Reinraumverpackungen in der Fertigung in Reinraumräumen

Einräume dienen der Produktion von Mikrosystemen. Oft werden auch Fotolacke für die Fotolithografie eingesetzt und benötigen eine Gelbbeleuchtung, damit die Fotolacke nicht ungewollt belichtet werden.

Ein Rein- oder Reinstraum ist ein Raum, in dem die Konzentration luftgetragener Teilchen sehr gering gehalten wird. Meist dienen Reinräume spezieller Fertigungsverfahren, wo in herkömmlichen Räumen Partikel die Produkte beschädigen könnten. Dies ist vor allem in der Halbleiterproduktion der Fall. Hier würden luftgetragene Partikel die Schaltkreise beschädigen. Anwendung findet der Reinraum auch in der Optik- und Lasertechnologie, der Luft- und Raumfahrttechnik, den Biowissenschaften und der medizinischen Forschung und Behandlung, der Forschung und keimfreien Produktion von Lebensmitteln und Arzneimitteln und in der Nanotechnologie.

Geschichte des Reinraums

Zuerst erkennt hatte vermutlich die Medizin, dass eine Umgebung Keim und Partikelfrei ausgestattet werden sollte, um Infektionen zu vermeiden. Dies war der Operationssaal in Krankenhäusern. Erst in den letzten Jahrzehnten wurden unterschiedliche Forderungen und Standards für Reinräume von einem einheitlichen Standard EN ISO 14644 abgelöst.

Funktionsweise des Reinraums

Damit luftgetragene Teilchen so gering wie möglich gehalten werden, gelten in Reinräumen spezielle Bekleidungsnormen. Dabei werden je nach Produktionsanforderungen die Partikelanzahl oder auch die Anzahl der Keime überwacht. Beispielsweise ist dies bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte nötig. Oft werden auch Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck gleichmäßig gehalten, damit man vergleichbare Bedingungen herstellt. Um diese zu schaffen, werden Verfahren angewendet, um unerwünschte Partikel aus der Luft zu entfernen und um deren Entstehung zu vermeiden. Dafür helfen eine angepasste Arbeitskleidung, spezielle Arbeitsmittel und Werkzeuge, sowie die entsprechende Arbeitstechnik, die spezifizierte Reinraumklasse einzuhalten.

Reinraumklassen

Reinraumklassen sind hierarchisch festgelegt. Bei einem Reinstraum (Klasse 10 und besser) gibt es ein abgetrennter Bereich für die Anlagen. Benötigte Pumpen für die Vakuumtechnik befinden sich meist in einem separaten Stockwerk. Der Zugang zum Reinstraum erfolgt meist über eine Folge verschiedener Reinraumbereiche mit fallender Reinraumklasse. Zwischen diesen Bereichen ist ein Kleidungswechsel nötig, um Verschmutzungen von Gegenständen, die mit dem Fußboden in Berührung kommen (z. B. Schuhsohlen), zu minimieren. Meist gibt es Schleusen, in denen starke Luftströmungen und Filtersysteme vorhandene Partikel aufwirbeln und absaugen, damit Partikel nicht in den Reinraum gelangen.

Materialien, die in Reinräumen zum Einsatz kommen, müssen abriebfeste Oberflächen haben. Teile und Maschinen die in Reinräumen installiert werden. müssen vorher gereinigt werden. Auch steht ein Reinraum im Regealfall unter Überdruck (Überdruckbelüftung). Nur in Außnahmfällen werden Reinräume mit Unterdruck betrieben, um zu verhindern, dass gefährliche Substanzen oder Krankheitserreger nach außen dringen können.

Strömungsprinzipien in Reinräumen

Damit Verunreinigungen aus der Luft entfernt werden können, nutzt man eine turbulenzarme Verdrängungsströmung (Laminarströmung, engl. laminar flow). Mit einer in der Regel mehrstufigen Filterung und großem Luftdurchsatz kann so die Luftreinheit sichergestelt werden.

Es gibt im allgemeinen zwei Arten von Strömungen: eine Verdünnungsströmung und eine turbulenzarme Verdrängungsströmung:

Bei der turbulenten Verdünnungs- oder Mischströmung fürt man gefilterte Reinluft turbulent (verwirbelnd) in den Reinraum ein und hält die Partikelkonzentration niedrig. Bei der turbulenzarmen Verdrängungsströmung, die auch „laminar flow“ genannt wird, strömt die Reinluft turbulenzarm und in der Regel vertikal in den Reinraum. Die Luft entweicht dann auf der gegenüberliegenden Fläche meist durch einen speziellen Boden aus dem Raum und wird gefiltert bevor sie wieder in den Raum eingebracht wird.

Reinraumklassen bestimmen eine zuslässige Teilchenkonzentration. Wer einen Reinraum betreiben will, hat nach dem Bau und während des Betriebs ständig Partikelmessungen durchzuführen. Erst in Abhängigkeit dieser Messungen kann eine Klassifizierung der Reinheit des Raumes nach einer Norm bestimmt werden. Beispielsweise dürfen bei Klasse ISO 5 (US alt: Klasse 100) max. 100 Partikel von min. 0,5 µm Durchmesser pro Kubikfuß (3,5 Partikel pro Liter) enthalten sein.