей среды. Только производство в чистой рабочей среде позволяет осуществлять и контролировать процессы, критичные к чистоте. Именно поэтому технология чистых помещений находит все большее применение в промышленности, например, в электронной и автомобильной.
В технологии чистых помещений особое внимание должно быть уделено использованию соответствующего рабочего оборудования. Все компоненты оборудования, используемого в чистом помещении, оказывают непосредственное влияние на производимый продукт. Таким образом, пригодность используемого оборудования для чистых помещений является решающим свойством для обеспечения требуемого качества.
Основы технологии чистых помещений
В чистом помещении различные меры (технология вентиляции, одежда сотрудников, выбор материалов и оборудования и т.д.) используются для контроля содержания частиц в воздухе таким образом, чтобы не превысить установленный предел. Это позволяет достичь различных целей защиты. В зависимости от области применения речь идет о защите продукции или процессов (защита продукции) или о защите людей или окружающей среды (защита персонала).
Установленным стандартом для определения чистого помещения является размер и количество частиц, возникающих в соответствии с DIN EN ISO 14644-1. За основу был взят Федеральный стандарт США 209Е, который долгое время использовался в промышленности на международном уровне, но с ноября 2001 года официально утратил силу. В следующих таблицах приведено максимальное количество частиц, допустимое для отдельных классов чистых помещений в соответствии с DIN EN ISO 16441-1 (первая таблица - в единицах частиц на фут, вторая - в единицах частиц на куб. м).
Сравнение пороговых значений классов по DIN EN ISO 14644-1 и федеральному стандарту США 209E:
| Класс ISO | Предельно допустимые концентрации (частиц на фут), равные или превышающие рассматриваемые величины, приведенные ниже (округленные значения) |
Федеральный стандарт США 209E |
|||||
| ≥ 0,1 мкм | ≥ 0,2 мкмв | ≥ 0,3 мкм | ≥ 0,5 мкм | ≥ 1,0 мкм | ≥ 5,0 мкм | ||
| 1 | 0.3 | * | * | * | * | * | - |
| 2 | 3 | 1 | * | * | * | * | - |
| 3 | 28 | 7 | 3 | 1 | * | * | 1 |
| 4 | 283 | 67 | 29 | 10 | 2 | * | 10 |
| 5 | 2,832 | 671 | 289 | 100 | 24 | 1 | 100 |
| 6 | 28,321 | 6,712 | 2,889 | 997 | 236 | 8 | 1,000 |
| 7 | * | * | * | 9,967 | 2,356 | 83 | 10,000 |
| 8 | * | * | * | 99,674 | 23,559 | 830 | 100,000 |
| 9 | * | * | * | 996,744 | 235,594 | 8,298 | - |
* Значения не являются репрезентативными для классификации
Сравнение пороговых значений классов по DIN EN ISO 14644-1 и федеральному стандарту США 209E:
| Класс ISO | Предельно допустимые концентрации (частиц/м³) равны или превышают рассматриваемые величины, которые приведены ниже |
Федеральный стандарт США 209E |
|||||
| ≥ 0,1 мкм | ≥ 0,2 мкмв | ≥ 0,3 мкм | ≥ 0,5 мкм | ≥ 1,0 мкм | ≥ 5,0 мкм | ||
| 1 | 10 | * | * | * | * | * | - |
| 2 | 100 | 24 | 10 | * | * | * | - |
| 3 | 1,000 | 237 | 102 | 35 | * | * | 1 |
| 4 | 10,000 | 2,370 | 1,020 | 352 | 83 | * | 10 |
| 5 | 100,000 | 23,700 | 10,200 | 3,520 | 832 | * | 100 |
| 6 | 1,000,000 | 237,000 | 102,000 | 35,200 | 8,320 | 293 | 1,000 |
| 7 | * | * | * | 352,000 | 83,200 | 2,930 | 10,000 |
| 8 | * | * | * | 3,520,000 | 832,000 | 29,300 | 100,000 |
| 9 | * | * | * | 35,200,000 | 8,320,000 | 293,000 | - |
* Значения не являются репрезентативными для классификации
Процедура тестирования для проверки пригодности чистых помещений
Все изделия проходят испытания на пригодность к эксплуатации в чистых помещениях в соответствии с требованиями стандарта DIN EN ISO 14644-14 (ранее VDI 2083 Sheet 9.1). Такое измерение должно проводиться в чистом помещении (согласно ISO 14644-1), которое по крайней мере на один класс лучше, чем целевая пригодность, на которую сертифицируется изделие. Исключение составляет целевая пригодность по классу 1.
Чтобы исключить попадание мешающих частиц при вводе объекта испытаний в чистую среду, он предварительно подвергается протирке смесью сверхчистой воды с изопропанолом и продувке сверхчистым сжатым воздухом. Кроме того, за 24 часа до проведения сертификационных измерений изделие проходит испытания в чистом помещении. Это гарантирует, что предыдущие загрязнения удалены, трибологически напряженные элементы (напряжение трения) приработались и на последующее измерение это не влияет.
Теперь объект испытаний анализируется с помощью оптического счетчика частиц (OPS) для выявления возможных источников частиц. В процессе измерения к этим местам прикрепляется зонд для измерения частиц. В большинстве случаев эти источники частиц находятся в местах, подверженных трибологическим нагрузкам в процессе эксплуатации. В ходе последующего квалификационного измерения, которое длится 100 минут, определяется эмиссия частиц для каждой точки измерения. Статистическая оценка, описанная в стандарте ISO 14644-1, используется для определения минимального класса чистоты воздуха, в котором может использоваться испытуемый объект.
Сравнение масштабов потенциально встречающихся в воздухе частиц:
| Ионы | Молекулы | Макромолекулы | Микрочастицы | Макрочастицы | |
| Видимые с помощью | Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) | Микроскоп | Невооруженным глазом | ||
| Примеры |
Атомный радиус Ионы металлов |
Сахар Гербициды |
Сажа Вирусы Табачный дым |
Бактерии Красные кровяные тельца |
Пыльца Песок Волосы человека Туман |
| Размер [мкм (LOG)] | 0.001 | 0.01 | 0.1-1.0 | 10 | 100-1,000 |
Подходящие продукты для использования в чистых помещениях
Компоненты, сертифицированные для использования в чистых помещениях, включают в себя различные продукты из широкого портфеля вакуумной техники. Это означает, что может быть удовлетворен широкий спектр различных технологических требований. Из результатов испытаний видно, что большинство изделий можно использовать в очень чистых рабочих средах (до класса 1 по DIN EN ISO 14644-1) без каких-либо дополнительных мер.
При выборе того или иного оборудования необходимо внимательно изучить его реальное местоположение в чистом помещении и, таким образом, правильно интерпретировать требования. Например, в чистом помещении с ламинарным потоком воздуха не все места должны соответствовать заданному классу ISO. Благодаря прямолинейному вертикальному потоку источники эмиссии частиц, расположенные ниже или на некотором расстоянии от обрабатываемого изделия, обычно оказывают на него незначительное влияние.
Сертификация Fraunhofer TESTED DEVICE® / Материалы, пригодные для использования в чистых помещениях (CSM®)
Отдел чистого и микропроизводства Института машиностроения и автоматизации производства Фраунгофера (IPA) в Штутгарте проводит независимые испытания оборудования и материалов на чистоту и пригодность к использованию в чистых помещениях. Эти испытания проводятся в чистом помещении, которое в 10 раз чище, чем класс 1 по DIN EN ISO 14644-1. В результате оборудование и/или материалы получают сертификат с маркировкой TESTED DEVICE® или CSM®. В своей работе институт опирается на более чем 30-летний опыт и ноу-хау в области чистоты и пригодности чистых помещений.